北京在華北大平原的西北端，三面有崇山環繞，中間形成一個小平原叫做北京小平原，因為其形勢猶如海灣，所以又叫做“北京灣”。北京城址距離西山最近，正當古代永定河沖積扇的背脊，地形由西山山麓向東南逐漸傾斜，同時，北京西山地又是華北降水量最多的中心地區之一，因此北京地下水的儲量相當豐富，鑿井汲水，非常方便。但城市附近，除有少數泉流分佈外，卻無天然大河或湖泊資源可利用。因此，在北京都市發展的過程中，隨著實際需要的增加，地上水的來源就成了一個很大的問題。最初為了灌溉用水，曾不得不開鑿人工渠道，從永定河引水東下，耗費人力物力，效果卻很難持久。後來，當北京開始形成為封建時期全國性的政治中心之後，為了營建宮室、點綴市容，更重要的是為了開鑿運河、運輸漕糧，歷代都城的建設者，也曾多方設計，開發水源，在企圖打破自然條件的這一限制上，表現了高度的智慧與技術，但仍然沒有得到有效的解決。
選址和範圍——水源開發與城址變遷
北京市區的水系，東、北兩面為潮白河水系，西、南兩面為永定河水系，再細分則北為溫榆河，南為涼水河，橫貫城中的為古高梁河、通惠河水系。
在北京建都的有5個朝代，3座城址。北京城最早的城址是薊，戰國七雄之一的燕國的都城，位於永定河以北的洗馬溝（今蓮花河）邊上。遼的南京城和金的中都城都是對薊城的延續和發展。元代把城址轉移到薊城東北，另建大都城，橫跨高梁河。明代把元大都城北牆內縮，南牆外拓，另建北京內城，中葉時又建北京外城，使得城址南移，不僅橫跨高梁河，也更靠近洗馬溝和永定河。這就是北京的3座城市在不同時期與區域內河流水系的位置變化關係。
北京在西周時代為燕國的都城，時稱薊，城池規模不大，人口也不多，供水問題較容易解決。金中都時期以蓮花池作為主要的供水水源，蓮花池下游有蓮花河將水引入城中。古代蓮花池的水源是相當豐沛的，當時的湖面很可觀，《水經注》載：“湖東西二里，南北三里，蓋燕之舊池也。綠水澄溶，川亭望遠，亦為遊屬之勝所也。”金中都時代充分發揮了蓮花池的作用，不僅以其為供水水源，還以此為造景建園之基礎，如西苑和太液池（中都城內的魚藻池）均已蓮花湖作為水源。同時還在金中都的東北郊的白蓮潭（即北海）擴建了遼時瑤嶼行宮為大寧離宮。
元朝定都於北京新建大都城，綜合考慮了城市防洪、供水、水運和宮殿建設等問題，決定將城址由蓮花池水系轉移到高粱河水系上來。因為蓮花湖水系水量較少，不能滿足元大都日後的城市用水，其次高粱河上有大面積的湖泊和清澈的泉流，既為新宮的建設保證了優美的環境，又為新城的水運提供了有利的條件，這些都是蓮花湖水系難以達到的。在防洪方面也比金中都好很多，遼南京和金中都離當時的永定河較近，時常受到洪水的侵襲和威脅，而元大都的選址位於永定河沖積扇脊背的最優位置，防洪方面比金中都好很多，基本避開了一般的洪水襲擊，排洪也比較便利。
元大都是全國的政治、文化中心，也就是從那時起，北京的水資源不足的問題逐步顯現出來。首要問題就是漕運，歷代統治者為解決這一問題，不遺餘力地開發建設供水工程。金朝疏浚了隋朝始建、因戰亂淤廢的永濟渠；同時，還以永定河為水源，開鑿了一條新運河即金口河。據《金史》記載，金口河“自金口（今石景山北麓）疏導至京城北人濠，而東至通州之北入潞水”，再與永濟渠溝通起來。遺憾的是，由於“金口河地勢高峻，水性渾濁……不能勝舟”，而導致航運失敗。直至元代郭守敬主持開鑿的通惠河，引白浮諸泉入積水潭，直接溝通了大都城內外的水路交通，積水潭成為京杭大運河北端的終點碼頭，使京城的漕運問題得到了根本解決。
明清時白浮甕山河水源斷絕，通惠河及城市各項供水都要仰仗玉泉山的泉水補給，水量不足的問題日趨嚴重。到了清乾隆十四至十五年（1749-1750年），大規模實施了對甕山泊擴建和新闢水源工程，並改甕山泊為昆明湖。主要工程包括：一是擴大甕山泊的庫容，新湖周長達15km，積水面積較原來擴大了兩三倍。二是開闢了新的水源。在以玉泉山諸泉為主要水源的同時，又引西山諸泉水至昆明湖。三是把昆明湖建成了一座蓄洩得當的水利樞紐，具有城市供水、農田灌溉、接濟航運、園林用水等綜合功能。工程建成後，效益十分顯著，為北京城的生存與發展提供了可靠的水源保證。
考古發現北京城區有許多古井，說明當時城市居民用水主要靠挖井提取地下水。因為北京地區地下水蘊藏豐富，潛水層較淺，鑿井便利，且地下水源穩定、可靠、清潔，因此歷史上北京居民生活用水主要依靠水井。按人口密度、街道大小，每條街內分佈著不同數目的水井。城區的水面，城牆外有護城河，城區中有小河和湖泊。河流來自北京城西的永定河和發源於郊區玉泉山的高梁河。水面分佈基本上繼承元代之舊，但在功能上已經消失了元代漕運的作用。護城河僅作為防衛和排洩雨水之用。
空間格局——積水潭對北京城規劃的影響
根據復原的元大都城平面圖進行分析，可以明顯看出都城的設計與城市水系的關係：
首先宮城偏南，大都城的宮城雖然是建立在全城的中軸線上，卻又偏在大城的南部，這在我國曆代封建都城的設計中，別具一格。其主要原因是金中都的故城限制了元大都的南城牆位置，而宮城的建設依託於太液池和積水潭，且太液池偏在大城南面，因此在眾多限制之下，為了充分利用當地的湖泊與河流所以宮城偏南建設，這也說明了對於城市水源的重視。
其次都城的西牆剛好在積水潭西岸以外，中間僅容一條順城街的寬度，而積水他的東岸恰好是已經確定的全城南北中軸線。這就說明積水潭東西兩岸之間的寬度稍加延長，就是全城的寬度的一半。元大都城整體規劃時在積水潭東北岸選定了全城佈局的中心，確定大都東西城牆兩面的位置，南北城牆的位置是從中心臺向南北各延伸3.75公里來決定的。這個距離不像是依據積水潭湖面寬度作為客觀依據，而是從主觀上選擇了中心臺向南包括整個皇城在內的一段距離作為丈量的尺度，從而決定了大都城南城牆的位置，然後以同一尺度確定了大都城北城牆的位置，這樣就構成了元大都長方形的城市輪廓。居於大都城心臟位置的是皇城、太液池和積水潭主體。可見積水潭在元大都城規劃中起到了關鍵作用，如果沒有積水潭，就不會有在設計上獨具特色的北京城。
積水潭對於元大都的經濟繁榮也有直接的關係，因為積水潭作為京杭大運河通惠河的終點上，當時從江南北來的糧船都停泊在積水潭上，貨物源源不斷的由此流入大都城內，因此中心閣以及積水潭東北岸的斜街成為全城最為繁華的商業區。
明初改建大都城，把大城和宮城城址相繼南移，同時還擴充加鑿了南海，增加了湖上風光，此後北京才有了“三海”的名稱。並且將南海以及新建紫禁城護城河所挖掘出的泥土在紫禁城的正北方堆築了景山（最初命名為萬歲山，俗稱煤山）。景山的中鋒也正好定在全城的中軸線上，並且標誌著改造後的全城幾何中心。
明初為了便於防衛，首先把北城牆南移了2.5公里，但是南移涉及到積水潭的處理，所以從積水潭的最窄處穿越，將原有的湖面一分為二，東南部寬闊的湖面被圈在新城牆內，而偏西北的一段狹長的水面，被分隔在城牆外部，這一段水面漸漸轉向西南方向，因此沿著湖面修建的城牆也稍稍向西南向城內傾斜。所以改建後的北京城的西北角是一個斜角。
明擴建皇城的時候，對積水潭再次造成破壞。明皇城的東牆和北牆向外改建，將積水潭東岸沿原皇城東牆之外南流的匯通河圈入新建的皇城內，從此以後，南來的船舶再也不能駛入積水潭，積水潭就此失去了它的水運價值，變為具有湖光山色的民間遊憩勝地。只是在當時沒有具體規劃和保護，湖中出現了稻田和荷塘，達官貴人沿湖一帶新建府第引湖水點綴。經過長期的不當經營，湖面日益縮小，原來一望無際的水面，被分解成為三塊僅僅相連的小湖，自西北向東南，分別叫做積水潭、什剎海後海、什剎海前海、北海。這些殘存的湖區成為市民休閒遊覽的最佳去處，熱鬧非凡，與太液池上的皇家禁苑形成鮮明的對比。
肌理脈絡——順應河流的城市道路肌理
北京城最大的特點和輝煌之處，在於它以中國傳統的禮制思想為指導，城市先規劃後建設，處處體現禮制和秩序。明清時期的北京城是在元大都的基礎上而興建的。元大都的街巷衚衕的排列整齊規律，縱橫交錯，給人留下棋盤的印象。然而，在橫平整直的街巷衚衕之中，還有諸多斜街曲巷，一些是人們平時走捷徑抄近道走出的斜街，所謂“兩點之間直線最短”，如鐵樹斜街、櫻桃斜街、棕樹斜街等，然而大部分斜街的成因是受到斜向的河流的影響而形成的斜街，如形成順應河道的街道佈局和河渠故道改建城道路。
第一，順應河流的佈局方式:如前門地區的多數街巷。這區域的斜街都與這裡曾經河道縱橫交錯有關，其中最著名的一條古河道就是三里河。王裡河流經的前門地區，這裡商業服務發達，人口密集，由於處於外城，建設不受規劃限制，所以該片區的建設比較自由，未按照傳統的正南正北的四合院形制佈局而是順應河流走勢形成多角度變化的院落和衚衕。長巷頭條、長巷二條、三條都星東南走向平行於三里河河道:草場衚衕的頭條、二條、三條、四條、六條、八條又是垂直於河道佈局，形成片南北向的衚衕，東向的院落肌理。後來三里河到還漸淤積，到清代以後終於幹洞形成陸路。另外這些衚衕的名稱也隨著當地的地形、功能特點和性質而命名，如三里河路、冰宮斜街、蘆草園、南泉寺，體現出於三裡河的密切關係。這些院落肌理同周圍和城內的正南北的肌理形成強烈的反差，可以說是當時適應河流水系的城市建設的典型。
第二，乾涸的河道改建道路:東、西斜街是金水河故道改建而成，元代時，這裡是金水河河道，明代時金水河上游斷流，該河道逐漸變為排水溝，稱作大明濠，後來又改為暗溝，暗溝上建為路面。暗溝最終通向西苑（中南海）的小河中，當河道乾涸後，暗溝背填平為街道。成為東、西斜街，分界點就在甘石橋。
技術問題——北京城市排水系統
按照地形特點進行城市排水系統的規劃設計，是我國古代城市排水系統設計的傳統經驗。北京的地形西北高東南低，城市內的河渠走向也是東南走向，元大都排水乾渠方向是自北向南，與地形坡度方向一致，整個北京城的排水系統也是這樣，順應自然地勢自北而南的進行規劃設計。
紫禁城也不例外。其北部與南部有一米的高差，所以金水河從西北方向引入皇城內，然後沿著內廷宮牆之外的西側南行而下，再東轉，由皇城的東南角出城。此番設計就是根據地理形勢設計的排水體統，因此排水十分順暢，在紫禁城建成至今600多年從未有洪澇災害發生。
特別是明清時代，北京城的內城、外城、紫禁城都建有十分完善的排水系統。該城市排水系統從街區分出支渠、斗渠和毛渠三級溝渠，最終以筒子河為軸線，形成南北向的城市排水骨幹渠道，匯入環繞內城的護城河中，最終進入通惠河。其中，護城河不僅具有分流市區洪水、排洩市區汙水的功能，而且是市區生活、消防及園林灌溉的重要水源；同時將市區汙水輸出城外，構成了一個有機的城市水利體系。
總結
中國古代的山水文化積累深厚，對城市規劃產生了深遠的影響，“理水”在中國古典園林設計中佔有舉足輕重的地位，因小見大，“理水”同樣也是中國古代城市規劃設計的核心。
《管子•乘馬》“凡立國都，非於大山之下，必於廣川之上。高毋近阜，而水用足；下毋近水，而溝防省。因天材，就地利，故城郭不必中規矩，道路不必中準繩”，早已道破了城市選址與河流水系的關係。河流水系對於城市的功能主要有：飲水、農田灌溉、舟楫之便、城市美化和防禦功能。中國的歷代都城都根據各自的基礎條件和需求。對都城周邊的河流水系進行改造，其中有大型的水利工程、城市內部供排水系統、園林水體改造等，此時城市處於主動地位，創造出了適應城市發展的水環境。
古都北京的建設過程中主要的限制因素就是水，所以在北京城市規劃中處處都能體現對水的重視，在區域內水環境治理也取得了很高的成就。元大都的城市選址考慮到長久的發展，放棄蓮花池水系選擇資源更為充沛的高粱河水系為城市水源地，城市佈局也依照積水潭的特點，確定了城市中心點、中軸線以及總體輪廓，局部地區也有順應河道的城市道路肌理，可見北京規劃中對水的重視。至清代水源不足問題日益突顯，從而引發北京西郊水系的整治活動，開闢水源建設水庫，解決城市用水問題。
古代河流的水運功能作為城市的經濟命脈，也對城市發展影響顯著。隋唐大運河的開通帶動了沿線城市經濟快速發展，成就了後來的盛唐帝國，同時杭州城因此而快速的崛起。當政治中心轉移到北京時，因為北京附近的水量有限，京杭大運河的北京段從來都是歷代急需解決的問題，歷代統治者可以說是用盡心機不斷嘗試，可見水系對城市重要性。
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