早在新石器时代早期，以壕沟进行防御的聚落就已经出现。在距今约8000年前澧县八十垱遗址中[6]，已经发现了可能是防御设施的壕沟。该沟沟口残宽1.2米，深0.3—0.8米。在该沟的内侧，还发现有堆筑的墙的遗迹。这一墙体可能不具有“城墙”的作用，它只是先民在开挖壕沟时把挖出来的土堆于壕沟一侧而形成的，但它确实使壕沟发挥了更好的作用。
在距今6000多年前的兴隆洼文化的诸多遗址中，发现了完整的聚落环壕。其中，兴隆洼遗址[7]就发现有环绕在聚落居住区外部的围沟。该沟宽约1.5—2米，深约0.55—1米。在同样属于兴隆洼文化的白音长汗遗址[8]中，也发现有环壕。该遗址分为南、北两区，两区的聚落边缘均发现围绕的环壕，但环壕的宽和深均不足1米。位于克什克腾旗的南台子遗址[9]也发现有围绕在房址外的壕沟。综上，兴隆洼文化发现的环壕均较窄、较浅，可能只有明确聚落边界的作用。
到了仰韶时代，环壕聚落有了较大的发展。临潼姜寨遗址[10]发现的壕沟保存较完整。经发掘，共发现有4条壕沟，沟口宽均在2—3米左右，沟深均在1.5—2米左右。这4条壕沟平面组成半圆形环绕在居住区的北、东、南三面，其西面为临河。河流与壕沟组成了姜寨聚落完整的防御措施。陕西西安半坡遗址[11]的环壕平面呈南北长的不规则圆形。该壕沟沟口宽约6—8米，沟底宽约1—3米，沟深约5—6米。壕沟靠近居住区一边的沟壁较陡，并且其沟口高度比另一侧高出1米。这样的设计可能是出于防洪的考虑。甘肃秦安大地湾遗址[12]的聚落环壕发现于遗址二期Ⅰ段（见图2），该环壕由六段围沟呈环状分布于聚落外围。经过1995年的发掘得知，该沟并不是全部贯通的，至少在其东南部和西部有两个缺口。
图2 秦安大地湾第二期Ⅰ段遗址平面图
（采自甘肃省文物考古研究所《秦安大地湾》图56，文物出版社，2006年）
陕西高陵杨官寨遗址[13]是目前所知庙底沟时期唯一完整的和规模最大的环壕聚落（见图3）。该聚落的壕沟平面略呈梯形，周长约1945米，壕沟内环绕的面积约有24.5万平方米，沟宽约9—13米，沟深约2—4米。在环壕的西部发现一门址。该门址由门道、排水设施、“门房”等组成。陕西渭南北刘遗址[14]也是一处属于仰韶时代庙底沟文化的聚落。该遗址发现有环绕聚落的大围沟，该围沟未经完整发掘，已发掘的部分沟口宽约4.8米，沟底宽约2.0米，沟深约2.44米。由于沟的上部叠压着庙底沟时期的第二层，因此该沟应该形成于庙底沟早期。
图3 杨官寨遗址发掘位置及庙底沟文化聚落环壕范围图
（采自陕西省考古研究院《陕西高陵杨官寨遗址发掘简报》图二，《考古与文物》2011年第6期）(www.xing528.com)
水沟遗址是一处属于仰韶时代中晚期的聚落，它位于今陕西省宝鸡市凤翔县糜杆桥乡水沟村。在这一地区内，山原遍布，沟壑纵横，水沟遗址即是位于其中的一座山原之上。这样独特的选址，使得该聚落无需修建环壕，就能达到防御的目的。水沟遗址东北高、西南低，呈阶梯状。在阶梯的断面上暴露着许多灰坑、房址以及白灰面。该遗址的东部、北部以及西部完全利用了自然屏障，南部是人工夯筑而形成的。其中，东部是一条自然冲沟，即“水沟”；北部以及西部均是利用了自然形成的断崖；南部是夯筑而成的类似城墙的建筑（见图4）。以前的调查认为，该遗址南部的夯筑建筑是先周或西周时期的城墙[15]。但根据遗址三面临崖或临沟的地理状况来看，先民很有可能是为了增强聚落的防御系数，将遗址南面本来存在的山原缓坡截断，并对截面进行夯筑，从而形成了一个四周封闭且居高临下的具有较完备防御体系的聚落。
图4 水沟遗址南部人工夯筑的断崖
二里头时期的城址多以多重环壕进行防御。河南巩义花地嘴遗址[16]发现有“新砦期”遗存。遗址内发现四条环壕，其中，内侧三条环壕相距颇近，均为圆角方形。最外侧的一条环壕较宽，开口宽度约为12米，深约为5—6米。经过勘探，这四条环壕与外界的连通通道均在东南部位，并且在一条直线上。山西夏县东下冯遗址[17]发现了里外两圈环壕。内侧环壕平面呈圆角方形，沟口宽4.6—5.6米，沟底宽2.6—3.5米，沟深2.0—2.9米。该沟内第四层表面有土路，高出土路0.1—0.5米的沟两壁上，有窑洞式的房屋和储藏室。外壕沟沟口宽2.9—3.9米，底宽1.8—2.7米，深度在2米—3米之间，在此沟内也发现有房屋和储藏室。东下冯遗址环壕内的房屋和储藏室可能具有“门卫房”的作用：城址外的人群要进入城址，可能需要一定的管制；外壕与内壕之间的居民要进入内壕，可能需要一定的批准。河南登封南洼遗址[18]也发现有二里头时期的双重环壕，这两条环壕与遗址西侧的河流相连接，构成了该城的防御设施。
西周时期的周原遗址，则是采用河流作为城邑的屏障。张天恩在《周原早期聚落变迁及周人岐邑的认识》一文中对生活于周原的早期人群，有这样的描述：“早期人类既要有饮食汲取之便，又少防洪排涝之虞，傍水沿河的高亢之地，变成为营造居址的上佳之选……不同时期的聚落在祁家沟或王家沟有所侧重，但始终没有远离河道的规律还是显而易见的。”[19]可以说，周原地区的居民，在聚落选址时对自然因素青睐有加，他们在自然屏障的基础上作堑，构成了城邑的防御体系。其实，这样的筑城模式在整个关中西部地区普遍存在，比如上文所述的时代较早的凤翔水沟遗址和宝鸡石嘴头遗址，以及稍晚的秦都雍城遗址，都是利用了这种“城堑河濒”的筑城模式。西周时期的丰镐遗址[20]也是将城建在了河网密布的区域。丰邑遗址东临沣河，西临灵沼河。镐京遗址则位于高阳原上，西临滈水故道。
由此可见，“城堑河濒”由来已久，其前身在仰韶时代以前就已经出现。只不过，这一阶段的壕沟较浅、较窄，可能仅具有界定聚落边界的作用。到了仰韶时代，聚落环壕加宽、加深，这表明其作用从单纯划定边界向聚落防御过渡。至此，“城堑河濒”的模式具备了雏形。到了仰韶时代中、晚期，随着生产力的发展，社会分工出现，一部分人占有大量财富。最终，私有制的膨胀导致了聚落间的掠夺与战争，从而促使了夯筑技术以及早期城的出现。二里头时期主要以多重环壕为聚落防御措施，其原因可能是：随着王国建立，统治阶级的权力更加集中，社会分化更为严重。在这样的局势下，多重环壕只是为了区别不同身份的人群，而防御作用随着社会稳定而大大减弱。西周时期虽然并未发现分布于聚落群外围的环壕，但依然是运用了“以水围城”的城防系统。
秦雍城“城堑河濒”的形态直接承袭于周人沿河而居、以水围城的传统。将城建在雍水河、纸坊河、塔寺河以及凤凰泉河的环围之中，显示出秦人在选址时就已经对城市做出的初步规划。到了秦穆公时期，马家庄宫区发现有由两条自然河流和两道人工壕沟合围形成的具有内城功能的区域；然而在此区域以外，则有较多的平民聚落[21]。这反映了此时的秦雍城已经形成了内外两重城的结构。并且，以多重环壕进行区划和防御，又与二里头时期多重环壕的作用相似。到了战国时期，由于社会局势愈加紧张，雍城开始了向环壕与城墙相结合的防御系统的过渡。在这一时期所修建的城墙墙体夯土层内发现有秦雍城初期的陶片，因此推断《史记》中“悼公二年，城雍”记载的可靠性，即秦国在都雍城近二百年之后才正式修建城墙[22]。在此阶段，随着城内面积不能与城市发展相适应，雍城不断扩大并向外蔓延，完成了由两重城向“非城郭制”的转化，最终形成了“大都无城”的城市结构，并对秦汉都城产生了深远的影响。
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