大寺溝淤沙對炳靈寺石窟的影響及治理措施

趙雪芬 賀延軍 閆海明 于亮

內(nèi)容摘要：劉家峽水庫建成蓄水后窟區(qū)水環(huán)境發(fā)生了一系列變化，嚴重影響了處在水庫庫尾的炳靈寺石窟。十年來，通過開挖排水溝、外運淤沙等方式?jīng)]有改變大寺溝河床持續(xù)增高的局面。根據(jù)炳靈寺石窟環(huán)境現(xiàn)狀，本文試從保護植被、固沙、治水方面解決炳靈寺石窟的沙患和水患問題。

關鍵詞：大寺溝;淤沙;水患;治理

中圖分類號：K854.3 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1000-4106（2015）00-0136-05

Influence of Silt Sediments on the Binglingsi Grottoes

and Resulting Treatment Measures

ZHAO Xuefen1 HE Yanjun1 YAN Haiming2 YU Liang2

（1. Research Institute for the Cultural Relics of the Binglingsi Grottoes， Yongjing， Gansu 731600;

2. Gansu Geo-engineering Co.， Ltd， Lanzhou， Gansu 730014）

Abstract： Since the Liujiaxia Reservoir was built， a series of environmental changes have greatly influenced the Binglingsi Grottoes. During the past ten years， various measures like digging outfall ditches and cleaning up silt sediments have not prevented the river bed from rising. This paper discusses various measures to deal with the sedimentation and flood problems according to the current environmental situation.

Keywords： the Dasi Ditch; silt sediments; floods; treatment

（Translated by WANG Pingxian）

一 炳靈寺石窟概況

炳靈寺石窟位于甘肅省臨夏州永靖縣西南約52km處、小積石山黃河北岸的大寺溝中。自古以來這里就是多民族活動的歷史大舞臺，也是絲綢之路從中原進入河西走廊的必經(jīng)之地，多條陸路、水路在這里交織。便利的交通促進了中西佛教文化在此交融、發(fā)展，形成了具有漢藏風格的多元化的石窟藝術。炳靈寺石窟始建于4世紀末，終于19世紀末。石窟集中分布在大寺溝右側(cè)的崖壁上，現(xiàn)存窟龕216個，造像815尊，壁畫900m2，佛塔54座。其佛教造像與壁畫展現(xiàn)出佛教初傳至漢地時中國石窟的面貌特征，崖壁上的“建弘題記”是中國佛教石窟中迄今發(fā)現(xiàn)最早的紀年題記。

1955年5月，“永靖炳靈寺文物保管所”成立。1961年3月，炳靈寺石窟被國務院公布為第一批全國重點文物保護單位;2014年6月，被世界教科文組織列入世界文化遺產(chǎn)名錄。

二 環(huán)境概況

小積石山為白堊紀沉積紅砂巖，地層受地表河流沖刷、侵蝕強烈，形成了高山幽谷、重巖疊嶂的丹霞地貌。炳靈寺石窟坐落在劉家峽水庫庫尾、小積石山黃河一級支流溝大寺溝崖壁上，海拔在1738—2100m之間。炳靈寺氣候?qū)贉貛Т箨懶园敫珊禋夂颉?014年炳靈寺的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，年最高氣溫在7月（32.67℃），最低氣溫在1月（-10.78℃）。年濕度最大值在5月（97.36%），最小值在1月（8.0%），2—10月濕度值在60%以上。降雨集中在7—9月，占全年降雨總量的55%以上。最大降雨量為94.31mm，最大降雨強度為15.61/m2/h。年降雨量450.7mm，年蒸發(fā)量1457mm。降雨區(qū)域特征明顯，持續(xù)時間短，多以陣雨形式出現(xiàn)，一年有4—5次暴雨，大暴雨1—2次?？邊^(qū)內(nèi)常年主導風向為西南風，風速不大。石窟周圍巖體受地層巖性、氣候等條件所影響，土壤為砂礫巖風化而成的灰白土、高山草甸土，土層薄，保水、保肥能力差，易被雨水浸濕沖刷，不宜于植被生長。大寺溝流域植被總體覆蓋率為40%左右，因氣候干旱，生態(tài)環(huán)境脆弱，加之當?shù)厝罕姵Ｄ攴拍粒脖黄茐膰乐亍?/p>

三 大寺溝淤沙成因

炳靈寺一帶山谷陡峻，河道比降大，黃河流經(jīng)炳靈寺河段時速度快，河水搬運能力強，泥沙不易淤積，水位為自然狀態(tài)下的河流水位。大寺溝河床狹窄，溝谷呈“V”形，兩側(cè)錯落分布著多條支溝，大部分支溝常年干涸。雨季各支溝的洪水匯入大寺溝，經(jīng)窟前流入黃河。大寺溝兩側(cè)山體陡峭，河道窄，即使有暴雨，泥沙也不易淤積，因此經(jīng)歷了1600余年的炳靈寺石窟風貌依舊。

1967年劉家峽水庫建成蓄水，水庫正常水位1735.0m，最高蓄水位1735.5m。炳靈寺石窟底層有4個窟在正常水位以下，建壩前對這4個窟進行了搬遷保護。石窟防護堤壩建成后長220m、高16m（壩頂高程1738.2m）。

水庫蓄水后，比原黃河劉家峽斷面平均水位（1619.6m）高出115.4m。水位升高使劉家峽庫區(qū)水環(huán)境發(fā)生一系列變化，從而影響到水庫庫尾的炳靈寺石窟。大寺溝溝口黃河水位比原水位（1698.2m）高37.3m，水位上升，河面增寬，流速降低，河流動力條件發(fā)生變化，黃河對應斷面流速由原來的4.603m/s減少到0.232m/s，河流由原來的沖刷為主轉(zhuǎn)化為泥沙淤積為主[1]。每年3月黃河水進入大寺溝，石窟區(qū)水位與劉家峽大壩水位相等，河水蓄積在石窟前長達3個月之久，同時大寺溝溪水也在石窟前與黃河水匯合，因此大量泥沙不斷在窟前沉積。大寺溝由以前強烈的侵蝕切割區(qū)變?yōu)槟嗌吵练e區(qū)，溝口河床急劇抬升，阻擋了大寺溝排洪，每年夏秋季節(jié)暴雨頻發(fā)，各支溝山洪匯入大寺溝，山洪攜帶大量的泥沙淤積在大寺溝，加速了窟前河床的抬升。

1968年，大寺溝大佛前谷底高程1720m，1995年高程1733.8m，2014年高程升至1737m，每年以0.37m的速度遞增，46年泥沙淤積高17m，形成了今天河床高于石窟的局面（圖1）。

四 大寺溝淤沙對炳靈寺石窟的影響

炳靈寺石窟所依附的山體系白堊紀時期湖相沉積形成的紅砂巖。巖石由碎屑和膠結(jié)物兩部分組成。碎屑為細微砂巖，主要成分是石英，其次是長石和巖屑，粒度以0.08—0.15mm居多，約占巖石總量的85%。礦物成分：石英占45%、長石占25%、巖屑15%、泥質(zhì)占15%。膠結(jié)物成分以泥質(zhì)膠結(jié)物為主，含有少量方解石、黑云母及綠泥石。泥質(zhì)絕大部分圍繞碎屑顆粒呈薄膜狀分布，少部分填充在碎屑顆粒的孔隙間，以孔隙式膠結(jié)為主。泥質(zhì)膠結(jié)中蒙脫石含量較多，占泥質(zhì)總量的38%。蒙脫石在干燥條件下是相對穩(wěn)定的，水分滲入后體積發(fā)生膨脹。紅砂巖體結(jié)構(gòu)復雜，黏結(jié)性小，抗壓強度較小，空隙大，吸水率大，膠結(jié)物破壞后，導致巖體風化。蒙脫石是引起炳靈寺石窟風化的一個主要根源[2]。雖然窟前有防護堤壩，但當水位接近或達到正常蓄水位時，通過滲透作用造成底層石窟浸水，或通過毛細水作用導致洞窟潮濕、壁畫酥堿，對石窟文物造成損害[3]。2002年窟前河床與防護堤壩排水孔等高，河水通過排水孔進入洞窟，使底層第39、126、128、132、144、145、146窟造像風化、壁畫酥堿（圖2、3）。

水在石窟前蓄積，不僅引發(fā)底層石窟病害的發(fā)生，同時因為黃河水面加寬，區(qū)域內(nèi)空氣濕度增大，也會引起高層石窟造像、壁畫病害的發(fā)生。危害更嚴重的是大寺溝河床的持續(xù)增高。第191龕即將被淹沒（圖4），如不及時治理，淹沒的不僅僅是5個石窟，而且是整個炳靈寺石窟。

劉家峽水庫的建成改變了炳靈寺石窟的自然地貌和生態(tài)環(huán)境，水庫引起沙患，沙患引起水患，水患引發(fā)石窟病害，形成了惡性循環(huán)鏈，嚴重威脅到石窟的安全。

五 歷年淤沙治理

為了排出窟區(qū)積水、阻止河水滲入石窟，2002年，炳靈寺文研所委托工程隊，沿防護堤壩開挖了一條底寬4.8m、上寬9.4m、深2.8m的排水溝。沙土黏結(jié)性差，風雨侵蝕會自然滑落，開挖的排水溝經(jīng)過一段時間后被泥沙淤滿。2005年再次開挖排水溝，不久又被填滿。2012年6月開挖的排水溝被8月份的一場大暴雨夷為平地。2014年8月，從水滴嶺至大寺溝口開挖了一條長700m、深2.5m、底寬4m的排水溝，至11月份河道僅深1.6m，3個月泥沙淤積了0.9m，期間沒有下過暴雨。照這個速度計算，8個月后排水溝就會被泥沙墊滿，如遇大暴雨排水溝瞬間就會被夷為平地。顯然，這種簡易開挖排水溝、外運泥沙的方法解決不了實際問題，要徹底解決炳靈寺石窟的沙患和水患，需另辟蹊徑。

六 淤沙和河水治理措施

大寺溝淤沙治理已經(jīng)到了刻不容緩的地步，為此，甘肅地質(zhì)公司工程師與筆者一起，耗時一年，實地觀察、勘測大寺溝泥沙和黃河水位的變化情況，總結(jié)以前治沙經(jīng)驗，制定出大寺溝淤沙和水治理措施。

1. 植被保護。

保護大寺溝流域的植被是治理淤沙的首要任務。原來大寺溝流域樹木茂盛，生態(tài)良好。上世紀六、七十年代，周邊群眾砍伐樹木、植被[4]，對大寺溝流域脆弱的生態(tài)環(huán)境造成了毀滅性打擊。

小積石山屬丹霞地貌，土層薄，植被覆蓋率低，砂礫巖易于風化，風化后的沙粒沒有植被保護，易被雨水沖刷，最終淤積在大寺溝中。植被具有固沙的作用，保護植被就是保護泥沙流失，30年來，炳靈寺文研所對大寺溝流域植被保護采取了一些措施，但因當?shù)厝罕娙我夥拍?，植被恢復很緩慢。為此，炳靈寺文研所與永靖縣人民政府制定了植被保護制度，嚴禁在建設控制地帶內(nèi)放牧牛羊、砍伐樹木、破壞植被;同時加大環(huán)境保護力度，向周邊群眾宣傳植被保護的重要性，增強群眾的環(huán)境保護意識。

2. 淤沙治理

1995年后，河床高程達1734m，黃河最高水位時水深1m多，大寺溝口河床增高不明顯，大寺溝兩側(cè)支溝的山洪取代黃河泥沙成為大寺溝淤沙的主要來源。因此截留各支溝泥沙是治理炳靈寺石窟淤沙的關鍵，應采取因地制宜、逐溝治理的原則。

（1）瓦房溝。瓦房溝位于大寺溝東側(cè)，與石窟相對，長約1.5km呈東北——西南走向，北（陽）面石峰矗立，南（陰）面坡度略緩，巖體完整，溝腦地勢陡峭、灌木叢生，溝口有柵欄，形成了一個相對封閉的空間，牛羊很難進入，植被保護良好。溝內(nèi)常年有溪水，溝口地勢低洼形成小湖泊，湖中蘆葦叢生，蘆葦像紗網(wǎng)一樣過濾泥沙，過濾后泥沙沉淀下來，清水流入黃河。遇到暴雨，山坡茂密的植被保護泥沙流失，洪水經(jīng)過溝口蘆葦過濾，泥沙不易進入大寺溝。我們以此溝生態(tài)環(huán)境為典范，來治理其他支溝的泥沙。

（2）直溝。直溝在石窟北側(cè)1.5km處，長約3km，內(nèi)又有多條支溝，溝內(nèi)平直開闊，兩側(cè)坡度平緩，巖體破碎，因放牧使植被破壞嚴重。直溝常年有水，徑流量為0.0016m3/s，是大寺溝第一大泥沙來源地。

直溝泥沙治理可采用攔沙、排水兩種方法。攔沙：在溝口建立3m高、間距50m的階梯式攔沙壩，壩體為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（排水濾沙），體量不能太大，外觀與自然風貌保持一致。泥沙淤滿第一階壩后進入第二階壩，依次類推。壩內(nèi)蓄水后，會長出蘆葦?shù)人参?，形成與瓦房溝一樣的生態(tài)環(huán)境。排水：直溝與大寺溝口落差30m，從直溝向大寺溝口埋設地下排水管道，將經(jīng)過逐級過濾的清水排出溝外（圖5）。

（3）其他支溝。大寺溝兩側(cè)分布的雙門溝、野雞溝、白塔溝、洞溝及上寺其他支溝面積小，溝內(nèi)常年干涸，排沙量少，可以采用在溝口修筑階梯攔沙壩的方法，形成類似瓦房溝生態(tài)環(huán)境，既能攔截洪水泥沙，又能利用溝口植物來過濾泥沙，起到雙重固沙的效果。

（4）主河道。大寺溝口至閘子門河道總長4km，以直溝為界，以東為上寺河道，以南為下寺河道。上寺河道（直溝至閘子門段）長約3km，常年干涸，兩側(cè)支溝多，是大寺溝泥沙的第二大來源地。在主河道修筑階梯攔沙壩同樣能減少泥沙流入大寺溝，但是主河道是交通便道，彎道多，因此要因地制宜、分段治理，以不影響交通為宜。

下寺河道（直溝至大寺溝口段）常年有水，溪水從直溝流經(jīng)水滴嶺、石窟前、最后流入黃河。實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，下寺河道水源的一半來自直溝，一半來自瓦房溝和石窟巖體滲水。前已述及，直溝溪水通過地下管道輸出，不再流經(jīng)下寺河道地表。

水滴嶺是一個寬1m、長5m的“S”形峽道，如大寺溝的瓶頸，上游下來的洪水都要流經(jīng)這里。水滴嶺距大寺溝口700m，落差15m，從水滴嶺至大寺溝口開挖一條硬化排水溝，使上游下來的洪水直接從硬化排水溝排出。排水溝底呈“U”形，“U”形、硬化、筆直、落差大的排水溝有助于排沙，同時還要考慮百年一遇洪水的吞吐量（圖6）。排水溝上面為可移動蓋板，方便維護、清淤;蓋板上種植花草，外表與自然環(huán)境融為一體。

各支溝、主河道山洪通過層層攔截、過濾后，流入大寺溝的洪水含沙量大大減少，這些洪水直接由硬化排水溝輸出，不流經(jīng)石窟前地表，解決了泥沙在大寺溝淤積問題。

3. 黃河水治理

炳靈寺的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，進入大寺溝的黃河水改變了區(qū)域內(nèi)空氣的濕度，濕度增大引起造像風化。每年9月劉家峽水庫開始蓄水，至次年2月河水持續(xù)上漲，3月初河水漲至石窟前。根據(jù)劉家峽水庫水位漲落的規(guī)律，在大寺溝口（南橋以南）修建攔河壩，壩高出最高蓄水位1m，在硬化排水溝口安裝自動開關輔助設備，設定水位，當黃河漲到設定水位時壩門自動關閉，拒黃河水于壩外;當黃河下降到設定水位時壩門自動打開，大寺溝溪水外排。壩門關閉的時間段為3—5月，正好是旱季，大寺溝內(nèi)的水不能外排，但也沒有山洪。水滴嶺以上的水從管道排出，瓦房溝溪水也匯入管道排出，此外僅剩石窟巖體的少量滲水。在大寺溝河灘及兩側(cè)山坡種植花草、樹木，將巖體滲水用來澆灌這些植物，這樣在壩門關閉期間大寺溝內(nèi)不會有積水，解決了壩門關閉時溝內(nèi)溪水無法外排的難題。攔截黃河水于大寺溝外，區(qū)域內(nèi)的空氣濕度也不會增高。

水患和沙患是影響炳靈寺石窟最直接最突出的問題。近年來，隨著區(qū)域內(nèi)降雨量的增加，暴雨增多，泥沙淤積劇增，嚴重威脅到炳靈寺石窟的安全。本泥沙治理措施在技術、思路等方面還有許多不足之處，希望專家、學者批評指正，也期待更科學有效的淤沙治理辦法的出現(xiàn)。

參考文獻：

[1]蘭州大學資源環(huán)境學院，甘肅炳靈寺文物保護研究所.劉家峽水庫和山洪對炳靈寺石窟的影響初步研究[R].蘭州大學：2013：14

[2]李最雄.炳靈寺、麥積山和慶陽北石窟寺的風化研究[C]//李最雄石窟保護論文集. 蘭州：甘肅民族出版社，1994：2

[3]蘭州大學資源環(huán)境學院，甘肅炳靈寺文物保護研究所.劉家峽水庫和山洪對炳靈寺石窟的影響初步研究[R]. 蘭州：2013：16

[4]永靖縣人民委員會. 關于禁止亂砍濫伐炳靈寺林木通知[Z].甘肅炳靈寺文物保護研究所.1957.