吐峪溝攔砂壩的影響及石窟保護(hù)對(duì)應(yīng)措施分析

王亞紅　周雙林

（北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院，北京100191；北京大學(xué)考古文博學(xué)院，北京100871）

吐峪溝攔砂壩的影響及石窟保護(hù)對(duì)應(yīng)措施分析

王亞紅周雙林

（北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院，北京100191；北京大學(xué)考古文博學(xué)院，北京100871）

通過對(duì)吐峪溝攔砂壩周圍和石窟寺內(nèi)外的溫濕度、土體含水率等的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，發(fā)現(xiàn)吐峪溝攔砂壩的修建導(dǎo)致石窟崖體不穩(wěn)，發(fā)生整體坍塌，石窟內(nèi)濕度加大，壁畫破損加速。本文針對(duì)目前存在的問題，結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)吐峪溝攔砂壩的改建工作提出了切實(shí)可行的建議。

吐峪溝石窟；環(huán)境監(jiān)測(cè)；文物保護(hù)

吐峪溝石窟位于新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番地區(qū)鄯善縣吐峪溝鄉(xiāng)，東經(jīng)89°33’，北緯42°51’。吐峪溝石窟始鑿于公元4~5世紀(jì)，分布在溝內(nèi)東西兩側(cè)斷崖上，約有洞窟近百座，為新疆東部開鑿年代最早、規(guī)模最大的佛教石窟遺址群，是研究佛教石窟寺藝術(shù)由西域向內(nèi)地傳播的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。①吐峪溝為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，及時(shí)對(duì)其文物進(jìn)行保護(hù)尤為重要。

一、吐峪溝攔砂壩的施工及影響

吐峪溝石窟位于吐峪溝中，溝內(nèi)峽谷較深，內(nèi)部有水流。溝南早期在石窟區(qū)下部修建水壩，壩體為普通沙石壩。吐峪溝石窟自向游客開放以來，多次發(fā)生山體滑坡、坍塌等安全問題。2007年夏季，吐峪溝峽谷中防洪壩被洪水沖毀，經(jīng)文物部門排查，發(fā)現(xiàn)石窟存在落石、山體滑坡、洞窟坍塌等安全隱患20余處，且危險(xiǎn)程度逐步加大（圖1）。

圖1　西岸山體大體量垮塌

2009年9月，鄯善縣水利局對(duì)二塘溝流域開展水土保持綜合治理工程，在吐峪溝內(nèi)修建攔沙壩。該水壩于2011年完工，目前已形成水深約15~20米、水面寬約60米的蓄水?dāng)r砂壩（圖2）。

圖2　吐峪溝攔水壩（自北向南）

自2011年大壩蓄水至今，吐峪溝石窟寺文物保護(hù)區(qū)內(nèi)部分崖體發(fā)生坍塌，對(duì)石窟寺崖體造成了嚴(yán)重破壞。據(jù)對(duì)攔沙壩建成兩年來的觀察和監(jiān)測(cè)，工程區(qū)內(nèi)右岸（西崖）較左岸發(fā)生塌方次數(shù)多，受工程區(qū)內(nèi)河流水位大幅上升影響較大。

崖體塌方的主要原因是兩岸崖體內(nèi)毛細(xì)水位上升較大，岸坡處泥巖在河水長(zhǎng)期浸泡下軟化膨脹，逐漸失去承載力。②而上部巖體毛細(xì)水位上升后自重增加，巖體內(nèi)局部潛在的滑動(dòng)面在水潤(rùn)滑作用下抗剪強(qiáng)度降低，導(dǎo)致巖體發(fā)生傾倒崩塌和滑塌。同時(shí)崖體形成新臨空面，整體不穩(wěn)定性加大。除此之外，河壩水位隨季節(jié)變化漲落造成岸坡巖體含水率快速變化，巖石膨脹收縮較大，加速了巖體的風(fēng)化。

吐峪溝石窟寺是全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，保護(hù)范圍內(nèi)的建設(shè)工程須以文物保護(hù)為主。因此，根據(jù)吐魯番地委、文物局對(duì)文物保護(hù)的要求，需使攔水壩水位逐步下降以減小對(duì)崖體文物本體的破壞，同時(shí)束窄水壩上游河道水面，降低蒸發(fā)量以減少水蒸氣對(duì)石窟內(nèi)文物的侵蝕。為了解水壩對(duì)石窟的影響，吐魯番文物局委托北京大學(xué)考古文博學(xué)院進(jìn)行攔砂壩對(duì)石窟影響的評(píng)估，以確定待改造攔砂壩的合理高程及石窟保護(hù)相關(guān)問題。

二、攔砂壩對(duì)石窟影響的監(jiān)測(cè)與評(píng)估

（一）監(jiān)測(cè)措施和方法

為了解攔砂壩對(duì)石窟的影響，采用技術(shù)手段進(jìn)行監(jiān)測(cè)。包括溫濕度監(jiān)測(cè)、含水率監(jiān)測(cè)和含鹽量分析等。

1.環(huán)境濕度監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法

各選取東、西部較高位置的幾個(gè)石窟，西部攔砂壩下游2號(hào)洞窟，以及攔砂壩附近和石窟上部不同位置，對(duì)空氣濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)量時(shí)濕度儀器放置于洞窟高度1.5米位置，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后讀取數(shù)值。空氣濕度使用小型氣象站測(cè)試，型號(hào)為L(zhǎng)M-8000。

2.土體含水率監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法

包括東區(qū)石窟外部、西區(qū)石窟、西區(qū)底部2號(hào)窟，以及攔砂壩水面附近等幾處的土體含水率。土體含水率采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方法，使用的儀器為MPH-160B型土壤含水率測(cè)定儀。

（二）監(jiān)測(cè)結(jié)果

1.溝東第27窟、30窟和32窟監(jiān)測(cè)結(jié)果

（1）環(huán)境濕度監(jiān)測(cè)

2014年4月24、25日，分別對(duì)27窟、30窟和32窟進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果顯示，洞窟濕度高于外部環(huán)境濕度5%左右，無明顯提高。洞窟內(nèi)濕度高于外部，可能是內(nèi)部土體存在水分揮發(fā)，且洞窟外部容易和大氣溝通。

（2）土體含水率監(jiān)測(cè)

27窟和30窟、32窟門口土體含水率一致，濕度約3%，土體非常干燥（圖3）。

圖3　溝東30~32窟監(jiān)測(cè)

2.溝西新發(fā)現(xiàn)幾窟監(jiān)測(cè)結(jié)果

（1）環(huán)境濕度監(jiān)測(cè)

溝西新發(fā)現(xiàn)的幾窟包括12窟和8窟，兩窟均破損，基本與大氣連通，故濕度與外部大氣接近，唯后回廊完整的洞窟后壁處濕度略高（圖4加粗?jǐn)?shù)字）。

圖4　溝西新發(fā)掘石窟的濕度和體含水率監(jiān)測(cè)

（2）土體含水率監(jiān)測(cè)

12窟和8窟的土體含水率在2%~6%之間，也屬非常干燥（圖5未加粗?jǐn)?shù)字）。

圖5　溝西2號(hào)窟監(jiān)測(cè)

3.溝西第2窟監(jiān)測(cè)結(jié)果

（1）環(huán)境濕度監(jiān)測(cè)

第2窟位于攔砂壩下游，預(yù)計(jì)洞窟內(nèi)濕度較大。測(cè)試結(jié)果顯示，洞窟外部濕度大于內(nèi)部，洞窟下部濕度大于上部。這種情況與上述洞窟不同，測(cè)試發(fā)現(xiàn)洞窟外部大氣濕度較高，水渠上部可達(dá)35%以上，應(yīng)是外部濕度傳導(dǎo)進(jìn)入洞窟，導(dǎo)致洞窟內(nèi)外相接處濕度較高。其地面濕度較高，應(yīng)與地面水分揮發(fā)有關(guān)，見土體含水監(jiān)測(cè)。水渠上部濕度較高應(yīng)是上部樹木遮擋，空氣不易流通所致，濕度情況見圖5加粗?jǐn)?shù)字，其瞬間濕度可達(dá)40%以上。

（2）土體含水率監(jiān)測(cè)

2號(hào)窟濕度較大，外側(cè)墻面有酥松現(xiàn)象。對(duì)窟內(nèi)靠近地面的土體，以及外部巖壁靠近地面處等地方進(jìn)行土體含水率測(cè)試。數(shù)據(jù)顯示，石窟內(nèi)靠近外部墻壁土體含水率高，最高可達(dá)16.4%，內(nèi)部較低，最低0.8%，石窟南北墻從東向西（從外向內(nèi)）土體含水率下降，石窟前部2米內(nèi)地面土體濕度可達(dá)12.9%，高含水率從墻體可看出。測(cè)試顯示，越下部位置土體含水率越高，含水區(qū)域在水渠平面以下至平面以上1.5米范圍內(nèi)，結(jié)果見圖5未加粗?jǐn)?shù)字。石窟外部巖體靠地面部分有鹽分結(jié)晶。

4.溝內(nèi)不同地點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果

（1）溝內(nèi)不同地點(diǎn)環(huán)境濕度監(jiān)測(cè)

對(duì)溝內(nèi)、外不同位置測(cè)試空氣濕度，測(cè)試顯示濕度均在20%~30%之間。水面附近濕度為47.8%，但水面以上與大氣濕度接近，說明水蒸汽會(huì)很快被稀釋；而石窟群上公路濕度低于溝內(nèi)，與溝內(nèi)大氣接近，為22.5%，表明攔砂壩存在會(huì)導(dǎo)致一定范圍內(nèi)的濕度提高。需要注意的是，在夏季高濕的情況下，水汽進(jìn)入洞窟導(dǎo)致的冷凝現(xiàn)象。

（2）溝西巖體靠近攔砂壩水面部分土體含水率監(jiān)測(cè)

測(cè)試部位在攔砂壩中部，此處可沿小道行至西部石窟。這些部位風(fēng)化較其他部位嚴(yán)重，表面破碎脫落，集聚鹽分，針刺易刺入巖體5~10厘米的深度。數(shù)據(jù)顯示，巖體水分含量均在20%以上（圖6）。

圖6　溝西靠近攔砂壩水面部分巖體土體含水率監(jiān)測(cè)

（三）監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)估

1.環(huán)境濕度數(shù)據(jù)評(píng)估

頂部石窟濕度不大，石窟內(nèi)部濕度高于外界，但未見高濕度。底部石窟濕度較頂部高出幾個(gè)百分點(diǎn)，未見高濕度。石窟周圍濕度不大，未見高濕度。水面附近濕度較大，可達(dá)48%，但高于水面1米處濕度較低，與大氣濕度接近，可見水分揮發(fā)導(dǎo)致的高濕只影響水面部分。吐峪溝內(nèi)部濕度略高于外部，說明攔砂壩增加了濕度，雖測(cè)量時(shí)整體濕度不高，但不排除夏季高濕對(duì)石窟的影響，尤其是攔砂壩附近有樹木的2號(hào)洞窟。

2.土體含水率數(shù)據(jù)評(píng)估

土體含水率的監(jiān)測(cè)，測(cè)試點(diǎn)多在土體表面及以下10厘米處，分析顯示頂部洞窟土體含水率低，多數(shù)在3%左右，土體基本干燥。下部石窟及巖體含水率較高。2號(hào)洞窟靠近水渠部位（洞窟窟門兩側(cè)）含水率高，外部巖體含水率高（與水渠接觸部位，高度距離水渠渠面1米以內(nèi)區(qū)域）?？拷鼣r砂壩水面部分巖體破損嚴(yán)重，有開裂垮塌現(xiàn)象，且含水率在一定高度內(nèi)很高，可達(dá)20%以上。而附近攔砂壩淤積淤泥含水率達(dá)到40%，說明水是從攔砂壩滲透而來。水渠導(dǎo)致靠近底部的洞窟局部含水率高，鹽分結(jié)晶，并導(dǎo)致石窟外部局部濕度提高，影響石窟內(nèi)部。

三、結(jié)論和建議

（一）結(jié)論

修建攔砂壩對(duì)石窟有負(fù)面影響，主要是攔砂壩的水和澆灌用水渠泄露的水會(huì)破壞石窟巖體。破壞的主要原因是巖體不耐水，在水的作用下容易崩解垮塌。農(nóng)民灌溉用水渠緊鄰石窟所在山體，水渠滲漏水使局部含水率降低，導(dǎo)致附近石窟濕度增加，有潛在危險(xiǎn)。水渠中含有的鹽分導(dǎo)致石窟巖體的破壞。鹽分和水一起作用造成巖體底部巖石的風(fēng)化，導(dǎo)致山體垮塌，同時(shí)對(duì)較低位置的石窟產(chǎn)生負(fù)面影響，破壞壁畫所在巖體并且影響壁畫安全。

（二）對(duì)石窟保護(hù)工程的建議

第一，由于石窟所在的巖體在水的浸泡下易垮塌，且邊坡很陡，更易垮塌。因此，需對(duì)石窟所屬巖體進(jìn)行錨桿加固；對(duì)于無法錨固的部分，可采取削坡措施。

第二，攔砂壩對(duì)蓄水區(qū)附近的巖體有軟化作用，導(dǎo)致石窟所在巖體坍塌，必須對(duì)攔砂壩附近巖體進(jìn)行護(hù)岸處理。另外，攔砂壩對(duì)較低位置的石窟有毛細(xì)水破壞、鹽分破壞和潛在高濕度的影響，建議降低水位。水面高度降至石窟的3米以下（砂巖對(duì)水的毛細(xì)吸收高度為2米，為增加安全系數(shù)，以3米為宜）。

第三，建議修建攔砂壩前對(duì)基礎(chǔ)巖體進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，確保攔砂壩安全；攔砂壩應(yīng)有一定安全系數(shù)，保證排洪能力，避免暴雨時(shí)水面上升淹沒護(hù)岸，侵蝕巖體。

第四，由于水對(duì)巖體破壞較大，因此，攔砂壩上游蓄水區(qū)的護(hù)岸設(shè)施，應(yīng)有完善的防滲措施，避免滲漏水對(duì)巖體的危害。

第五，水渠對(duì)石窟危害較大，須對(duì)其進(jìn)行防滲處理，并盡量遠(yuǎn)離石窟所在巖體。

第六，除了攔砂壩水，雨水對(duì)石窟影響也很大，因此，建議在頂部公路靠近石窟一側(cè)修建排水溝，排掉上部山體接受的雨水。同時(shí)，對(duì)窟群區(qū)域的沖溝進(jìn)行整治，以利排泄雨水，避免過度沖刷石窟。

［注釋］

①陳凌、李裕群等：《二〇一〇年新疆吐峪溝石窟考古新收獲》，《中國(guó)文物報(bào)》，2011年1月21日，第9版。

②孫博、陸繼財(cái)?shù)龋骸稊r砂壩工程對(duì)吐峪溝千佛洞崖體穩(wěn)定性的影響》，《甘肅科技》，2012年第2期，第51~53頁。

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