湖北宜昌三游洞摩崖石刻文物本體及保存環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)估

李 青

（宜昌市三游洞管理處，湖北 宜昌 443000）

1 總體情況

為更好地保護(hù)三游洞摩崖石刻文物，文章選取溶洞區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與研究，對(duì)溶洞區(qū)布設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，擷取各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行分析，以助于后續(xù)文物保護(hù)工作的展開[1]。

2 溶洞區(qū)域情況

2.1 室外總體環(huán)境

(1)大氣溫濕度及降雨量。通過監(jiān)測(cè)，2015年三游洞氣象站監(jiān)測(cè)所得大氣溫度為2.4℃～36.5℃，波動(dòng)范圍為34.1℃，平均溫度為19.71℃；濕度為30.5%～100%，波動(dòng)范圍為69.5%，平均濕度為79.79%；最大降水量為105.8 mm/h。氣象站監(jiān)測(cè)所得濕度范圍在30%～100%，其中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)50%的濕度數(shù)據(jù)基本集中在80%～100%之間，75%的濕度數(shù)據(jù)集中在70%～100%之間，環(huán)境濕度較高，平均日較差接近25%，標(biāo)準(zhǔn)差接近15%，濕度穩(wěn)定性較差[2]。溫度范圍在0℃～40℃，其中50%的溫度數(shù)據(jù)集中在20℃～4 0 ℃之間，7 5%的溫度數(shù)據(jù)集中在1 0 ℃～4 0 ℃之間，環(huán)境溫度稍高，平均日較差接近6℃，標(biāo)準(zhǔn)差接近8℃，溫度穩(wěn)定性較差。

(2)光紫外。2015年三游洞氣象站監(jiān)測(cè)所得光照為0 ～7 6 4 6 8.3 2 lx，紫外線強(qiáng)度為0～ 1 034.84μW/cm2。

(3)風(fēng)速風(fēng)向。2015年三游洞氣象站監(jiān)測(cè)所得風(fēng)速為0.1～3.9 m/s，平均風(fēng)速為0.30 m/s，風(fēng)力最高為3級(jí)，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|南風(fēng)。

2.2 溶洞區(qū)

2.2.1 溫濕度

2015年三游洞溶洞區(qū)各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的溫濕度監(jiān)測(cè)平均值生成溫濕度空間分布圖（圖1）。濕度場(chǎng)/溫度場(chǎng)的豎條為濕度/溫度比色刻度尺，由上往下，溫濕度依次降低。由圖1可看出刻度尺寸分為：較濕區(qū)域、較干區(qū)域、高溫區(qū)與低溫區(qū)。由圖可知，2015年三游洞溫度溶洞外＞溶洞口＞溶洞內(nèi)；濕度溶洞外＞溶洞口＞溶洞內(nèi)。該現(xiàn)象應(yīng)受當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響。

2015年三游洞溶洞區(qū)溫度為1.4℃～35.8℃，波動(dòng)范圍為34.4℃，平均溫度為16.57℃；濕度為30.5%～100%，波動(dòng)范圍為69.5%，平均濕度為84.09%。溶洞區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)50%的濕度數(shù)據(jù)基本集中在70%～100%之間，平均濕度基本集中在70%～90%之間，環(huán)境濕度較高。濕度日波動(dòng)最大的是位于河邊的多氣體160號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，離溶洞較遠(yuǎn)，受環(huán)境影響濕度日波動(dòng)較大，其次是位于溶洞外的監(jiān)測(cè)點(diǎn)63號(hào)、64號(hào)，濕度穩(wěn)定性均較差。監(jiān)測(cè)點(diǎn)155號(hào)處濕度標(biāo)準(zhǔn)差遠(yuǎn)大于溶洞區(qū)其他位置，濕度穩(wěn)定性最差，應(yīng)引起注意[3]。

溶洞區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)50%的溫度數(shù)據(jù)基本集中在10℃～25℃之間，平均溫度基本集中在10℃～20℃之間。溫度日波動(dòng)最大的是位于河邊的多氣體160號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，離溶洞較遠(yuǎn)，受環(huán)境影響溫度日波動(dòng)較大，其次是位于溶洞外的監(jiān)測(cè)點(diǎn)63號(hào)、64號(hào)，溫度穩(wěn)定性均較差。

總體來說，該區(qū)域的多氣體160號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處溫濕度穩(wěn)定性接近于氣象站，溫濕度穩(wěn)定性最差，其次是位于溶洞外的監(jiān)測(cè)點(diǎn)63號(hào)、64號(hào)，溫濕度日波動(dòng)較大，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫濕度穩(wěn)定性基本一致。

在文物的保存中，環(huán)境溫度和濕度是直接作用于文物的兩個(gè)最普遍因素。石質(zhì)文物受大氣溫濕度影響很大，溫濕度的周期性波動(dòng)和較大的溫濕度日較差，會(huì)導(dǎo)致石質(zhì)反復(fù)出現(xiàn)熱脹冷縮、濕脹干縮，造成可溶鹽的溶解和重結(jié)晶，導(dǎo)致石質(zhì)文物的開裂、酥粉，溫度低于零時(shí)還會(huì)發(fā)生凍融現(xiàn)象，長(zhǎng)期如此文物容易發(fā)生開裂、塊狀剝落等問題，影響文物的長(zhǎng)期保存。

2015年三游洞溶洞區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫濕度波動(dòng)數(shù)據(jù)情況為由冬季經(jīng)過春季進(jìn)入夏季，溫濕度均呈上升趨勢(shì)，再到冬季，溫濕度又回落到初始水平。濕度始終徘徊在較高水平，溫濕度總體波動(dòng)較大，日較差也較大。

結(jié)合宜昌當(dāng)時(shí)的天氣總體變化來看，溫度和濕度也保持合理的變化趨勢(shì)，環(huán)境變化正常，期間出現(xiàn)的特殊變化，多是天氣變化引起的。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫濕度平均值、最大、最小值及波動(dòng)范圍如表1所示。

表1 三游洞溶洞區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫濕度平均值、最大、最小值及波動(dòng)范圍

續(xù)表 1

監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的均為石質(zhì)文物，該環(huán)境溫濕度超出了文物的溫濕度推薦值（溫度18～22±2℃，濕度35～65±5%）。高濕度時(shí)苔蘚、地衣等各類植物生長(zhǎng)旺盛，影響文物外觀，生長(zhǎng)時(shí)分泌物會(huì)腐蝕文物，根的生長(zhǎng)會(huì)加快裂隙發(fā)育，同時(shí)溫濕度的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致文物出現(xiàn)周期性的熱脹冷縮、濕脹干縮，對(duì)文物影響嚴(yán)重，不利于文物的長(zhǎng)期保存。

2.2.2 表面溫度

2015年三游洞溶洞區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均值生成如圖2所示的表面溫度空間分布圖。其中左邊為表面溫度場(chǎng)，右邊豎條為表面溫度比色刻度尺，由上往下，表面溫度依次降低。圖2中表面溫度為5.6℃～36.3℃，波動(dòng)為30.7℃，平均表面溫度為21.21℃。

2015年三游洞溶洞區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)表面溫度波動(dòng)情況如圖3所示，由圖3可以看出，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)表面溫度的變化趨勢(shì)與大氣溫度一致，但波動(dòng)更小一些，且表面溫度始終高于露點(diǎn)溫度，沒有結(jié)露的風(fēng)險(xiǎn)。

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫濕度平均值、最大、最小值及波動(dòng)范圍見表2。

表2 三游洞溶洞區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)表面溫度平均值、最大、最小值及波動(dòng)范圍

2.2.3 光照紫外

三游洞溶洞區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)光照紫外（圖4），光照度為0～1 378.19 lx、紫外線強(qiáng)度為0～1.13 μW/cm2。監(jiān)測(cè)點(diǎn)85號(hào)位于溶洞口，其光照紫外含量均為最大；監(jiān)測(cè)點(diǎn)213號(hào)、214號(hào)、215號(hào)依次放置于洞內(nèi)，深度213號(hào)＜214號(hào)＜215號(hào)，其光照紫外含量213號(hào)＞214號(hào)＞215號(hào)。因此該區(qū)域文物為石雕石刻，洞口光照度明顯超出了洞內(nèi)該類文物的光照度推薦值（小于等于300 lx）。

石刻暴露在外界環(huán)境中，白天在陽光下暴曬，石刻表面受熱膨脹，而內(nèi)部所受影響較小，受陽光直射、顏色較深的部位溫度高、膨脹大，背對(duì)陽光、顏色較淺的部位溫度低、膨脹??；晚上沒有陽光照射，石刻表面被內(nèi)部冷卻，快速收縮。長(zhǎng)此以往，這種周期性的不均勻膨脹會(huì)導(dǎo)致石刻強(qiáng)度降低，出現(xiàn)開裂，對(duì)石刻的長(zhǎng)期保存有嚴(yán)重影響，可在文物上方添加擋板等遮擋陽光，減少陽光的直射。

2.2.4 二氧化碳

三游洞溶洞區(qū)二氧化碳含量為（142～3 541）× 10-6（圖5），越往溶洞深處，二氧化碳含量越高，越不利于文物保存[4]。

2.2.5 二氧化硫

三游洞溶洞區(qū)二氧化硫含量為0～0.1×10-6，三游洞溶洞區(qū)二氧化硫含量偶有超出文物的二氧化硫推薦值（小于4×10-9）（圖6），不利于文物保存[4]。

2.2.6 有機(jī)揮發(fā)物

有機(jī)揮發(fā)物VOC、溫濕度160/（10-9/(℃.%)）

三游洞溶洞區(qū)有機(jī)揮發(fā)物含量為（184～45 897）×10-9，三游洞溶洞區(qū)有機(jī)揮發(fā)物含量超出文物的有機(jī)揮發(fā)物推薦值（小于300×10-9），不利于文物保存。2015年3月到10月，有機(jī)揮發(fā)物含量突增（圖7），應(yīng)引起注意。

2.2.7 土壤溫度、含水率

三游洞溶洞區(qū)土壤溫度含水率（圖8），土壤溫度為16.3℃～19.9℃，波動(dòng)范圍為3.6℃；土壤含水率為4.57%～11.65%,波動(dòng)范圍為7.08%。三游洞溶洞區(qū)土壤溫度、含水率波動(dòng)均較小，較為平穩(wěn)。

2.2.8 微風(fēng)

三游洞大佛石刻區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速風(fēng)向（圖9），風(fēng)速為0.01～1.07 m/s，平均風(fēng)速為0.09 m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)和偏西北風(fēng)。將風(fēng)玫瑰圖放入溶洞區(qū)地圖中（圖10），可以發(fā)現(xiàn)，2015年三游洞風(fēng)主要是平行洞口吹，對(duì)溶洞口及洞外石刻表面損害較大，建議在主風(fēng)向方向植樹，以便形成擋風(fēng)墻，減輕風(fēng)蝕作用。

2.2.9 位移

三游洞大佛石刻區(qū)危巖位移情況（圖11），由圖11可以看出，3個(gè)方向的位移量波動(dòng)較大，但沒有明顯的周期，其中118號(hào)的波動(dòng)最大，日波動(dòng)最大達(dá)到1.5 mm，其次是112號(hào)，114號(hào)最小，6月112號(hào)、114號(hào)波動(dòng)均增大，應(yīng)引起注意。

各方向的位移量平均值、最大、最小值及波動(dòng)范圍見表3。

表3 三游洞溶洞區(qū)各方向位移量平均值、最大、最小值及波動(dòng)范圍

3 結(jié)果與建議

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明三游洞大部分區(qū)域的溫濕度波動(dòng)范圍大，超出最佳文物保護(hù)最佳范圍，溶洞區(qū)土壤溫度含水率較為穩(wěn)定，二氧化碳濃度嚴(yán)重超標(biāo)，二氧化硫及有機(jī)揮發(fā)物含量超標(biāo)嚴(yán)重。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)論，提出以下建議，僅供參考：①在受到陽光直射的文物上方添加擋板等遮擋陽光，減少陽光的直射，防止因不均勻受熱導(dǎo)致的石質(zhì)文物強(qiáng)度下降甚至開裂；②在溶洞區(qū)二氧化碳含量較高時(shí)對(duì)游客進(jìn)行分流，控制游客參觀人數(shù)[2]；③危巖體應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)加固工程，防止由于外界地震或基建等造成摩崖石刻進(jìn)一步損害[5]。