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麦积山石窟水害环境调查 |
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象可以看见明显的水分运动,在窟壁上形成明显的水线。 (三)窟壁潮湿 这种现象是指窟内没有明显的渗水点,也观察到水分的移动,但在降雨之后的一段时间,壁面就会有明显的潮湿现象,这种洞窟有127、133、94等。在降雨之后,水对窟内的影响速度比较慢,一般来讲,二至三天以后,洞窟内部的湿度才会有明显的升高,但是和前两类的渗水现象相比,这一类的渗水现象对窟内影响的时间却比较长,约有一个星期或更长的一段时间,它的表现是以很缓慢的湿度升高和很缓慢的湿度降低为特点。
二、渗水的来源和渠道 通过长期的观察和研究,我们发现降水是通过以下几种渠道对窟内产生影响的: (一)地质运动所造成的构造裂隙。根据调查,在麦积山周围共有8条地质构造裂隙,这种裂隙大多呈垂直分布,个别裂隙从上到下形成贯通,大气降水便会沿着这个渠道垂直下渗,然后通过水平运移对洞窟产生影响。 (二)山体中的软弱夹层。麦积山石窟的山体属于红砂岩的结构,其结构形成很不均匀,大部分是密度比较大的结构,这种结构很容易阻挡水分在山体内的运动,形成不透水层,在这种结构中间却夹杂着一些软弱层,这些软弱层的岩石颗粒比较细,但密度却很小,其中似乎含有黄土类的杂质,这种软弱层都大致呈水平状分布,厚度不大,一般在50厘米以下,由于其质地松散、密度小,所以就和水分之间有良好的亲和力,因而就形成了一个个水平状的透水层。降雨之后,水分便会沿着这些透水层向洞窟移动,从而在窟内形成渗水、潮湿现象。 (三)顺小裂隙以及植物根系下渗。除了前述的山体大裂隙以外,在表层岩面中还分布着很多的微裂隙,这也是降雨的下渗渠道,另外,山顶及四周植物生长茂盛,树种大多为松、柏等常青树种,此类树种的根系有顺岩石裂隙伸展的特性,所以,丰富的植物根系网也就形成了一个丰富而面广的降水下渗渠道。 在山顶部分,由于坡度较大,降雨之后雨水迅速顺坡度排泄,所以在这一部分的下渗量是有限的;而在略下位置,坡度变缓,在这些位置,有大面积的黄土以及松散物的堆积,也就形成一定的水分储留、下渗地带,这些位置从地形高程来看,对上层洞窟如127、133、135等影响不大,但对下层洞窟如94、78、57、173、48等窟肯定会有一定程度的影响。 (四)地震所造成的表层裂隙。天水地区处在中国南北和东西地震带的交汇地带,历史上曾发生过多次的地震,对石窟所处的山体是破坏巨大的,在山体表层形成了许多岩石裂隙,这些表层裂隙方向没有任何规律可言,除此之外,还有岩面表层受到风雨侵蚀而形成的裂隙,山体内以及表层岩面的水分便会顺着这些杂乱和交叉的裂隙通道下渗。 (五)山体和水泥加固的夹层。1975~1984年,为了加固被地震破坏的山体,进行了为期8年的加固工程,采用“喷锚支护”的方法,在山体表面喷护了约10厘米的水泥层,此举为保护麦积山石窟的安全功不可没,是为石窟加固史上的壮举。 但是,从文物保护的角度看,加固工程却无意中带来一个小的弊端,即在局部位置和一定程度是改变了水路,因为在加固以前,山体表面有许多出水点,山体内部的水分长时间地运移,形成了基本固定的水路,其中一部分便是沿崖壁出水点排出,而喷护的水泥层却将出水点封闭,而此处的水在这种情况下则有三个流向。一是回流,在附近某个窟内出水点排出;二是顺水泥层继续外渗,在水泥层外形成出水点;三是顺着山体与水泥层之间的夹层下渗,并在水泥层的边沿处(洞窟口沿)露头并挥发。第一种情况如94窟,第二种情况在80窟左侧有明显的表现。第三种情况在众多的下层洞窟中都有程度不同的表现。 三、渗水对文物的危害 以上所述的渗水现象对麦积山石窟的文物造成了严重的影响,总的来讲,有以下几种病害: (一)洞窟形制被严重破坏,如57、173窟等,其原始的洞窟形制已不可辨识,只有个别的残迹方可判断出一些历史信息。 (二)在出水点附近窟壁潮湿、落沙、崖壁呈片状剥离等,在水分较多的位置如80窟,水的运动将崖体内较为松散的物质(如黏土类)不断地冲出,从而逐渐形成泥流一类的现象,对塑像造成了严重的危害。另外,94窟是落沙现象最为明显的洞窟,在降雨量大的月份,窟内壁面潮湿度急剧增大,岩粒之间的胶结物质被分解破坏,导致结构松散,便会自然地呈颗粒状脱落,目前此窟内的塑像以及采取了搬迁措施。 (三)窟内湿度增大,诱发多种文物病害,这个实际是前两种现象引发的病害,窟内空气湿度长时间处于比较高的状态,会造成塑像、壁画表面风化、色彩脱落或淡化、壁画地仗空鼓、脱离壁面、木骨架糟朽等。 四、目前所采取的措施和建议 通过多年的调查研究,铁道部第一勘察设计院、甘肃省水文地质队、麦积山石窟艺术研究所等单位制定了“窟外以堵为主,窟区以排为主”的方针,即在山顶部分,对所调查的8条大的构造裂隙和坡顶分布的微裂隙分别采用超细水泥和水玻璃进行封堵,而在窟区则在出水位置和出水洞窟附近打排水孔,以疏导出山体内部的水分,缓解洞窟内部的渗水压力,此项工程已经在2003年进行了实施。 通过几年的连续观测,我们对第一期工程的治理效果有了比较明显的认识,工程期间在窟区各位置打的排水孔大部分都有出水现象,最为显著的是7号孔,现在每天的最高出水量可达2800毫升,另外1、2、6、11、12等孔位也都有程度不同的出水现象,这样就在一定程度上缓解了渗水对洞窟的压力,如94、52等窟内的渗水和落沙现象都较治理工程以前缓解了很多。 但是,由于受到地质、地形、水文、渗水渠道等多方面因素的复杂性,目前还存在很多的问题,大部分洞窟内部的渗水现象未得到有效的缓解,57窟的出水量和治理以前未发生太大的变化,这说明,虽然是窟区内的疏导产生了一定作用,但在山顶的封堵却对降雨下渗通道未能探清查明,导致雨水仍按一个原有的通道下渗,这些都是下一步治理工作中需要众多关注的问题。 对于下一阶段工作的建议: (一)在原有治理方案的基础上,进一步加强对山顶雨水的排疏,即采用排水沟、挡水墙等方法使雨水沿最大坡度排泄,尽量减少雨水在坡面的停留时间,也就相应地减少了下渗量。 (二)对位于渗水洞窟高程以上的平缓地带、特别是黄土堆积地带,除了采用第一种方法将上段流淌下来的雨水隔开,阻止其排入到平缓地带后下渗外,还可根据坡地所处的位置、环境、土质、坡度、大小等不同的情况,对坡地进行处理,具体有:一、硬化表面,阻止雨水下渗,二、参照龙门、大足等石窟的经验做防渗层。三、利用建筑工程技术开挖并铺设渗水沟,将已经渗入到土层内部的雨水利用渗沟排出。四、在无树木遮挡的空旷地带,种植适宜的贴地类小灌木,减弱雨水对地面的直接侵蚀和下渗。 (三)对窟区的排水孔,要根据出水洞窟的情况,进一步地打孔排水,首先要在来水方向上(窟区西侧)、在透水层位交叉布置更多的排水孔,将下渗的雨水最大量地阻挡在窟区外,然后再在渗水洞窟的附近和同层位的来水方向打孔拦截,对孔洞的垂直交角以及水平夹角要进行必要的调整,孔径在技术可能的条件下要尽量地大一些,这样,不但可以排水,而且山体内部和洞窟直接关联的局部地点的潮湿空气可以通过空气对流和交换来进一步地降低,必要时可以打成交叉连通的对孔。 (四)进一步加强观测工作,目前的渗水观测受到仪器设备方面的限制,所观测的项目和密度都是有限的,对于许多情况的把握都尚不明确,仅有一个模糊的概念,如降雨之后到达洞窟内部的具体时间、影响强度、延续时间、崖壁各个位置含水量的变化等,而下一步就要投入必要的资金和技术力量来对以上几个方面进行有针对性的观测。 (五)必须清晰地看到,渗水治理工程是一个长期的工作任务,而在短期内是难以达到完全控制渗水对洞窟的影响,而窟内文物的病害状况在这种情况下也不断地发展变化着,保护工作刻不容缓。所以,我们必须在治理渗水的同时,要有针对性地开展潮湿环境下(如94、127窟)文物保护的研究工作,争取在修复材料、修复工艺、后期常态化的管理等方面获得质的突破,以确保珍贵文物不再产生新的病害,达到延长文物寿命的目的。
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