吐峪溝攔砂壩的影響及石窟保護對應措施分析

王亞紅　周雙林

（北京聯合大學應用文理學院，北京100191；北京大學考古文博學院，北京100871）

吐峪溝攔砂壩的影響及石窟保護對應措施分析

王亞紅周雙林

（北京聯合大學應用文理學院，北京100191；北京大學考古文博學院，北京100871）

通過對吐峪溝攔砂壩周圍和石窟寺內外的溫濕度、土體含水率等的監測和評估，發現吐峪溝攔砂壩的修建導致石窟崖體不穩，發生整體坍塌，石窟內濕度加大，壁畫破損加速。本文針對目前存在的問題，結合監測結果，對吐峪溝攔砂壩的改建工作提出了切實可行的建議。

吐峪溝石窟；環境監測；文物保護

吐峪溝石窟位于新疆維吾爾自治區吐魯番地區鄯善縣吐峪溝鄉，東經89°33’，北緯42°51’。吐峪溝石窟始鑿于公元4~5世紀，分布在溝內東西兩側斷崖上，約有洞窟近百座，為新疆東部開鑿年代最早、規模最大的佛教石窟遺址群，是研究佛教石窟寺藝術由西域向內地傳播的關鍵節點。①吐峪溝為全國重點文物保護單位，及時對其文物進行保護尤為重要。

一、吐峪溝攔砂壩的施工及影響

吐峪溝石窟位于吐峪溝中，溝內峽谷較深，內部有水流。溝南早期在石窟區下部修建水壩，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，經文物部門排查，發現石窟存在落石、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，鄯善縣水利局對二塘溝流域開展水土保持綜合治理工程，在吐峪溝內修建攔沙壩。該水壩于2011年完工，目前已形成水深約15~20米、水面寬約60米的蓄水攔砂壩（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區內部分崖體發生坍塌，對石窟寺崖體造成了嚴重破壞。據對攔沙壩建成兩年來的觀察和監測，工程區內右岸（西崖）較左岸發生塌方次數多，受工程區內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毛細水位上升較大，岸坡處泥巖在河水長期浸泡下軟化膨脹，逐漸失去承載力。②而上部巖體毛細水位上升后自重增加，巖體內局部潛在的滑動面在水潤滑作用下抗剪強度降低，導致巖體發生傾倒崩塌和滑塌。同時崖體形成新臨空面，整體不穩定性加大。除此之外，河壩水位隨季節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，加速了巖體的風化。

吐峪溝石窟寺是全國重點文物保護單位，保護范圍內的建設工程須以文物保護為主。因此，根據吐魯番地委、文物局對文物保護的要求，需使攔水壩水位逐步下降以減小對崖體文物本體的破壞，同時束窄水壩上游河道水面，降低蒸發量以減少水蒸氣對石窟內文物的侵蝕。為了解水壩對石窟的影響，吐魯番文物局委托北京大學考古文博學院進行攔砂壩對石窟影響的評估，以確定待改造攔砂壩的合理高程及石窟保護相關問題。

二、攔砂壩對石窟影響的監測與評估

（一）監測措施和方法

為了解攔砂壩對石窟的影響，采用技術手段進行監測。包括溫濕度監測、含水率監測和含鹽量分析等。

1.環境濕度監測內容和方法

各選取東、西部較高位置的幾個石窟，西部攔砂壩下游2號洞窟，以及攔砂壩附近和石窟上部不同位置，對空氣濕度進行監測，測量時濕度儀器放置于洞窟高度1.5米位置，待數據穩定后讀取數值。空氣濕度使用小型氣象站測試，型號為LM-8000。

2.土體含水率監測內容和方法

包括東區石窟外部、西區石窟、西區底部2號窟，以及攔砂壩水面附近等幾處的土體含水率。土體含水率采用現場監測的方法，使用的儀器為MPH-160B型土壤含水率測定儀。

（二）監測結果

1.溝東第27窟、30窟和32窟監測結果

（1）環境濕度監測

2014年4月24、25日，分別對27窟、30窟和32窟進行了測量。結果顯示，洞窟濕度高于外部環境濕度5%左右，無明顯提高。洞窟內濕度高于外部，可能是內部土體存在水分揮發，且洞窟外部容易和大氣溝通。

（2）土體含水率監測

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窟監測

2.溝西新發現幾窟監測結果

（1）環境濕度監測

溝西新發現的幾窟包括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加粗數字）。

圖4　溝西新發掘石窟的濕度和體含水率監測

（2）土體含水率監測

12窟和8窟的土體含水率在2%~6%之間，也屬非常干燥（圖5未加粗數字）。

圖5　溝西2號窟監測

3.溝西第2窟監測結果

（1）環境濕度監測

第2窟位于攔砂壩下游，預計洞窟內濕度較大。測試結果顯示，洞窟外部濕度大于內部，洞窟下部濕度大于上部。這種情況與上述洞窟不同，測試發現洞窟外部大氣濕度較高，水渠上部可達35%以上，應是外部濕度傳導進入洞窟，導致洞窟內外相接處濕度較高。其地面濕度較高，應與地面水分揮發有關，見土體含水監測。水渠上部濕度較高應是上部樹木遮擋，空氣不易流通所致，濕度情況見圖5加粗數字，其瞬間濕度可達40%以上。

（2）土體含水率監測

2號窟濕度較大，外側墻面有酥松現象。對窟內靠近地面的土體，以及外部巖壁靠近地面處等地方進行土體含水率測試。數據顯示，石窟內靠近外部墻壁土體含水率高，最高可達16.4%，內部較低，最低0.8%，石窟南北墻從東向西（從外向內）土體含水率下降，石窟前部2米內地面土體濕度可達12.9%，高含水率從墻體可看出。測試顯示，越下部位置土體含水率越高，含水區域在水渠平面以下至平面以上1.5米范圍內，結果見圖5未加粗數字。石窟外部巖體靠地面部分有鹽分結晶。

4.溝內不同地點監測結果

（1）溝內不同地點環境濕度監測

對溝內、外不同位置測試空氣濕度，測試顯示濕度均在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，說明水蒸汽會很快被稀釋；而石窟群上公路濕度低于溝內，與溝內大氣接近，為22.5%，表明攔砂壩存在會導致一定范圍內的濕度提高。需要注意的是，在夏季高濕的情況下，水汽進入洞窟導致的冷凝現象。

（2）溝西巖體靠近攔砂壩水面部分土體含水率監測

測試部位在攔砂壩中部，此處可沿小道行至西部石窟。這些部位風化較其他部位嚴重，表面破碎脫落，集聚鹽分，針刺易刺入巖體5~10厘米的深度。數據顯示，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測

（三）監測結果評估

1.環境濕度數據評估

頂部石窟濕度不大，石窟內部濕度高于外界，但未見高濕度。底部石窟濕度較頂部高出幾個百分點，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，可見水分揮發導致的高濕只影響水面部分。吐峪溝內部濕度略高于外部，說明攔砂壩增加了濕度，雖測量時整體濕度不高，但不排除夏季高濕對石窟的影響，尤其是攔砂壩附近有樹木的2號洞窟。

2.土體含水率數據評估

土體含水率的監測，測試點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，多數在3%左右，土體基本干燥。下部石窟及巖體含水率較高。2號洞窟靠近水渠部位（洞窟窟門兩側）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米以內區域）。靠近攔砂壩水面部分巖體破損嚴重，有開裂垮塌現象，且含水率在一定高度內很高，可達20%以上。而附近攔砂壩淤積淤泥含水率達到40%，說明水是從攔砂壩滲透而來。水渠導致靠近底部的洞窟局部含水率高，鹽分結晶，并導致石窟外部局部濕度提高，影響石窟內部。

三、結論和建議

（一）結論

修建攔砂壩對石窟有負面影響，主要是攔砂壩的水和澆灌用水渠泄露的水會破壞石窟巖體。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，導致附近石窟濕度增加，有潛在危險。水渠中含有的鹽分導致石窟巖體的破壞。鹽分和水一起作用造成巖體底部巖石的風化，導致山體垮塌，同時對較低位置的石窟產生負面影響，破壞壁畫所在巖體并且影響壁畫安全。

（二）對石窟保護工程的建議

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，需對石窟所屬巖體進行錨桿加固；對于無法錨固的部分，可采取削坡措施。

第二，攔砂壩對蓄水區附近的巖體有軟化作用，導致石窟所在巖體坍塌，必須對攔砂壩附近巖體進行護岸處理。另外，攔砂壩對較低位置的石窟有毛細水破壞、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（砂巖對水的毛細吸收高度為2米，為增加安全系數，以3米為宜）。

第三，建議修建攔砂壩前對基礎巖體進行地質調查，確保攔砂壩安全；攔砂壩應有一定安全系數，保證排洪能力，避免暴雨時水面上升淹沒護岸，侵蝕巖體。

第四，由于水對巖體破壞較大，因此，攔砂壩上游蓄水區的護岸設施，應有完善的防滲措施，避免滲漏水對巖體的危害。

第五，水渠對石窟危害較大，須對其進行防滲處理，并盡量遠離石窟所在巖體。

第六，除了攔砂壩水，雨水對石窟影響也很大，因此，建議在頂部公路靠近石窟一側修建排水溝，排掉上部山體接受的雨水。同時，對窟群區域的沖溝進行整治，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》，《中國文物報》，2011年1月21日，第9版。

②孫博、陸繼財等：《攔砂壩工程對吐峪溝千佛洞崖體穩定性的影響》，《甘肅科技》，2012年第2期，第51~53頁。

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