湖北宜昌三游洞摩崖石刻文物本體及保存環境監測與評估

李 青

（宜昌市三游洞管理處，湖北 宜昌 443000）

1 總體情況

為更好地保護三游洞摩崖石刻文物，文章選取溶洞區進行監測與研究，對溶洞區布設監測設備獲取環境監測數據，擷取各監測節點數據對其進行分析，以助于后續文物保護工作的展開[1]。

2 溶洞區域情況

2.1 室外總體環境

(1)大氣溫濕度及降雨量。通過監測，2015年三游洞氣象站監測所得大氣溫度為2.4℃～36.5℃，波動范圍為34.1℃，平均溫度為19.71℃；濕度為30.5%～100%，波動范圍為69.5%，平均濕度為79.79%；最大降水量為105.8 mm/h。氣象站監測所得濕度范圍在30%～100%，其中各監測點50%的濕度數據基本集中在80%～100%之間，75%的濕度數據集中在70%～100%之間，環境濕度較高，平均日較差接近25%，標準差接近15%，濕度穩定性較差[2]。溫度范圍在0℃～40℃，其中50%的溫度數據集中在20℃～4 0 ℃之間，7 5%的溫度數據集中在1 0 ℃～4 0 ℃之間，環境溫度稍高，平均日較差接近6℃，標準差接近8℃，溫度穩定性較差。

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

(3)風速風向。2015年三游洞氣象站監測所得風速為0.1～3.9 m/s，平均風速為0.30 m/s，風力最高為3級，主導風向為偏東南風。

2.2 溶洞區

2.2.1 溫濕度

2015年三游洞溶洞區各監測節點的溫濕度監測平均值生成溫濕度空間分布圖（圖1）。濕度場/溫度場的豎條為濕度/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：較濕區域、較干區域、高溫區與低溫區。由圖可知，2015年三游洞溫度溶洞外＞溶洞口＞溶洞內；濕度溶洞外＞溶洞口＞溶洞內。該現象應受當地環境影響。

2015年三游洞溶洞區溫度為1.4℃～35.8℃，波動范圍為34.4℃，平均溫度為16.57℃；濕度為30.5%～100%，波動范圍為69.5%，平均濕度為84.09%。溶洞區各監測點50%的濕度數據基本集中在70%～100%之間，平均濕度基本集中在70%～90%之間，環境濕度較高。濕度日波動最大的是位于河邊的多氣體160號監測點，離溶洞較遠，受環境影響濕度日波動較大，其次是位于溶洞外的監測點63號、64號，濕度穩定性均較差。監測點155號處濕度標準差遠大于溶洞區其他位置，濕度穩定性最差，應引起注意[3]。

溶洞區各監測點50%的溫度數據基本集中在10℃～25℃之間，平均溫度基本集中在10℃～20℃之間。溫度日波動最大的是位于河邊的多氣體160號監測點，離溶洞較遠，受環境影響溫度日波動較大，其次是位于溶洞外的監測點63號、64號，溫度穩定性均較差。

總體來說，該區域的多氣體160號監測點處溫濕度穩定性接近于氣象站，溫濕度穩定性最差，其次是位于溶洞外的監測點63號、64號，溫濕度日波動較大，其余監測點溫濕度穩定性基本一致。

在文物的保存中，環境溫度和濕度是直接作用于文物的兩個最普遍因素。石質文物受大氣溫濕度影響很大，溫濕度的周期性波動和較大的溫濕度日較差，會導致石質反復出現熱脹冷縮、濕脹干縮，造成可溶鹽的溶解和重結晶，導致石質文物的開裂、酥粉，溫度低于零時還會發生凍融現象，長期如此文物容易發生開裂、塊狀剝落等問題，影響文物的長期保存。

2015年三游洞溶洞區各監測點溫濕度波動數據情況為由冬季經過春季進入夏季，溫濕度均呈上升趨勢，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，溫濕度總體波動較大，日較差也較大。

結合宜昌當時的天氣總體變化來看，溫度和濕度也保持合理的變化趨勢，環境變化正常，期間出現的特殊變化，多是天氣變化引起的。各監測點的溫濕度平均值、最大、最小值及波動范圍如表1所示。

表1 三游洞溶洞區各監測點溫濕度平均值、最大、最小值及波動范圍

續表 1

監測點監測的均為石質文物，該環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%）。高濕度時苔蘚、地衣等各類植物生長旺盛，影響文物外觀，生長時分泌物會腐蝕文物，根的生長會加快裂隙發育，同時溫濕度的波動會導致文物出現周期性的熱脹冷縮、濕脹干縮，對文物影響嚴重，不利于文物的長期保存。

2.2.2 表面溫度

2015年三游洞溶洞區各監測點的平均值生成如圖2所示的表面溫度空間分布圖。其中左邊為表面溫度場，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℃，波動為30.7℃，平均表面溫度為21.21℃。

2015年三游洞溶洞區各監測點表面溫度波動情況如圖3所示，由圖3可以看出，各監測點表面溫度的變化趨勢與大氣溫度一致，但波動更小一些，且表面溫度始終高于露點溫度，沒有結露的風險。

各監測點的溫濕度平均值、最大、最小值及波動范圍見表2。

表2 三游洞溶洞區各監測點表面溫度平均值、最大、最小值及波動范圍

2.2.3 光照紫外

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

石刻暴露在外界環境中，白天在陽光下暴曬，石刻表面受熱膨脹，而內部所受影響較小，受陽光直射、顏色較深的部位溫度高、膨脹大，背對陽光、顏色較淺的部位溫度低、膨脹小；晚上沒有陽光照射，石刻表面被內部冷卻，快速收縮。長此以往，這種周期性的不均勻膨脹會導致石刻強度降低，出現開裂，對石刻的長期保存有嚴重影響，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

三游洞溶洞區二氧化硫含量為0～0.1×10-6，三游洞溶洞區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 有機揮發物

有機揮發物VOC、溫濕度160/（10-9/(℃.%)）

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

2.2.7 土壤溫度、含水率

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

2.2.8 微風

三游洞大佛石刻區監測點風速風向（圖9），風速為0.01～1.07 m/s，平均風速為0.09 m/s，主導風向為偏東風和偏西北風。將風玫瑰圖放入溶洞區地圖中（圖10），可以發現，2015年三游洞風主要是平行洞口吹，對溶洞口及洞外石刻表面損害較大，建議在主風向方向植樹，以便形成擋風墻，減輕風蝕作用。

2.2.9 位移

三游洞大佛石刻區危巖位移情況（圖11），由圖11可以看出，3個方向的位移量波動較大，但沒有明顯的周期，其中118號的波動最大，日波動最大達到1.5 mm，其次是112號，114號最小，6月112號、114號波動均增大，應引起注意。

各方向的位移量平均值、最大、最小值及波動范圍見表3。

表3 三游洞溶洞區各方向位移量平均值、最大、最小值及波動范圍

3 結果與建議

監測結果表明三游洞大部分區域的溫濕度波動范圍大，超出最佳文物保護最佳范圍，溶洞區土壤溫度含水率較為穩定，二氧化碳濃度嚴重超標，二氧化硫及有機揮發物含量超標嚴重。

根據監測數據分析結論，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致的石質文物強度下降甚至開裂；②在溶洞區二氧化碳含量較高時對游客進行分流，控制游客參觀人數[2]；③危巖體應該進行相應加固工程，防止由于外界地震或基建等造成摩崖石刻進一步損害[5]。