強降雨環境下文物受災情況調查評估及預防性保護措施

李向東　吳崇可

關鍵詞：文物防災減災；調查評估；暴雨災害；預防性保護

一、項目背景

近年來全球氣候活動異常，局部地區降水偏多，造成多地洪澇災害。2021年7月11日河南西北地區開始連降大雨，7月17日全省出現明顯的降水過程，大部地區普降暴雨、大暴雨。此次強降水主要集中在河南西部、北部和中部地區，其中鄭州、焦作、新鄉等10地市遭遇特大暴雨（圖1），具有短時降雨量大，持續時間長等特點，造成150個縣（市、區）、1663個鄉鎮受災[1]。同年10月，山西中南部地區持續降雨，致使千余處文物建筑不同程度受損，特別是一些低級別文物保護單位出現屋面滲漏、塌落，夯土墻體掏蝕、坍塌等問題。

2021年9月受國家文物局委托，中國文化遺產研究院（以下稱“文研院”）開展文物災后調查評估工作。文研院組織項目組赴河南8市共80縣（區）開展實地調查評估，為國家文物局后續文物救災工作提供技術支持，同時也為文物受災搶險評估工作提供經驗，從實踐應用的層面豐富文物災后評估的理論體系。

二、文物災后調查評估

國際上最早形成較為成熟災后評估體系的國家有意大利、日本、美國等。意大利在1980年南部地震后首次進行了系統化的災后建筑危險度評估判定。日本在1981年開始此方面的研究[2]，并于1995年阪神地震后首次對48610棟建筑（含文物建筑）進行評估。美國聯邦應急管理局將災后評估工作劃分為三種類型：第一種是快速評估，通常在災后24小時內開展，主要確認災害影響范圍以及大概的影響程度，例如建筑物的倒塌情況、次生災害發展情況、基礎設施和公共設施的損害情況等；第二種是災情初步評估，對建筑物受損程度分類進行統計，例如建筑物類型、受損程度等，給出各種分類總數，一般在 3－4天內完成；第三種是災情的進一步評估，具體估算受損建筑物的維修或重建成本，一般要花數周才能完成。美國災后評估體系并非只是針對文物，其受災評估類型劃定依據是響應時間的長短。

目前國內針對文物的災后評估尚無先例。結合工作實際，本次調查評估工作介于美國災后評估的第二和第三種類型之間，主要是對文物類型及受損程度分類進行統計分析，并對后續保護工作提出建議。主要包括以下內容：

（一）界定受災范圍

從氣象資料分析，查閱河南氣象臺發布的降水分布圖等資料，7月17－21日長時間降水量從高到低依次為鄭州、新鄉、焦作、許昌、濟源、鶴壁等。

7月20日8時－21日6時這22小時內，鄭州、新鄉、開封、周口、焦作等地部分地區出現特大暴雨（250～350毫米）[3]，瞬時降雨量從高到低依次為鄭州、平頂山、新鄉、洛陽等。

根據河南地方文物部門初步統計受災文物分布情況（圖2），結合暴雨期間降水分布區域，確定調查范圍為鄭州、安陽、焦作、新鄉、開封、鶴壁、洛陽、濟源8市，其他地市文物雖也因降雨產生了一些損害，但大多并非強降雨直接所致，其降雨量尚屬正常范圍。

（二）調查對象確定

河南文物部門上報的受災文物類型，包括古建筑、近現代建筑及革命文物、遺址、墓葬、石窟寺、石刻碑刻、博物館等。項目組依據不可移動文物的定義及自然屬性，將調查對象分為四類：①文物建筑，包括古建筑、近現代建筑、革命文物等；②古遺址古墓葬，包括城址、居住址、建筑址及墓葬等；③石窟寺及石刻，包括崖壁石窟、石刻等；④博物館，包括綜合博物館、遺址博物館等。根據不同類型分別編制調查表格及填寫說明，以便實地調查評估工作的開展。

（三）調查內容及調查表編制

調查內容一方面是調查文物本體受災情況。明確文物本體構成，對單體構成的名稱、年代、面積，以及受災受損情況分別進行描述，并闡明受災經過、受損原因分析、量化評估災害損失、存在的安全隱患等。另一方面是調查附屬設施及周邊地形地勢受災情況。明確附屬設施構成，對附屬設施的名稱、年代、面積以及受災受損情況分別進行描述。對于文物周邊地形地勢，應調查判斷其受災情況是否對文物本體造成損毀或安全隱患，如周邊山體、巖體失穩，地面沉陷、落石等。

調查表格由三部分內容組成，分別是：1.信息采集欄：包括名稱、地址、級別、產權、受災類型、受災程度等內容，旨在通過簡便的勾選形式，快速篩選受災文物基本信息和受災級別，便于后續的數據統計和分析；2.基本信息欄：填寫文物基本信息，包括文物簡介及管理使用單位等；3.受災情況欄：詳細填寫受災情況和已采取的臨時措施等信息，為下一步工作的開展提供依據。

（四）受災等級劃分及量化標準

根據文物特點和實際文物受災情況，將文物受災級別確定為一般等級，較重等級和嚴重等級三個等級。等級的劃分參考了氣象、建筑、地震等領域的災害分級標準，氣象災害由低到高劃分為一般（IV級）、較重（III級）、嚴重（II級）、特別嚴重（I級）四個級別，但其中較重和嚴重兩個等級在文物調查中難以量化區分；在建筑領域，《危險房屋鑒定標準》（JGJ125-2016）對房屋危險程度同樣劃分為四級，是建加固和修繕的主要依據①；在地震災害領域，《建（構）筑物地震破壞等級劃分》（GB/T24335-2009）將地震災后建（構）筑物破壞等級劃分為五級，分別是“Ⅰ級：基本完好；Ⅱ級：輕微破壞；Ⅲ級：中等破壞；Ⅳ級：嚴重破壞；Ⅴ級：毀壞”，但其中Ⅰ級和Ⅱ級、Ⅳ級和Ⅴ級在文物受災調查中難以有效區分。此外，文物受災情況評估的嚴重、較重和一般要充分考慮《文物保護工程管理辦法》和文物保護工程類型，并且與常見的搶險加固工程、修繕工程、日常養護工程等工程類型實施內容基本對應，便于與后續保護工程相銜接。

確定文物受災級別后，需要對受災級別標準進行量化。此次調查評估工作分別對文物建筑、古遺址古墓葬和石窟寺石刻三個類型制定了量化標準。

1.文物建筑

嚴重等級：建筑完全被沖毀或出現大面積坍塌，單體建筑損毀面積占20%以上，建筑屋頂坍塌面積50%以上或建筑雖未出現坍塌，但結構體處于極度危險狀態，如梁架嚴重失衡、隨時可能垮塌，墻體嚴重傾斜、變形。文物建筑本體雖未出現嚴重損毀，但其臺基或周邊環境被浸泡存在垮塌或沉陷，嚴重危及文物本體的安全。

較重等級：單體建筑損毀面積占20%以下，建筑屋頂坍塌或塌陷50%以下或文物建筑本體雖存在屋頂塌陷，梁架變形、傾斜、脫榫等。墻體出現局部下沉或變形斷裂，但整體結構穩定；或文物建筑所處基臺周邊或護坡存在局部塌陷，未造成安全隱患。

一般等級：建筑整體保存較好，只受較輕微損毀，如局部滲漏、屋頂小范圍破損或墻體局部開裂，不影響整體結構穩定的情況。

2.古遺址古墓葬

嚴重等級：遺址本體病害比例超過20%，部分被沖毀或出現大面積坍塌，文物重點保護部位及結構損毀，誘發遺址整體結構安全危害。

較重等級：遺址本體病害比例達到10%～20%，局部坍塌并有進一步惡化趨勢，存在局部坍塌、掏蝕等病害，如不及時采取措施，有進一步坍塌風險。

一般等級：文物本體病害部位在10%以下，遺址重要結構未受損害，但局部存在表面剝落、開裂、掏蝕、沖溝等，但不影響結構安全。

3.石窟寺及石刻

嚴重等級：石窟本體出現結構失穩，或單體石窟結構損毀20%以上，或文物賦存載體出現大面積坍塌、滑坡或危巖體，坍塌和滑坡長度占文物載體崖壁長度20%。保護范圍內環境或附屬建筑出現結構失穩、坍塌、落石等，影響石窟本體的長期保存和游客人身安全。

較重等級：石窟本體結構損毀占20%以下，或文物載體出現坍塌、滑坡或危巖體，坍塌和滑坡長度占文物載體崖壁長度20%以下。保護范圍內環境或附屬建筑出現結構失穩、坍塌等，不影響石窟本體的長期保存和人身安全，對環境造成一定的影響。

一般等級：石窟整體保存較好，賦存載體出現小面積坍塌、落石。石窟保護設施受較輕微損毀，如局部滲漏、屋頂小范圍破損或排水溝堵塞，不影響整體結構穩定的情況。

三、強降雨環境下的文物病害形式及情況分析

（一）文物建筑

河南特大暴雨災害受災中的文物建筑包括古建筑、近現代重要史跡及代表性建筑（革命文物），受災建筑多為民居，建筑材料多是磚石和磚木，受災情況和原因分析主要如下：

1.屋頂滲漏和坍塌

受災的傳統民居中干槎瓦屋面受災嚴重②，多數民房使用草秸的泥背，木望板或葦席代替望板，粘結度不夠，依靠重量疊壓維持穩定，瓦與瓦之間沒有粘結材料或泥。長時間降雨及暴雨沖刷，瓦與瓦銜接處極易滲雨，造成瓦面松動、脫落下滑（圖3、4）。

2.結構失穩

本次暴雨的降水瞬時強度大、持續時間長，對建筑物的沖刷力大，特別是一些缺乏日常維護保養的建筑，極易在本次暴雨侵襲中受到損壞。暴雨沖刷和長時間的雨水浸泡，造成建筑基礎沉降、墻體開裂傾斜、木構架受損，進而導致建筑整體結構失穩，產生安全隱患（圖5－8）。

（二）古遺址古墓葬

河南的古遺址種類豐富、類型全面，包括古人類居住遺址、城址、長城等。古遺址文物本體主要是粉質黏土或粉質沙土夯筑，直接利用生土挖，用木模板夯筑，也有利用土坯砌筑，古墓葬多為生土挖造。在干燥時有相對較高的強度，一旦遇水很容易崩解。此次受危害程度最明顯的，就是土遺址。由于面積大，這些遺址很少有遮蓋防護，未修整的一般都有植被。當暴雨來臨，遺址受到沖刷，土壤長時間浸泡飽和后易發生滑坡、坍塌。

1.開裂與坍塌

裂隙發育是暴露在自然界中土體的固有現象，各種裂隙對于遺址的危害，除了破壞其整體性外，墻體表面的裂隙還可能成為雨水灌入的通道[4]。在此次強降雨沖刷、侵蝕作用下，裂隙迅速發育，進一步延伸，裂隙發育切割墻體是沖蝕坍塌的一個重要原因[5]（圖9）。暴雨同時造成土遺址無病害土體開裂，降低了其抵御自然侵害的能力，加劇了其他病害的發生[6]。

2.墻基掏蝕加劇

掏蝕常見于墻（土）體的根部。大量積水富集于墻基，導致墻基土體結構疏松。另外，由于暴雨影響，地下水位改變，毛細水攜帶土壤易溶鹽，使之富集于墻基，隨著溫度、水分的變化周期性溶解收縮—結晶膨脹—再溶解收縮，導致土體結構松散、黏聚力下降、強度降低。墻基也是各種昆蟲、鼠類筑巢的位置，疏松的墻基在風、雨等外力作用下，不斷掏蝕凹進。此次暴雨主要是加劇了墻基的凹蝕，并造成了局部的坍塌（圖10、11）。

3.沖溝發育

暴雨形成一定的匯水面，在遺址表面已有的裂隙形成規模不一的沖溝。土遺址表面結構受到破壞，在后期雨水沖刷下發生嚴重的侵蝕作用，雨蝕作用帶走遺址表面及地表土壤，產生沖溝[7]（圖12、13）。

4.碎裂、粉化和剝落

暴雨后，土遺址的可溶鹽隨著水分被蒸發后結晶出來，結晶時產生結晶壓力，造成土表面結構的結殼和表面外觀的改變，表層崩裂、酥堿（圖14、15）。

（三）石窟寺及石刻

石窟寺一般都是依山勢，從山崖壁面向內部縱深開鑿。我國石窟主要分布于沉積巖中，其中以海相沉積的碳酸鹽巖和陸相沉積的砂巖為主。這類巖石在沉積巖中屬于強度較高的地層，在風化后極易形成碳酸鹽巖陡坎和砂巖陡坎。根據石窟巖體構造特征及地形地貌，河南特大暴雨對石窟造成的災害主要有以下幾個方面：

1.危巖體坍塌

石窟依山開鑿于陡崖上，陡峻的邊坡巖體，常常發育有卸荷裂隙，這類裂隙走向平行于邊坡走向，傾向與坡向近一致，傾角等于或大于坡腳，常常構成石窟所在邊坡巖體失穩的滑移面或崩落破壞面。石窟邊坡巖體中各類裂隙發育與交切，為水的入滲和滲流、鹽類的運移和積聚提供了良好通道[8]。本次特大暴雨沖刷了危巖體裂隙間的充填物和膠結物，加劇了石窟巖體的坍塌破壞（圖16）。

2.巖土體滑坡

長期強烈降水致使石窟賦存山體上部覆蓋層巖土體，誘發巖土體邊坡失穩發生滑坡，特大暴雨造成窟頂山體土崖多處滑坡，并且在隨后的降雨中繼續局部滑坡和嚴重沖刷（圖17、18）等。

（四）受災情況分析

從文物保護級別分析，嚴重等級的受災文物中全國重點文物保護單位占12%、省級文物保護單位占19%、市縣級文物保護單位占36%、未定級文物保護單位占32%。數據中全國重點文物保護單位和省級文物保護單位在暴雨災害中的保存狀況普遍好于市縣級和未定級文物保護單位，原因是低等級文物保護單位多年久失修，或是產權不清、長期無人居住或使用，一直處于殘破狀態，在暴雨中加劇了破壞程度。

從文物類型分析，雖然古遺址古墓葬總數少，在所有受災文物中僅占11％，但占嚴重等級受災文物的四分之一、較重等級受災文物的近一半，由此可見古遺址古墓葬在暴雨災害中相對更為脆弱，更易受損。

從營造材料分析，以土為主要營造材料的文物受損最為嚴重，如豫西地區的靠崖窯洞及部分古遺址、古墓葬，連續降雨導致土體水分飽和，引發坍塌、滑坡等。磚木結構文物受損多以屋面漏水坍塌、木構件變形為主。石質文物本體受洪澇災害破壞相對較小，多見于由周邊地形地勢引發的次生災害和保護設施損壞，但長期影響（如引發生物病害）仍需重視。

開展文物災后評估，對受災情況進行全面了解，并通過數據對比分析不同級別、不同類型、不同材質文物本體的抗強降雨能力以及存在的問題，為災后開展文物保護工程提供技術支持。根據《文物保護工程管理辦法》，受災嚴重的文物應及時開展搶險加固工程，采取可逆的臨時保護措施，編制搶險方案并報文物行政部門審核。對于評估為受災較重的文物，組織開展保護修繕工程，編制項目計劃書及維修方案；對于評估為一般受災的文物，應加強文物日常保養與維護，對有隱患的部位實施連續巡查及監測。

四、強降雨環境下文物保護建議

1.做好日常養護。在文物本體的日常巡查中，發現文物病害及原因，采取最小干預手段及時解決病害，防止病害擴延。不同類型的文物采取不同的日常養護措施，如對文物建筑，主要是屋頂除草、筒板瓦壟灰勾抿及個別瓦件更換等，防止出現瓦件松動造成屋面滲漏。修補墻體、基座灰縫、散水，及木構件等。土遺址及夯土墻體的日常養護，主要是暢通排水防水系統，修補沖溝，對遺址局部掏蝕、塌落進行修補等。

2.采取預防性保護及臨時性保護措施。根據可能遭遇的自然災害的不同類型，須采取不同的預防性保護措施。如在東南沿海地區經常遭遇臺風，一些城市對一些珍貴的樹采取斜撐支護。山西應縣木塔內槽從金代開始，歷代都有支頂，起到抗震作用。那么強降雨情況下的預防性措施，主要有疏通排水通道，清除阻礙排水的障礙，對有坍塌危險的文物本體進行支護，對滲漏處應提前覆蓋防水材料。對文物周邊環境（如邊坡、巖體等）進行檢查和治理，疏通周邊排水系統，消除安全隱患，保證周邊環境的安全。對石窟寺石刻周邊變形失穩的巖體采取臨時支護加固、開裂巖體加固等措施，對較大開裂、變形巖體失穩進行小型錨桿加固。另外，地勢較低處的文物本體應提前準備充足的沙袋和抽水泵等設施，防止雨水倒灌。同時在強降雨災害發生時，及時采取臨時保護措施也是非常必要的。如山西平遙城墻、雙林寺對墻體頂部、建筑屋面滲漏處覆蓋防水材料（圖19、20），對傾斜或開裂墻體采取臨時支頂支護措施，避免在大雨中倒塌。河南宋永厚陵遺址采取沙袋圍護，頂部覆蓋防雨布，防止雨水沖刷。鞏縣石窟采取沙袋封堵，防止泥石流滑入窟內。這些都對強降雨中的文物本體起到了保護作用。

3.開展強降雨環境下的文物保護研究。隨著北方地區氣候環境的變化，雨量的增多，對文物本體的損害程度加大，導致文物本體抵抗病害的能力降低。如何針對不同類型、不同材質、不同工藝文物本體開展相關研究，通過科技手段解決材料缺陷、工藝不足的現象，在研發中既要尊重原材料原工藝，又不能受傳統工藝、材料、技術的束縛。我國古建筑多數是木構為主，磚木瓦作為主要的建筑材料，干燥的環境更有利于其延年。隨著降雨增多，對木材的防水、磚瓦的密度、抗滲能力，粘結材料等有了更高的要求。多雨氣候變化對土遺址影響較大，降水的增加導致土壤飽和，使土質材料產生剝蝕、滑坡，造成坍塌等病害。另外，排水系統合理路徑，也是抵御水害的重要措施，在尊重原排水系統的前提下，適當增加排水設施，以應對短時強降雨是很有效的措施。加大強降雨環境文物保護技術的課題研究是非常必要的。

4.制定應急預案，確保災害發生時能有序開展搶救工作。2022年4月國家文物局印發《關于加強極端天氣應對工作的緊急通知》提出“抓緊落實應急預案、明確應對策略，會同相關部門和單位將防災措施做到前頭、落到實處”。雨季前的系統排查，對存在危險的文物建筑、遺址、石窟寺等，要采取遮蓋、加固、支頂、排水、圍擋、防滲等舉措，控制險情發生，并對文物周邊環境（如邊坡、巖體等）進行檢查和治理，疏通周邊排水系統，砌筑擋土墻，加固危巖體，消除安全隱患，保證周邊環境的安全。

5.規范相關工作。組織編制《強降雨災害不可移動文物保護措施指南》，指導文物管理單位科學應對強降雨災害，根據不同的文物類型、病害類型和殘損程度，采取有針對性的、合理適當的保護措施，將防災減災措施規范化、制度化，提升文物管理單位的應急管理水平。

強降雨環境下文物保護及調查評估，是一個新的課題，通過近年河南、山西實施的工程項目，分析總結強降雨環境下文物保護在降雨前后及過程中應采取哪些措施，以應對自然災害，確保文物的安全，并在管理方面進行規范是非常必要的。