甘肅慶陽北石窟寺第294窟溫濕度變化規(guī)律研究

摘要：石窟寺賦存環(huán)境中溫濕度的變化與其洞窟內(nèi)文物的病害發(fā)展密切相關(guān)，2019—2023年的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在封閉狀態(tài)下，甘肅慶陽北石窟寺第294窟內(nèi)部微環(huán)境與窟外大環(huán)境溫濕度高度關(guān)聯(lián)。降水的季節(jié)性變化顯著影響了洞窟內(nèi)的溫濕度變化，窟內(nèi)南北壁面含水率差異與相對濕度變化密切相關(guān)。采取搭建臨時保護防雨棚等環(huán)境干預(yù)措施能夠顯著降低洞窟內(nèi)溫濕度極值差，使文物保護環(huán)境更加穩(wěn)定，有效緩解壁畫病害的發(fā)育，為文物保護奠定環(huán)境基礎(chǔ)。文章為第294窟與同類型石窟寺洞窟的文物保護提供理論支持，并對未來北石窟寺的永久性保護設(shè)施建設(shè)提出建議。

關(guān)鍵詞：北石窟寺；環(huán)境監(jiān)測；溫濕度變化；壁畫病害；文物保護

一、介紹

慶陽北石窟寺位于甘肅黃土高原西側(cè)，是絲綢之路東段北線的重要佛教文化遺存。作為隴東地區(qū)規(guī)模最大、造像最豐富的石窟群，現(xiàn)存308個窟龕、2429尊石雕造像和超過90平方米的壁畫。

第294窟又稱“娘娘廟”，位于北石窟寺主窟群北端二臺。窟內(nèi)正壁基壇彩塑三霄娘娘倚坐像，兩側(cè)塑有民間婦女形象。窟頂及四壁繪有彩色壁畫，盡管內(nèi)容與佛教無關(guān)，但作為清末民初民間信仰與佛教石窟藝術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，已成為北石窟寺的重要組成部分，具有獨特價值。第294窟因特殊的地質(zhì)環(huán)境和氣候影響，文物病害日益嚴(yán)重。滲水導(dǎo)致壁畫風(fēng)化、開裂、脫落，彩繪空鼓和褪色現(xiàn)象顯著。高濕環(huán)境促進微生物的發(fā)育，雨季時巖層裂隙滲水加劇霉菌繁殖，對壁畫的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。近年來，滲水及潮濕問題愈發(fā)嚴(yán)重，壁畫大面積脫落，嚴(yán)重威脅第294窟內(nèi)壁畫的安全保存。

在此背景下，系統(tǒng)分析北石窟寺大環(huán)境和第294窟微環(huán)境尤為重要。通過控制窟門開關(guān)時間調(diào)節(jié)濕度、搭建防雨棚減少降水侵害，可維持窟內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。然而，過往研究缺乏系統(tǒng)監(jiān)測和保護措施效果評估，因此本研究基于2019—2023年的環(huán)境監(jiān)測，分析窟區(qū)大環(huán)境和第294窟內(nèi)的溫度、相對濕度、降水量及壁面含水率等特征，探討保護措施的效果，為第294窟的文物保護與未來永久性設(shè)施設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

二、實驗設(shè)計

（一）北石窟寺第294窟的賦存環(huán)境

北石窟寺位于中溫帶半濕潤氣候區(qū)，年平均降水量為500毫米—600毫米，降雨集中在7—9月，占全年的72.4 %，年均氣溫為10.5 ℃。第294窟位于寺溝主窟群北端二臺，處于崖體中層，窟門為全封閉木質(zhì)結(jié)構(gòu)，長期未開放，年均溫度為12.9 ℃，年均相對濕度為62.9 %。

（二）第294窟壁畫保存現(xiàn)狀

第294窟內(nèi)壁畫總面積為35.37平方米，受水分侵蝕影響，壁畫出現(xiàn)滲水、酥堿、褪色、空鼓等病害，導(dǎo)致大面積起翹、空鼓和脫落。自2009年以來，窟頂和東壁的壁畫陸續(xù)發(fā)生空鼓和脫落，截至2021年累計脫落19次。為保護頂部壁畫，自2021年起采取臨時支頂保護措施，并在晴朗天氣定期開啟窟門以促進通風(fēng)，且2022年6—9月搭建完成窟區(qū)中北段臨時防雨棚。此外，自2022年5月起，第294窟壁畫彩塑保護修復(fù)工程正式實施。

（三）研究方法

1.第294窟外大環(huán)境溫濕度監(jiān)測

采用在線式超聲波室外環(huán)境多參數(shù)氣象站（MW321SPV-PE），監(jiān)測內(nèi)容包括溫度、相對濕度、降水量等，監(jiān)測頻率為每分鐘記錄一次。

2.第294窟內(nèi)微環(huán)境溫濕度監(jiān)測

利用空氣溫濕度記錄儀（HOBO MX2301，美國Onset公司）對第294窟內(nèi)的溫濕度進行監(jiān)測，同時使用Moist 350B微波水分測定儀（德國Hf Sensor 公司）分別監(jiān)測窟內(nèi)南北壁面含水率（以窟內(nèi)臺基水平面作為監(jiān)測基點）。

三、結(jié)果分析

（一）第294窟外大環(huán)境和窟內(nèi)微環(huán)境溫濕度變化規(guī)律

根據(jù)2019—2023年的數(shù)據(jù)，北石窟寺窟外大環(huán)境年均溫度為9.25 ℃—10.50 ℃，年均相對濕度為65.78 %—70.70 %，平均降水量為624.78毫米。2021年降水量顯著增加，比5年平均值多出237.72毫米，同時年均溫度高出0.49 ℃。年均濕度保持相對穩(wěn)定，變化趨勢與降水量的關(guān)聯(lián)性較低。相對濕度主要受空氣含水量與環(huán)境溫度共同影響，降水與溫度的同步上升有助于濕度的平衡。在月度變化上（圖1），窟外大環(huán)境的溫度表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性波動。1月日均溫度最低，7月最高。相對濕度在30 %—100 %波動，7—9月日均相對濕度最高，約為80 %；1—4月日均相對濕度最低，約為40 %。降水量與相對濕度變化趨勢密切相關(guān)，尤其在4—12月期間，降水量增加時相對濕度上升，減少時相對濕度下降，降水與相對濕度呈正相關(guān)關(guān)系。

如圖1所示，在2019—2020年和2023年，窟內(nèi)溫度與外界季節(jié)性變化一致，但幅度較小。2021—2022年窟內(nèi)溫度隨季節(jié)變化不明顯，日均溫度波動大，低溫和中高溫時間延長。第294窟內(nèi)的日均相對濕度在40 %—90 %波動。2019—2021年第294窟日均相對濕度與降水量呈高度正相關(guān)，尤其是在7—9月濕度高，易滋生霉菌。2022—2023年，臨時防雨棚顯著減少雨水滲入，使?jié)穸缺３州^低水平。2023年7月降水量高時，窟內(nèi)濕度仍較低。

（二）降水量與第294窟內(nèi)外濕度的相關(guān)性

大氣降水是第294窟濕度變化的主要影響因素，雨水通過崖體裂隙或巖層滲入，增加洞窟內(nèi)濕度。圖1、圖2顯示，月降水總量和相對濕度均在8月達到峰值，濕度變化趨勢與降水量一致。第294窟位于崖體中層，受地下毛細(xì)水影響較小，但頂部巖層和裂隙的滲水導(dǎo)致濕度升高，增強壁畫的吸水性，增加物理應(yīng)力，進一步加劇裂紋與剝落的風(fēng)險。

（三）北石窟寺第294窟內(nèi)南北壁面含水率變化差異

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明（圖3），2022—2023年第294窟北壁含水率明顯高于南壁，且波動幅度較大。在0厘米—60厘米高度時，南北壁面含水率在0 %—1.5 %波動；在60厘米—120厘米高度時，北壁含水率大幅升高后降低，極值為5.2 %，南壁最大為1.6 %，二者差值為3.6 %。2023年4月，北壁含水率與壁面高度呈正相關(guān)，在0厘米—100厘米高度時，隨著高度增加，含水率升高。結(jié)合降水量分析，2023年4月降水量大，導(dǎo)致北壁含水率升高。降水量較大時，北壁含水率較高，進一步證實雨水通過裂隙滲入窟內(nèi)，加劇了窟內(nèi)頂部北側(cè)區(qū)域壁畫病害的發(fā)育。

（四）臨時保護防雨棚搭建前后第294窟內(nèi)溫濕度月極值變化差異

2020年、2023年臨時防雨棚搭建前后的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示（圖4），搭建前窟內(nèi)溫度極值差為5.51 ℃—9.58 ℃，搭建后為2.12 ℃—6.39 ℃，溫度波動減少3.19 ℃—3.39 ℃，溫度更加穩(wěn)定，有效減少了劇烈波動對壁畫的損害，特別是在低溫和冷凝水的作用下。搭建前濕度波動較大，上限超過95 %，下限約35 %；搭建后濕度上限降低約5 %，有效減小濕度波動，減輕對壁畫的損害。因此，臨時防雨棚改善了溫濕度的穩(wěn)定性，延緩了壁畫病害。

四、結(jié)語

通過對慶陽北石窟寺第294窟內(nèi)部與外部大環(huán)境溫濕度的監(jiān)測與分析，得出以下主要結(jié)論：

第一，北石窟寺大氣環(huán)境年均溫度為9.3 ℃—10.5 ℃，年均相對濕度為65.8 %—70.7 %，年降水為458.8 毫米—862.5 毫米，全年溫度呈季節(jié)性變化。第294窟內(nèi)與外界環(huán)境的溫度變化相一致，但變化幅度小于窟外大環(huán)境。

第二，第294窟內(nèi)部溫濕度月度變化與降水量基本一致，整體波動較小。洞窟滲水是溫濕度變化的主要影響因素，且變化幅度與石窟長期處于封閉狀態(tài)密切相關(guān)。

第三，第294窟南北壁面含水率存在差異，60厘米—120厘米高處南北壁面極值差達3.6 %。頂部壁畫的空鼓脫落與溫濕度變化密切相關(guān)，北壁含水率普遍高于南壁，且窟頂北側(cè)區(qū)域的壁畫脫落程度較窟頂南側(cè)區(qū)域嚴(yán)重。

第四，通過搭建臨時防雨棚和調(diào)節(jié)窟門開關(guān)進行通風(fēng)等措施，使窟內(nèi)溫度極值降低3 ℃左右，波動幅度縮小至2.12 ℃—6.39 ℃，相對濕度上限降低5 %，溫濕度趨于穩(wěn)定。

第五，綜合分析北石窟寺大環(huán)境和第294窟微環(huán)境，采取環(huán)境干預(yù)等措施對文物保護具有重要意義，修建北石窟寺永久性窟檐雨棚迫在眉睫。

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作者簡介：

韓增陽（1991—），男，漢族，甘肅定西人。大學(xué)本科，文博館員，研究方向：石窟寺環(huán)境監(jiān)測和保護研究。

崔惠萍（1973—），女，漢族，甘肅天水人。大學(xué)本科，文博副研究館員，研究方向：石窟寺保護研究。

詹社紅（1968—），男，漢族，甘肅寧縣人。大學(xué)本科，文博副研究館員，研究方向：石窟藝術(shù)研究和保護管理。

段燾（1988—），男，漢族，甘肅慶陽人。大學(xué)本科，文博助理館員，研究方向：石窟寺監(jiān)測和洞窟日常保養(yǎng)維護。

任楠（1995—），男，漢族，甘肅慶陽人。大學(xué)本科，文博助理館員，研究方向：石窟寺環(huán)境監(jiān)測和文物保護。