吐峪沟拦砂坝的影响及石窟保护对应措施分析

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[摘要]通过对吐峪沟拦砂坝周围和石窟寺内外的温湿度、土体含水率等的监测和评估，发现吐峪沟拦砂坝的修建导致石窟崖体不稳，发生整体坍塌，石窟内湿度加大，壁画破损加速。本文针对目前存在的问题，结合监测结果，对吐峪沟拦砂坝的改建工作提出了切实可行的建议。

[关键词]吐峪沟石窟；环境监测；文物保护

[中图分类号]G127 [文献标识码]A [文章编号]1005-3115（2016）20-0078-03

吐峪沟石窟位于新疆维吾尔自治区吐鲁番地区鄯善县吐峪沟乡，东经89°33’，北纬42°51’。吐峪沟石窟始凿于公元4～5世纪，分布在沟内东西两侧断崖上，约有洞窟近百座，为新疆东部开凿年代最早、规模最大的佛教石窟遗址群，是研究佛教石窟寺艺术由西域向内地传播的关键节点。①吐峪沟为全国重点文物保护单位，及时对其文物进行保护尤为重要。

一、吐峪沟拦砂坝的施工及影响

吐峪沟石窟位于吐峪沟中，沟内峡谷较深，内部有水流。沟南早期在石窟区下部修建水坝，坝体为普通沙石坝。吐峪沟石窟自向游客开放以来，多次发生山体滑坡、坍塌等安全问题。2007年夏季，吐峪沟峡谷中防洪坝被洪水冲毁，经文物部门排查，发现石窟存在落石、山体滑坡、洞窟坍塌等安全隐患20余处，且危险程度逐步加大（图1）。

2009年9月，鄯善县水利局对二塘沟流域开展水土保持综合治理工程，在吐峪沟内修建拦沙坝。该水坝于2011年完工，目前已形成水深约15～20米、水面宽约60米的蓄水拦砂坝（图2）。

自2011年大坝蓄水至今，吐峪沟石窟寺文物保护区内部分崖体发生坍塌，对石窟寺崖体造成了严重破坏。据对拦沙坝建成两年来的观察和监测，工程区内右岸（西崖）较左岸发生塌方次数多，受工程区内河流水位大幅上升影响较大。

崖体塌方的主要原因是两岸崖体内毛细水位上升较大，岸坡处泥岩在河水长期浸泡下软化膨胀，逐渐失去承载力。②而上部岩体毛细水位上升后自重增加，岩体内局部潜在的滑动面在水作用下抗剪强度降低，导致岩体发生倾倒崩塌和滑塌。同时崖体形成新临空面，整体不稳定性加大。除此之外，河坝水位随季节变化涨落造成岸坡岩体含水率快速变化，岩石膨胀收缩较大，加速了岩体的风化。

吐峪沟石窟寺是全国重点文物保护单位，保护范围内的建设工程须以文物保护为主。因此，根据吐鲁番地委、文物局对文物保护的要求，需使拦水坝水位逐步下降以减小对崖体文物本体的破坏，同时束窄水坝上游河道水面，降低蒸发量以减少水蒸气对石窟内文物的侵蚀。为了解水坝对石窟的影响，吐鲁番文物局委托北京大学考古文博学院进行拦砂坝对石窟影响的评估，以确定待改造拦砂坝的合理高程及石窟保护相关问题。

二、拦砂坝对石窟影响的监测与评估

（一） 监测措施和方法

为了解拦砂坝对石窟的影响，采用技术手段进行监测。包括温湿度监测、含水率监测和含盐量分析等。

1. 环境湿度监测内容和方法

各选取东、西部较高位置的几个石窟，西部拦砂坝下游2号洞窟，以及拦砂坝附近和石窟上部不同位置，对空气湿度进行监测，测量时湿度仪器放置于洞窟高度1.5米位置，待数据稳定后读取数值。空气湿度使用小型气象站测试，型号为LM-8000。

2. 土体含水率监测内容和方法

包括东区石窟外部、西区石窟、西区底部2号窟，以及拦砂坝水面附近等几处的土体含水率。土体含水率采用现场监测的方法，使用的仪器为MPH-160B型土壤含水率测定仪。

（二）监测结果

1. 沟东第27窟、30窟和32窟监测结果

（1）环境湿度监测

2014年4月24、25日，分别对27窟、30窟和32窟进行了测量。结果显示，洞窟湿度高于外部环境湿度5%左右，无明显提高。洞窟内湿度高于外部，可能是内部土体存在水分挥发，且洞窟外部容易和大气沟通。

（2）土体含水率监测

27窟和30窟、32窟门口土体含水率一致，湿度约3%，土体非常干燥（图3）。

2. 沟西新发现几窟监测结果

（1）环境湿度监测

沟西新发现的几窟包括12窟和8窟，两窟均破损，基本与大气连通，故湿度与外部大气接近，唯后回廊完整的洞窟后壁处湿度略高（图4加粗数字）。

（2）土体含水率监测

12窟和8窟的土体含水率在2%～6%之间，也属非常干燥（图5未加粗数字）。

3. 沟西第2窟监测结果

（1）环境湿度监测

第2窟位于拦砂坝下游，预计洞窟内湿度较大。测试结果显示，洞窟外部湿度大于内部，洞窟下部湿度大于上部。这种情况与上述洞窟不同，测试发现洞窟外部大气湿度较高，水渠上部可达35%以上，应是外部湿度传导进入洞窟，导致洞窟内外相接处湿度较高。其地面湿度较高，应与地面水分挥发有关，见土体含水监测。水渠上部湿度较高应是上部树木遮挡，空气不易流通所致，湿度情况见图5加粗数字，其瞬间湿度可达40%以上。

（2）土体含水率监测

2号窟湿度较大，外侧墙面有酥松现象。对窟内靠近地面的土体，以及外部岩壁靠近地面处等地方进行土体含水率测试。数据显示，石窟内靠近外部墙壁土体含水率高，最高可达16.4%，内部较低，最低0.8%，石窟南北墙从东向西（从外向内）土体含水率下降，石窟前部2米内地面土体湿度可达12.9%，高含水率从墙体可看出。测试显示，越下部位置土体含水率越高，含水区域在水渠平面以下至平面以上1.5米范围内，结果见图5未加粗数字。石窟外部岩体靠地面部分有盐分结晶。

4. 沟内不同地点监测结果

（1）沟内不同地点环境湿度监测

对沟内、外不同位置测试空气湿度，测试显示湿度均在20%～30%之间。水面附近湿度为47.8%，但水面以上与大气湿度接近，说明水蒸汽会很快被稀释；而石窟群上公路湿度低于沟内，与沟内大气接近，为22.5%，表明拦砂坝存在会导致一定范围内的湿度提高。需要注意的是，在夏季高湿的情况下，水汽进入洞窟导致的冷凝现象。

（2）沟西岩体靠近拦砂坝水面部分土体含水率监测

测试部位在拦砂坝中部，此处可沿小道行至西部石窟。这些部位风化较其他部位严重，表面破碎脱落，集聚盐分，针刺易刺入岩体5～10厘米的深度。数据显示，岩体水分含量均在20%以上（图6）。

（三）监测结果评估

1.环境湿度数据评估

顶部石窟湿度不大，石窟内部湿度高于外界，但未见高湿度。底部石窟湿度较顶部高出几个百分点，未见高湿度。石窟周围湿度不大，未见高湿度。水面附近湿度较大，可达48%，但高于水面1米处湿度较低，与大气湿度接近，可见水分挥发导致的高湿只影响水面部分。吐峪沟内部湿度略高于外部，说明拦砂坝增加了湿度，虽测量时整体湿度不高，但不排除夏季高湿对石窟的影响，尤其是拦砂坝附近有树木的2号洞窟。

2.土体含水率数据评估

土体含水率的监测，测试点多在土体表面及以下10厘米处，分析显示顶部洞窟土体含水率低，多数在3%左右，土体基本干燥。下部石窟及岩体含水率较高。2号洞窟靠近水渠部位（洞窟窟门两侧）含水率高，外部岩体含水率高（与水渠接触部位，高度距离水渠渠面1米以内区域）。靠近拦砂坝水面部分岩体破损严重，有开裂垮塌现象，且含水率在一定高度内很高，可达20%以上。而附近拦砂坝淤积淤泥含水率达到40%，说明水是从拦砂坝渗透而来。水渠导致靠近底部的洞窟局部含水率高，盐分结晶，并导致石窟外部局部湿度提高，影响石窟内部。

三、结论和建议

（一） 结论

修建拦砂坝对石窟有负面影响，主要是拦砂坝的水和浇灌用水渠泄露的水会破坏石窟岩体。破坏的主要原因是岩体不耐水，在水的作用下容易崩解垮塌。农民灌溉用水渠紧邻石窟所在山体，水渠渗漏水使局部含水率降低，导致附近石窟湿度增加，有潜在危险。水渠中含有的盐分导致石窟岩体的破坏。盐分和水一起作用造成岩体底部岩石的风化，导致山体垮塌，同时对较低位置的石窟产生负面影响，破坏壁画所在岩体并且影响壁画安全。

（二）对石窟保护工程的建议

第一，由于石窟所在的岩体在水的浸泡下易垮塌，且边坡很陡，更易垮塌。因此，需对石窟所属岩体进行锚杆加固；对于无法锚固的部分，可采取削坡措施。

第二，拦砂坝对蓄水区附近的岩体有软化作用，导致石窟所在岩体坍塌，必须对拦砂坝附近岩体进行护岸处理。另外，拦砂坝对较低位置的石窟有毛细水破坏、盐分破坏和潜在高湿度的影响，建议降低水位。水面高度降至石窟的3米以下（砂岩对水的毛细吸收高度为2米，为增加安全系数，以3米为宜）。

第三，建议修建拦砂坝前对基础岩体进行地质调查，确保拦砂坝安全；拦砂坝应有一定安全系数，保证排洪能力，避免暴雨时水面上升淹没护岸，侵蚀岩体。

第四，由于水对岩体破坏较大，因此，拦砂坝上游蓄水区的护岸设施，应有完善的防渗措施，避免渗漏水对岩体的危害。

第五，水渠对石窟危害较大，须对其进行防渗处理，并尽量远离石窟所在岩体。

第六，除了拦砂坝水，雨水对石窟影响也很大，因此，建议在顶部公路靠近石窟一侧修建排水沟，排掉上部山体接受的雨水。同时，对窟群区域的冲沟进行整治，以利排泄雨水，避免过度冲刷石窟。

[注 释]

①陈凌、李裕群等：《二一年新疆吐峪沟石窟考古新收获》，《中国文物报》，2011年1月21日，第9版。

② 孙博、陆继财等：《拦砂坝工程对吐峪沟千佛洞崖体稳定性的影响》，《甘肃科技》，2012年第2期，第51～53页。