瓜州榆林窟微环境特征及其对壁画病害影响的初步分析

    杜建君 刘洪丽 张正模 薛 平

    内容摘要：为了更好地研究洞窟壁画病害机理，从自然环境影响因素角度出发，选取榆林窟2005年11月～2006年11月间窟区大环境和典型洞窟第6、22、35窟微环境监测数据。分别从温度、相对湿度、露点和降水四个方面对监测结果进行了分析，阐明了洞窟微环境的特征及其随窟区大环境的变化规律，进而分析了洞窟微环境变化所引起的病害特点，并提出了延缓病害发生的建议，以供相关部门制定病害防治措施借鉴与参考。

    关键词：榆林窟；微环境；特征；病害；监测

    中图分类号：I207.37文献标识码：A文章编号：1000-4106(2009)06-0105-04

    榆林窟位于甘肃省瓜州县城西南约76公里的榆林河谷中，现存唐、五代、宋、西夏、元等朝代的洞窟42个，分布在榆林河东、西两岸的悬崖峭壁上，东崖31个、西崖11个，壁画面积5200多平方米，彩塑200余身，是敦煌石窟艺术的重要组成部分，1961年国务院公布为我国第一批全国重点文物保护单位。榆林窟地处峡谷，光照时间较短，榆林河的河水作用以及地理位置的特殊性。使得榆林窟区域环境有着显著的峡谷特征，气候明显异于相邻的大部分地区。在自然环境中，气候对文物形成一种无形的潜在破坏因素，病害的产生与窟内微环境气候的变化有着密切的联系。因此，研究洞窟微环境的气候特征及其随外界大环境的变化规律，分析微环境变化对壁画病害的影响，可为病害机理的研究提供基础数据资料，也为相关部门制定病害防治措施提供一定的资料基础。

    一监测位置的选取及布设

    1.1监测位置的选取

    榆林窟洞窟分布于峡谷的两侧，窟区气象站则位于窟区中部距榆林河约15m的台地上(图版29)。

    为了使分析结果更具科学性与全面性，特选择相对价值较高的第6、22、35窟作为典型洞窟。第6窟位于东崖中部，一二层贯通，与榆林河水平相距约54m，是榆林窟最大的洞窟，体积480.12m3，窟顶穹窿形。窟内巨型倚坐佛像高24.7米，建造于唐代，五代、宋、西夏、元、清、民国重修，仍保存了唐代的艺术风格，是唐代前期国家强盛，社会稳定和经济繁荣的象征，具有较高的研究价值。第22窟位于东崖二层，与榆林河水平相距约52m，垂直相距约16m，体积187.79m3，窟顶覆斗形，分前后室，开凿于唐代，主甬道和主室南壁发现重层壁画。第35窟位于西崖二层中部，与榆林河水平相距约为8m，垂直相距约14m，体积214.51m3，与第22窟大小、形制近似，属于不开放洞窟，也是唐代所建，五代、宋、清重修。壁画有巨型横幅构图的密宗金刚界《五智如来曼荼罗》和文殊变、普贤变，也是敦煌石窟仅有的几个留下画匠名字的洞窟之一，对研究石窟开凿有重要价值。

    1.2监测探头的布设

    监测设备采用的是美国原产的H8和H21 HO-BO系列空气温湿度探头，体积小，种类多，使用方便，设定的采样频率为15分钟。第6窟探头设于下层离地面1.2m的中心佛坛，编号为S1；第35窟探头设于主室东壁南侧下部地面，编号为S2；第22窟探头设于主室西北角地面，编号为S29(图1)。

    

    二洞窟微环境特征与分析

    选取榆林窟2005年11月～2006年11月全年窟区和第6窟、第22窟、第35窟的监测数据，分别从温度、相对湿度、露点温度的平均值、最高值、最小值及降水的监测结果，来分析洞窟微环境的特征及随窟区大环境的变化规律。

    2.1温度

    榆林窟窟区和第6窟、第22窟、第35窟温度年度月平均值、最高值和最低值监测结果见图版19、20、21。

    2.1.1温度平均值

    从图版19可以看出，榆林窟窟区、第6窟、第22窟和第35窟月平均最低温度均出现在1月份，分别为-10.5℃、-4.1℃、4.8℃和2.7℃。窟区和第6窟、第22窟、第35窟温度年平均值分别为8.4℃、7.6℃、9.9℃和11.5℃。窟区月平均最高温度主要集中在6～8月，最低温度主要集中在12～1月；而第6窟、第22窟、第35窟月平均最高温度主要集中在7～10月，最低温度主要集中在12～2月。

    2.1.2温度最高值、最低值

    从图版20和图版21可以看出，榆林窟窟区温度最高值出现在8月份，为35.7℃，最低值出现在1月份，为-21.8℃，两者相差57.5℃。第6窟温度最高值出现在9月份，为20.2℃，最低值也出现在1月份，为-11.1℃，两者相差31.3℃；第22窟温度最高值出现在8月份，为19.8℃，最低值出现在2月份，为2.5℃，两者相差17.3℃；而第35窟温度最高值也出现在9月份，为19.8℃，最低值出现在1月份，为-2.0℃，两者相差21.8℃。

    2.2相对湿度

    榆林窟窟区和第6窟、第22窟、第35窟全年相对湿度平均值分别为39.4％、33.7％、29.8％和26.4％，相对湿度年度月平均值、最高值和最低值监测结果见图版23、24。

    2.2.1相对湿度平均值

    从图版22可以看出，榆林窟窟区月平均相对湿度最高值出现在1月份，为69.8％。第6窟、第22窟和35窟月平均相对湿度最高值均出现在7月份，分别为49.4％、40.3％和54.8％。窟区全年月最高平均相对湿度主要集中在12月～2月，最低主要集中在4月和8月。而第6窟、第22窟和第35窟全年月最高平均相对湿度主要集中在5月～8月，最低主要集中在4月和u月。4月～9月期间，窟内相对湿度大于窟区相对湿度。

    2.2.2相对湿度最高值、最低值

    从图版23和图版24可以看出，榆林窟窟区相对湿度最高值出现在1月份，为98.8％，最低值出现在4月份，为1.8％，两者相差97％。第6窟、第22窟和第35窟相对湿度最高值均出现在7月份，分别为77％、57.2％和79.4％，最低值均出现在11月份，分别为7.8％、23.4％和7.8％，差值分别为69.2％、33.8％和71.6％。

    2.3露点

    榆林窟窟区和第6窟、第22窟、第35窟相对湿度年度月平均值监测结果见图版25。从图版25可以看出，窟区和第6窟、第22窟、第35窟月平均露点温度最高值均出现在7月份，分别为6.5℃、4.3℃、2.9℃和5.6℃；窟区和第6窟、第35窟最低值出现在12月，分别为-16.2℃、-16.6℃和-16.9℃；第22窟最低值则出现在1月，为-13.2℃。

    2.4降水

    榆林窟2005年11月～2006年11月总降水量达到了113.4mm，比往年降水多出23.5mm，见图

    版26。由图版26可知，降水主要集中在5月～7月，占全年降水量的74.5％。相对湿度的变化取决于空气的含湿量和温度，但受降水影响，相对湿度最高值并未出现在温度最低值的月份，而是出现在了持续降水后的7月，而相对湿度较低值则出现在降水量低的4月和温度较高的10月。平均露点温度最高值也随着集中降水而出现在7月。

    选取最大降水月份——5月(以第6窟为例)和最大降水日(5月11日)来分析洞窟相对湿度随降水的变化情况，见图版27、图版28。

    从图版27可以看出，窟区相对湿度随降水的变化波动比较大，窟内则比较小，相对湿度最高值一般出现在降水后，降水前相对湿度逐渐上升，降水后相对湿度上升到最高，而后逐渐下降直至处于平稳波动状态。

    从图版28可以看出，第6窟和第35窟在降水日相对湿度仍然比较高，而第22窟相对则比较低。相对湿度仍呈现出在降水前逐渐上升，降水后达到最高值，之后缓慢下降直至逐渐趋于平稳的状态第6窟在集中降水后，实施了洞窟开关门的通风措施，因此，集中日降水后，6窟相对湿度上下波动比较大，而第35窟和第22窟的相对湿度则保持相对稳定。

    2.5洞窟微环境随外界大环境的变化特征

    通过以上监测结果分析可知，由于洞窟位置、大小不同，窟内微环境随外界大环境呈以下变化特征：

    (1)洞窟内微环境平均温度的变化趋势与窟区大环境的变化趋势相同，12月～2月温度降低，6月～8月温度升高，洞窟内月温度极值出现之后，而且延续时间一般比窟区长1～2个月(图版21)。温度变化还具有一定的季节性，窟内温度夏天比窟区低、冬天比窟区高，但窟区温差比较大，洞窟内则比较小，大型洞窟比小型洞窟全年平均温度低(第22窟>第35窟>第6窟)，但温差大(第6窟>第35窟>第22窟)。

    (2)窟内相对湿度受外界环境变化(降水)、洞窟渗水和榆林河水的影响。位于二层的第22窟相对湿度随外界环境变化的上下波动比较小，而位于一层大型的第6窟和二层距榆林河较近的第35窟渗水情况比较严重，故相对湿度的波动也比较明显(相对湿度最高值和年均值第35窟>第6窟>第22窟)。

    (3)洞窟内露点温度均小于外界环境露点温度，洞窟内结露的可能性较小，空气比较干燥，相对而言，第22窟内空气比第6窟、第35窟干燥。

    (4)外界大环境的强降水主要集中在5月～7月，较大程度影响了窟内的相对湿度和露点温度，使其骤然升高，最高值一般出现在降水前后。窟内相对湿度随降水的日变化幅度较大，时变化幅度较小。窟区在集中降水后，时变化波动比较大。窟区和窟内相对湿度共同的规律是，降水前呈上升趋势，降水后呈下降趋势。

    三壁画病害影响分析及防范建议

    3.1洞窟微环境变化对壁画病害影响分析

    根据实地调查研究，第6窟存在的主要病害类型为龟裂起甲、渗水，第22窟病害主要为起甲，第35窟的主要病害类型是渗水、起甲脱落、酥碱和掉石子。洞窟微环境的变化对壁画的病害产生了一定的影响：

    (1)第6窟由于体积较大，年均温度低，温差大，相对湿度受外界环境影响较大，发生龟裂的壁画继而易出现起甲。渗水也比较严重，天气晴朗时，窟内岩层渗水颜色变淡，遇到降水天气时则颜色发黑(加深)，周围伴有大量的泛白并有泥层脱落。

    (2)第22窟平均温度高，温差小，相对湿度和受降雨影响程度也较小，因此，洞窟内壁画主要是起甲现象，未出现严重脱落。

    (3)相对而言，距离榆林河较近的第35窟，相对湿度受降水影响最大，露点温度和外界相差最小。因此，洞窟内壁画易出现起甲脱落和酥碱病害；由于渗水较严重，还会出现掉石子的现象。

    3.2防范病害建议

    根据洞窟微环境随外界大环境变化的规律和壁画病害受微环境变化影响的成因，从环境学角度出发，建议采取以下防范病害措施：

    (1)第6窟和第35窟窟顶进行防渗处理，铺设防渗层和排水渠，降低酥碱、起甲脱落病害的发生速率。

    (2)洞窟月平均最低温度出现在窟区之后，而且持续时间一般较窟区长约1个月。因此，为了避免壁画有机颜料和胶结材料进一步老化，建议在1月～3月，当洞窟内温度出现较大波动时，视情况适当通风或关闭洞窟门。

    (3)降水使洞窟内相对湿度明显增大，而且持续时间比集中降水的时间长。因此，为了降低相对湿度增大对壁画的盐害，建议在4月～9月，集中降水后(窟内相对湿度>窟区相对湿度时)，加强洞窟日常维护，进行适当通风，以保持窟内空气干燥，尤其是第35窟和第6窟。