湖北宜昌三游洞摩崖石刻文物本体及保存环境监测与评估

李 青

（宜昌市三游洞管理处，湖北 宜昌 443000）

1 总体情况

为更好地保护三游洞摩崖石刻文物，文章选取溶洞区进行监测与研究，对溶洞区布设监测设备获取环境监测数据，撷取各监测节点数据对其进行分析，以助于后续文物保护工作的展开[1]。

2 溶洞区域情况

2.1 室外总体环境

(1)大气温湿度及降雨量。通过监测，2015年三游洞气象站监测所得大气温度为2.4℃～36.5℃，波动范围为34.1℃，平均温度为19.71℃；湿度为30.5%～100%，波动范围为69.5%，平均湿度为79.79%；最大降水量为105.8 mm/h。气象站监测所得湿度范围在30%～100%，其中各监测点50%的湿度数据基本集中在80%～100%之间，75%的湿度数据集中在70%～100%之间，环境湿度较高，平均日较差接近25%，标准差接近15%，湿度稳定性较差[2]。温度范围在0℃～40℃，其中50%的温度数据集中在20℃～4 0 ℃之间，7 5%的温度数据集中在1 0 ℃～4 0 ℃之间，环境温度稍高，平均日较差接近6℃，标准差接近8℃，温度稳定性较差。

(2)光紫外。2015年三游洞气象站监测所得光照为0 ～7 6 4 6 8.3 2 lx，紫外线强度为0～ 1 034.84μW/cm2。

(3)风速风向。2015年三游洞气象站监测所得风速为0.1～3.9 m/s，平均风速为0.30 m/s，风力最高为3级，主导风向为偏东南风。

2.2 溶洞区

2.2.1 温湿度

2015年三游洞溶洞区各监测节点的温湿度监测平均值生成温湿度空间分布图（图1）。湿度场/温度场的竖条为湿度/温度比色刻度尺，由上往下，温湿度依次降低。由图1可看出刻度尺寸分为：较湿区域、较干区域、高温区与低温区。由图可知，2015年三游洞温度溶洞外＞溶洞口＞溶洞内；湿度溶洞外＞溶洞口＞溶洞内。该现象应受当地环境影响。

2015年三游洞溶洞区温度为1.4℃～35.8℃，波动范围为34.4℃，平均温度为16.57℃；湿度为30.5%～100%，波动范围为69.5%，平均湿度为84.09%。溶洞区各监测点50%的湿度数据基本集中在70%～100%之间，平均湿度基本集中在70%～90%之间，环境湿度较高。湿度日波动最大的是位于河边的多气体160号监测点，离溶洞较远，受环境影响湿度日波动较大，其次是位于溶洞外的监测点63号、64号，湿度稳定性均较差。监测点155号处湿度标准差远大于溶洞区其他位置，湿度稳定性最差，应引起注意[3]。

溶洞区各监测点50%的温度数据基本集中在10℃～25℃之间，平均温度基本集中在10℃～20℃之间。温度日波动最大的是位于河边的多气体160号监测点，离溶洞较远，受环境影响温度日波动较大，其次是位于溶洞外的监测点63号、64号，温度稳定性均较差。

总体来说，该区域的多气体160号监测点处温湿度稳定性接近于气象站，温湿度稳定性最差，其次是位于溶洞外的监测点63号、64号，温湿度日波动较大，其余监测点温湿度稳定性基本一致。

在文物的保存中，环境温度和湿度是直接作用于文物的两个最普遍因素。石质文物受大气温湿度影响很大，温湿度的周期性波动和较大的温湿度日较差，会导致石质反复出现热胀冷缩、湿胀干缩，造成可溶盐的溶解和重结晶，导致石质文物的开裂、酥粉，温度低于零时还会发生冻融现象，长期如此文物容易发生开裂、块状剥落等问题，影响文物的长期保存。

2015年三游洞溶洞区各监测点温湿度波动数据情况为由冬季经过春季进入夏季，温湿度均呈上升趋势，再到冬季，温湿度又回落到初始水平。湿度始终徘徊在较高水平，温湿度总体波动较大，日较差也较大。

结合宜昌当时的天气总体变化来看，温度和湿度也保持合理的变化趋势，环境变化正常，期间出现的特殊变化，多是天气变化引起的。各监测点的温湿度平均值、最大、最小值及波动范围如表1所示。

表1 三游洞溶洞区各监测点温湿度平均值、最大、最小值及波动范围

续表 1

监测点监测的均为石质文物，该环境温湿度超出了文物的温湿度推荐值（温度18～22±2℃，湿度35～65±5%）。高湿度时苔藓、地衣等各类植物生长旺盛，影响文物外观，生长时分泌物会腐蚀文物，根的生长会加快裂隙发育，同时温湿度的波动会导致文物出现周期性的热胀冷缩、湿胀干缩，对文物影响严重，不利于文物的长期保存。

2.2.2 表面温度

2015年三游洞溶洞区各监测点的平均值生成如图2所示的表面温度空间分布图。其中左边为表面温度场，右边竖条为表面温度比色刻度尺，由上往下，表面温度依次降低。图2中表面温度为5.6℃～36.3℃，波动为30.7℃，平均表面温度为21.21℃。

2015年三游洞溶洞区各监测点表面温度波动情况如图3所示，由图3可以看出，各监测点表面温度的变化趋势与大气温度一致，但波动更小一些，且表面温度始终高于露点温度，没有结露的风险。

各监测点的温湿度平均值、最大、最小值及波动范围见表2。

表2 三游洞溶洞区各监测点表面温度平均值、最大、最小值及波动范围

2.2.3 光照紫外

三游洞溶洞区监测点光照紫外（图4），光照度为0～1 378.19 lx、紫外线强度为0～1.13 μW/cm2。监测点85号位于溶洞口，其光照紫外含量均为最大；监测点213号、214号、215号依次放置于洞内，深度213号＜214号＜215号，其光照紫外含量213号＞214号＞215号。因此该区域文物为石雕石刻，洞口光照度明显超出了洞内该类文物的光照度推荐值（小于等于300 lx）。

石刻暴露在外界环境中，白天在阳光下暴晒，石刻表面受热膨胀，而内部所受影响较小，受阳光直射、颜色较深的部位温度高、膨胀大，背对阳光、颜色较浅的部位温度低、膨胀小；晚上没有阳光照射，石刻表面被内部冷却，快速收缩。长此以往，这种周期性的不均匀膨胀会导致石刻强度降低，出现开裂，对石刻的长期保存有严重影响，可在文物上方添加挡板等遮挡阳光，减少阳光的直射。

2.2.4 二氧化碳

三游洞溶洞区二氧化碳含量为（142～3 541）× 10-6（图5），越往溶洞深处，二氧化碳含量越高，越不利于文物保存[4]。

2.2.5 二氧化硫

三游洞溶洞区二氧化硫含量为0～0.1×10-6，三游洞溶洞区二氧化硫含量偶有超出文物的二氧化硫推荐值（小于4×10-9）（图6），不利于文物保存[4]。

2.2.6 有机挥发物

有机挥发物VOC、温湿度160/（10-9/(℃.%)）

三游洞溶洞区有机挥发物含量为（184～45 897）×10-9，三游洞溶洞区有机挥发物含量超出文物的有机挥发物推荐值（小于300×10-9），不利于文物保存。2015年3月到10月，有机挥发物含量突增（图7），应引起注意。

2.2.7 土壤温度、含水率

三游洞溶洞区土壤温度含水率（图8），土壤温度为16.3℃～19.9℃，波动范围为3.6℃；土壤含水率为4.57%～11.65%,波动范围为7.08%。三游洞溶洞区土壤温度、含水率波动均较小，较为平稳。

2.2.8 微风

三游洞大佛石刻区监测点风速风向（图9），风速为0.01～1.07 m/s，平均风速为0.09 m/s，主导风向为偏东风和偏西北风。将风玫瑰图放入溶洞区地图中（图10），可以发现，2015年三游洞风主要是平行洞口吹，对溶洞口及洞外石刻表面损害较大，建议在主风向方向植树，以便形成挡风墙，减轻风蚀作用。

2.2.9 位移

三游洞大佛石刻区危岩位移情况（图11），由图11可以看出，3个方向的位移量波动较大，但没有明显的周期，其中118号的波动最大，日波动最大达到1.5 mm，其次是112号，114号最小，6月112号、114号波动均增大，应引起注意。

各方向的位移量平均值、最大、最小值及波动范围见表3。

表3 三游洞溶洞区各方向位移量平均值、最大、最小值及波动范围

3 结果与建议

监测结果表明三游洞大部分区域的温湿度波动范围大，超出最佳文物保护最佳范围，溶洞区土壤温度含水率较为稳定，二氧化碳浓度严重超标，二氧化硫及有机挥发物含量超标严重。

根据监测数据分析结论，提出以下建议，仅供参考：①在受到阳光直射的文物上方添加挡板等遮挡阳光，减少阳光的直射，防止因不均匀受热导致的石质文物强度下降甚至开裂；②在溶洞区二氧化碳含量较高时对游客进行分流，控制游客参观人数[2]；③危岩体应该进行相应加固工程，防止由于外界地震或基建等造成摩崖石刻进一步损害[5]。