潼南大佛寺摩崖造像水害治理浅析

谭沅军　曾小宇　李晓钦

关键词：大佛寺摩崖造像；石窟保护；水害治理；预防性保护

全国重点文物保护单位潼南大佛寺摩崖造像，坐落于重庆市潼南区城西郊2公里定明山下。山北面东西两崖壁上，131龛980尊摩崖造像自隋开皇十一年（591年）开凿至今已延续近1500年。由于饱受水害的侵蚀，摩崖造像随着时间的推移裂隙日益增多，风化情况严重，不少造像面容已变得模糊不堪。对水害的治理已然成为当前摩崖造像保护的首要任务。

一、大佛寺水文地质环境

（一）水文气象

潼南位于亚热带湿润季风气候区，全年日照充足、气候温和、雨水充沛，平均气温17.9摄氏度，温度变化在-3.8～41摄氏度之间。历年平均相对湿度82%，平均降雨量990毫米，强度大、腐蚀强的阵雨集中在5－8月，容易诱发洪水。大佛寺摩崖造像建于潼南区境内第一大河流涪江岸边，该河道坡降为0.46‰，历史最高水位乾隆四十七年（1781年）七月初四洪水高程252.42米，水位涨落大，洪峰过境过程中产生的超大压强对岩壁造成一定的侵蚀和冲刷。

（二）地形地貌

大佛寺摩崖造像区地处重庆西部，属四川盆地中部的浅丘地区。造像岩壁约20米的高度趋近于垂直的崖带中，崖带向西北和东南方向延伸并逐渐收敛，高度由20～11米逐渐变小，高程245～265米。崖顶地势平坦，涪江距崖壁约50米，在地形上形成了庞大的蓄水池。

（三）地质结构

大佛寺摩崖造像区形成于侏罗系上沙溪庙组砂、泥岩，为龙女寺半环状旋转构造，上砂下泥岩体组合结构简单，向、背褶皱宽缓，且两端不对称，构造上没有大的断裂。岩层产状相对平缓，两端的倾斜角为4～8度。整个岩体受2组岩层产状为“X”形状的向斜构造影响，分割成不同的岩体块（图1）。“X”形状的向斜构造裂隙宽度在50～200毫米，间距在3～6米，水平延伸5～30米，垂直延伸3～12米。裂隙中有少量黏土和碎石块[1]。

二、摩崖造像区域的水

（一）地表水

涪江发源于四川省平武和松潘县间的岷山主峰雪宝顶，常年积雪，加之潼南本身及上游的绵阳、射洪、遂宁等地夏季多雨，容易形成洪水。因此摩崖造像区的地表水主要有日常江水、雪山融化的雪水、本地下雨时的雨水，特别是近年来日益增多的因上游暴雨引发的洪水，仅2020年就遭遇了“8.12”和“8.16”两轮洪峰（图2）。

（二）地下水

大佛寺摩崖造像区雨量充沛，雨水下渗到浅层的沉积层和岩石裂缝中形成上层滞水，雨水和河流中的地表水的渗入到地下第一个稳定隔水层上便形成潜水，通过岩层内的毛细管持续渗入而形成毛管水，以裂隙水的方式云逸到两个不透水间从而形成了层间水，涪江水通过水汽凝结的物理作用产生的凝结水进入到岩层空隙中。以上基本都是通过涪江的地表水資源持续不断的供给产生的地下水。

三、水对摩崖造像的危害

（一）物理危害

大佛寺摩崖造像岩壁凿于砂岩上，砂岩下部分为雨水易泥化软化的泥岩，雨水、河水、洪水不断的冲刷侵蚀，岸坡势能日积月累，岩壁底部的外部应力不断发生变化，与内部应力长期作用，发生形变和拉裂，使岩壁底部的泥岩软化崩解，岩体失去支撑，最终对岩体造成损坏。地表水从岩顶泄下形成冲沟破坏岩体整体结构，岩顶地表水往下渗透浸湿岩体上部分，使得造像上部分区域起甲脱落，而干湿相交处会根据水渗方向形成不同形状的卸荷裂隙，造成岩壁潮湿，岩面颗粒、块状脱落，加速风化破坏摩崖造像（图3）。夏季闷热，容易将岩体裂隙、空隙及空气中的水蒸气凝结成水，出现佛像“流汗”现象，亦会加速文物本体风化损坏[2]。

（二）化学危害

2007年4月8日，国家气象局在全国设置了269个酸雨观察站，其中潼南站的雨水检测pH值小于4.5达到了强酸雨的程度，潼南被定义为强酸雨地区[3]。酸雨、酸雾是由大气中的硫、碳等离子与水化学作用下形成。大佛寺摩崖造像岩体主要由长石和石英组成，含少量的云母，岩表层累积着大量的盐类，这些盐类中的钾、镁、钠、钙等离子与酸雨中硫酸和硝酸等发生化学作用，使岩壁的石刻遭受腐蚀风化。化学反应产物的各种盐类在腐蚀风化过程中不断结晶，这些结晶中包含有芒硝石膏等与重力水不断反应，使结晶中的盐类反复膨胀和收缩，岩面受此影响起甲龟裂，成块状、片状脱落（图4）。

（三）生物危害

雨水的直接冲刷，地下水沿摩崖造像区网状的地下毛细管道渗入到泥岩层的隔水层暂时滞留，再沿着交错层理的方向继续渗透，最终在岩面上凝结成水珠或明显的流水。岩壁因长时间的渗水作用常年潮湿，成为藻类、藓类等低等生物的生活温床。随着时间的流逝，这些生物的生命周期不断反复更迭，生物的尸体和分泌物与岩体的化学作用使得岩壁软化和泥化，造成石刻污染损坏[4]。植被沿岩顶呈带状生长，长势良好，岩壁上攀附的植物根系在生长过程中会胀大岩壁的裂隙，比如岩顶的黄桷树的劈根作用将直接影响岩壁的整体结构和稳定性，同时发达的根系沿裂隙生长，释放的酸性物质也将腐蚀岩体，最终加剧了对岩体的损坏（图5、6）。

四、水害治理方案

大佛寺摩崖造像长期裸露在自然环境中近1500年，一直遭受水害侵蚀，加之所处之地为亚热带季风气候，全年多雾，特是秋冬多雨，空气湿度高的特点，水害较干旱缺雨、空气干燥的温带季风气候地区（比如敦煌石窟、麦积山石窟等）更为严重。近年涪江水域洪水频发，水对摩崖造像带来的损害速度更快、程度更大。水害的分析和治理，显得尤为重要。

（一）早期治理措施

大佛寺摩崖造像早期保护性建筑设施的建设， 不但考虑了与摩崖造像协调相容的外观，而且也考虑了保护持续性的最大化。排水设计也为水害分析和治理提供了宝贵的经验。

1.修建窟檐防雨

修建窟檐是石窟寺最基本、最常见的防雨水方案，不但能防止窟顶明水、雨水飘进窟内对石刻造像直接冲刷、大大减少岩壁的浸湿，而且还能够稳定窟檐内的环境，避免窟檐内温度产生较大变化，同时还能将岩壁、造像、窟檐融为一体，起到美化、装饰的作用。窟檐修建有如下几种：一是岩壁向内开凿窟洞，使岩壁成为窟内造像的窟檐，不做造型；二是在窟洞上方开凿一个斜度，雕刻出屋檐造型作装饰；三是在窟洞外外加窟檐雨棚，材质造型多样化。大佛寺摩崖造像修建了七重窟檐防明雨水。

2.修建沟渠排水

虽然窟檐会保护窟内造像，但岩壁的浸湿渗透，日积月累也会对窟内造像产生破坏性的影响，因此在岩壁顶部修建沟渠排水是很有必要的，一般修建沟渠会根据岩壁地形地貌在岩顶、岩壁及岩底设计排水沟渠，以减少地表明水为摩崖造像带来水患。大佛寺摩崖造像顶部及造像区岩顶岩底均修建有排水渠，有助于明水的排放。

（二）水害治理原则

为确保在水害治理过程中，文物本体及周边环境不会受到人为破坏，大佛寺摩崖造像水害治理須遵循以下原则：首先，进行实地勘察，利用地质学摸透岩区内地质构造、岩石特性等地形地貌，了解岩区内水的运移、存储特点和规律，将水害分析和治理的理论与实际情况相结合，分析出岩区内的水害成因；其次，对水害的治理不能影响文物本身，不破坏石刻载体，优先考虑对文物周边环境的治理或对文物本体不可见或隐蔽性的保护工程[5]；再次，大佛寺摩崖造像区地表水和地下水水类众多，水的运移和存储场景非常复杂，单一的治水方法不能满足当前的水害治理，需要多样方法协同综合治理[6]，河岸建防筑堤，防止涪江河水和洪水进入石刻区直接冲刷侵蚀，石刻区内通过排、堵相结合，排出石刻区内的水，堵区内水入口，减少区内水量，以排为主、堵和防为辅，多重手段治理水害；最后，受技术、材料等的客观条件限制，无法做到水害永久根除，因此需要管理上的配合，建立日常保护监测机制，及时对文物进行保护和维修，将技术和管理结合，最大程度保护文物不受水害破坏。

（三）水害治理方案

水害治理一直是石窟寺普遍存在的问题，更是石窟寺保护中的一个技术难题。随着石窟寺水害防治工作的不断实践与进步，大致形成了一套有效方法，结合大佛寺摩崖造像实际，从以下四方面阐述水害治理方案。

1.疏导为主

以疏导为主要的思路，结合大佛寺摩崖造像区地形地貌以及水害特征，通过多种手段将地表、地下水和补给水源从造像区排离。一是岩顶岩面全面修建排水沟渠，根据坡面地形构造灵活设计，对不影响文物观赏的岩体可采用明渠排水，影响文物观赏的岩体采用暗渠导水，按照降雨和山洪的历史最大规格设计排水渠，以最快速度排水减少岩壁积水时间和渗水量；二是地下水外渗和裂隙水运移通过修建的地下排水井和暗沟及时排出地下水，减少滞留时间和降低环境的湿度；三是在岩体裂隙水存储和运移的关键点设置仰斜排水孔，将渗水源的水一一排出；四是从岩顶往下垂直方向设置井群，深度要深，使得上层高位水垂直越流到下层地位水岩体中，再通过引流将水排出从而整体拉低岩体内的地下水位，减少水害对岩体的影响，但该方案对岩体有一定的破坏作用，不作为最优选择；五是在造像区后面适当距离开凿适当大小和深度的井，利用机械产品将井内空气抽出形成气压差，由气压差将造像区的水析出，再使用排气装置将水汽排出，有效减少凝结水，增加造像的干燥度；六是修复岩壁自然形成的排水冲沟，对冲沟加固、防风化、防渗水等适当维修，提高冲沟的防渗能力和坚固性，利于长期排水。

2.堵为辅

主要从两方面进行堵水，即堵来源和堵出入口。对石窟顶和岩体顶部刷上防水层可堵住降雨等产生的地表水和直接下渗补给水源。防渗层设计需弄清楚窟顶和岩顶覆盖物构成、厚度分布以及渗透性等，以此确定需防渗透的位置，并选择恰当的防渗透处理措施，从来源处堵住地表水，保持岩体的内部干燥。堵出入口的关键点是通过勘察数据配置适当的灌浆材料对岩体和造像区的卸荷裂隙、表层裂隙和渗水裂隙等可见裂隙进行灌浆封堵操作，以此堵住出入口达到阻水效果，同时也起到了加固作用。但因为裂隙不断发育、灌浆材料随时间老化，因此需要结合排水治理周期性修复。

3.预防相结合

涪江是大佛寺摩崖造像区地下水的主要补给水源，近年洪水频发，洪水对岩底进行掏蚀冲刷，岩体下部泥岩软化泥化凹陷，岩体内部应力变化，上部悬空，影响岩体整体的稳定性，另外洪水上涨进入洞窟直接冲刷窟内造像，文物严重受损。因此修建防洪堤岸预非常有必要。另外区内雨水充沛为强酸雨地区，强酸雨对窟檐、窟内文物以及岩壁的腐蚀性极强，因此须及时修缮窟檐，可有效遮挡大气降雨，防止雨水飘进窟内和岩壁明水流入窟内腐蚀窟壁和文物，稳定石窟的内部环境。不管是修筑防洪堤还是修缮窟檐来预防大气降水和江水洪水对文物的冲刷侵蚀，在设计时既要保证其功能的基本特性又要注意防洪堤、窟檐与石刻造像、周边环境的整体协调。

4.现代技术与科学管理助力

在水害治理过程中，要积极运用现代技术和科学管理，提高治水效率，减少治水失误。当前许多现代科技已应用于石刻水害治理中。比如，电阻率探测核子密湿度仪、瞬变电磁勘探可探测出石刻中的卸荷裂隙及渗水点，地质雷达技术勘察岩体裂隙发育情况，地震CT技术分析风化情况，红外热成像技术探测岩体的渗水点、补给水源、渗水方式和渗水分布情况、活动规律[7]，梅花式井上、下水文观测孔水压实时监控的技术可实现对含水层裂隙、隐蔽导水通道的注浆范围和探查封堵的精准控制[8]，3D全息扫描技术可将文物数字化复现，为破坏的文物修复提供最原始的数据。水害治理这一大难题仅仅靠技术上的支撑是不够的，俗话说“技术不够管理来凑”，科学的管理可指导现代技术更好地在水害治理上发挥作用。首先完善组织结构，培养石窟寺水害治理的专业人员，其次健全管理、岗位职责、日常维护制度，最后加强从业人员的培训，特别是洪水等灾害的应急演练，熟练使用各种现代技术，做到突发事件心中有数。科学管理和现代技术相融合，通过大数据分析以及人工智能助力大佛寺摩崖造像的水害治理。

五、结语

水害是造成潼南大佛寺摩崖造像文物病害的主要原因之一，本着治理不破坏的保护理念，分析摩崖造像区的地质水文、当前水害治理现状，归纳出适合大佛寺摩崖造像水害治理的方法，引入常用的科技力量并尝试将最新科学技术融入水害治理。通过建立科学的管理手段与现代技术、治理方法从排、堵、防等不同维度采取多种手段对大佛寺摩崖造像进行水害治理，从而保护文物，将历史文化代代传承。