基于电阻率成像法的莫高108窟墙体内水盐运移过程分析

非均质的砂砾石层是莫高窟壁画的主要墙体,但砂砾石层的非均质性如何在水盐运移过程中发挥作用却还不清楚。为此,通过在108窟西壁面上1 m×1 m和2 m×2 m范围的三维高密度电阻率成像监测,发现在这些区域上,墙体电阻率的空间分布都是非均匀的,低阻值区域在空间位置、大小和形状上都会随时间而变化。这明确说明在构成墙体的非均质砂砾石层内存在着重要的水分饱和与非饱和过程(再分配过程),正是这一不断重复的饱和与非饱和过程促进了墙体内水分的运移和盐分在一些特定区域的聚集。研究成果对全面认识莫高窟墙体内的水盐运移机理,减轻和防治壁画盐害都具有重要意义。     

敦煌莫高窟降雨分布及入渗特征研究

敦煌莫高窟文物具有唯一性和脆弱性,干燥环境是壁画和塑像长久保存的保障,降雨是病害发生诱因。为了弄清降雨对文物的损害机制,本研究通过气象监测数据分析和野外人工降雨模拟试验,分析莫高窟降雨分布特征和窟顶戈壁降雨入渗和产流规律,为开展洞窟内壁画病害发育机理分析和实施莫高窟洪水风险预控提供理论依据。25年气象监测数据分析表明,莫高窟区域多年平均降水量39mm,集中在5~8月,降雨类型主要为微雨和小雨,频现大于76%,大雨及暴雨均为突发性强降雨,频现仅为1.5%,常常伴随区域洪水的发生。降雨模拟试验结果表明,当平均降雨强度0.75mm/min,降雨历时160min时,入渗湿润锋迁移至深度80cm左右即趋于平衡。但是,高密度电阻率探测表明洞窟地层2~3m处,水分饱和度可达60%左右,极易带动可溶盐向壁画地仗层富集,致使病害发生发展。经计算,窟顶戈壁径流系数0.016,产流能力非常低。区域洪水主要来源于莫高窟周边戈壁及野马山地带降雨汇流。     

植物对岩土文物的作用及保护技术研究进展

由于人工-自然复合生态系统的不稳定性及保存环境的复杂性，岩土文物长期遭受着生物与非生物因素的威胁，其中，植物对遗址的作用及其保护应用技术一直备受关注。对相关研究成果总结表明，基于植物的新型遗址防护技术以其绿色、可持续和环境兼容等优势在石质古城墙、夯土类遗址等的保护中逐渐成为替代工程类抢救性保护措施，但存在植物对岩土文物作用机理认知不足、研究技术受限、防控新技术应用滞后及其效果不佳、保护遗址植物选种及后期维护较难等问题，致使植物与岩土文物间的辩证关系至今界定不清，极大限制了保护技术的研发。结合我国石窟寺、土遗址保护面临的生物学问题，针对植物保护遗址技术实施的限制因素，作出以下展望：1)厘清植物对岩土文物的损害及保护作用机理；2)构建不同环境下界定植物对岩土文物正负效应的科学评估体系；3)明确植物种内和种间的相互作用以及驱动植物在岩土文物表面建植的关键因子；4)结合全球气候变化，研发岩土文物有害植物的精准防控技术；5)筛选适宜的软覆盖植物种并对其防护效果进行评估；6)研发基于BSC的软覆盖技术，开展环境适应性和保护效果评估。     

莫高窟108窟内空气温湿度的变化过程及其对窟内水汽和热量来源的启示

为了对108窟内不同位置的温度、湿度和空气压力进行监测,设置了12个点的传感器。监测结果表明,窟内温度存在着显著的昼夜和长期的变化,其中上层空气的温度变化尤其明显,而下层空气的温度变化则相对较小。在夏天,窟内的上层空气温度高于下层空气的温度。窟内空气的绝对湿度受外部环境严重影响,存在近似昼夜的变化。在分布上,窟内空气湿度在上层和前部高,而在下层和后部则较小。窟内存在着净的水汽输入过程,但水汽不是从洞窟的入口进入的。同样,窟内的空气压力也存在着明显的昼夜变化过程,并受外部环境的影响而升高或下降,窟内东侧的空气压力大于西侧的空气压力。这些结果一致说明,在108窟的东侧上层存在着水汽和热量的来源。研究结果为下一步的盐害防治工作提供了思路,具有重要的科学意义和应用价值。