甘肅慶陽北石窟寺第294窟溫濕度變化規律研究

摘要：石窟寺賦存環境中溫濕度的變化與其洞窟內文物的病害發展密切相關，2019—2023年的環境監測數據結果表明，在封閉狀態下，甘肅慶陽北石窟寺第294窟內部微環境與窟外大環境溫濕度高度關聯。降水的季節性變化顯著影響了洞窟內的溫濕度變化，窟內南北壁面含水率差異與相對濕度變化密切相關。采取搭建臨時保護防雨棚等環境干預措施能夠顯著降低洞窟內溫濕度極值差，使文物保護環境更加穩定，有效緩解壁畫病害的發育，為文物保護奠定環境基礎。文章為第294窟與同類型石窟寺洞窟的文物保護提供理論支持，并對未來北石窟寺的永久性保護設施建設提出建議。

關鍵詞：北石窟寺；環境監測；溫濕度變化；壁畫病害；文物保護

一、介紹

慶陽北石窟寺位于甘肅黃土高原西側，是絲綢之路東段北線的重要佛教文化遺存。作為隴東地區規模最大、造像最豐富的石窟群，現存308個窟龕、2429尊石雕造像和超過90平方米的壁畫。

第294窟又稱“娘娘廟”，位于北石窟寺主窟群北端二臺。窟內正壁基壇彩塑三霄娘娘倚坐像，兩側塑有民間婦女形象。窟頂及四壁繪有彩色壁畫，盡管內容與佛教無關，但作為清末民初民間信仰與佛教石窟藝術結合的產物，已成為北石窟寺的重要組成部分，具有獨特價值。第294窟因特殊的地質環境和氣候影響，文物病害日益嚴重。滲水導致壁畫風化、開裂、脫落，彩繪空鼓和褪色現象顯著。高濕環境促進微生物的發育，雨季時巖層裂隙滲水加劇霉菌繁殖，對壁畫的穩定性構成威脅。近年來，滲水及潮濕問題愈發嚴重，壁畫大面積脫落，嚴重威脅第294窟內壁畫的安全保存。

在此背景下，系統分析北石窟寺大環境和第294窟微環境尤為重要。通過控制窟門開關時間調節濕度、搭建防雨棚減少降水侵害，可維持窟內環境穩定。然而，過往研究缺乏系統監測和保護措施效果評估，因此本研究基于2019—2023年的環境監測，分析窟區大環境和第294窟內的溫度、相對濕度、降水量及壁面含水率等特征，探討保護措施的效果，為第294窟的文物保護與未來永久性設施設計提供科學依據。

二、實驗設計

（一）北石窟寺第294窟的賦存環境

北石窟寺位于中溫帶半濕潤氣候區，年平均降水量為500毫米—600毫米，降雨集中在7—9月，占全年的72.4 %，年均氣溫為10.5 ℃。第294窟位于寺溝主窟群北端二臺，處于崖體中層，窟門為全封閉木質結構，長期未開放，年均溫度為12.9 ℃，年均相對濕度為62.9 %。

（二）第294窟壁畫保存現狀

第294窟內壁畫總面積為35.37平方米，受水分侵蝕影響，壁畫出現滲水、酥堿、褪色、空鼓等病害，導致大面積起翹、空鼓和脫落。自2009年以來，窟頂和東壁的壁畫陸續發生空鼓和脫落，截至2021年累計脫落19次。為保護頂部壁畫，自2021年起采取臨時支頂保護措施，并在晴朗天氣定期開啟窟門以促進通風，且2022年6—9月搭建完成窟區中北段臨時防雨棚。此外，自2022年5月起，第294窟壁畫彩塑保護修復工程正式實施。

（三）研究方法

1.第294窟外大環境溫濕度監測

采用在線式超聲波室外環境多參數氣象站（MW321SPV-PE），監測內容包括溫度、相對濕度、降水量等，監測頻率為每分鐘記錄一次。

2.第294窟內微環境溫濕度監測

利用空氣溫濕度記錄儀（HOBO MX2301，美國Onset公司）對第294窟內的溫濕度進行監測，同時使用Moist 350B微波水分測定儀（德國Hf Sensor 公司）分別監測窟內南北壁面含水率（以窟內臺基水平面作為監測基點）。

三、結果分析

（一）第294窟外大環境和窟內微環境溫濕度變化規律

根據2019—2023年的數據，北石窟寺窟外大環境年均溫度為9.25 ℃—10.50 ℃，年均相對濕度為65.78 %—70.70 %，平均降水量為624.78毫米。2021年降水量顯著增加，比5年平均值多出237.72毫米，同時年均溫度高出0.49 ℃。年均濕度保持相對穩定，變化趨勢與降水量的關聯性較低。相對濕度主要受空氣含水量與環境溫度共同影響，降水與溫度的同步上升有助于濕度的平衡。在月度變化上（圖1），窟外大環境的溫度表現出明顯的季節性波動。1月日均溫度最低，7月最高。相對濕度在30 %—100 %波動，7—9月日均相對濕度最高，約為80 %；1—4月日均相對濕度最低，約為40 %。降水量與相對濕度變化趨勢密切相關，尤其在4—12月期間，降水量增加時相對濕度上升，減少時相對濕度下降，降水與相對濕度呈正相關關系。

如圖1所示，在2019—2020年和2023年，窟內溫度與外界季節性變化一致，但幅度較小。2021—2022年窟內溫度隨季節變化不明顯，日均溫度波動大，低溫和中高溫時間延長。第294窟內的日均相對濕度在40 %—90 %波動。2019—2021年第294窟日均相對濕度與降水量呈高度正相關，尤其是在7—9月濕度高，易滋生霉菌。2022—2023年，臨時防雨棚顯著減少雨水滲入，使濕度保持較低水平。2023年7月降水量高時，窟內濕度仍較低。

（二）降水量與第294窟內外濕度的相關性

大氣降水是第294窟濕度變化的主要影響因素，雨水通過崖體裂隙或巖層滲入，增加洞窟內濕度。圖1、圖2顯示，月降水總量和相對濕度均在8月達到峰值，濕度變化趨勢與降水量一致。第294窟位于崖體中層，受地下毛細水影響較小，但頂部巖層和裂隙的滲水導致濕度升高，增強壁畫的吸水性，增加物理應力，進一步加劇裂紋與剝落的風險。

（三）北石窟寺第294窟內南北壁面含水率變化差異

監測數據表明（圖3），2022—2023年第294窟北壁含水率明顯高于南壁，且波動幅度較大。在0厘米—60厘米高度時，南北壁面含水率在0 %—1.5 %波動；在60厘米—120厘米高度時，北壁含水率大幅升高后降低，極值為5.2 %，南壁最大為1.6 %，二者差值為3.6 %。2023年4月，北壁含水率與壁面高度呈正相關，在0厘米—100厘米高度時，隨著高度增加，含水率升高。結合降水量分析，2023年4月降水量大，導致北壁含水率升高。降水量較大時，北壁含水率較高，進一步證實雨水通過裂隙滲入窟內，加劇了窟內頂部北側區域壁畫病害的發育。

（四）臨時保護防雨棚搭建前后第294窟內溫濕度月極值變化差異

2020年、2023年臨時防雨棚搭建前后的監測數據顯示（圖4），搭建前窟內溫度極值差為5.51 ℃—9.58 ℃，搭建后為2.12 ℃—6.39 ℃，溫度波動減少3.19 ℃—3.39 ℃，溫度更加穩定，有效減少了劇烈波動對壁畫的損害，特別是在低溫和冷凝水的作用下。搭建前濕度波動較大，上限超過95 %，下限約35 %；搭建后濕度上限降低約5 %，有效減小濕度波動，減輕對壁畫的損害。因此，臨時防雨棚改善了溫濕度的穩定性，延緩了壁畫病害。

四、結語

通過對慶陽北石窟寺第294窟內部與外部大環境溫濕度的監測與分析，得出以下主要結論：

第一，北石窟寺大氣環境年均溫度為9.3 ℃—10.5 ℃，年均相對濕度為65.8 %—70.7 %，年降水為458.8 毫米—862.5 毫米，全年溫度呈季節性變化。第294窟內與外界環境的溫度變化相一致，但變化幅度小于窟外大環境。

第二，第294窟內部溫濕度月度變化與降水量基本一致，整體波動較小。洞窟滲水是溫濕度變化的主要影響因素，且變化幅度與石窟長期處于封閉狀態密切相關。

第三，第294窟南北壁面含水率存在差異，60厘米—120厘米高處南北壁面極值差達3.6 %。頂部壁畫的空鼓脫落與溫濕度變化密切相關，北壁含水率普遍高于南壁，且窟頂北側區域的壁畫脫落程度較窟頂南側區域嚴重。

第四，通過搭建臨時防雨棚和調節窟門開關進行通風等措施，使窟內溫度極值降低3 ℃左右，波動幅度縮小至2.12 ℃—6.39 ℃，相對濕度上限降低5 %，溫濕度趨于穩定。

第五，綜合分析北石窟寺大環境和第294窟微環境，采取環境干預等措施對文物保護具有重要意義，修建北石窟寺永久性窟檐雨棚迫在眉睫。

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作者簡介：

韓增陽（1991—），男，漢族，甘肅定西人。大學本科，文博館員，研究方向：石窟寺環境監測和保護研究。

崔惠萍（1973—），女，漢族，甘肅天水人。大學本科，文博副研究館員，研究方向：石窟寺保護研究。

詹社紅（1968—），男，漢族，甘肅寧縣人。大學本科，文博副研究館員，研究方向：石窟藝術研究和保護管理。

段燾（1988—），男，漢族，甘肅慶陽人。大學本科，文博助理館員，研究方向：石窟寺監測和洞窟日常保養維護。

任楠（1995—），男，漢族，甘肅慶陽人。大學本科，文博助理館員，研究方向：石窟寺環境監測和文物保護。