石窟环境监测模拟及整体分析研究

序言 吕舟（i）

第一章 中国石窟与环境 1

一、 中国石窟的基本情况与复杂性 1

（一） 中国石窟概况 1

（二） 中国石窟保护工作的复杂性 4

二、 我国对石窟环境问题认识的发展历程 7

三、 当前石窟及环境相关研究简介 8

（一） 关于中国石窟的综合性论著 9

（二） 概念定义的相关研究 10

（三） 涉及石窟或其他石质文物环境的综合性研究 11

（四） 关于石质文物与赋存环境关系的具体针对性研究 15

（五） 我国石窟与赋存环境关系和石质文物的异同 23

（六） 相关领域研究 28

第二章 中国石窟环境问题的分析思路 29

一、 石窟与环境是紧密联系的整体 29

二、 从劣化现象逐层深人到关键参数 30

三、 宏观与微观的区分与兼顾 32

四、 根据具体问题合理简化与取舍 35

第三章 石窟与环境的整体空间模型 37

一、 石窟的气象环境 37

（一） 石窟地域气候及其简化思路 37

（二） 石窟区域空气环境模型 38

二、 空气微环境 41

（一） 空气微环境模型 41

（二） 微环境的分类 43

三、 石窟文物物质遗存 44

（一） 石窟浅层岩体“裂隙-多孔介质”模型 45

（二） 附属文物——泥塑、地仗、彩绘等 52

四、 地质环境范围 54

（一） 地质环境中的岩石 54

（二） 地质环境中的水 56

（三） 石窟浅层岩体与地质环境的界限 57

五、 石窟与环境整体空间模型 59

第四章 石窟岩石材料劣化现象、病害机理、基本过程及主要参数 60

一、 劣化现象与其病害机理、基本过程 60

（一） 空鼓形成机理及其相关物理化学过程 60

（二） 剥落形成机理及其相关物理化学过程 61

（三） 溶蚀形成机理及其相关物理化学过程 63

（四） 结垢形成机理及其相关物理化学过程 64

（五） 结壳形成机理及其相关物理化学过程 65

（六） 盐析机理及其相关物理化学过程 66

二、 常见基本过程的主要影响参数 66

（一） 常见物理过程及其相关参数 67

（二） 常见化学反应及其相关参数 73

（三） 生物作用过程 78

（四） 基本过程与时间周期 82

（五） 基本过程与破坏效果 83

三、 基本过程与主要影响参数小结 84

第五章 石窟与环境相互作用的定性分析 87

一、 石窟区域空气环境与地质环境 87

（一） 区域空气环境中热量传输与温度问题 88

（二） 石窟区域空气环境、地质环境的水与湿气问题 96

（三） 宏观空气流动 103

二、 石窟空气微环境 107

（一） 边界层效应 108

（二） 微环境空间的稳态温度分布 113

（三） 微环境空间的稳态湿度分布 117

（四） 微环境内的宏观空气流动 119

（五） 人与其他非文物热湿源对微环境的影响 119

三、 石窟浅层岩体的动态平衡 120

（一） 石窟浅表层的换热 120

（二） 石窟浅表层的传质 122

四、 统一分析石窟浅表层热湿变化对赋存状态影响的可能性 135

（一） 不同机理影响统一的可能研究方向 135

（二） 不同机理影响的初步综合 137

第六章 石窟与环境相互作用的半定量分析方法初探 141

一、 分析方式概述 141

（一） 对相关参数的检测、监测 141

（二） 借鉴现有研究成果进行理论分析 145

（三） 计算机模拟 146

（四） 检测监测、理论分析与计算机模拟的互补与综合运用 148

二、 石窟区域空气环境、地质环境 149

（一） 现状监测 150

（二） 理论分析 159

（三） 计算机模拟 165

三、 石窟空气微环境 168

（一） 现状的检测、监测 168

（二） 理论分析 176

（三） 计算机模拟 182

四、 石窟浅表层与空气微环境间的相互作用 184

（一） 石窟岩石侧参数的获取 184

（二） 现状监测与检测 197

（三） 理论分析 204

（四） 计算机模拟 221

（五） 石窟浅表层与环境相互作用对文物安全的影响 223

第七章 广元千佛崖保护建筑建设中石窟与环境整体性分析的体现 225

一、 广元千佛崖基本情况与空间划分 225

（一） 案例概况 225

（二） 石窟与环境整体的空间划分 227

（三） 千佛崖气象与地质基本情况 229

二、 主要劣化现象与表面病害的环境诱因与关键参数 238

（一） 岩石部分主要劣化现象与表面病害 238

（二） 劣化现象的发生机理及主要相关参数 242

三、 未建设保护建筑状态下石窟与环境整体的半定量分析 245

（一） 石窟区域环境 246

（二） 石窟空气微环境 252

（三） 石窟浅表层与微环境间的相互作用 256

（四） 小结——石窟与环境相互作用特点及对保护建筑的要求 263

四、 保护建筑对石窟与环境整体影响的半定量分析 264

（一） 石窟区域空气环境、地质环境的变化 264

（二） 石窟微环境的变化 268

（三） 石窟浅表层的变化 272

五、 对千佛崖保护建筑效果的评价 276

第八章 总结与展望 278

一、 主要结论 278

（一） 总体结论 278

（二） 石窟文物半定量分析手段总结 280

（三） 对保护建筑与窟檐营建的思考 281

二、 未来研究展望 283

参考文献 285

附录 291