敦煌莫高窟風(fēng)沙危害綜合防護(hù)體系防護(hù)工程可行性研究報(bào)告

1小羚羊1小羚羊敦煌莫高窟風(fēng)沙危害綜合防護(hù)體系防護(hù)工程設(shè)計(jì)摘要： 通過對敦煌莫高窟防沙歷史的綜合總結(jié)和分析,認(rèn)為莫高窟作為我國乃至世界古代絢爛文化藝術(shù)的珍寶,是甘肅對外溝通的主要窗口之一,也是我國重要的旅游地之一。單純的消極人工清沙已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代社會對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的需要和旅游業(yè)作為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)進(jìn)展根本點(diǎn)的要求。那么,,不僅有利于整個窟區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善,且其示范效應(yīng)將帶動本地區(qū)乃至整個河西地區(qū)的荒漠化治理。依據(jù)風(fēng)沙環(huán)境特征,提出了莫高窟防護(hù)體系建立的主導(dǎo)思想是:以防治西北、西南主害風(fēng)為主,依據(jù)鳴沙山、砂(礫),實(shí)行以固為主,固、阻、輸、導(dǎo)相結(jié)合的防護(hù)原則,以切斷或減弱鳴沙山沙源和固定流沙,并消退沙礫質(zhì)戈壁面的就地起沙為目的,建立一個由工程、生物、化學(xué)措施組成的多層次、多功能的綜合防護(hù)體系,局及防護(hù)寬度、礫石鋪壓的根本原理作了一個初步的探討。關(guān)鍵詞:莫高窟綜合防護(hù)體系風(fēng)沙侵蝕 植物固沙草方格高立式沙障礫石鋪壓1、爭論背景敦煌莫高窟位于干旱地帶的河西走廊西部,地處高大鳴沙山與三危山之間的大泉河谷。1600m作用下,洞窟長期受到風(fēng)沙的危害。早在五代時期,風(fēng)沙就已危及洞窟的安全,有清沙功德40防沙治沙列為保護(hù)石窟的重點(diǎn)工作,并在制定《1956—1966案》時,把防沙工作列入石窟的保護(hù)、修繕工程工程中,先后在窟頂設(shè)立多種防沙工程。60年月初,制訂過防沙規(guī)劃,同時開展過小規(guī)模的防沙治沙試驗(yàn),在崖面上修建防沙墻,實(shí)行“上堵下清”的方法,但后因積沙量大,造成墻體外塌,危及洞窟,被迫撤除。隨后又在崖面開挖防沙溝,設(shè)置局部紅柳條柵欄,結(jié)果造成大量沙物質(zhì)積聚,溝很快被填平,沙障壓埋,形成的隱患。究其緣由,是限于當(dāng)時的條件,對本區(qū)獨(dú)特的風(fēng)沙運(yùn)動規(guī)律、風(fēng)沙危害方式等爭論不夠,雖然工程在短期內(nèi)起到了肯定的防護(hù)效果,但隨后因積沙量增大,相繼很快失效,3000m3,而風(fēng)沙危害并未得到有效防治。1987保護(hù)對象以后,莫高窟的風(fēng)沙危害問題再次引起國內(nèi)外有關(guān)方面的關(guān)注,原中國科學(xué)院蘭州沙漠爭論所、敦煌爭論院及美國蓋蒂保護(hù)所共同合作,進(jìn)展了莫高窟風(fēng)沙運(yùn)動規(guī)律及風(fēng)沙防治的爭論,并設(shè)置了尼龍網(wǎng)防沙柵欄。經(jīng)長期觀測,尼龍網(wǎng)防沙工程阻擋了主害風(fēng)(西60%時性防護(hù)措施。由于積沙,柵欄四周形成了的人工沙堤,一旦積沙高出柵欄,流沙便會長驅(qū)直入危及洞窟。因此,為了避開產(chǎn)生的風(fēng)沙危害源,徹底根治莫高窟沙害,應(yīng)轉(zhuǎn)變過去構(gòu)造簡潔,功能單一,缺乏長遠(yuǎn)性的防護(hù)方法,盡快建立一個由工程、生物、化學(xué)措施相結(jié)合,阻、固、輸、導(dǎo)為一體的綜合防護(hù)體系。2、建設(shè)必要性部地區(qū)經(jīng)濟(jì)進(jìn)展的一個重要支拄產(chǎn)業(yè),這種戰(zhàn)略思想就是基于資源開發(fā)和環(huán)境綜合整治相1010小羚羊綜合防護(hù)體系,其意義不僅是對我國流沙固定及風(fēng)沙防治工程水平的一次綜合顯示,更為重要的是說明我國政府對世界文化遺產(chǎn)的保護(hù)和根治沙害,改善西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境的決心。敦煌莫高窟風(fēng)沙危害綜合防護(hù)體系的建立,將對我國風(fēng)沙地區(qū)文物古跡及重要經(jīng)濟(jì)設(shè)施的保護(hù)起到示范作用,而且在國際上也會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。二、自然地理概況地貌特征700~1000m山，由東向西按地貌形態(tài)及地表組成物質(zhì)等因素可劃分為四中地貌類型：礫質(zhì)戈壁帶：地表由小礫石組成，此帶面積較小，從窟頂邊緣開頭，向西深10cm左右厚度的細(xì)砂層。細(xì)砂層15～25cm砂層含水量在1%一下。沙礫質(zhì)戈壁帶：此帶面積較大，平均寬度約為436m，面積約174.5ha。外表組15cm沙源地之一。平坦沙地：平均寬度約為104m，面積約為37.4ha，流沙掩蓋厚度在10-150cm，俞接近沙山，細(xì)沙層愈厚。沙地：鳴沙山相對高度約為60～70m,為一掩蓋在基巖低山上的高大復(fù)合型沙山，5-20m。土壤、植被特征土壤與植被是地形、地表物質(zhì)和氣候等因素綜合影響而形成的。由于爭論區(qū)地形地貌簡單，環(huán)境干旱少雨，所以總體上表現(xiàn)為土壤類型單一，植被種類少的特點(diǎn)。莫高窟頂為棕色荒漠土，全養(yǎng)分較低，PH7.22~8.94蒿和羽毛三芒草，人工植被有紅柳、花棒、梭梭、沙拐棗和檸條等，庫區(qū)前林種有疆楊、銀白、榆樹、白蠟和側(cè)柏等。氣候莫高窟屬于典型的大陸性荒漠氣候，由于受到蒙古高壓的影響，具有氣候極端枯燥、降水量少、變率大、蒸發(fā)猛烈、溫度變化大和風(fēng)沙活動猛烈等特點(diǎn)。降水39.84mm，且在時間上分布不均。受敦煌盆地地形和大氣環(huán)降水量集中且大量，春季次之，秋、冬季最少。蒸發(fā)5-8300mm。氣溫10.6℃，莫高窟極端最高氣溫40.6℃，最低溫度為-21.5℃。而莫高窟地區(qū)絕大局部被沙漠、戈壁、沙山所包圍，地表組成物質(zhì)以砂礫質(zhì)為，下墊面導(dǎo)熱率小，氣溫的年較差和日較差亦大。三、風(fēng)沙危害類型類型。積沙危害莫高窟崖頂向西1000m500～700m200m積存。風(fēng)蝕危害10～50cm大量分布于整個崖體，水平層里發(fā)育，極易風(fēng)蝕。粉塵危害空面反轉(zhuǎn)氣流的作用，進(jìn)入窟內(nèi)形成大量降塵，嚴(yán)峻污染壁畫，影響視覺效果。四.技術(shù)方案高立式柵欄的布設(shè)選用當(dāng)?shù)亓畠r的枯槁的作物秸稈，枝條，蒿草，或泥土作材料設(shè)置而成。這種沙障較植物沙障起作用時間短，也不能提高沙地肥力。但它不與障間林木爭水爭肥，不受季節(jié)限制，而且材料來源廣泛，目前比較普遍承受。大約有以下幾種形式：①立式沙障材料直立，沿沙坡隔肯定距離水平開溝，埋入20～100cm，露出沙面50～100cm的②高立式沙正常生長。年生野生沙萬栽植而成。一般沿沙丘迎風(fēng)坡坡腳以上三分之二或二分之一處等高開溝，溝4～630～402010～152～31～2插植而成。以沙柳條作材料的，可從沙丘迎風(fēng)坡腳設(shè)置至迎風(fēng)坡中部，以旱柳，小葉楊枝條作材料的，只設(shè)置在含水率較高的沙丘迎風(fēng)坡下部。其余與黑沙蒿沙障一樣。草方格沙障的布設(shè)草方格沙障是用麥草、稻草、蘆葦?shù)炔牧希瑢⒉莶迦肷硨觾?nèi)，直立于沙丘上，在流沙30cm，草方格的邊厚5cm左右，用鐵鍬壅沙踏實(shí)使之結(jié)實(shí)。沙障高度是由氣流中沙粒的分90％30cm20—30cm1X1最主要的固沙帶。1X12—3工——自然植被所代替。篩選確定了優(yōu)良鄉(xiāng)土固沙樹種——花棒、檸條、沙拐棗、梭梭；成功地引進(jìn)了外8—1030％率可作為半荒漠干旱區(qū)域植物固沙的上限指標(biāo)。到達(dá)這一掩蓋率后，沙層中下部含水量會漸漸下降到1％左右，灌木類植被趨向衰枯，而油蒿和微生物群落將不斷更繁衍，向人工——自然生態(tài)系統(tǒng)演替。在固沙帶主風(fēng)向外側(cè)設(shè)置高1米、孔度為4％阻截外緣流沙向草障植物帶的侵襲，有效地保護(hù)植物固沙帶。據(jù)觀測，在無阻沙設(shè)施的狀況可使外緣流沙大量積存在阻沙柵欄兩側(cè)，逐步形成高大沙堤，使流沙移動減緩，侵入速度5植物固沙的設(shè)計(jì)植物種的選擇一般應(yīng)當(dāng)遵循以下幾個根本原則。必需全面掌擔(dān)樹種的特性和造林地立地條件的特點(diǎn)以及商者的相互關(guān)系，使造林樹種的特性和造林地的立地條件相適應(yīng)，才能取得最好的造林固沙效果。沙區(qū)植物在長期的自然選擇過程中，形成了適應(yīng)沙區(qū)惡劣環(huán)境的待殊力量。很多沙生植物都具有以下特性；①喜光的作用。以鄉(xiāng)土樹種為主，鄉(xiāng)土樹種與引進(jìn)樹種相結(jié)合的原則；地區(qū)分布的自然樹種，稱50沙拐棗、檸條、梭梭、白刺、白沙蒿等生長最好。生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益相結(jié)合的原則；我國沙區(qū)防護(hù)林體系建設(shè)正在由傳統(tǒng)的生態(tài)業(yè)的進(jìn)展。防護(hù)林建設(shè)及自然植被封育保護(hù)農(nóng)田防護(hù)林建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)①林帶構(gòu)造等綜合狀況。平原地區(qū)應(yīng)選通風(fēng)構(gòu)造林帶。由于通風(fēng)構(gòu)造林帶防護(hù)距離最大，通常由2行以上喬木組成，沒有下木，有效防護(hù)距離在28h的范圍內(nèi)。②林帶走向方向垂直。防止主要害風(fēng)以外風(fēng)力的林帶是副林帶，副林帶肯定要垂直于主林帶。主、副林帶形成的網(wǎng)格，呈長方形或方形。林帶走向以主林帶垂直于主風(fēng)來確定。在大面積的農(nóng)田上，只有營造很多縱橫交織的林帶，形成很多林網(wǎng)，才能起到全面的防護(hù)作用。③林帶間距為200～300m，副林帶之間的距離為500～600m，網(wǎng)格面積要大于10hm2，而小于20hm2。④林帶寬度1～1.5m的林緣寬度。一般選擇兩側(cè)各2行以上的行道樹。2行的林帶寬度應(yīng)不小于4m。這種窄林帶的優(yōu)點(diǎn)是占地少，增產(chǎn)作用。⑤林帶與地形地物的結(jié)合方面可以節(jié)約耕地，另一方面又能構(gòu)成綜合的防護(hù)林體系，擴(kuò)大防護(hù)作用。林帶與道路結(jié)合時，可配置在道路兩側(cè)。與渠道結(jié)合時，可配置在渠道的南側(cè)；與護(hù)岸林結(jié)合時，可配置在河流兩岸。盡量做到林網(wǎng)、路網(wǎng)、水網(wǎng)三網(wǎng)合一。農(nóng)田防護(hù)林建設(shè)的技術(shù)①整地挖穴樹穴標(biāo)準(zhǔn)高，土壤構(gòu)造和肥力狀況得到改善，春節(jié)后造林，苗木易于成活，而且根系和材積生長格外明顯。②樹種選擇優(yōu)良的楊樹品種、白榆、刺槐等。③樹種苗木的選擇二年根一年干的平茬苗，苗高4m以上，胸徑楊樹的2cm以上，泡桐5cm以上，有興旺的根系；三是無病蟲害。楊樹要重點(diǎn)檢查樹干上有無潰瘍病和天牛危害。④栽植密度這不僅能早見成效，并適應(yīng)窄林帶的造林特點(diǎn)。林帶行株距，喬木應(yīng)承受1.5m×2m或2m×3m，要求三角形配置。⑤栽植技術(shù)楊樹和泡桐的栽植方法簡潔，關(guān)鍵要細(xì)致，提倡大穴、大苗，隨起隨栽，并要扶正壓實(shí)和深淺適度”技術(shù)要求栽植，穴的大小以苗木根系在穴內(nèi)伸展為宜，做到不窩根、2/3左右時，將苗木輕輕略向上提，并踏實(shí)，灌透水，最終將穴填滿修成小丘或盤狀，以利于蓄水保墑。此外，這樣不僅使帶相整齊美觀，而且有利于林木的均衡生長發(fā)育，有利于林帶防護(hù)作用的充分發(fā)揮。幼林撫育對造幼林要準(zhǔn)時檢查和補(bǔ)植，但凡成活率低于90%的缺苗斷條的，均應(yīng)于造林后的1～2a內(nèi)用大苗補(bǔ)齊。幼林郁閉前要準(zhǔn)時除草、松土、培土、摘芽和病蟲害防治，有條件4.3.4林木林帶滴灌系統(tǒng)更改造3—4級過濾。壓力可補(bǔ)償式滴頭的研制與應(yīng)用是滴灌在美國能得以快速進(jìn)展的一個主要緣由。美國為抑制滴灌的缺點(diǎn)實(shí)行下面的對策：過濾滴灌水，調(diào)整水的pH值和沉降鹽分，以防止物理歇滴灌。由滴灌改造形成，它與一般滴灌的不同點(diǎn)是依據(jù)作物需水規(guī)律及需水量，在一個澆灌期里間歇灌水。其設(shè)施和設(shè)備均較一般滴灌簡潔。此澆灌系統(tǒng)設(shè)貯水庫，通過輸水管道(內(nèi)徑152果樹的行。在每株果樹根下接一只微管到毛管上，微管為內(nèi)徑lo毫米的軟塑料管，外套這一技術(shù)是亞利桑那大學(xué)干旱爭論中心開發(fā)的，在該大學(xué)柑橘試驗(yàn)站試驗(yàn)，幼樹可節(jié)水75％，成樹節(jié)水66％，它與一般滴灌系統(tǒng)相比有三個優(yōu)點(diǎn)：一是貯水庫與澆灌處水位差只需1米，而一般滴灌需15米以上，因此可節(jié)約能耗；二是設(shè)施和建筑簡潔(輸水管道構(gòu)造也簡潔，不用設(shè)過濾裝置等)，因而固定資產(chǎn)和運(yùn)行費(fèi)用均較低；三是由于單位時間流(10其他均與一般滴灌一樣。礫石鋪壓半干旱地區(qū)由礫石掩蓋的砂田獨(dú)具特色。礫石掩蓋層具有保水保墑、增加地溫順保①礫石鋪壓帶礫石鋪壓防護(hù)帶，位于莫高窟頂北部，防護(hù)帶總體布局上呈不規(guī)章倒梯形，靠近鳴沙山邊東緣至窟頂1000~1500米長的范圍，對于含沙量較高的沙礫地表，承受礫石鋪壓方法，保護(hù)地表下的細(xì)沙物質(zhì)免遭風(fēng)蝕，并阻截西北、西南氣流從鳴沙山攜帶的一小局部沙物質(zhì)，同時可使少量進(jìn)入戈壁帶的沙粒，再不飽和氣流的作用下進(jìn)展輸導(dǎo)，不至于形成風(fēng)沙沉積。礫石的風(fēng)蝕抑制機(jī)制是通過礫石吸取地表風(fēng)動能來降低可蝕床面上的剪并且主要集0.125～0.063mm極細(xì)沙范圍內(nèi)，說明礫石對極細(xì)沙具有肯定的防護(hù)作用。②礫石空60%以上，為一相對較高的臺地。由于礫質(zhì)戈壁不易起沙，且在大風(fēng)狀況下的防護(hù)功能較為明顯。經(jīng)過高立式柵欄帶、草方格沙障帶、植物固沙帶及礫石鋪壓帶的層層設(shè)防，絕大多數(shù)的沙物質(zhì)被阻截，僅僅很小一局部沙物質(zhì)進(jìn)入礫質(zhì)戈壁區(qū)。礫質(zhì)戈壁的面積相對較小，礫石多為大于10mm的塊狀礫石。此帶可以視為根本到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的床面，且偏東風(fēng)對窟頂崖面的積沙具有反向搬運(yùn)力量。因此，保持其自然輸沙場，無論從經(jīng)濟(jì)上還是從防沙效益上都是可行的。工程組織治理、技術(shù)治理和組織治理在莫高窟開展如此規(guī)模的宏大治沙工程，關(guān)系到國際名聲，治沙經(jīng)費(fèi)必需依靠國家投資，充分的投資額度是完成規(guī)劃工程質(zhì)量的根本保證。治沙工作是一項(xiàng)技術(shù)含量高、技術(shù)要求嚴(yán)格的工程體系，要保證工程的質(zhì)量，必需重視科學(xué)技術(shù)，特別留意工程前期及實(shí)施過程中的野外觀測和試驗(yàn)工作，盡快承受先進(jìn)治沙技術(shù)和科技成果，建立有特色的風(fēng)沙危害防護(hù)體系。發(fā)揮其沙漠化防治示范帶頭作用及輻射作用。應(yīng)把目前急需解決方法的引進(jìn)、篩選等作為技術(shù)攻關(guān)工程，留意包括：防護(hù)帶的設(shè)置及有效防護(hù)寬帶的正確確定供給科學(xué)依據(jù)。壁風(fēng)沙流、地表形態(tài)的變化，通過風(fēng)沙物理過程進(jìn)一步探討其綜合防護(hù)機(jī)制?？唢L(fēng)沙危害綜合防護(hù)體系建設(shè)有用技術(shù)及材料的試驗(yàn)爭論。包括多風(fēng)向條件下阻沙建立相應(yīng)的防護(hù)技術(shù)參數(shù)?？唢L(fēng)沙危害綜合防護(hù)體系的生態(tài)環(huán)境影響評價及推測。五、結(jié)論1、莫高窟風(fēng)沙危害的主要風(fēng)向?yàn)槠?、偏南、偏東三組風(fēng)向，依次占起沙風(fēng)總頻率的50.29%12.67%。但沙礫質(zhì)戈壁也不能無視。防護(hù)體系，最大限度地減輕風(fēng)沙活動對洞窟的危害是莫高窟風(fēng)沙危害綜合防治的根本原則。4、灌木林帶比草方格沙障具有更好的固沙效果。50%以上時可有效防治風(fēng)蝕作用。當(dāng)戈壁外表蝕積活動到達(dá)動態(tài)平衡時，礫石掩蓋度隨風(fēng)速的增大呈對數(shù)關(guān)系增長，其所需時間隨風(fēng)速的增大而呈指數(shù)關(guān)系遞減。六、問題與展望1、連續(xù)開展綜合防護(hù)體系防護(hù)效應(yīng)的系統(tǒng)觀測與分析爭論，不斷完善防護(hù)體系，真在發(fā)揮其整體功能和長效性。2、對不同類型床面的蝕、積過程進(jìn)展系統(tǒng)爭論，建立永久的監(jiān)測掌握網(wǎng)。在不同風(fēng)沙流固體流量、能量構(gòu)造特征。3、連續(xù)進(jìn)展防護(hù)措施前后防護(hù)效應(yīng)的比照爭論，特別是構(gòu)建不同床面封薩河流構(gòu)造及風(fēng)蝕模型尤為重要，也是構(gòu)建科學(xué)長效防沙治沙工程的根底。4、加強(qiáng)選擇耐老化、壽命長、無污染的型固沙材料的爭論?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】[1]王萬福,李最雄,劉賢萬等.敦煌莫高窟崖頂灌木防護(hù)效應(yīng)爭論.