敦煌莫高窟风沙防护综合项目工程设计作业.doc

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1、敦煌莫高窟风沙危害综合防护体系防护工程设计一.项目背景 敦煌莫高窟位于干旱地带河西走廊西部,地处高大鸣沙山与三危山之间大泉河谷。绵延1600 m石窟开凿于大泉河西岸玉门砾岩层构成台地边沿。在西北、东北及西南风作用下,洞窟长期受到风沙危害。本世纪40年代,石窟最低层大某些埋在沙中。自敦煌文物研究所成立后来,就把防沙治沙列为保护石窟重点工作,并在制定19561966年敦煌文物研究所全面规划草案时,把防沙工作列入石窟保护、修缮工程项目中,先后在窟顶设立各种防沙工程。60年代初,制定过防沙规划,同步开展过小规模防沙治沙实验,在崖面上修建防沙墙,采用“上堵下清”办法,但后因积沙量大,导致墙体外塌,危及洞

2、窟,被迫拆除。随后又在崖面开挖防沙沟,设立某些红柳条栅栏,成果导致大量沙物质积聚,沟不久被填平,沙障压埋,形成新隐患。究其因素,是限于当时条件,对本区独特风沙运动规律、风沙危害方式等研究不够,虽然工程在短期内起到了一定防护效果,但随后因积沙量增大,相继不久失效,因此,近年来始终采用悲观人工清沙办法。据敦煌研究院记录每年要清沙3000m34000 m3,而风沙危害并未得到有效防治。 1987年,敦煌莫高窟被联合国教科文组织批准列入世界文化遗产保护对象后来,莫高窟风沙危害问题再次引起国内外关于方面关注,原中华人民共和国科学院兰州沙漠研究所、敦煌研究院及美国盖蒂保护所共同合伙,进行了莫高窟风沙运动规

3、律及风沙防治研究,并设立了尼龙网防沙栅栏。经长期观测,尼龙网防沙工程制止了主害风(西北、西南风)向窟洞搬运沙量,使窟区入沙量减少了60%70%。但是,尼龙网防沙栅栏是一种暂时性防护办法。由于积沙,栅栏附近形成了新人工沙堤,一旦积沙高出栅栏,流沙便会长驱直入危及洞窟。因而,为了避免产生新风沙危害源,彻底根治莫高窟沙害,应变化过去构造简朴,功能单一,缺少长远性防护办法,尽快建立一种由工程、生物、化学办法相结合,阻、固、输、导为一体综合防护体系。二项目建设区立地条件概况2.1区域地貌特性莫高窟地处敦煌盆地东南缘，距敦煌市25km。东邻三危山，西接鸣沙山，洞窟开凿在宕泉河西岸南北走向陡壁上，延绵168

4、0m，相对高度1045m，自上而下分为上、中、下三层呈密集型分布于崖体，现保存有壁画和彩塑洞窟492个。石窟岩体为沙砾岩，重要为上更新统洪积戈壁组沙砾石层和中更新洪积一冲积酒泉组半胶结砾岩构成。酒泉砾岩是构成崖面主体。该地层颗粒构成中砾石、砂和粘粒分别占70%、25%和5%.沙山系鸣沙山东段，相对高度100一170m，为一覆盖在基岩低山上高大复合型沙山，沙丘类型以沙丘链、金字塔沙丘、复合型沙丘链为主。窟顶依地貌形态和地表构成物质可划分为砾质戈壁、沙砾质戈壁、平坦沙地和沙山等几种单元。2.2土壤植被莫高窟顶为棕色荒漠土，地表浅层12m砾沙粒配所有体现为双峰型。窟区前土壤质地在垂直分布上较为复杂，

5、为不同步期洪水冲积形成沉积层。050cm重要为沙壤土，5080cm为沙土，80120cm多为具有砾石粗砂土，局部区域还存在一层约为10cm厚粘土层，120cm如下则多为沙土。窟顶天然植被有胡杨、沙拐枣、梭梭、白刺、白沙蒿和羽毛三芒草等。据理解，在1956年之前上有较好植被，尤以梭梭和羽毛三芒草数量最多，后经气候变化及人为破坏才成当前状态。人工植被有红柳、花棒、梭梭、沙拐枣和柠条等。窟区前林种重要为新疆杨、银白杨、榆树、白蜡树和侧柏等。2.3气候由于地处西北内陆腹地，位于塔克拉玛干沙漠东部边沿、青藏高原北麓和蒙古高原南侧，属于典型大陆性荒漠气候。由于常年受蒙古高压影响，具备气候极端干旱、降水稀少

6、、变率大、蒸发强烈、温度变化大和风沙活动频繁等特点。热量丰富而寒暑剧变。本区6个月气温多在10如下，最低值可达-28，而夏季气温多在20以上，年平均气温10.3。年平均气温变幅可达34.5，最大气温年较差为63.降水稀少，分派不均且不稳定。敦煌近年平均降水量为40mm,而莫高窟附近只有23.2 mm，降水多集中在6-8月。年蒸发量达3479 mm，蒸发量是降水量160倍，干燥指数32，平均相对湿度32%。2.4风沙环境该区域是一种多风向地区，冬季受内蒙古高压影响。在莫高窟地区，气流呈现东北向。因而，本区冬季盛行偏西风，春夏盛行东北风和西北风。据1990风向资料记录，莫高窟顶具备稳定3组风向，是

7、一种多风向地区，近年风况呈明显偏南风、偏西北和偏东北三组风向。本区偏南风浮现频率最高，占所有风频率49.5%，另一方面为偏西北风，占25.3%，偏东北风频率最低，为24.5%。莫高窟因独特风沙场，沙丘整体运动速度相称缓慢，近年平均移动量仅为0.771.08m，但风沙流对洞窟危害依然存在。三综合防护体系防护工程设计莫高窟区沙源重要来自鸣沙山及辽阔沙砾质戈壁面上就地起沙。因而,如何通过合理设立防护办法,控制外来沙源及防治地表原始构造人为破坏,将沙源就地阻截,建立一种新蚀积动态平衡关系,是综合防护体系成功与否核心之一。综上所述,莫高窟综合防护体系建立主导思想是:从本区多风行实际状况出发,以防治西北、

8、西南主害风为主,依照鸣沙山、沙(砾)质戈壁、窟顶崖面等不同地带详细条件风沙运动规律特性,采用以固为主,固、阻、输、导相结合防护原则,以切断或削弱鸣沙山沙源和固定流沙,并消除砂砾质戈壁面上就地起沙为目,建立一种由工程、生物、化学办法构成多层次、多功能综合防护体系。针对风沙运动规律和不同地区地表构成物质及地貌特点，防护体系总体设计是一种不规则梯形。南端以既有植物带为起点，设计总长度为m,宽1300m,办法总面积约为1319000。其中：高立式栅栏3000m，麦草方格沙障1124000，植物固沙带10000 ，砾石铺压1650000。（一）流沙固、阻区 固阻区重要建立于鸣沙山流沙前缘沙丘链及平沙地上

9、,由高立式栅栏、麦草方格沙障及固沙植物带构成。1高立式栅栏高立式栅栏重要设立在沙丘脊线附近，沿鸣沙山外围主沙梁延伸至沙山北侧，总长约为3000米，是防护体系首道屏障。其作用重要阻截来自主害风(偏南风、偏西风) 。（1）制作材料 芨芨草、芦苇、高秆作物等。（2）设立办法 把芨芨草等材料做成高度为70130cm左右，在沙丘上划好线，沿线开沟2030cm深。将材料基部插入沟底，下部加某些比较短稍头，两侧培沙，扶正踏实，培沙要高出沙面10cm。最佳在降雨后设立。 2草方格沙障草方格带沿高立式栅栏带平行延伸，长约米，宽从沙丘边沿人工滴灌植被带起延伸至沙丘内部400600米，面积约1124000平方米。草

10、方格规格以11米为宜，依照不同地区风速变化设立。（1）制作材料 麦秆、稻草、软秆杂草等。（2）设立办法 从迎风坡下部开始，先扎设与常年主风向垂直第一条主带。将麦草均匀放在要扎设第一条主带上，把平板锹端放在麦草中间，用力向下切，将麦草压于沙层内10cm左右，草两端露出沙面10cm以上。将压入麦草两边用铁锹扶直。按上述办法平行于第一条主带间距1m再做其她主带。主带做好后再垂直于主带，间距1m做许多副带，即11m草方格沙障。3植物固沙防护敦煌莫高窟植物固沙重要是通过天然植被保护及引进滴灌技术进行人工植被建设等办法，扩大植被面积，提高地表植被盖度，增大地表粗糙度，削弱风速，阻截和固定流沙,主线上解决风

11、沙流对莫高窟危害。（1）植物固沙树种选取：梭梭、柠条、沙拐枣、花棒、麻黄、沙棘等。（2）防护林带建设：初期种植12年生梭梭、柠条、沙拐枣、花棒等为主，中、后期种植12 年生麻黄、沙棘等具备一定经济价值灌木实生苗为主，并进行人工造林。随着综合防护体系有关办法实行，如草方格沙障建立后，地表风沙活动逐渐趋于稳定，种植沙生灌草1 0万平方米。植物固沙带长米，宽5米，采用灌草混交形式。植物带之间空白带间隔10-15米，形成永久性屏障，阻固流沙，主线上切断沙源向窟顶戈壁及窟区搬运。(3)天然植被封育保护规划和设计 一方面对封育保护区进行全面规划与设计，采用切实有效封育办法，如禁止割草、放牧、采伐、砍柴等人

12、畜活动。拟定封育办法 采用自然恢复和人工增进恢复治理办法，注重林灌草立体配备及混交林营造。管理办法 封育山区要有专人守山看护，特别是距离村落较近地区，人类活动频繁，破坏较大，在行人容易看到地方竖立封山育林牌，防止治理后遭到破坏，避免“只治不防，等于白忙”导致严重挥霍。（二）沙砾质戈壁防护区沙(砾)质戈壁防护区重要由砾石铺压带和人砾石空白带构成。砾石防护工程是通过人工砾石铺压办法建立一种稳定床面,砾石压沙带一方面起着覆盖沙源,固定沙面,阻截沙物质,另一方面变化下垫面粗糙度,导致一种不利于沙子堆积条件,增进天然戈壁输沙场形成作用,同步为偏东风反向搬运创造一种适当下垫面。1砾石铺压带砾石铺压防护带布

13、置在窟顶北部。这里是一片面积广大沙砾质戈壁，也是一处重要沙源地，在西北风作用下对洞窟影响较大。砾石铺压防护带总体布局上呈不规则倒梯形，接近鸣沙山边沿底边长米，接近窟缘底边长1500米，总面积165万平方米。2砾石空白带砾石空白带是由砾质戈壁构成，重要分布于窟顶崖面附近，砾石覆盖度达到60%以上。由于砾质戈壁不易起沙，且在大风状况下防护功能较为明显，通过高立式栅栏带、草方格带、砾石铺压带层层设防，绝大多数沙物质被阻截，仅仅很小一某些沙物质进入砾质戈壁区，同步砾质戈壁为一相对高台地，且偏东风对窟顶崖面积沙具备反向搬运能力。因而，保持其自然输沙场，无论从经济上还是防沙效益上都是适当。四方案设计总结敦煌莫高窟风沙危害综合防护体系建立，将对国内风沙地区文物古迹及重要经济设施保护起到示范作用，并且在国际上也会产生深远地影响。莫高窟风沙危害综合防护体系建设为国家治沙重点工程项目。治沙经费主体必要依托国家投资，这也是完毕规划工程质量主线保证。由于治沙工程是由机械、生物等办法构成，是各项办法环环相套大规模完整体系，任何一项办法如与其她办法配备脱节，或整个工程量局限性、规模过小，都将严重影响整个工程体系防护效果。因而，不能因投资不力，工程组织管理，技术管理和质量管理而导致体系功能不强，甚至工程失败后果。