大寺沟淤沙对炳灵寺石窟的影响及治理措施

赵雪芬 贺延军 闫海明 于亮

内容摘要：刘家峡水库建成蓄水后窟区水环境发生了一系列变化，严重影响了处在水库库尾的炳灵寺石窟。十年来，通过开挖排水沟、外运淤沙等方式没有改变大寺沟河床持续增高的局面。根据炳灵寺石窟环境现状，本文试从保护植被、固沙、治水方面解决炳灵寺石窟的沙患和水患问题。

关键词：大寺沟;淤沙;水患;治理

中图分类号：K854.3  文献标识码：A  文章编号：1000-4106（2015）00-0136-05

Influence of Silt Sediments on the Binglingsi Grottoes

and Resulting Treatment Measures

ZHAO Xuefen1 HE Yanjun1 YAN Haiming2 YU Liang2

（1. Research Institute for the Cultural Relics of the Binglingsi Grottoes， Yongjing， Gansu 731600;

2. Gansu Geo-engineering Co.， Ltd， Lanzhou， Gansu 730014）

Abstract： Since the Liujiaxia Reservoir was built， a series of environmental changes have greatly influenced the Binglingsi Grottoes. During the past ten years， various measures like digging outfall ditches and cleaning up silt sediments have not prevented the river bed from rising. This paper discusses various measures to deal with the sedimentation and flood problems according to the current environmental situation.

Keywords： the Dasi Ditch; silt sediments; floods; treatment

（Translated by WANG Pingxian）

一 炳灵寺石窟概况

炳灵寺石窟位于甘肃省临夏州永靖县西南约52km处、小积石山黄河北岸的大寺沟中。自古以来这里就是多民族活动的历史大舞台，也是丝绸之路从中原进入河西走廊的必经之地，多条陆路、水路在这里交织。便利的交通促进了中西佛教文化在此交融、发展，形成了具有汉藏风格的多元化的石窟艺术。炳灵寺石窟始建于4世纪末，终于19世纪末。石窟集中分布在大寺沟右侧的崖壁上，现存窟龛216个，造像815尊，壁画900m2，佛塔54座。其佛教造像与壁画展现出佛教初传至汉地时中国石窟的面貌特征，崖壁上的“建弘题记”是中国佛教石窟中迄今发现最早的纪年题记。

1955年5月，“永靖炳灵寺文物保管所”成立。1961年3月，炳灵寺石窟被国务院公布为第一批全国重点文物保护单位;2014年6月，被世界教科文组织列入世界文化遗产名录。

二 环境概况

小积石山为白垩纪沉积红砂岩，地层受地表河流冲刷、侵蚀强烈，形成了高山幽谷、重岩叠嶂的丹霞地貌。炳灵寺石窟坐落在刘家峡水库库尾、小积石山黄河一级支流沟大寺沟崖壁上，海拔在1738—2100m之间。炳灵寺气候属温带大陆性半干旱气候。2014年炳灵寺的气象监测数据显示，年最高气温在7月（32.67℃），最低气温在1月（-10.78℃）。年湿度最大值在5月（97.36%），最小值在1月（8.0%），2—10月湿度值在60%以上。降雨集中在7—9月，占全年降雨总量的55%以上。最大降雨量为94.31mm，最大降雨强度为15.61/m2/h。年降雨量450.7mm，年蒸发量1457mm。降雨区域特征明显，持续时间短，多以阵雨形式出现，一年有4—5次暴雨，大暴雨1—2次。窟区内常年主导风向为西南风，风速不大。石窟周围岩体受地层岩性、气候等条件所影响，土壤为砂砾岩风化而成的灰白土、高山草甸土，土层薄，保水、保肥能力差，易被雨水浸湿冲刷，不宜于植被生长。大寺沟流域植被总体覆盖率为40%左右，因气候干旱，生态环境脆弱，加之当地群众常年放牧，植被破坏严重。

三 大寺沟淤沙成因

炳灵寺一带山谷陡峻，河道比降大，黄河流经炳灵寺河段时速度快，河水搬运能力强，泥沙不易淤积，水位为自然状态下的河流水位。大寺沟河床狭窄，沟谷呈“V”形，两侧错落分布着多条支沟，大部分支沟常年干涸。雨季各支沟的洪水汇入大寺沟，经窟前流入黄河。大寺沟两侧山体陡峭，河道窄，即使有暴雨，泥沙也不易淤积，因此经历了1600余年的炳灵寺石窟风貌依旧。

1967年刘家峡水库建成蓄水，水库正常水位1735.0m，最高蓄水位1735.5m。炳灵寺石窟底层有4个窟在正常水位以下，建坝前对这4个窟进行了搬迁保护。石窟防护堤坝建成后长220m、高16m（坝顶高程1738.2m）。

水库蓄水后，比原黄河刘家峡断面平均水位（1619.6m）高出115.4m。水位升高使刘家峡库区水环境发生一系列变化，从而影响到水库库尾的炳灵寺石窟。大寺沟沟口黄河水位比原水位（1698.2m）高37.3m，水位上升，河面增宽，流速降低，河流动力条件发生变化，黄河对应断面流速由原来的4.603m/s减少到0.232m/s，河流由原来的冲刷为主转化为泥沙淤积为主[1]。每年3月黄河水进入大寺沟，石窟区水位与刘家峡大坝水位相等，河水蓄积在石窟前长达3个月之久，同时大寺沟溪水也在石窟前与黄河水汇合，因此大量泥沙不断在窟前沉积。大寺沟由以前强烈的侵蚀切割区变为泥沙沉积区，沟口河床急剧抬升，阻挡了大寺沟排洪，每年夏秋季节暴雨频发，各支沟山洪汇入大寺沟，山洪携带大量的泥沙淤积在大寺沟，加速了窟前河床的抬升。

1968年，大寺沟大佛前谷底高程1720m，1995年高程1733.8m，2014年高程升至1737m，每年以0.37m的速度递增，46年泥沙淤积高17m，形成了今天河床高于石窟的局面（图1）。

四 大寺沟淤沙对炳灵寺石窟的影响

炳灵寺石窟所依附的山体系白垩纪时期湖相沉积形成的红砂岩。岩石由碎屑和胶结物两部分组成。碎屑为细微砂岩，主要成分是石英，其次是长石和岩屑，粒度以0.08—0.15mm居多，约占岩石总量的85%。矿物成分：石英占45%、长石占25%、岩屑15%、泥质占15%。胶结物成分以泥质胶结物为主，含有少量方解石、黑云母及绿泥石。泥质绝大部分围绕碎屑颗粒呈薄膜状分布，少部分填充在碎屑颗粒的孔隙间，以孔隙式胶结为主。泥质胶结中蒙脱石含量较多，占泥质总量的38%。蒙脱石在干燥条件下是相对稳定的，水分渗入后体积发生膨胀。红砂岩体结构复杂，黏结性小，抗压强度较小，空隙大，吸水率大，胶结物破坏后，导致岩体风化。蒙脱石是引起炳灵寺石窟风化的一个主要根源[2]。虽然窟前有防护堤坝，但当水位接近或达到正常蓄水位时，通过渗透作用造成底层石窟浸水，或通过毛细水作用导致洞窟潮湿、壁画酥碱，对石窟文物造成损害[3]。2002年窟前河床与防护堤坝排水孔等高，河水通过排水孔进入洞窟，使底层第39、126、128、132、144、145、146窟造像风化、壁画酥碱（图2、3）。

水在石窟前蓄积，不仅引发底层石窟病害的发生，同时因为黄河水面加宽，区域内空气湿度增大，也会引起高层石窟造像、壁画病害的发生。危害更严重的是大寺沟河床的持续增高。第191龛即将被淹没（图4），如不及时治理，淹没的不仅仅是5个石窟，而且是整个炳灵寺石窟。

刘家峡水库的建成改变了炳灵寺石窟的自然地貌和生态环境，水库引起沙患，沙患引起水患，水患引发石窟病害，形成了恶性循环链，严重威胁到石窟的安全。

五 历年淤沙治理

为了排出窟区积水、阻止河水渗入石窟，2002年，炳灵寺文研所委托工程队，沿防护堤坝开挖了一条底宽4.8m、上宽9.4m、深2.8m的排水沟。沙土黏结性差，风雨侵蚀会自然滑落，开挖的排水沟经过一段时间后被泥沙淤满。2005年再次开挖排水沟，不久又被填满。2012年6月开挖的排水沟被8月份的一场大暴雨夷为平地。2014年8月，从水滴岭至大寺沟口开挖了一条长700m、深2.5m、底宽4m的排水沟，至11月份河道仅深1.6m，3个月泥沙淤积了0.9m，期间没有下过暴雨。照这个速度计算，8个月后排水沟就会被泥沙垫满，如遇大暴雨排水沟瞬间就会被夷为平地。显然，这种简易开挖排水沟、外运泥沙的方法解决不了实际问题，要彻底解决炳灵寺石窟的沙患和水患，需另辟蹊径。

六 淤沙和河水治理措施

大寺沟淤沙治理已经到了刻不容缓的地步，为此，甘肃地质公司工程师与笔者一起，耗时一年，实地观察、勘测大寺沟泥沙和黄河水位的变化情况，总结以前治沙经验，制定出大寺沟淤沙和水治理措施。

1. 植被保护。

保护大寺沟流域的植被是治理淤沙的首要任务。原来大寺沟流域树木茂盛，生态良好。上世纪六、七十年代，周边群众砍伐树木、植被[4]，对大寺沟流域脆弱的生态环境造成了毁灭性打击。

小积石山属丹霞地貌，土层薄，植被覆盖率低，砂砾岩易于风化，风化后的沙粒没有植被保护，易被雨水冲刷，最终淤积在大寺沟中。植被具有固沙的作用，保护植被就是保护泥沙流失，30年来，炳灵寺文研所对大寺沟流域植被保护采取了一些措施，但因当地群众任意放牧，植被恢复很缓慢。为此，炳灵寺文研所与永靖县人民政府制定了植被保护制度，严禁在建设控制地带内放牧牛羊、砍伐树木、破坏植被;同时加大环境保护力度，向周边群众宣传植被保护的重要性，增强群众的环境保护意识。

2. 淤沙治理

1995年后，河床高程达1734m，黄河最高水位时水深1m多，大寺沟口河床增高不明显，大寺沟两侧支沟的山洪取代黄河泥沙成为大寺沟淤沙的主要来源。因此截留各支沟泥沙是治理炳灵寺石窟淤沙的关键，应采取因地制宜、逐沟治理的原则。

（1）瓦房沟。瓦房沟位于大寺沟东侧，与石窟相对，长约1.5km呈东北——西南走向，北（阳）面石峰矗立，南（阴）面坡度略缓，岩体完整，沟脑地势陡峭、灌木丛生，沟口有栅栏，形成了一个相对封闭的空间，牛羊很难进入，植被保护良好。沟内常年有溪水，沟口地势低洼形成小湖泊，湖中芦苇丛生，芦苇像纱网一样过滤泥沙，过滤后泥沙沉淀下来，清水流入黄河。遇到暴雨，山坡茂密的植被保护泥沙流失，洪水经过沟口芦苇过滤，泥沙不易进入大寺沟。我们以此沟生态环境为典范，来治理其他支沟的泥沙。

（2）直沟。直沟在石窟北侧1.5km处，长约3km，内又有多条支沟，沟内平直开阔，两侧坡度平缓，岩体破碎，因放牧使植被破坏严重。直沟常年有水，径流量为0.0016m3/s，是大寺沟第一大泥沙来源地。

直沟泥沙治理可采用拦沙、排水两种方法。拦沙：在沟口建立3m高、间距50m的阶梯式拦沙坝，坝体为网状结构（排水滤沙），体量不能太大，外观与自然风貌保持一致。泥沙淤满第一阶坝后进入第二阶坝，依次类推。坝内蓄水后，会长出芦苇等水生植物，形成与瓦房沟一样的生态环境。排水：直沟与大寺沟口落差30m，从直沟向大寺沟口埋设地下排水管道，将经过逐级过滤的清水排出沟外（图5）。

（3）其他支沟。大寺沟两侧分布的双门沟、野鸡沟、白塔沟、洞沟及上寺其他支沟面积小，沟内常年干涸，排沙量少，可以采用在沟口修筑阶梯拦沙坝的方法，形成类似瓦房沟生态环境，既能拦截洪水泥沙，又能利用沟口植物来过滤泥沙，起到双重固沙的效果。

（4）主河道。大寺沟口至闸子门河道总长4km，以直沟为界，以东为上寺河道，以南为下寺河道。上寺河道（直沟至闸子门段）长约3km，常年干涸，两侧支沟多，是大寺沟泥沙的第二大来源地。在主河道修筑阶梯拦沙坝同样能减少泥沙流入大寺沟，但是主河道是交通便道，弯道多，因此要因地制宜、分段治理，以不影响交通为宜。

下寺河道（直沟至大寺沟口段）常年有水，溪水从直沟流经水滴岭、石窟前、最后流入黄河。实地调查发现，下寺河道水源的一半来自直沟，一半来自瓦房沟和石窟岩体渗水。前已述及，直沟溪水通过地下管道输出，不再流经下寺河道地表。

水滴岭是一个宽1m、长5m的“S”形峡道，如大寺沟的瓶颈，上游下来的洪水都要流经这里。水滴岭距大寺沟口700m，落差15m，从水滴岭至大寺沟口开挖一条硬化排水沟，使上游下来的洪水直接从硬化排水沟排出。排水沟底呈“U”形，“U”形、硬化、笔直、落差大的排水沟有助于排沙，同时还要考虑百年一遇洪水的吞吐量（图6）。排水沟上面为可移动盖板，方便维护、清淤;盖板上种植花草，外表与自然环境融为一体。

各支沟、主河道山洪通过层层拦截、过滤后，流入大寺沟的洪水含沙量大大减少，这些洪水直接由硬化排水沟输出，不流经石窟前地表，解决了泥沙在大寺沟淤积问题。

3. 黄河水治理

炳灵寺的气象监测数据表明，进入大寺沟的黄河水改变了区域内空气的湿度，湿度增大引起造像风化。每年9月刘家峡水库开始蓄水，至次年2月河水持续上涨，3月初河水涨至石窟前。根据刘家峡水库水位涨落的规律，在大寺沟口（南桥以南）修建拦河坝，坝高出最高蓄水位1m，在硬化排水沟口安装自动开关辅助设备，设定水位，当黄河涨到设定水位时坝门自动关闭，拒黄河水于坝外;当黄河下降到设定水位时坝门自动打开，大寺沟溪水外排。坝门关闭的时间段为3—5月，正好是旱季，大寺沟内的水不能外排，但也没有山洪。水滴岭以上的水从管道排出，瓦房沟溪水也汇入管道排出，此外仅剩石窟岩体的少量渗水。在大寺沟河滩及两侧山坡种植花草、树木，将岩体渗水用来浇灌这些植物，这样在坝门关闭期间大寺沟内不会有积水，解决了坝门关闭时沟内溪水无法外排的难题。拦截黄河水于大寺沟外，区域内的空气湿度也不会增高。

水患和沙患是影响炳灵寺石窟最直接最突出的问题。近年来，随着区域内降雨量的增加，暴雨增多，泥沙淤积剧增，严重威胁到炳灵寺石窟的安全。本泥沙治理措施在技术、思路等方面还有许多不足之处，希望专家、学者批评指正，也期待更科学有效的淤沙治理办法的出现。

参考文献：

[1]兰州大学资源环境学院，甘肃炳灵寺文物保护研究所.刘家峡水库和山洪对炳灵寺石窟的影响初步研究[R].兰州大学：2013：14

[2]李最雄.炳灵寺、麦积山和庆阳北石窟寺的风化研究[C]//李最雄石窟保护论文集. 兰州：甘肃民族出版社，1994：2

[3]兰州大学资源环境学院，甘肃炳灵寺文物保护研究所.刘家峡水库和山洪对炳灵寺石窟的影响初步研究[R]. 兰州：2013：16

[4]永靖县人民委员会. 关于禁止乱砍滥伐炳灵寺林木通知[Z].甘肃炳灵寺文物保护研究所.1957.