强降雨环境下文物受灾情况调查评估及预防性保护措施

李向东　吴崇可

关键词：文物防灾减灾；调查评估；暴雨灾害；预防性保护

一、项目背景

近年来全球气候活动异常，局部地区降水偏多，造成多地洪涝灾害。2021年7月11日河南西北地区开始连降大雨，7月17日全省出现明显的降水过程，大部地区普降暴雨、大暴雨。此次强降水主要集中在河南西部、北部和中部地区，其中郑州、焦作、新乡等10地市遭遇特大暴雨（图1），具有短时降雨量大，持续时间长等特点，造成150个县（市、区）、1663个乡镇受灾[1]。同年10月，山西中南部地区持续降雨，致使千余处文物建筑不同程度受损，特别是一些低级别文物保护单位出现屋面渗漏、塌落，夯土墙体掏蚀、坍塌等问题。

2021年9月受国家文物局委托，中国文化遗产研究院（以下称“文研院”）开展文物灾后调查评估工作。文研院组织项目组赴河南8市共80县（区）开展实地调查评估，为国家文物局后续文物救灾工作提供技术支持，同时也为文物受灾抢险评估工作提供经验，从实践应用的层面丰富文物灾后评估的理论体系。

二、文物灾后调查评估

国际上最早形成较为成熟灾后评估体系的国家有意大利、日本、美国等。意大利在1980年南部地震后首次进行了系统化的灾后建筑危险度评估判定。日本在1981年开始此方面的研究[2]，并于1995年阪神地震后首次对48610栋建筑（含文物建筑）进行评估。美国联邦应急管理局将灾后评估工作划分为三种类型：第一种是快速评估，通常在灾后24小时内开展，主要确认灾害影响范围以及大概的影响程度，例如建筑物的倒塌情况、次生灾害发展情况、基础设施和公共设施的损害情况等；第二种是灾情初步评估，对建筑物受损程度分类进行统计，例如建筑物类型、受损程度等，给出各种分类总数，一般在 3－4天内完成；第三种是灾情的进一步评估，具体估算受损建筑物的维修或重建成本，一般要花数周才能完成。美国灾后评估体系并非只是针对文物，其受灾评估类型划定依据是响应时间的长短。

目前国内针对文物的灾后评估尚无先例。结合工作实际，本次调查评估工作介于美国灾后评估的第二和第三种类型之间，主要是对文物类型及受损程度分类进行统计分析，并对后续保护工作提出建议。主要包括以下内容：

（一）界定受灾范围

从气象资料分析，查阅河南气象台发布的降水分布图等资料，7月17－21日长时间降水量从高到低依次为郑州、新鄉、焦作、许昌、济源、鹤壁等。

7月20日8时－21日6时这22小时内，郑州、新乡、开封、周口、焦作等地部分地区出现特大暴雨（250～350毫米）[3]，瞬时降雨量从高到低依次为郑州、平顶山、新乡、洛阳等。

根据河南地方文物部门初步统计受灾文物分布情况（图2），结合暴雨期间降水分布区域，确定调查范围为郑州、安阳、焦作、新乡、开封、鹤壁、洛阳、济源8市，其他地市文物虽也因降雨产生了一些损害，但大多并非强降雨直接所致，其降雨量尚属正常范围。

（二）调查对象确定

河南文物部门上报的受灾文物类型，包括古建筑、近现代建筑及革命文物、遗址、墓葬、石窟寺、石刻碑刻、博物馆等。项目组依据不可移动文物的定义及自然属性，将调查对象分为四类：①文物建筑，包括古建筑、近现代建筑、革命文物等；②古遗址古墓葬，包括城址、居住址、建筑址及墓葬等；③石窟寺及石刻，包括崖壁石窟、石刻等；④博物馆，包括综合博物馆、遗址博物馆等。根据不同类型分别编制调查表格及填写说明，以便实地调查评估工作的开展。

（三）调查内容及调查表编制

调查内容一方面是调查文物本体受灾情况。明确文物本体构成，对单体构成的名称、年代、面积，以及受灾受损情况分别进行描述，并阐明受灾经过、受损原因分析、量化评估灾害损失、存在的安全隐患等。另一方面是调查附属设施及周边地形地势受灾情况。明确附属设施构成，对附属设施的名称、年代、面积以及受灾受损情况分别进行描述。对于文物周边地形地势，应调查判断其受灾情况是否对文物本体造成损毁或安全隐患，如周边山体、岩体失稳，地面沉陷、落石等。

调查表格由三部分内容组成，分别是：1.信息采集栏：包括名称、地址、级别、产权、受灾类型、受灾程度等内容，旨在通过简便的勾选形式，快速筛选受灾文物基本信息和受灾级别，便于后续的数据统计和分析；2.基本信息栏：填写文物基本信息，包括文物简介及管理使用单位等；3.受灾情况栏：详细填写受灾情况和已采取的临时措施等信息，为下一步工作的开展提供依据。

（四）受灾等级划分及量化标准

根据文物特点和实际文物受灾情况，将文物受灾级别确定为一般等级，较重等级和严重等级三个等级。等级的划分参考了气象、建筑、地震等领域的灾害分级标准，气象灾害由低到高划分为一般（IV级）、较重（III级）、严重（II级）、特别严重（I级）四个级别，但其中较重和严重两个等级在文物调查中难以量化区分；在建筑领域，《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-2016）对房屋危险程度同样划分为四级，是建加固和修缮的主要依据①；在地震灾害领域，《建（构）筑物地震破坏等级划分》（GB/T24335-2009）将地震灾后建（构）筑物破坏等级划分为五级，分别是“Ⅰ级：基本完好；Ⅱ级：轻微破坏；Ⅲ级：中等破坏；Ⅳ级：严重破坏；Ⅴ级：毁坏”，但其中Ⅰ级和Ⅱ级、Ⅳ级和Ⅴ级在文物受灾调查中难以有效区分。此外，文物受灾情况评估的严重、较重和一般要充分考虑《文物保护工程管理办法》和文物保护工程类型，并且与常见的抢险加固工程、修缮工程、日常养护工程等工程类型实施内容基本对应，便于与后续保护工程相衔接。

确定文物受灾级别后，需要对受灾级别标准进行量化。此次调查评估工作分别对文物建筑、古遗址古墓葬和石窟寺石刻三个类型制定了量化标准。

1.文物建筑

严重等级：建筑完全被冲毁或出现大面积坍塌，单体建筑损毁面积占20%以上，建筑屋顶坍塌面积50%以上或建筑虽未出现坍塌，但结构体处于极度危险状态，如梁架严重失衡、随时可能垮塌，墙体严重倾斜、变形。文物建筑本体虽未出现严重损毁，但其台基或周边环境被浸泡存在垮塌或沉陷，严重危及文物本体的安全。

较重等级：单体建筑损毁面积占20%以下，建筑屋顶坍塌或塌陷50%以下或文物建筑本体虽存在屋顶塌陷，梁架变形、倾斜、脱榫等。墙体出现局部下沉或变形断裂，但整体结构稳定；或文物建筑所处基台周边或护坡存在局部塌陷，未造成安全隐患。

一般等级：建筑整体保存较好，只受较轻微损毁，如局部渗漏、屋顶小范围破损或墙体局部开裂，不影响整体结构稳定的情况。

2.古遗址古墓葬

严重等级：遗址本体病害比例超过20%，部分被冲毁或出现大面积坍塌，文物重点保护部位及结构损毁，诱发遗址整体结构安全危害。

较重等级：遗址本体病害比例达到10%～20%，局部坍塌并有进一步恶化趋势，存在局部坍塌、掏蚀等病害，如不及时采取措施，有进一步坍塌风险。

一般等级：文物本体病害部位在10%以下，遗址重要结构未受损害，但局部存在表面剥落、开裂、掏蚀、冲沟等，但不影响结构安全。

3.石窟寺及石刻

严重等级：石窟本体出现结构失稳，或单体石窟结构损毁20%以上，或文物赋存载体出现大面积坍塌、滑坡或危岩体，坍塌和滑坡长度占文物载体崖壁长度20%。保护范围内环境或附属建筑出现结构失稳、坍塌、落石等，影响石窟本体的长期保存和游客人身安全。

较重等级：石窟本体结构损毁占20%以下，或文物载体出现坍塌、滑坡或危岩体，坍塌和滑坡长度占文物载体崖壁长度20%以下。保护范围内环境或附属建筑出现结构失稳、坍塌等，不影响石窟本体的长期保存和人身安全，对环境造成一定的影响。

一般等级：石窟整体保存较好，赋存载体出现小面积坍塌、落石。石窟保护设施受较轻微损毁，如局部渗漏、屋顶小范围破损或排水沟堵塞，不影响整体结构稳定的情况。

三、强降雨环境下的文物病害形式及情况分析

（一）文物建筑

河南特大暴雨灾害受灾中的文物建筑包括古建筑、近现代重要史迹及代表性建筑（革命文物），受灾建筑多为民居，建筑材料多是砖石和砖木，受灾情况和原因分析主要如下：

1.屋頂渗漏和坍塌

受灾的传统民居中干槎瓦屋面受灾严重②，多数民房使用草秸的泥背，木望板或苇席代替望板，粘结度不够，依靠重量叠压维持稳定，瓦与瓦之间没有粘结材料或泥。长时间降雨及暴雨冲刷，瓦与瓦衔接处极易渗雨，造成瓦面松动、脱落下滑（图3、4）。

2.结构失稳

本次暴雨的降水瞬时强度大、持续时间长，对建筑物的冲刷力大，特别是一些缺乏日常维护保养的建筑，极易在本次暴雨侵袭中受到损坏。暴雨冲刷和长时间的雨水浸泡，造成建筑基础沉降、墙体开裂倾斜、木构架受损，进而导致建筑整体结构失稳，产生安全隐患（图5－8）。

（二）古遗址古墓葬

河南的古遗址种类丰富、类型全面，包括古人类居住遗址、城址、长城等。古遗址文物本体主要是粉质黏土或粉质沙土夯筑，直接利用生土挖，用木模板夯筑，也有利用土坯砌筑，古墓葬多为生土挖造。在干燥时有相对较高的强度，一旦遇水很容易崩解。此次受危害程度最明显的，就是土遗址。由于面积大，这些遗址很少有遮盖防护，未修整的一般都有植被。当暴雨来临，遗址受到冲刷，土壤长时间浸泡饱和后易发生滑坡、坍塌。

1.开裂与坍塌

裂隙发育是暴露在自然界中土体的固有现象，各种裂隙对于遗址的危害，除了破坏其整体性外，墙体表面的裂隙还可能成为雨水灌入的通道[4]。在此次强降雨冲刷、侵蚀作用下，裂隙迅速发育，进一步延伸，裂隙发育切割墙体是冲蚀坍塌的一个重要原因[5]（图9）。暴雨同时造成土遗址无病害土体开裂，降低了其抵御自然侵害的能力，加剧了其他病害的发生[6]。

2.墙基掏蚀加剧

掏蚀常见于墙（土）体的根部。大量积水富集于墙基，导致墙基土体结构疏松。另外，由于暴雨影响，地下水位改变，毛细水携带土壤易溶盐，使之富集于墙基，随着温度、水分的变化周期性溶解收缩—结晶膨胀—再溶解收缩，导致土体结构松散、黏聚力下降、强度降低。墙基也是各种昆虫、鼠类筑巢的位置，疏松的墙基在风、雨等外力作用下，不断掏蚀凹进。此次暴雨主要是加剧了墙基的凹蚀，并造成了局部的坍塌（图10、11）。

3.冲沟发育

暴雨形成一定的汇水面，在遗址表面已有的裂隙形成规模不一的冲沟。土遗址表面结构受到破坏，在后期雨水冲刷下发生严重的侵蚀作用，雨蚀作用带走遗址表面及地表土壤，产生冲沟[7]（图12、13）。

4.碎裂、粉化和剥落

暴雨后，土遗址的可溶盐随着水分被蒸发后结晶出来，结晶时产生结晶压力，造成土表面结构的结壳和表面外观的改变，表层崩裂、酥碱（图14、15）。

（三）石窟寺及石刻

石窟寺一般都是依山势，从山崖壁面向内部纵深开凿。我国石窟主要分布于沉积岩中，其中以海相沉积的碳酸盐岩和陆相沉积的砂岩为主。这类岩石在沉积岩中属于强度较高的地层，在风化后极易形成碳酸盐岩陡坎和砂岩陡坎。根据石窟岩体构造特征及地形地貌，河南特大暴雨对石窟造成的灾害主要有以下几个方面：

1.危岩体坍塌

石窟依山开凿于陡崖上，陡峻的边坡岩体，常常发育有卸荷裂隙，这类裂隙走向平行于边坡走向，倾向与坡向近一致，倾角等于或大于坡脚，常常构成石窟所在边坡岩体失稳的滑移面或崩落破坏面。石窟边坡岩体中各类裂隙发育与交切，为水的入渗和渗流、盐类的运移和积聚提供了良好通道[8]。本次特大暴雨冲刷了危岩体裂隙间的充填物和胶结物，加剧了石窟岩体的坍塌破坏（图16）。

2.岩土体滑坡

长期强烈降水致使石窟赋存山体上部覆盖层岩土体，诱发岩土体边坡失稳发生滑坡，特大暴雨造成窟顶山体土崖多处滑坡，并且在随后的降雨中继续局部滑坡和严重冲刷（图17、18）等。

（四）受灾情况分析

从文物保护级别分析，严重等级的受灾文物中全国重点文物保护单位占12%、省级文物保护单位占19%、市县级文物保护单位占36%、未定级文物保护单位占32%。数据中全国重点文物保护单位和省级文物保护单位在暴雨灾害中的保存状况普遍好于市县级和未定级文物保护单位，原因是低等级文物保护单位多年久失修，或是产权不清、长期无人居住或使用，一直处于残破状态，在暴雨中加剧了破坏程度。

从文物类型分析，虽然古遗址古墓葬总数少，在所有受灾文物中仅占11％，但占严重等级受灾文物的四分之一、较重等级受灾文物的近一半，由此可见古遗址古墓葬在暴雨灾害中相对更为脆弱，更易受损。

从营造材料分析，以土为主要营造材料的文物受损最为严重，如豫西地区的靠崖窑洞及部分古遗址、古墓葬，连续降雨导致土体水分饱和，引发坍塌、滑坡等。砖木结构文物受损多以屋面漏水坍塌、木构件变形为主。石质文物本体受洪涝灾害破坏相对较小，多见于由周边地形地势引发的次生灾害和保护设施损坏，但长期影响（如引发生物病害）仍需重视。

开展文物灾后评估，对受灾情况进行全面了解，并通过数据对比分析不同级别、不同类型、不同材质文物本体的抗强降雨能力以及存在的问题，为灾后开展文物保护工程提供技术支持。根据《文物保护工程管理办法》，受灾严重的文物应及时开展抢险加固工程，采取可逆的临时保护措施，编制抢险方案并报文物行政部门审核。对于评估为受灾较重的文物，组织开展保护修缮工程，编制项目计划书及维修方案；对于评估为一般受灾的文物，应加强文物日常保养与维护，对有隐患的部位实施连续巡查及监测。

四、强降雨环境下文物保护建议

1.做好日常养护。在文物本体的日常巡查中，发现文物病害及原因，采取最小干预手段及时解决病害，防止病害扩延。不同类型的文物采取不同的日常养护措施，如对文物建筑，主要是屋顶除草、筒板瓦垄灰勾抿及个别瓦件更换等，防止出现瓦件松动造成屋面渗漏。修补墙体、基座灰缝、散水，及木构件等。土遗址及夯土墙体的日常养护，主要是畅通排水防水系统，修补冲沟，对遗址局部掏蚀、塌落进行修补等。

2.采取预防性保护及临时性保护措施。根据可能遭遇的自然灾害的不同类型，须采取不同的预防性保护措施。如在东南沿海地区经常遭遇台风，一些城市对一些珍贵的树采取斜撑支护。山西应县木塔内槽从金代开始，历代都有支顶，起到抗震作用。那么强降雨情况下的预防性措施，主要有疏通排水通道，清除阻碍排水的障碍，对有坍塌危险的文物本体进行支护，对渗漏处应提前覆盖防水材料。对文物周边环境（如边坡、岩体等）进行检查和治理，疏通周边排水系统，消除安全隐患，保证周边环境的安全。对石窟寺石刻周边变形失稳的岩体采取临时支护加固、开裂岩体加固等措施，对较大开裂、变形岩体失稳进行小型锚杆加固。另外，地势较低处的文物本体应提前准备充足的沙袋和抽水泵等设施，防止雨水倒灌。同时在强降雨灾害发生时，及时采取临时保护措施也是非常必要的。如山西平遥城墙、双林寺对墙体顶部、建筑屋面渗漏处覆盖防水材料（图19、20），对倾斜或开裂墙体采取临时支顶支护措施，避免在大雨中倒塌。河南宋永厚陵遗址采取沙袋围护，顶部覆盖防雨布，防止雨水冲刷。巩县石窟采取沙袋封堵，防止泥石流滑入窟内。这些都对强降雨中的文物本体起到了保护作用。

3.开展强降雨环境下的文物保护研究。随着北方地区气候环境的变化，雨量的增多，對文物本体的损害程度加大，导致文物本体抵抗病害的能力降低。如何针对不同类型、不同材质、不同工艺文物本体开展相关研究，通过科技手段解决材料缺陷、工艺不足的现象，在研发中既要尊重原材料原工艺，又不能受传统工艺、材料、技术的束缚。我国古建筑多数是木构为主，砖木瓦作为主要的建筑材料，干燥的环境更有利于其延年。随着降雨增多，对木材的防水、砖瓦的密度、抗渗能力，粘结材料等有了更高的要求。多雨气候变化对土遗址影响较大，降水的增加导致土壤饱和，使土质材料产生剥蚀、滑坡，造成坍塌等病害。另外，排水系统合理路径，也是抵御水害的重要措施，在尊重原排水系统的前提下，适当增加排水设施，以应对短时强降雨是很有效的措施。加大强降雨环境文物保护技术的课题研究是非常必要的。

4.制定应急预案，确保灾害发生时能有序开展抢救工作。2022年4月国家文物局印发《关于加强极端天气应对工作的紧急通知》提出“抓紧落实应急预案、明确应对策略，会同相关部门和单位将防灾措施做到前头、落到实处”。雨季前的系统排查，对存在危险的文物建筑、遗址、石窟寺等，要采取遮盖、加固、支顶、排水、围挡、防渗等举措，控制险情发生，并对文物周边环境（如边坡、岩体等）进行检查和治理，疏通周边排水系统，砌筑挡土墙，加固危岩体，消除安全隐患，保证周边环境的安全。

5.规范相关工作。组织编制《强降雨灾害不可移动文物保护措施指南》，指导文物管理单位科学应对强降雨灾害，根据不同的文物类型、病害类型和残损程度，采取有针对性的、合理适当的保护措施，将防灾减灾措施规范化、制度化，提升文物管理单位的应急管理水平。

强降雨环境下文物保护及调查评估，是一个新的课题，通过近年河南、山西实施的工程项目，分析总结强降雨环境下文物保护在降雨前后及过程中应采取哪些措施，以应对自然灾害，确保文物的安全，并在管理方面进行规范是非常必要的。