人工模拟降雨器与土遗址保存的影响

     环境因素对室内土遗址的影响主要包括温度和相对湿度两个因素，在对汉阳陵帝陵外藏坑遗址博物馆进行长期环境监测中，对遗址的空气温度和土体温度的变化规律进行探讨，结果表明全封闭式土遗址博物馆的土体温度和空气温度之间存在一次线性函数关系，空气温度是影响室内土遗址本体温度的主要因素。以陕北明长城为研究对象得出降雨是影响西北地区室外露天土遗址保存的最主要因素之一。采用室内试验的方法研究降雨对土遗址的破坏模式并且初步建立降雨对土遗址破坏的量化模型。

   内容提要：

      一、   主要观点

      1.         空气温度是影响室内土遗址本体温度的最主要因素

      2.全封闭式土遗址博物馆的空气温度和土体温度呈现明显的季节性变化规律。空气温度于每年8月、9月达到全年最高值， 10月后气温逐渐降低，至次年1月和2月温度达到全年最低值，3月后气温逐渐回暖至5月气温升高。土体温度变化趋势与空气温度一致，但存在一个月的滞后期。由于全地下式建筑良好的隔热性和玻璃廊道的隔离，遗址内部空气温度和土体温度温差较小，年较差均为10℃。

      3.土体内部温度和空气温度存在一次线性关系，数据验证误差较小，适用于该遗址的土体温度预报。

      4.降雨是西北干旱地区室外露天土遗址破坏的最主要因素。

      5.降雨对遗址模型的破坏方式与前期调查分析结果基本一致，水力侵蚀方式有冲沟侵蚀、片流面蚀、流水淘蚀和流水冲蚀，重力侵蚀方式有坍塌和滑塌。

      6.一般A型暴雨条件下，各种水力侵蚀方式均有发生，重力侵蚀发生次数相对较少；B型暴雨条件下，主要发生片流面蚀，重力侵蚀破坏发生次数较多。不同形态的遗址模型各类水力侵蚀方式与重力侵蚀方式发生特点各异,D1-1和D2-1上易于发生冲沟侵蚀,D1-1、D2-1和D2-3上易于发生顶部边缘崩塌和墙体上部滑塌，其中D1-1顶部边缘崩塌发生次数最多，D2-1各种重力侵蚀的破坏方式均有发生；遗址模型D2-2墙体下部容易发生崩塌。

      7. 随着降雨历时的增加，水力侵蚀和重力侵蚀均表现出不同程度的增大。水力侵蚀导致的累积产沙量与降雨历时的关系可用回归方程y=axb表示；重力侵蚀发生于降雨开始后的一定时间内，其规模增大趋势明显。降雨强度增加两种破坏发生的时间提前，破坏程度也有明显增加。

      8. 降雨量大于12mm 时会对遗址模型产生明显的水力侵蚀；降雨量大于25mm 会对遗址模型产生明显的重力侵蚀。两种破坏随着降雨量的增加破坏程度加剧。在降雨过程中，遗址模型D2-2和D2-4 水力侵蚀破坏最为严重， 遗址模型D2-1 和D1-1 重力侵蚀破坏最为严重。

      二、创新点

      1. 首次采用数值模拟方式建立室内土遗址土体温度和空气温度间的对应关系。

      2.在文物保护领域内首次引入模拟降雨试验方法，分别从降雨强度、降雨量、降雨动能三个方面保证了人工模拟降雨与当地天然降雨的相似性；采用水土保持学研究方法以水土流失量作为指标初步量化研究了降雨强度、降雨历时、降雨量对土遗址模型的破坏程度，分别建立了水土流失量和降雨强度、降雨历时、降雨量之间的函数关系。

      3. 首次通过模型试验得出的降雨对遗址模型的破坏方式及发生特点方面的结论，可以在一定程度上为降雨对该类遗址破坏的评估和防治提供参考，同时也是一种研究方法的有益尝试。

      三、实践意义

      1.土体温度预报模型的建立扩大了土体温度的获取范围，可以通过空气温度计算得出土体温度，避免了传统钻孔埋点获取土体温度对遗址造成的破坏。

      2.人工模拟降雨试验为后期进一步研究降雨对土遗址的破坏机理提供了硬件条件；为该地区降雨风险分级提供依据。