三峽庫區(qū)白鶴梁水下題刻保護方案

三峽庫區(qū)白鶴梁水下題刻保護方案

長江峽谷白鶴梁是重慶涪陵以北長江之間的一座天然砂巖梁，在鶴慶梁上很有名。白鶴梁背脊標(biāo)高約為138m,天然狀態(tài)下長年淹沒在水中,僅在冬末長江枯水季節(jié)露出水面。白鶴梁古水文題刻記載了自唐廣德元年起1200余年間的72個枯水年份的水位資料,反映了歷代石魚出水狀況、當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)豐歉與水位尺度等情形,是目前世界上所發(fā)現(xiàn)的時間最早、延續(xù)時間最長、數(shù)量最多的枯水水文題刻,遠遠超過埃及尼羅河中類似的水文石刻,被譽為世界“第一古代水文站”和世界罕見的“水下碑林”,在科學(xué)、歷史和藝術(shù)等方面都具有極高的價值(圖1)。三峽工程建成蓄水后,長江涪陵河段為庫區(qū)水位變動區(qū),汛期運行水位145m,正常蓄水位175m,白鶴梁終被淹沒,“石魚出水”的人文景觀也將從此消失。因此,采用何種方法有效地保護這一珍貴的文化遺產(chǎn),成為亟待解決的重要問題。1白鶴梁雕塑的起源1.1石梁的出現(xiàn)和保存白鶴梁上部為較堅硬的石英砂巖,下部為較軟弱的頁巖。頁巖易風(fēng)化,被江水沖蝕和推移磨蝕形成凹槽,而砂巖突出于兩側(cè)凹槽之間形成石梁,白鶴梁題刻就刻于該層砂巖之上。白鶴梁題刻長期淹沒于水中,歷經(jīng)1200余年,保存情況基本良好,絕大多數(shù)題刻仍清晰可見。然而,白鶴梁題刻所在石梁歷經(jīng)千百年的波浪沖刷、江水侵蝕和漂浮物碰撞等自然營力的破壞,題刻所在巖體表面已經(jīng)產(chǎn)生了裂隙交切、板塊剝落、表面侵蝕、崩塌位移等各種環(huán)境病害,再加上歷代人為的損害,給白鶴梁題刻的保護增加了極大的困難。1.2陵河段泥沙對梁體的危害三峽水庫蓄水前,長江涪陵河段常年洪水位在161m左右,最低水位137m。三峽水庫建成后,長江涪陵河段的水位將發(fā)生改變,即水庫蓄水初期,涪陵河段處于水庫回水末端及回水變動區(qū)中下段;水庫正常運行后,該河段已處于常年回水區(qū)上段,屆時白鶴梁題刻將長期淹沒于水中。三峽水庫正常運行后,涪陵段長江水動力環(huán)境也將發(fā)生很大變化。隨著涪陵段長江水流速減緩,泥沙淤積將日益增大,題刻區(qū)將被泥沙覆蓋;而推移質(zhì)的作用將影響河床主槽的發(fā)育,有可能導(dǎo)致主槽位置的擺動和偏移,從而影響題刻區(qū)的整體穩(wěn)定性,這些因素將對梁體形成威脅。為了消除這些隱患,必須采取人為干預(yù)措施對白鶴梁題刻及其環(huán)境進行科學(xué)的保護。2白鶴梁雕塑保護2.1地質(zhì)條件及注漿質(zhì)量白鶴梁緊鄰長江主航道,其上下游碼頭密布,過往船只較多,工程實施環(huán)境復(fù)雜,且白鶴梁題刻將淹沒于40m深江水之下,必須深入研究在三峽水庫不同運行階段不同泥沙淤積及水流條件下,實施保護工程對該河段航運的影響,確保施工期和運行期工程安全和人員安全。地質(zhì)條件方面,白鶴梁下部為軟弱頁巖,易風(fēng)化。巖基如采用高壓灌漿密封處理,其間的高壓注漿可能危及題刻安全。同時因為是在薄砂巖上題刻,由于內(nèi)外壓力差很大,地下水會從層狀巖體的層間滲漏,極有可能導(dǎo)致文物被破壞。2.2白家壩水岸帶水水質(zhì)2002年5月1日三峽二期工程上游基坑已破堰進水,2002年7月1日下游圍堰也破堰進水,根據(jù)三峽工程施工總進度安排,三峽水庫2003年6月中旬將蓄水至圍堰擋水發(fā)電水位135m,2007年汛前右岸大壩具備擋水條件,2006年11月至2007年5月導(dǎo)流底孔封堵后汛期庫水位將超過135m,汛后水位將進一步蓄至初期發(fā)電水位156m。白鶴梁保護工程必須在三峽庫水位達到156m前完工,即在2006年底竣工,工程計劃工期約3a。另外,在三峽工程右岸大壩等具備提前擋水條件時,導(dǎo)流底孔可能提前1a封堵,即三峽水庫水位可能在2006年汛期超過135m,因此,水下保護工程施工時間十分緊迫。2.3實施保護規(guī)劃,有效控制工程建設(shè)成本三峽庫區(qū)文物保護資金是庫區(qū)移民資金的一部分,納入移民資金計劃統(tǒng)一管理。重慶市人民政府專門印發(fā)《重慶市三峽工程淹沒及遷建區(qū)文物保護管理辦法》,對項目經(jīng)費進行嚴格管理。該辦法規(guī)定重慶市文物局根據(jù)國務(wù)院三峽建設(shè)委員會審批的三峽庫區(qū)文物保護規(guī)劃,按照三峽工程蓄水進度的要求,編制庫區(qū)文物保護年度計劃。白鶴梁題刻原址水下保護工程實際上能爭取到批復(fù)保護經(jīng)費十分有限。2.4國內(nèi)外文物遺址保護的工程實例三峽水庫蓄水后,白鶴梁古水文題刻將淹沒于長江中,深水條件下的文物保護是一個世界性難題,此類庫區(qū)淹沒文物原址水下遺址保護問題在國內(nèi)乃至全世界罕見,國內(nèi)外無可供借鑒的工程實例,亦無成功范例。相關(guān)單位必須在有限時間內(nèi)搜集各方案的資料,并逐一論證其各行性。3唐代個人刻刻的區(qū)域分布白鶴梁長約1600m,寬約10~15m,長期受江水沖刷自然形成上、中、下3段?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)題刻174段,主要分布于中段,其中中段東區(qū)長約45m、寬約10m的范圍為石刻密集區(qū)域,包括著名的唐代雙魚等重要題刻138段。從題刻重要性、工程一次性投資及運行維護費用等綜合分析,將上述區(qū)域擬定為白鶴梁題刻重點保護區(qū),其他區(qū)域少量題刻擬就地保護,零散的脫落題刻擬搬入陳列館展陳。4確定白家梁題刻保護原則自1993年以來,由國家文物管理部門組織國內(nèi)各科研機構(gòu)和高等院校專家交流研討,確定了白鶴梁題刻保護遵循的原則為:原址原樣、原環(huán)境保護,重點性保護,觀賞性保護,實現(xiàn)可行性與工程完整性。依據(jù)此原則,相關(guān)單位對白鶴梁題刻的保護方案開展了深入研究和論證,曾先后提出如下幾種方案。4.1水下原產(chǎn)地保護方案在白鶴梁題刻的中心區(qū)構(gòu)建水下保護性建筑,達到水下原址保護、參觀和研究的目的。該方案包括“雙層拱式耐壓覆室方案”和“蜂巢格式壓力覆室”兩種具體方案,都是在白鶴梁題刻集中區(qū)建設(shè)覆罩式混凝土耐壓覆室,其余散布的零星題刻則采用原地“封護”的方式進行水下原址保護。所不同的只是前者為雙層拱式壓力覆室,后者為蜂巢格式的壓力覆室。此外,兩個方案在水下展示與地面展示廳的連接方式和其他輔助建筑的設(shè)計上有所不同。4.2設(shè)置權(quán)宜保護地鑒于修建白鶴梁水下博物館還存在著一些技術(shù)障礙,目前實施還有困難,可先采取一種權(quán)宜保護措施。即在白鶴梁題刻周圍構(gòu)筑一圈高大的圍堰,將題刻本體圍護其中,使之免受泥沙和石塊的磨損,并給今后采取其他水下保護和展示措施預(yù)留下時間、空間和實施條件。該方案還包括在岸邊修建古水文陳列館,以展示白鶴梁題刻。4.3覆室與白皇梁題刻的結(jié)合其基本思路是原址保護和復(fù)原展示,用鋼筋混凝土修筑一座不封閉的隧道式覆室罩在白鶴梁題刻上,覆室的前端如船頭形,兩側(cè)好似平行的夾墻,頂上加蓋厚頂板,尾端卻敞開讓江水進入覆室,從而將白鶴梁題刻置于一個其內(nèi)充滿江水的覆室中,隔斷了覆室外泥沙對覆室內(nèi)石刻的沖刷,從而達到保護白鶴梁題刻的目的。4.4調(diào)整后的白家梁題刻借鑒埃及被阿斯旺水庫淹沒的Abusimbel太陽神搬遷復(fù)建經(jīng)驗,提出利用三峽水庫水位變動特點,在白鶴梁近旁166.2~175.6m高程變動回水區(qū)選址,按照大原樣構(gòu)筑新的白鶴梁并將從原址切割下的題刻放置其上。這樣當(dāng)庫區(qū)水位高于165m時,白鶴梁題刻淹沒水中;當(dāng)庫區(qū)水位降到165m時,新建的白鶴梁題刻就會露出水面,并在石梁與南岸長江大堤間呈現(xiàn)原先鑒湖的形狀。涪陵歷史上的“石魚出水”、“鑒湖漁笛”和“白鶴時鳴”3個獨特的人文景觀將因此再現(xiàn)。4.5白皇梁研刻其基本思路是就近復(fù)建題刻和陳列館保護,即在涪陵城區(qū)長江大堤高程165.78m處設(shè)置復(fù)建平臺,上置復(fù)建的白鶴梁題刻,同時在平臺或陸地上建一個小型博物館展覽有關(guān)白鶴梁的資料和實物。白鶴梁與復(fù)建題刻之間通過天橋平臺的方式連接,觀眾在參觀題刻的途中可一覽江景。類似方案是在白鶴梁附近的岸上修建陳列館,館內(nèi)展出白鶴梁題刻1/2大小的復(fù)制模型,而白鶴梁題刻原址則保留在江水之下,讓庫區(qū)淤積的泥沙自然掩埋白鶴梁。4.6水下保護體設(shè)計該方案將白鶴梁題刻原址保護體看作一個容器,所謂“無壓容器”不是指什么壓力都沒有,而是指作用在水下保護體外面的水壓與內(nèi)壁面上的水壓基本相同。這就是說在保護體內(nèi)有水,且壓力強度與當(dāng)時作用在外壁面上的長江水壓力同步變化。水下博物館實際上是在白鶴梁題刻上興建一座殼體容器,容器內(nèi)充入經(jīng)過專門的平壓凈水系統(tǒng)過濾后的長江清水,保持容器內(nèi)水壓與外部的江水壓力平衡,題刻處于平壓狀態(tài)。水下保護殼體結(jié)構(gòu)處于內(nèi)外水壓平衡的工作狀態(tài),殼體結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟。水下保護體內(nèi)設(shè)置承壓的參觀廊道,并設(shè)計了水下照明和遙控觀測系統(tǒng),游客經(jīng)地面陳列館及交通廊道進入?yún)⒂^廊道觀賞題刻,亦可通過遙控觀測系統(tǒng)實時觀賞。在參觀廊道內(nèi)設(shè)置蛙人孔,供工作人員或其他人員潛水進入保護體內(nèi)開展研究、保護和維護工作。該方案有如下幾個顯著特點。(1)白鶴梁題刻仍處于長江水保護之中,并可有效防止水庫內(nèi)的推移質(zhì)對白鶴梁題刻可能造成的損壞。(2)水下保護體結(jié)構(gòu)基本上處于水壓平衡的工作狀態(tài),只承受自重荷載、水庫風(fēng)浪力、若干年后水庫淤積的壓力以及偶然的地震力,殼體結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟,且具有可修復(fù)性。(3)水下建筑物內(nèi)設(shè)耐壓金屬參觀廊道和水下照明系統(tǒng),人們可通過交通廊道自岸上進入?yún)⒂^廊道內(nèi),觀賞水中的白鶴梁題刻,也可通過水下攝像系統(tǒng)實時將影像等傳到岸上陳列館展示廳,人們可通過遙控系統(tǒng)控制水下攝像系統(tǒng)的運動。(4)特設(shè)潛水艙,供工作人員或其他人員在水中開展研究、觀測和維修工作。5方案的提出、實施和完成以上方案分為兩大類型:(1)水下原址保護,岸上復(fù)原展示;(2)切割搬遷保護,岸邊重建展示。根據(jù)國內(nèi)和國際文化遺產(chǎn)保護界普遍遵循的保護原則,作為水文遺產(chǎn)的白鶴梁題刻不應(yīng)離開它原來的位置,不應(yīng)脫離它賴以存在的江水環(huán)境,原址保護成為保護白鶴梁題刻的基本前提條件。剩下的問題只是如何在原址保護的基礎(chǔ)上,提出能夠兼顧保護和利用、展示的最佳方案,設(shè)計出能夠展示白鶴梁題刻原物的水下博物館。上述方案中,符合原址原樣、原環(huán)境原則的只有兩個方案,一個是“水晶宮”方案,一個是“無壓容器”方案。這兩個方案的共同點都是原址保護,前者盡管是保護和展示白鶴梁題刻的最理想方式,但該方案面臨著工程技術(shù)和建設(shè)成本的巨大挑戰(zhàn),即有壓覆室的保護殼將承受30~40m的水壓力;巖基與殼體的密封處理需采用高壓灌漿,極難處理;長期的滲流可能導(dǎo)致的白鶴梁薄砂巖層毀壞;水下施工周期長,時間緊迫,對航運和防汛的影響大;巨大的建設(shè)投資和未來可能較大的運行管理費用?！盁o壓容器”方案在充分尊重和研究文物價值的前提下,最大限度地保留了白鶴梁題刻的歷史信息,既滿足了三峽工程蓄水的需要,同時又保證了文物保護的真實性、完整性、觀賞性和延續(xù)性,符合國際文化遺產(chǎn)保護《威尼斯憲章》的要求。“無壓容器”方案確立了原址建館、原環(huán)境保護、原狀態(tài)展示的全面保護理念,并且將地面陳列館與堤防工程進行了大膽有機的結(jié)合,最終建成了水下遺址博物館(見圖2)。2002年1月,重慶市人民政府組織召開了《白鶴梁題刻原址水下保護工程“無壓容器”可行性方案研究報告論證會》,與會專家一致認為:該方案建立在多年來國家對白鶴梁題刻保護所做工作的基礎(chǔ)之上,充分吸取了原有保護規(guī)劃工作成果。“無壓容器”方案構(gòu)想具有創(chuàng)新精神,克服了保護方案的技術(shù)難點,符合國內(nèi)外文化遺產(chǎn)保護原則,對生態(tài)環(huán)境無不良影響,可為其申報列入世界文化遺產(chǎn)名錄創(chuàng)造條件。同年10月,重慶市文物局在北京組織召開了有6位院士參加的《白鶴梁題刻水下保護工程初步設(shè)計方案評審會》,一致通過了“無壓容器”的設(shè)計方案。2003年2月13日,白鶴梁題刻原址水下保護工程正式開工。保護工程由水下保護體、交通及參觀廊道、地面陳列館3部分組成,總建筑面積8433m2,工程總投資1.9億元。2005年5月,水下保護工程156m水下部分搶在三峽大壩蓄水前完工,為整個保護工程的順利實施奠定了堅實基礎(chǔ)。2010年11月,聯(lián)合國教科文組