秦陵土遗址水盐运移数值模拟研究 ——以K9901陪葬坑为例

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秦陵K9901陪葬坑具有重要的历史、科学和艺术价值,自发掘以来面临着较大的盐害风险,但是目前对其进行的水盐运移研究仍以局部检测分析或室内模拟实验为主,缺乏对K9901陪葬坑整体的水盐运移规律的研究和预测研究,无法提前对土遗址病害进行干预。本文首先利用土柱实验验证了Hydrus-2D模型的准确度,然后利用Hydrus-2D模型对未干预条件下K9901陪葬坑土遗址的水盐运移规律、控制环境温湿度条件下K9901陪葬坑土遗址的水盐运移规律、补水条件下K9901陪葬坑土遗址的水盐运移规律以及半埋藏陶俑模型的水盐运移规律进行了数值模拟,预测得到了K9901陪葬坑盐害防治的重点区域和防治顺序,评估了环境控制和补水措施等土遗址盐害防治措施的有效性和合理性,为秦陵K9901陪葬坑土遗址盐害的预防性保护提供了重要参考,同时评估了陶俑半埋藏保存展示方式是否合理。本研究主要得到以下结论:(1)通过比较土柱不同深度处含水率的模拟值和实测值,以及实验结束时土柱含盐量分布的实测值与模拟值,结果显示土柱含水率变化和土柱含盐量分布的实测值和模拟值的吻合度均极高,说明Hydrus-2D模型的模拟结果十分可靠,可以利用其对秦陵K9901陪葬坑土遗址的水盐运移进行可靠而精确的数值模拟。(2)未干预条件下的K9901陪葬坑水盐运移模拟结果显示,总可溶盐、硫酸根离子以及氯离子的富集区域基本一致,均为北壁和南壁二层台的底角、两个隔墙的底角、三个过洞的地面,以及南壁二层台与北壁二层台的侧壁面中部,这些区域均是盐害防治的重点区域。应当优先对北壁和南壁二层台的底角采取盐害防治措施,除过此优先区域外,还应定期对两个隔墙的底角、三个过洞的地面以及南壁与北壁二层台侧壁面中部的盐分富集情况进行监测,预防盐害的发生。(3)控制环境温湿度条件下的K9901陪葬坑水盐运移模拟结果显示,只在短期内将室内的温湿度控制在适宜的波动区间,是改变不了可溶盐在K9901陪葬坑土遗址中的富集趋势和富集区域的,盐害在富集区域仍然有很大可能会发生,所以必须要结合其他有效的盐害防治措施控制盐害。(4)补水条件下的K9901陪葬坑水盐运移模拟结果显示,在二层台上部洒水的措施使可溶盐富集在南北两个二层台的顶角处,且可溶盐富集量很大,给南北两个二层台的顶角处造成了极大的盐害风险;所以这是一种具有危害性的不合理做法。在过洞地面进行补水可以防止可溶盐在过洞地面表层的富集,但是会使南北两个二层台和隔墙的底角处成为可溶盐富集最多的区域,区域可溶盐富集量很大,导致二层台与隔墙的底角处存在极大盐害风险;所以通过对陪葬坑的过洞地面进行补水来防止过洞地面发生盐害是存在风险的。可以利用水盐运移数值模拟结果来为补水处理的实施提供重要的参考。(5)半埋藏陶俑模型的水盐运移模拟结果显示,周围环境土壤中的可溶盐会源源不断的迁移进入陶俑内部,且这些迁移进入的可溶盐还会不断的向陶俑的上部运移,可能会给陶俑带来严重破坏。陶俑文物的半埋藏保存方式存在极大的病害风险,是一种不合理的保存方式。对于半埋藏的陶俑文物,能够安全提取的应当进行安全及时的提取保护。
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