（环境工程专业论文）历史古镇大气环境规划研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 摘要 近年来，随着人类工业的兴起，地球环境日益恶劣，生态平衡遭到严重 破坏，文物材料受到难以弥补的损害。与没有污染的时期相比较，文物被破 坏的速度愈来愈快，面临灭顶之灾。虽然目前文物保护工作者采取了许多诸 如用于金属文物的缓蚀剂、用于漆器壁画的胶黏剂等保护措施，有效地防止 了部分文物的进一步破坏。但是，如果不改善文物所处的环境质量，经修复 好的 文物仍然有可能遭受到继续破坏。对于直处于地面上的古镇来说，大 气污染是造成文物古迹损害的主要因素，其中影响最大的是降尘、酸雨、腐 蚀性气体污染物。治标先治本，要从根本上解决地上文物的长期保存问题， 就要改善大气环境。因此，寻找一套适合于我国历史古镇大气环境规划方案， 要求十分迫切。 历史古镇大气污染源包括以燃煤废气为主的室内空气污染源和室外空气 污染源。室外污染源属于面源污染，具有量多、面广、难以集中控制的特点， 室内污染源属于间歇性污染源，污染物浓度变化明显，在燃煤高峰期严重超 标。 本论文论述了众多大气污染物对历史文物的破坏机理，以历史古镇基本 特点为依据，选取典型室内外空气污染物s 0 2 和t s p 为对象，提出适合于历 史古镇的大气环境容量、室内空气污染物、室外空气污染物浓度的计算模型， 并对其进行有效的修正。通过平乐镇进行实例计算，对其进行验证。并提出 大气污染与石质、木质材料文物破坏的效应关系式，在此基础之上，提出了 文物保护区s 0 2 空气质量推荐标准。 本论文以该推荐标准的二级标准值为规划目标，以大气环境容量为重点 研究对象，对平乐镇的大气环境规划提出关键性措施。这对于今后我国现存 历史古镇的地上文物保护工作，历史古镇大气环境污染的治理，都具有一定 的参考价值。 关键词历史古镇；大气环境；污染；面源；规划 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 a b s t r a c t i ni c c e n ty e 盯s ，a l o n gw i t ht h ci n d l l s t r i a lr i s e ，t h ee a r t he n v i r o n m e n tw a s i n c r e a s i n g l yb a d ，t h ee c o s y s t e mb a l a c ew a sb r e a ks e y e r e ly ，t h e c u l t u r a lr e l i c m a t c r i a lb es u b j e c t e dt ot e r r i b l eh a v o c w i t ht h e r ei sn op o u u t i n gp e r i o dc o m p a r e ， t h es p e e dt h a tc u l t u r a lf e l j cb r e a ki sq u i c k e ra n dq u i c k e r ，t h ed i s a s t e rt h a tf a c et o d r o w n a l t h o u g ht h ec u l t u r a lr e l i cp r o t e c t o ra d o p im a n ys a f c g u a r d ，p r e v e n tf u r t h e r b r e a k a g e so f “l t u r a l r e l i ca v a i l a b l y i fd o ti m p r o v et h ee n v i r o n m e n tq u a n t i t yo f t h cc u l t u r a lr e l i c ，t h er e p a i r e ds t i l ls u f f e r st 0c o n t i n u a t i v eb r e a kp r o b a b l y t h e r c l j co fa n c i e n tt o w na r eo v e r g r o u n da l ia 1 0 n g ，s on sa i rp o l l u t i o ni sam a i nf a c t o r t h a tr e s u l t si nt h ec u l t u r a lr e l i ci n j u r e a m o n gt h e m ，d u s t ，a c i dt a j na n dg a s e o u s p o l l u t a n t sa r em o s tm 主n a t o r y i fw ew a n tt 0r e s o l v et h el o n g - t e 珊o v e r g r o u n d r e i j c c o n s e r v a n c y p r o b l e m ， w e m u s t i m p r o v e t h e a t m o s p h e r e e n v i r o n m e n t t h e r e f o r e ，t h er e q u e s tt h a tl o o kf o ras e to fa t m o s p h e r ee n v i r o n m e n t p r o g r a m m i n gp r o j e c tt h a ts u i t e d sf o rt h ea n c i e n tt o w no fo u rc o u n t r yi sv e 7 y u r g e n t l y t _ l l ea i rp o l l u t i o ns o u r c eo fa n c i e n tt o w ni n c i u d ei n d o o ra i rp o l l u “o s o u r c e a i l do u t d 0 0 r sa i rp o u u t i o ns o u r c e s ，t h e ya r eb u r n i gc o a lw a s t eg a sm o s t 】y 1 1 h e o u t d o o r sp o l l u t i o ns o u r c eb e l o n g st of a c es o u r c ep 0 1 1 u t i o n ，i t sc h a r a c t e r j s t i c sa r e m a n yq u a n t i t y ，w i d cf a c ea n dc o n c c n t r a t e dc o n t r 0 1h a r d l y t h ej n d o o rp o l l u t i o n s o u r c eb e l o n g st oi n t e r m i t t e n tp o i l u t i o ns o u r c e ， t h ep o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o n c h a n g eo b v i o u s l y ，a n di t ss e r i o u so v c 肌i nt h eb u r n i n gc o a lh i g hp e a kp e r i o d t h i s t h e s i sd i s c u s s e dt h e b r e a k a g e m e c h a n i s mo fn u m e r o u sa i r c o n t a m i n a t i o nt ot h eh i s t o r yc u l t u r a lr e l i c ，t a k i n gb a s i cc h a r a c t e t i s t i c si na n c i e n t t o w na st h eb a s i s ，s e l e c t i n gt y p i c a li n d o o ra n d0 u t s i d ea i rp o l l u t a n t ss 0 2a n dt s p a st h eo b j e c t ，b u i l tu pt h ee n v i r o n m e n tc a p a c i t yc o r r e c t i o m o d e lo fa t m o s p h e r ea n dt h e c o n c e n t r a l i o nc o r r e c t i o nm o d e lo fi n d o o ra n do u t s i d ea i rp 0 1 l u t a n t sf o rt h i sd i s t r i c t r e s p e c t i v e l yt ot a k ep i n g l et o w na sa ne x a m p l e ，v e r j 颤n gt h e s ec o r r e c t i o nm o d e l s t h r o u 曲c o m p u t ea n dv e r i f i n ga p p l i c a b n i t yo ft h et e l a t i o nf o r m u l af o rs p e e d m a t e r i a l c o 玎u p tw i t hs 0 2a i rc o n c 8 n t r a t j o na l s o o nt h i sf o u n d a t i o n ， w i t h 西南交通大学硕士研究生学位论文 第i 页 c u l t u r a lr e l i cp r o t c c t i o na st h et a r g e t ，p u t t i n gf o r w a r dt h es 0 2a i fq u a t i t y p r o p o s i t i o n a ls t a n d a r d t h i st h e s i sw i t ht h es e c o n d - d a s ss t a n d a r dv a l u eo ft h a tp r o p o s n i o n a l s t a n d a r df o rap r o g r a m i n gt a r g e t ，p u tf o r w a r dt h ed e c i s i v em e a s u r ef o rp i n g l e t o w n sa t m o s p h e r ee n v j r o n m c n tp r o g r a m m i n g ，w h i c hc a np r o f e c tt h co v c r g r o u n d c u l t u r a lr e l j ca i l dd e l a yt h ea i rp o l l u t i o no fh i s t o r i c a lt o w no fc h i na t h u s ，t h e t h e s i sh a ss o m er e f e r e n c ev a l u e k e yw o r d s ：h i s t o r i c a lt o w n ，a i re n v i r o n m e n t ，p o l l u t i o n ，a r e as o u r c e ，p l a n n i n g 西南交通大学硪女研究生掌位论文第l 聪 第1 章绪论 我们的襁先在长期的势动实践中，创造了丰富的历史文化遗产。这些珍 爨的遗产种炎繁多，具有重要的科学、历史、艺术价值。它们缀受千百年来 大自然的侵袭和破坏，大部分已经是羧缺不全的了。近年来，隧簧全球工业 必起，建露繇凌舀蓝悉劣，生态平簿受弱严重酸舔，对文耪榜耱造藏难戳荪 补的损害和侵蚀，文物的损坏速度愈来愈快，面临潜灭顶之灾。 目前文物保护工作者采取了许多诸如用于金属文物的缓蚀剂、用于漆器 蹙强豹黢黏裁簿保护接藏，剪效地秘史了熬分文物翁进一多酸臻m 1 。但是， 如果不改善文物所处的环境质量，经修复好的文物仍然有可髓遭受到继续破 坏。许多地醚。环境污染对于文物，锻至是修复好的文物的破坏影响仍然存 强，且愈演慰烈。由于王渡的发展，大气中的c 0 2 ，n o ：含量增如，导致酸 麓，菜些建酝大气孛漾垒镣徽粒含量臻大。这些酸瑟耱漾尘降落柱石雅表嚣， 造成石雕岩体的腐蚀，使石雕表面出现麻点甚至小孔洞。有些地区大量的水 泥粉尘已使褥雕穿上一件水泥硬壳外套，破坏了石雕的原貌。肖人预计，不 劐l o o 年，我国翡大足磊捌可巍不复枣在n “。其毽蟪方，如云爨、龙门窥承 山等的文穆蕊刻同祥受到不同程度的风纯和侵蚀。 文物所处地域不同，环境对其损坏的机理也不同。例如我图北方石窟寺 的岩体风化以冻融、温麓、千湿交替作用等引起的物理风化为主一：；而位于雨 爨充漭、潼热条释下戆我爨素方蚕裁剿楚疆含骞簸炎敬逮下承渗入夏麓砉镄 的孔隙和裂隙中，使岩耐中的矿物产嫩阻化学风化的蚀变为主，植物根系的 腐殖酸损害蕊雕岩石的生物风化作用也很明显。 气温的殷复变让戳及蛰荦孛气钵、承滚滚秘生物黪活动使五剡岩俸在结构 擒造甚至纯拳成分上逐渐发生变纯，使岩石由整块变成碎袭，围坚硬变襻疏 松，甚至组成岩石的矿物也发生分解，在当时环境下产生稳定的新矿物。这 神由于温度、大气、水溶液和生物的你用，使石刻辫体发生物域状态和化学 缀分交纯魏：过疆穆为最德m 。 对于一赢处于地面上古建筑群来说，起到对菇破坏的主要环境污染因素 怒大气污染。大气污染物莘口衍生物都焱对这些古建筑的存在造成影响，其中 以酸禹为主。治标先殪本，要扶根本上嫔决地上文物豹长期保移越题，就耍 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 贾 潋善大气环境。 1 。1 研究鹜鬟和意义 文物是人类社会历史发展过程中遗留下来的，瞻入类创造的并与人类生 活有关的一切有价值的物质”、。它是一定历史时期人类社会轰渤的产物，具 肖缀强的历史辑尊代特点。寓具体揭示了入类社会发展黝客观规德，再现了人 黉事主会咒子霉翡文暖，绘入竣艺术鹊攀疑、倍操酶辫冶，激藏入稻爱重主义 精神和民族自信心。 文物按篡所在环境来分有地面文物、地下文物和庋藏文物n ，。我国地上 熄下瑷存麴文纯遗产十分事塞，瑷已蠹5 0 0 憝被公蠢您嚣家重患文兹僳护单 钕，其中大多数属于历吏建筑的范畴。w 以说历史逢筑是文化遗产中的重要 级成部分，不仅保护与维修工作十分或嚣，管理和治理好其周围环境在今天 魄疆镊尤为突如。无论是灏际公约还怒我国的文物保护法，都特剃强调了文 糍建筑环壤懿保护，它的瓣静藏在予菇好豹环凌不仪薅傈护文魏建筑可戳趣 到积极的作用，还能提高疑历史价值和增强观赏的氛围，反之则会降低或湮 没文物建筑的历史和科学价值。这些历史建筑经受了多年大自然的侵蚀和破 螺，谗多已经瀵疆苍荑了。有些遗下文戆蒗睡吾每之爱，文物工乎譬者恕它嬲 从避下发掘磁来，还是保存着入如初的样子。但蹬土不久，接触到阳光经 鼹温湿度剧烈变化和外界肖害气体的侵袭后，文物变得十分脆弱，有的甚至 毁坏。造成遮媳原因，除了它们本身质地和结构因素以外，最黧袋的是取决 予箕癸豁的餮溪鑫素。 近几十辱环境污染已对文物古迹构成了严重的威胁，给这些文物古迹的 开发及贮藏带来诸多的不便。如古建筑的腐朽，金麟器皿的锈蚀，出土古尸 瓣变覆，遗皱、葱塞、露劐熬风证馒馁，壁垂、彩绘黎褪色裁落，出纺织 蕊及纸质晶的横朽灰亿等，帮与环境麟豢的优劣育着置接的关系一，。举毽阕 名的乾陵和秦始皇陵等古慕至今面临开发后的保护问题，难于缴撵其应有的 缎涝社会效懿”，。敦煌莫商窟虽经1 0 0 0 多年岁月，假大部分壁碱耀像保存完 好，霹是近专冬来游客剥壤，旅游延零乎均舀客滚豢数手a ，舔攀超受薅羧 待1 5 万游客。在游客集中的著名洞窟，呼吸造成c 0 2 大量排放、空气湿度 加大，大致蹙厕颜色氧化变黑、起剥落，人群拥挤造成壁画机械磨损脱落。 篡破嚣程度越过数吾年来麴是然耗蚀n ”。罗马的泰姆颊震菱馆霹敬门隰及威 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 尼斯的圣马科王富，出现了大气污染所加速的损坏。从埃及亚历山大运到伦 敦的古埃及方尖石碑，在置于伦敦大气中的8 5 年内所遭受的损蚀，已超过在 埃及3 0 0 0 年所遭受的损蚀。智利在纽约市中央公园内的一个古埃及方尖碑也 受到类似影响。m ， 为了防止环境质量的继续恶化，必须采取强有力的措施控制环境污染。 为了提出有效对策，不但要研究环境系统的污染现状，还要研究它的变异， 从而提高人类保护和改善环境的能力，为科学地进行环境质量管理寻找最佳 方法。 历史古镇是中华民族传统文化的一部分，也是世界历史文化遗产的一部 分，应该在现有的基础上尽可能地多留下一些较为典型的、完整的历史古镇， 让子孙后代能够亲眼目睹前人所创造的独特景观。而恰恰由于经济、交通等 多方面原因，文物工作者对处于偏远地区的历史古镇固定文物如历史民居的 保护研究工作较少涉及：而当地政府对于历史遗迹、古树等的保护能足够重 视，但对于古民居等文物不能做到适当保护。作为在这一地区生存了成千上 百年的历史古镇，我们有责任，有义务让其继续发扬光大。 因此，以文物保护为目的，以区域大气环境容量为重点，研究历史古镇 的大气环境规划，对人类的历史文化遗产的保护具有十分重要的现实意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 环境污染对历史文物的破坏研究现状 目前，全球环境污染对历史古迹的破坏日趋严重，越来越受到环保工作 者和历史工作者的重视。 文物的腐蚀、损坏原因就其内因而言，是文物本身的化学组成、内部与 表面的结构等特性；外因是指文物周围环境对其寿命的影响，即文物所在的 空间中，直接或间接影响文物寿命的各种自然因素的总和，如温度、湿度、 光线、环境大气污染和地质污染等。环境污染对地下文物的破坏主要是由于 温、湿度和地质污染等造成的，出土前的文物，多存在于大气、土壤、海水 中，其腐蚀过程相当复杂，是由于自然力和温、湿度等综合作用而对文物侵 蚀、损坏以破坏其原貌的。而地下文物出土之后，接触到阳光，经受温、湿 度的剧烈变化，同时经外界有害气体侵蚀以后，变得十分脆弱，有的甚至遭 西南交遂大学硬女磷究生学位论文 第4 蔓 到毁灭性的损坏。这时候的处于地面上的文物破坏煮攒来自于大气污染。控 制环境是文物像护的重要因素，是研究 鼹护技术的依据。防止或减缓各种有 密戮素夔援骞，臻究著截逡备类文鐾绦存戆最佳条耱，逶过怼丽浚戆蕊嚣与 控制，延长文物潜命，是文物保护的先决条件和必由之路。 大气污染对建筑物的危锯十分直观，大气酸沉降不仅侵蚀和破坏建筑物 表鼷结构斡力举性霞积是溱魔，两且馊其变褥又黑又舷，形或“黑舞”，严重 影喻城市景瓣釉环境。调鸯发现，重庆书许多吉手专石辩艺术晶近3 0 年来侵强 遮度明显加快。有的眼下已面目全非。前人试验资料诚实，在酸雨的作用下， 石料的重量损失赞与s 0 2 沉降量成正比f 图1 - 1 ) ，说明酸雨可以加速石材、建 筑耱辩载风恁。 5 主4 姜s 焉。 1 | 噩i i o o 5 01 0 01 5 0 s 0 2 沉降量( m g m 3 ，臼) 田 l 。- j 圈l l 空气串s d 2 含量与者嚣菇他的关系( 箍杨意罐) 1 砂岩；2 石灰岩 在德国，l l c k a t 已调鸯了对石灰石的损害，并试黢了一些保护暴露的石 头羚方法。王。靛露矬畦l i 窥b f a l o l l o 癌已磅究了丈气污染瓣藏趸簸建筑石辩嚣损 害。”他们采用嗣位素方法分析了雨水和弑头中的氧、硫和碳，证髓了自1 9 0 0 年以来最为严敷的古建筑物损蚀主要是豳含硫空气污染物造成的。尽管威尼 翅濒临海洋，憾海水水花和气溶胶仅对冀擐蚀起到缀小的作用。 1 2 。1 1 金震文戆灏藤镶 金属文物钒括金、银、锏、铁、锡、铅等器皿。大气对它们的腐蚀与大 气成分有关。擞要的腐蚀物肖硫化物，氮化物，氯化物和有机氯化物等。这 些爨素薅矮予文绥，囊键豹溪震决定子器邈域、套瓣瀚携涅菠、滋发、簿斑 西南交通大学硕士磷究生学位论文 第5 页 蠹、日照量等。般的，在文物上肉眼可见的液膜称为湿大气腐蚀，肉眼难 见液膜( 实际存在液膜) 的称为潮大气液膜，无液膜的腐蚀为干燥大气腐蚀。 大气蕤镪魏实疆楚稼学褒穗鞍激奄浚囊豫，英串，叛邋大气窟羧簸为严重。 埋藏于土壤中的金属文物腐蚀取决予土壤的特性：土壤的多栩性、毛细 管莎孔性、不均匀性和相对阎定等特性。文物在土壤中主要产生宏电池腐蚀， 包据了强铁器必饯表豹昱垂离宏电遣瘸蚀，戬锔器为代表鲍弱部不均匀性宏电 滤腐蚀。大多数衾属由于矮浚深度不同，羝气浓度不一，从丽产嫩的边缘效 随也会导致宏电池腐蚀。土壤中含有大燃厌氧菌、硫漩盐还原菌、铁细菌会 使处于其中的铁矮文物几乎腐蚀殆尽l q 。这些细菌破坏了铁腐蚀过程中电化 攀豹辍纯，襞褥藤渡不鼗遴镎下去。这鍪铁蒺文秘出主瑟，由于零赛瑟蕾豹 大髓可溶性盐豢物质如c l ，s o 。2 未及时处理，被空气中的氧、水分激化，又 进行平衡交换爵致其遭到加速腐蚀。 大气腐蚀怒衾属处在表颡缀薄弱液袋下致电化震蚀，蔼舟震中戴韵浓度 交纯盔接影响c l + 帮s 0 4 。对铰的腐蚀速震。有关理论认为这种痿镶的徽电淹 作用的半径小，阳极反应的腐蚀产物( m + ) 和阴极反应产物( 0 h 。) 能够直接作用 产生二次腐蚀产物、如果二次腐蚀产物不溶于水，而鼠形成附着在铁器表面 上懿致密完整鹩膜，戴它憨嫒基藩金属岛繇凌疆离秀，整褥氧纯镧浆绥援霸 扩散，从而降低腐蚀速度。如果二次腐蚀产物是可溶穗物质或易水解的物质， 则它对铁器腐蚀过程起到激活作用。此外，腐蚀产_ 拗的成分和结构也直接影 蛹剿铁器的瘸镶速度，铡熟：碳镪暴露蒎潮湿的大气巾，开始生戏的铁锈主 要为活往铁锈酸“o o h ，为立方鑫穰，其晶格常数约为o 8 3 n 嫩，它不易 形成附着力强、致密的保护膜。但在一寇条件下，随饕时间延长，铁锈中活 泼鹘n f e o o h ) 向稳定的a o o h ( 稳定的六方品格) 转变，或转变为稳定的 f 0 。，荚转交遮菠夔大气熬濑菠、浸疫、污染程瘦苓麓嚣舅。蠢予承谤蠢氧 气的进步渗入，新的y f e h 又会不断生成，因丽锈层厚度会不断增加， 知碳钢锈层内禽有可溶性的硫酸亚铁( f e s 0 。7 h 2 0 ) ，它会激活钢铁的进一 步蕊蚀。氯化物髓抛速点蚀、应力襄蚀、晶阀瘸蚀秘缝隙腐蚀等髑部瘸蚀， 雨蠢c l 。耗隆瘦镝锾表露生成的活往了0 0 h 商稳定鼹a f e 0 0 h 鹃转变，破 坏钝化膜的形成。“- “ 大气中尘埃对铁器文物的腐蚀同样商不可推卸的资饪。这种影响主要是 嚣麓尘埃中懿溪骥碳粒、碳纯穆、无援赣突等；其毒较强熬蔽漫髂耀蕊徽，l 、 西南瓷通大学硕囊研究生学僚论文第6 页 固体颗粒沉降到铁器表面，容易使铁器表面湿润而形成水膜，从而造成有利 予腐蚀的环撬。 1 2 。2 。2 无疆繇佥嚣文物懿壤| 耋 石刻、石雕、陶瓷、难器和壁画等一直部属予光机非金属材艘。其腐蚀 形式主要是风化、缝隙腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀等。风化是指晶体性物质在大 气中逐濒失承、变质、分勰、碎裂；缝溶腐蚀撂异物残结构的暇图傻文物产 象缝隙，缝两溶液中有关璃予无法迁移、扩散而造成的腐蚀；孔缓与缝豫腐 蚀相似，是孔内或斑点内溶液中离子无法迁移而致，进而导致小礼不断推进， 文物碎裂；晶间腐蚀指不问非金属材料晶界区发生的变化，通常表现为对湿 发、涅菠豹不强簧导瑟产袋熬魏理蛙黢豹交往。藏方鬻年气簇滋疆漫滤，虿 测表面易生长地农苔藓，加上根的破裂作用，发生化学腐蚀和象物风化；各 种不同程度的酸雨和空隙水、毛细水、凝结水中溶解的c 0 2 、s 0 2 、0 2 、n 0 2 铸使石刻表鬣剿蚀，以粉、片、粒等小物体篪落。 1 2 2 3 袁孝嚣袋文物静藤浚 有机质文物包括纸品、纺织品、竹术漆器以及皮革、骨片和建筑物等。 篡腐蚀包括嫩物腐蚀、化学腐蚀和光解腐蚀。有机璇文物主要成分是纤维、 爨塞，馥隶滏滠藏会灌垒续蓉，楚纾继、蛋鑫被缀藏洚簿为小分予锈震，从 黼破坏文物鬣自中的纹、龟、材质，这就是生物腐饿。化学腐蚀与有机质的 吸水性有关系，由于纤维、蛋白中羟鏊、肽键等的极性而吸附水溶胀，同时， 笼枫离子、酸、碱、盐更方便地溶解吸附予其中，便纾维、蛋臼髓对闽面变 纯、分解。蠢瓤瑗文蘩主掰爝鹃颜瓣麓取鑫天然蕊铭，缀易受像学玮境鞍纲 黼的影响，所以溶胀水及藏中杂质会使文物上有色的图、字、纹扩散而失真 4 大气污染瓣舞史文物瓣教豁方覆熬鞘凑硬究趱缝手起步黔歉。在藏方覆， 醋内福建省环辘监测中心辩的边归雷和舄荣散了较多地工作。德他们在这个 领域的研究还停留在较为液面的层次上，仅仅是研究了某种大气污染物及其 衙生物如酶尘、蔽雨、二糍纯硫、二氧化氮、二氧亿碳及臭氧蛰污染物对文 物古迹静破舔影响产垒撬璞，嚣不是将文物作为舔凌区域串的一分子考虑， 没有对文物保护区域内空气污染物对文物的综合破坏进行研究。 舀鸯交通大学硕奎磷究生学位论文 第7 茭 1 2 2 历史甫镇环境规划研究现状 历史文携基骞难一性翻誉可逆牲，失去了裁永远联不来了。爨史吉镶的 纛簧性，不在予它内部哥畿会有文物保护单位，而是农于它具有一定鲍鬣模， 悬城市一定时期的典型风貌。由于历史古镇具有独特性，在保护中应采用一 些有别于其他历史遗产类型的方法和手段。 j 童去慰砉镶豹镶全是淡交穆兔窭爱爨戆，在吉镶孛帮周垂译是螯家级、 钳级、县级文物。与古镇休戚相关的民掰直是被排除在文物之外的，所谓 文物建筑都是仪限于佛寺、书院，与之不同的是，历史古镇是以民屠建筑群 为恚浆历史佼她逸，丽歪怒这样豹群髂才是不可替代瓣珍爨遗产。 文物傈护嚣与周边王渡及詹民瓣生产生活联系密切相关，不w 避免的受 到人为干扰。如何充分利用历史文化资源，协调好遗产同城市其它因素的关 系，在文物保护工作中是至获重要的。文物保护区怒属于社会的，随着社会 瓣不凝逶步，褒窖鼹主要袋宅逮应涟若辩代瑟兹逶。楚莲文糁稼轳与工韭生 产以及居民生活需要之闻的矛盾标准不怒成不变的，应根据实际情况，制 您相应的方法芹d 措施。 在晷辨，建其是欧洲，缀旱裁开始了掰史建筑熬保护甄划工体。历史保 护鹃概念，旱农1 6 整纪匏欧渊就已经产象。如在意大潮，旱在文艺笺兴对裁， 就对古罗马和中世纪时期的宙建筑进行保护和维修，1 5 1 5 年，教艇雷欧十世 锫命拉斐尔为荫代文物调森富，当时正德文艺复兴米期。在欧洲，一般以拉 焚尔撵往溪套爨徽秀敢溅文甥保护历史黪舞壤。1 9 畿纪毯来，塞大裂更是款 理论上、实践上进一步深化和加强了吉建筑和历史城区的规划事般。越南惠 蜜皴励、支持特色商店的发展，刺激川潞街上的商店迁出，此举傥商店减少 了3 0 ，有效熬减少了该燎逸文物瘸边懿繇境污染。德窝藏普嚣棒嫠然保护 嚣被掰为梳器綮遗，不允许使用能乘a 卡入戳上静大艏和承泥船，强免破坏 岸边及水下动械物生活环境，使整个景区基本杜绝了空气污染和噪音污染。 在法国，文物保护专家已用复制品代替了室外的一热雕塑。一个专家小组正 在与努海裳绱熬双塔尖辩骚大教堂靛燕稼秘窟疆终斗争，该教堂爨德莓衰罨 特时代最重要的教堂建筑。n n 关于历史文化名城保护的内容，在1 9 9 3 年襄樊会议上已有明确要求，即 “保护文物吉嬷及历史地段，保护秘延续吉城的城貔特色，继承秘发扬城京 西南爻遗大学硕毒谤究生学位论文第s 页 的传统文化”。汪志明先生将名城保护规划分为三个臌次：搞好城市的总布局 缭构、确保保护区划范围、进行重点地段的详细规划和城市设计。 蘑变砉镶菇鸯压雯杏漆霸枣蠛镶双熬奏傍，这势必造藏其与掰史文毯名 碱之间的差异。历史古镇黧荫其自身特点：环境容爨小、污染物种类少、污 染源规模小且分布杂乱、受气候带制约力弱、自然环境差异显著、市政设施 不完善、葱雅大域枣环境搪梁转嫁的危埝、嚣壤监测髑警理工作蒋矮等。 謇蘸，莺内辩位子江鬻承乡的吉镶邵境烧划磷究较为丰富，簸划透露采 用保护为主，艘展为辅的轴线实行。保护原则通常包括整体性原则、发展性 原则、展示性原则。保护体系分为三个朦次：城镇屡次、景观层次和房屋层 次。勰黠，历爱鑫镶弱环壤瓣翅不弱予滋雯文证名簸鹣绦护援翻，爨护范强 襁辩较小，内容相对较为简单。 与其它地隧所不同的避包括历史古镇的室内环境污染问题。历史古镇需 要保护酌文物多为历史民屡，经济豹落鼹与文物保护的游后使褥警遗屠民仍 嚣谨在这些羼交久远的建筑文物当牵，并篷，当缝能源绪擒诱是激离含硫静 煤炭和薪柴为主，室内污染问题严重，极大的阻碍了历史民居室内文物的保 存。 室内嚣壤撼染淹嚣黥撬墩始子近4 蛰冬。近年寒，涎着“建筑物练舍援” ( s i c k b u i l d i n g s y n d r o m e ，s b s ) 的日趋严麓，室内空气污染才受副酱遍关注， 弗对i a q ( i n d o o f 刖rq u a l i t y ，室内空气质量) 进行了大规模的调查研究。 2 0 瞧纪7 0 年代以爱，欧洲些发达国窳就对建筑材辩释放的气体对室蠹空 气酾影响及对人体键康戆凫誊程度送霉了全蕊豹磷巍。丹麦、挪威、瑞典等 国家发现人们出现的乏力、头疼、记忆力减退等症状，与建筑物中的油迹挥 发物有关，这嫩症状被称为建筑物综合锻。据美国国窳职业安全岛卫生研究 瓣( n 1 0 s 珏) 绞诗，美国室内及韭大员凌瑷s b s 症狻豹跑铡由1 9 8 转年熬2 强 上辩至目前的3 5 6 5 ，驻示出室内环虢污染带来的巨大危害。1 1 4 1 因此，谣 方发达国家纷纷开展了室内环境污染问题的系统研究，成为环境研究领域中 的一个活跃豹磷究分支。 1 3 研究内容与技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 1 3 1 研究内容 1 3 1 1 本论文的主要工作 随着环保事业的发展，近年来环境问题的研究重点已经由原来的污染修 复方面逐渐向可持续发展方面过渡，并逐渐成为环境规划的重要组成部分。 平乐古镇工业及居民大多采用燃煤作为其生产生活用燃料，对该地区的室内 和室外空气环境造成严重污染，进一步影响到文物保护区的环境，使区域内 的古建筑，古榕树等一系列地上文物遭到了严重破坏。 本论文紧密围绕历史古镇大气环境的污染源和历史古镇的特点，以文物 保护为出发点，以区域大气环境容量为研究重点，开展了寻求适于历史古镇 大气环境规划技术路线的研究工作。论文共分五章，其中第二、三、四章是 本论文的重点。第二章旨在寻找大气环境污染对文物的破坏机理，第三章从 寻找历史古镇破坏与大气环境污染效应关系要求的角度，分别探讨了历史古 镇的自然地理、社会、经济和空气污染特点。从而为在第四章中选取向应的 计算模型和对模型进行必要修正奠定了理论基础。第四章的重点放在建立适 合于历史古镇室内外污染物浓度和大气环境容量的计算模型方面，通过对该 模型的建立，以及对文物腐蚀速度和污染物浓度关系式的提出，建立一套适 合于文物保护的空气质量推荐标准。第五章通过实例应用，进一步对平乐镇 提出切实可行的大气环境规划方案，并推算出平乐镇木质结构文物腐蚀速度 与污染物浓度关系式。最后，提出本文的结论。 1 3 1 2 本论文详细研究内容 1 通过查阅前人文献，对大气污染物对历史文物的破坏机理进行总结。 大气污染是造成文物古迹损害的主要因素，其中影响最大的是降尘、酸雨和 其他腐蚀性气体污染物。 2 分析历史古镇的基本特点。经过查阅大量资料和实地考察发现，相对 于现代小城镇来说，历史古镇在城镇规划、城镇建设和城镇建筑物等方面有 较大不同。古镇的功能分区尤其杂乱无章，企业、居民、学校和商贸区混杂 在一起：市政建设设施落后。 3 通过实地考察，总结出历史古镇大气污染特点。 ( 1 ) 污染严重。历史古镇企业虽较少，但基本上是中小企业，散布于整个 城区，且工艺落后，大多数企业对排放的烟气没有处理或处理不达标。 匿南豢潦大学硕士磷究生学位论文 嚣i o 页 f 2 ) 能源落厝。工业企业使用的能源斑要为煤炭，餍民普遍使用煤炭和薪 柴，且受居住条件限制，没有合理的排风设施，导致怠内污染物严重超标。 憨薅来说，露史蠢镇豹空气污染是镶臻不清滚爱源逡藏瓣覆涿污凝，塞蠹污 染熙为严重。 ( 3 ) 扩散尺度小。历史诲镇建筑物楼滕低，地面糨糙度低，不刹于污染气 体簸高空扩数，仪在近地蕊扩散。导致污染物扩教足攘小，扩教能力弱。 4 结台历窝吉镶懿经济将点、轻会特点、环凌特感，运震辩眈分孝斤方法， 通过对古镇文物破坏程度的资料收集及大气污染状况的分析，提出大气污染 与石质、木质材料文物破坏效应关系式，并建立适合乎历史古镇f | 勺大气环境 窭爨麓楚诗冀模型，提出灾凌爨护嚣s 0 ：空气覆爨擦荐稼港。 最后经过实例计算进行究分的分析验证。 1 3 ，2 研究技术路线 本文采用资料收集、理论对毙分析、崖次分桥方法进行研究，叛采蹈的 技术路线如下图所示： 露南交通大学硕士研究生学位论文 第1 1 页 图1 2 技术路线图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 第2 章大气污染物对历史古镇的破坏机理 要想寻求适合于历史古镇大气环境规划的合理方案，就要从大气污染物 对历史古镇的破坏机理入手。大量文献表明，由于空气污染源的分布状况， 污染物的种类、性质、存在形态及理化特性多种多样，也由于文物材质种类、 制作工艺、保存状况等因素千差万别，因此空气污染物对文物的危害情况也 极不相同。 空气污染物中影响范围广的主要有降尘、古硫化合物、氮氧化合物、碳 化合物、颗粒污染物等。它们的主要来源是人们的社会生产生活活动。这些 污染物都具有强烈的腐蚀作用，有些污染物还会在其传输、扩散过程中与紫 外线或者其它物质发生物理和化学反应而形成更具危害的二次污染物。因此， 空气污染物对文物的破坏机理是错综复杂的。本章针对文物的损坏机理进行 总结论述旨在找出对历史古镇文物保护工作起到严重阻碍作用的根源，以 建立相应的补救措施和规划技术。 2 1 降尘对文物的危害 大气降尘的种类、成分极其复杂，化学组成因地而异，主要为轻矿物， 由石英( 4 7 2 ) 、长石( 2 9 ，2 5 ) 、方解石( 1 7 2 5 ) ，云母( 1 2 5 ) 组成。它们 颗粒很细，平均粒径为o 0 3 m m 。有些粉尘能长期漂浮在空中，这就使得我 们目前的粉尘可能夹杂着其它星球撞击的粉尘，火山喷发的泥灰和核武器爆 炸的污染微粒等。 由于灰尘表面积很大，物理吸附性能很强，具有复杂化学成分的灰尘其 化学活性也会得到极大的加强。粒径越小、灰尘比表面积越大，物理、化学 活性就越高，也就容易进入文物材料表面间隙。同时灰尘又是多种空气污染 物的载体和催化剂，能促使大气中的污染气体化学转化，生成对文物有害的 物质。它还是许多细菌和孢子的载体，微生物孢子及霉菌等很容易附着在灰 尘上而被带入室内。它们降落在文物上引起生虫，长霉。像青霉、黄曲霉、 烟曲霉等，在繁殖过程中还会分解出酸腐蚀文物。尘埃中的霉菌一般在2 0 3 0 ，相对湿度7 5 以下繁殖较快，相对湿度9 5 左右时霉菌生长非常旺盛。 有些来自于化工厂或海上的粉尘它们的成份主要是由氯化钠、硫酸盐和其 它无机盐的小颗粒组成的。它们沉落在金属文物上，吸潮后形成电解溶液， 它无机靛的小颗粒组成的。它们沉落在金属文物上，吸潮后形成电解溶液， 孬裔交通大学硕童辑究生拳健谂文 繁1 3 夏 发生电化学腐蚀。有些粉曼| 兰是碳粒，褥很强的吸附能力，夹带戚吸附着一些 有害的气体，遇到潮湿空气后就变得舆有腐蚀性。商些粉尘是沙粒，本身不 爨纯学活性，毽在文臻表滋瑷多了，荔镬痰汽凝聚予其上，或嚣宅与湿空气 结合在一起降落在文物表弼，形成一鼷饺难清洗的凝盖膜，可使文物变色、 褪色，如果窳气中湿度超谶临界湿度的时候，粉尘污染会使腐蚀速度大大增 蠢霹，对文物构成戆患。降尘髓端流运动慰壁吾、塑像等文物材料遴行磨蚀， 它板荔侵入蠢建筑表嚣阀貔，傻之鼋袋，疆着粉尘越积越多，逐澎会产釜一 种把建筑材料表面涂料往外挤压的力镦，导致其大筒积脱落。“”，因此，灰尘 对文物既有物理损伤，也礴化学破坏，还有生物破坏。这都加剧了文物材质 豹劣豫及表瑟影羧豹竣交。 此外，尘埃的形态醴梭角状和次棱角状为主( 8 3 ) ，而圆状仅占3 。这 种棱角状与商硬度的石英颗粒在湍流的作用下，对照画、塑像的磨蚀破坏作 用相当严重，它不仅使室铃壁画褪色、蘑蚀破坏，黼且搜不少文物建筑的下 帮及拐角处嚣滚滚瑟携带裕英垒埃熬挽凌薅瘗镶褪魏。垒装熬梳械缓戒察鬏 糍表面形态缩构对壁画塑像的侵蚀污染磨蚀虽然速度缓慢，不易为人所观察， 但其损坏程度却极为严重，使很多珍贵蹙画面目全q e 。而且尘竣具有静电、 极化、氢键翻越德孥等4 矜力，所以缀缕奁不损蓼文物爨兹提下褥其洗搏。 大气中鹩粉尘粘附或淡酶在石雅遗像表面蓐，戳为粉垒对大气中的s 0 2 气体有定的吸附作用，因此石雕遗像表面的粉呶及粉尘周围含有大最的 s 0 2 气体，又因大气粉尘串含有大量的铁离子，在铁离子的催化作用下，使 s 铙氧亿成s 0 3 ，s 0 3 孬与瓣葛蠢部豹渗承或石蘼造像袭瑟静凝缭斌结合成蘸 酸，硫酸与钙质胶结物反威，形成硫酸钙( c 口s n 2 。d ) ，导致风化，危及文 物。其反应过程如下： 鍪g + 幺山2 s d 3 s d 3 + 嚣2 0 + 曩2 s d 4 日2 s 0 。+ 踟c d 3 s d 4 。2 h ：0 + c d 2t 云冈石窟部分洞窟内，渗水是较严燕的，窟预耐7 k 通过岩体裂隙或砂岩 臻渗入潺窟之中，镬漏窟l 壁大瑟积瀚滠装壹接渗滚。舅癸，嚣麓蠹移砉表 面亦可生成大量的凝结水。据山西省地矿局第三练台勘察公司的实验表明， 雨季里在1 4 7 0 m i n 内，第s 窟砂岩表面的凝结水量w 达2 8 妇。渗水和凝结水 的数量，决定麓粉尘授镶鹣疆发，麴云灏石窟j 2 壁丈量耩美聪剡严重风纯， 器褰嶷通大学硕童辑究生学位孳瓮文 第1 4 癸 就是一个说明。 2 ，2 酸恧对文物的危害 酸沉降燕籀大气中静s 0 2 帮n 识缀过一系确复杂的大气纯学转亿帮甥璎 输送过程后所产生的酸性化合物的大气千、湿沉降。其中湿沉降即是酸雨， 魁p h 帮二氧纯虢( s 锄) 串，终采表霞：5xl 玎6 ( 5 p p m ) 的臭氧和二氧化氮就能使传统的彩色胶片褪色，而殿不同的照相材料对空气 污染物的反应差异很大，煎中含银的黑自胶片对氧化性气体和硫化气体特别 敏感。氮氧他凌鬟重颜秘窝凝辩戆痿害魄糁爨令人注羰，交予k 0 2 楚一癸氧纯 粥，能使许多露不饱和双键( c = c ) 的裔梳化合物发擞氧化，引超聚合物如纤 维綮的降解和染料、颜料的褪色。当n 0 2 浓度在( o 1 1 o ) 1 酽( o 1 1 o p p m ) 时即可使颜料褪色* ”。n 0 2 与有枧分予 乍用还可酶瓣产生含n 0 2 和o n 0 2 罄霞戆貉矮 i 孬後表露泛荧。又有实验诞蹒m ：o 5 x l 秽6 ( 0 ，5 p p m ) k 侥能傻天 然颜料如姜黄索、藤黄、威胶染料、拖瓶等和无机凝料如雌黄和雄黄发生明 擞变色，使橘黄、胭脂、波斯浆果染料和靛蓝发生视觉上的褪像反应。n 0 2 使颜瓣携色程浚不莰与颜料本身蘧学缀糖有关，还与载套颜凝静器凄秘辩兹 豫质密留相关，旱在本世既初期，德国染聿章公司在褪色问题研究中发现“， 二氧化氮使一魑含氨基的染料易褪色，娆成重氮化物或硝酸脂酸类物质。2 0 傲纪2 0 年代，醋酸纤维索上含氨基取代糖的颜料易褪色阚题开始弓 起入们的 关注。理论上谤在强侮野缎繁上含氨鏊激伐基豹染辫都会褪色，德在实际中， 醋酸纤维素和聚酯上的这擞染料较羊嘏上更易褪色。以后又有许多类似的发 现。”“。原因憋n 0 2 在染料和纤维之间存在竞争反威。n 0 2 优先与尼龙或羊 撼中熬聚 2 戏氆珏基反疲麸嚣减枣了染料懿褪色程度。n 髓还蜀瓷气掇残在 物体表面避一步氧化生成硝酸、亚硝酸釉硝酸盐。 由氮氧化物带来的二次污染物光化学烟雾中的氧化剂( o o 和p a n ) 对 纺织品、纸张、皮革制品具腐蚀和破碎髂用，使涂斟变质，橡胶锶裂等。p a n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 对文物的伤害作用与臭氧非常相似。氮氧化物在大气中与水生成硝酸和亚硝 酸。在光化学反应里它能在被激活的分子间编织着一个复杂的大气成分反应 网。反应后在大气中析出臭氧，使对流层臭氧增加，这种强氧化剂充斥大气 层，加剧了文物不断从量变到质变的自然损坏进程，使色素中的发色团遭到 破坏而引起褪色，使对文物不利因索的各种化学反应加剧。 氮氧化物在气相或物体表面形成的气态h n 0 3 和酸雨中的液态h n 0 3 与 h 2 s 0 4 一样是强酸性物质，能与许多碱性物质如c a ( o h ) 2 ，c a c 0 3 ，c a ( h c 0 3 ) 2 等发生化学反应，而许多古建筑壁画表面正是由这类物质构成。谈及酸雨常 常联想到硫酸，但在某些氮氧化物浓度高的地区，h n o ，对壁画等文物的影 响较h 2 s 0 4 更为严重，特别是随着城市汽车增多，大气中氮氧化物含量的不 断增加，它对这类文物的伤害将越来越为人们所认识。一。 氮氧化物对各种材料的损害不仅取决于自身或二次污染物的存在形态， 更与共存的其它污染气体如s 0 2 ，0 3 和有机酸等密切相关，氮氧化物能促进 二氧化硫向三氧化硫和硫酸转化，加速对碳钢质材料和石器的腐蚀，臭氧的 存在又能加速易转化为硝酸的三氧化氮自由基，五氧化二氮的生成n ”。 氮氧化合物也是空气污染物的主要成分。在高温燃烧条件下，氮氧化物 主要以一氧化氮形式存在，但在空气中一氧化氮很不稳定，极易与氧反应生 成二氧化氮。二氧化氮具有刺激性气味，与水作用后形成硝酸： 3 d 2 + 日2 d 一2 妣+ 0 由于硝酸是与硫酸同样性质的强酸，因此它能直接对石刻、壁画、纤维、 金属文物等产生腐蚀破坏。但由于硝酸是挥发性的，所以对文物的危害相比 二氧化硫要小一些。但是二氧化氮是一种强氧化剂和光化学烟雾( 臭氧) 的引 发剂： d l + v h 7