沿海城市对城市雕塑的侵蚀程度差异
摘要:建筑物集中造成城市空间单一、枯燥和拥挤，城市雕塑作品可带来美化和装饰的作用。以沿海城市的城市雕塑景观为探究对象，研究在沿海气候特征下雕塑的侵蚀程度差异。首先，针对制作雕塑景观的原料砂岩，需进行侵蚀作用模拟实验，选取城市雕塑砂岩样本在风驱雨模拟条件下进行风洞侵蚀实验及水岩作用实验;然后，通过对砂岩雕塑样本实现风洞侵蚀模拟实验后，可获知侵蚀量伴随风速增强而增大，对砂岩实现室内水岩作用实验后可知矿物转化量增加，产生矿物量越多表明岩体的抗侵蚀能力越低，会增加雕塑侵蚀程度。通过利用模拟实验实现了对城市雕塑景观侵蚀程度的分析，为保护雕塑作品提供数据支持。
关键词:沿海城市;气候特征;城市景观雕塑;侵蚀
前言
在空间分布上，水力侵蚀和风力侵蚀存在一定地域性，例如中国南方大部分地区，全国主要降水量都集中在东部地区及南部地区，因此水力侵蚀是该区域的主要方式;而风力侵蚀绝大部分是发生在中国西部半干旱或干旱地区，该地区气候特点为年降水量非常少，并且伴有很强烈的风，因此风力侵蚀为该区域较为明显的侵蚀方式。但有些地区则是两种方式交叉的侵蚀方式，也就是水力侵蚀同时与风力侵蚀相结合的侵蚀类型。在风力侵蚀与水力侵蚀交叉的区域是两种侵蚀方式复合作用，该问题属于重点探讨的问题和治理的薄弱环节。两种复合侵蚀作用结合会受到多方面外界因素的影响，其形成过程和作用机理较为复杂，单项侵蚀方式和多项侵蚀方式作用结果也不尽相同，因此目前研究该问题的很多学者并不能给出侵蚀作用机理的详细解释，需要继续对该问题的有效解决方式进行探讨［4－5］。因为气候条件和人为因素的制约和影响，不同地区地表侵蚀机理和过程存在着不同方式。基本是由东南地区的水力侵蚀方式到西北干旱地区的风力侵蚀方式，由于存在不同气候特征，所以在中国构成了一条风力和水力侵蚀带，分布范围包括季风气候区域和干旱气候区域，影响范围非常广。风水复合侵蚀是环境问题中较为复杂的侵蚀方式，文中将沿海城市的景观雕塑作为研究对象，研究其在该区域气候特征下的风水侵蚀程度。首先，影响雕塑的常见方式为水利侵蚀和风力侵蚀，根据该特点对具有沿海气候特征城市的砂岩雕塑进行侵蚀作用实验，以雕塑砂岩为实验样品，设定在风驱雨的模拟条件下实现风洞侵蚀模拟实验;其次，在进行实验后获取风洞实验数据，根据数据可判断风力和水力增强的情况下，雕塑岩体样品的侵蚀程度也会伴随加重，再利用室内水岩作用模拟实验对取样岩体进行模拟实验，可获知岩体出现矿物质转化现象，并伴有大量沉淀物，表明经过水力侵蚀后岩体被严重侵蚀且岩体变脆，增加了侵蚀程度［6－7］。
1风洞侵蚀模拟实验及结果分析
1．1实验准备及实验过程
实验中准备从某沿海城市中的两个雕塑作品进行取样，其中一个雕塑作品为距今150年的岩体，编号为M岩体;另一雕塑作品为距今50年的岩体，编号为L岩体;在两个雕塑作品上各选取20cm×15cm×10cm大小的岩块，共6块，其中从M雕塑岩体取3块，从L雕塑岩体取3块，将样品进行预处理。根据沿海城市的气候特征设定实验条件，实验在某大学风工程研究中心实施进行，实验设定条件满足当地气候特征。实验准备过程中，利用铁架子固定设备，铁架质量要求重则进行风模拟实验时不容易被吹倒或振动，能保证实验过程中具有较强的稳定性，同时准备收集装置，方便岩块被侵蚀后的残体样品收集。
1．2实验过程
根据实验前设定的风速和雨速实验条件，进行风雨组合模拟实验，设定12种实验条件，每2个样品为一组，共6组，每一组经历一种实验设定条件，且每一组中的2个样品进行同步实验，利用传统收集法对被风雨侵蚀过的岩体进行残体样品收集，将收集后的残体样品进行烘干并称重，再将其与实验前的岩体质量进行对比，即为侵蚀量。在雕塑样品进行实验前，表面还较为平滑，但在完成实验过程后，样品表面出现了蜂窝状的小细孔，且表面非常粗糙，通过测量显示部分最深侵蚀深度已经达5mm，说明岩体样本受到风雨复合侵蚀作用较为明显。由于雕塑样品岩体受到风雨复合侵蚀作用，因此文中运用侵蚀深度具体表述样品受到的侵蚀程度，采用收集法收集岩体被侵蚀而产生的残体，烘干称重后计算侵蚀深度，具体描述如下:h=10m［(1－ω)ρA］(1)式中:样品岩体侵蚀深度由h表示;由于风雨复合侵蚀作用而产生的残体质量由m表示;岩体初始含水率由ω表示;岩体密度由ρ表示;被侵蚀面积由A表示。
1．3实验数据及结果分析
(1)通过上小节设定的实验条件及给定的侵蚀度计算方法，现给定风速为10m/s和15m/s的实验条件，雨速为变量的情况下，两类样品岩体的侵蚀量数据表.通过上述数据可知在风雨复合侵蚀情况下，岩体样品与风速和雨强的关系曲线图，10m/s时，通过变换雨强参数条件进行岩体样品侵蚀M类样品①与M类样品②是伴随雨强参数增加岩体侵蚀程度加重;.通过图中两条曲线可看出，曲线变化趋势也是随着雨强参数的增加，侵蚀程度也在不断增加，雨强由20mm/h增加到60mm/h过程中，M类岩体样品的侵蚀深度也随之增加。(2)根据预先设定的实验条件对L类雕塑岩体进行实验，风速参数条件与雨强参数条件均与上述实验条件一致，则获得L类岩体样品侵蚀程度数据表.通过对L类岩体样品的数据观察可看出，整体数据显示出伴随雨强参数的增加，岩体样品的侵蚀程度在加重，对岩体样品的侵蚀程度影响较风速参数变化后对岩体样品的侵蚀程度影响弱，因此对比两种侵蚀方式，风力侵蚀较为严重。由M类与L类岩体样品对比可看出，侵蚀程度严重与否也与城市雕塑岩体样品的年份存在一定关系，M类样品距离现今年份较远因此该类样品受到侵蚀程度更为严重。
2室内水岩作用模拟实验
以上实验主要是模拟风力对砂岩侵蚀后获取的实验结果，该小节实验则是从水力侵蚀方式对砂岩侵蚀产生的现象进行研究。
2．1实验材料及器材
以某沿海城市的砂岩体雕塑为实验对象，选取组成分相同的样品实验器材制作:将岩体切割成长短适中的柱体，用保鲜膜包裹并固定于装置底部的插槽中，在插槽下面平铺两层滤纸，将滤纸预留出几个空洞以便海水流出。顶端装置一个水流控制开关，用来控制水流速度大小，通过收集从岩体流出的海水测定水中所含化学成分。
2．2实验结果及分析
根据实验设定条件为3组砂岩体，分别对样品进行编号为SY－A、SY－B、SY－C3，各组砂岩对应产生一组水样并进行采集。通过对比海水初始值与采集值的数据可看出，Mg2+、Ca－和HCO－3元素的浓度值明显比初始浓度值降低;Na－和K+比较初始浓度值高;Cl－初始浓度值与采集值并未有明显变化。造成以上浓度发生变化的原因是砂岩中的重要成分钾长石、石膏和斜长石等矿物质的溶解，以及云母石和方解石及水云母等矿物质的沉淀。通过对比海水初始值和采集值可看出该实验装置设计合理，符合水力侵蚀化学机理。根据上述实验装置可获得3组砂岩中矿物质的转化量数据表.矿物转出量越多表明岩体孔隙度变化越大，溶解物质越多沉淀物质也越多，因此孔隙度大会直接导致岩体雕塑作用的抗侵蚀能力减弱，使岩体变的脆弱。
3结论
城市雕塑具有美化和装饰城市的作用，由于普通雕塑大部分是由岩体雕琢而成，因此文中针对具有明显气候特征的沿海城市中的雕塑作品进行侵蚀程度差异分析。首先，由于气候原因风化侵蚀和雨化侵蚀是影响雕塑耐久性最为常见的侵蚀方式，针对制作雕塑景观的原料砂岩，需进行侵蚀作用模拟实验，选取城市雕塑砂岩样本在风驱雨模拟条件下进行风洞侵蚀实验及水岩作用实验;然后，通过对砂岩雕塑样本实现风洞侵蚀模拟实验后，可获知侵蚀量伴随风速增强而增大，对砂岩实现水岩作用实验后可知矿物转化量增加，产生的矿物量则越多表明岩体的抗侵蚀能力降低，会增加雕塑侵蚀程度。
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戚婵 哈尔滨工业大学深圳研究生院 深圳市土地房产交易中心
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