沿海城市對城市雕塑的侵蝕程度差異
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摘要:建筑物集中造成城市空間單一、枯燥和擁擠，城市雕塑作品可帶來美化和裝飾的作用。以沿海城市的城市雕塑景觀為探究對象，研究在沿海氣候特征下雕塑的侵蝕程度差異。首先，針對制作雕塑景觀的原料砂巖，需進(jìn)行侵蝕作用模擬實驗，選取城市雕塑砂巖樣本在風(fēng)驅(qū)雨模擬條件下進(jìn)行風(fēng)洞侵蝕實驗及水巖作用實驗;然后，通過對砂巖雕塑樣本實現(xiàn)風(fēng)洞侵蝕模擬實驗后，可獲知侵蝕量伴隨風(fēng)速增強而增大，對砂巖實現(xiàn)室內(nèi)水巖作用實驗后可知礦物轉(zhuǎn)化量增加，產(chǎn)生礦物量越多表明巖體的抗侵蝕能力越低，會增加雕塑侵蝕程度。通過利用模擬實驗實現(xiàn)了對城市雕塑景觀侵蝕程度的分析，為保護(hù)雕塑作品提供數(shù)據(jù)支持。
關(guān)鍵詞:沿海城市;氣候特征;城市景觀雕塑;侵蝕
前言
在空間分布上，水力侵蝕和風(fēng)力侵蝕存在一定地域性，例如中國南方大部分地區(qū)，全國主要降水量都集中在東部地區(qū)及南部地區(qū)，因此水力侵蝕是該區(qū)域的主要方式;而風(fēng)力侵蝕絕大部分是發(fā)生在中國西部半干旱或干旱地區(qū)，該地區(qū)氣候特點為年降水量非常少，并且伴有很強烈的風(fēng)，因此風(fēng)力侵蝕為該區(qū)域較為明顯的侵蝕方式。但有些地區(qū)則是兩種方式交叉的侵蝕方式，也就是水力侵蝕同時與風(fēng)力侵蝕相結(jié)合的侵蝕類型。在風(fēng)力侵蝕與水力侵蝕交叉的區(qū)域是兩種侵蝕方式復(fù)合作用，該問題屬于重點探討的問題和治理的薄弱環(huán)節(jié)。兩種復(fù)合侵蝕作用結(jié)合會受到多方面外界因素的影響，其形成過程和作用機(jī)理較為復(fù)雜，單項侵蝕方式和多項侵蝕方式作用結(jié)果也不盡相同，因此目前研究該問題的很多學(xué)者并不能給出侵蝕作用機(jī)理的詳細(xì)解釋，需要繼續(xù)對該問題的有效解決方式進(jìn)行探討［4－5］。因為氣候條件和人為因素的制約和影響，不同地區(qū)地表侵蝕機(jī)理和過程存在著不同方式。基本是由東南地區(qū)的水力侵蝕方式到西北干旱地區(qū)的風(fēng)力侵蝕方式，由于存在不同氣候特征，所以在中國構(gòu)成了一條風(fēng)力和水力侵蝕帶，分布范圍包括季風(fēng)氣候區(qū)域和干旱氣候區(qū)域，影響范圍非常廣。風(fēng)水復(fù)合侵蝕是環(huán)境問題中較為復(fù)雜的侵蝕方式，文中將沿海城市的景觀雕塑作為研究對象，研究其在該區(qū)域氣候特征下的風(fēng)水侵蝕程度。首先，影響雕塑的常見方式為水利侵蝕和風(fēng)力侵蝕，根據(jù)該特點對具有沿海氣候特征城市的砂巖雕塑進(jìn)行侵蝕作用實驗，以雕塑砂巖為實驗樣品，設(shè)定在風(fēng)驅(qū)雨的模擬條件下實現(xiàn)風(fēng)洞侵蝕模擬實驗;其次，在進(jìn)行實驗后獲取風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)可判斷風(fēng)力和水力增強的情況下，雕塑巖體樣品的侵蝕程度也會伴隨加重，再利用室內(nèi)水巖作用模擬實驗對取樣巖體進(jìn)行模擬實驗，可獲知巖體出現(xiàn)礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，并伴有大量沉淀物，表明經(jīng)過水力侵蝕后巖體被嚴(yán)重侵蝕且?guī)r體變脆，增加了侵蝕程度［6－7］。
1風(fēng)洞侵蝕模擬實驗及結(jié)果分析
1．1實驗準(zhǔn)備及實驗過程
實驗中準(zhǔn)備從某沿海城市中的兩個雕塑作品進(jìn)行取樣，其中一個雕塑作品為距今150年的巖體，編號為M巖體;另一雕塑作品為距今50年的巖體，編號為L巖體;在兩個雕塑作品上各選取20cm×15cm×10cm大小的巖塊，共6塊，其中從M雕塑巖體取3塊，從L雕塑巖體取3塊，將樣品進(jìn)行預(yù)處理。根據(jù)沿海城市的氣候特征設(shè)定實驗條件，實驗在某大學(xué)風(fēng)工程研究中心實施進(jìn)行，實驗設(shè)定條件滿足當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?。實驗?zhǔn)備過程中，利用鐵架子固定設(shè)備，鐵架質(zhì)量要求重則進(jìn)行風(fēng)模擬實驗時不容易被吹倒或振動，能保證實驗過程中具有較強的穩(wěn)定性，同時準(zhǔn)備收集裝置，方便巖塊被侵蝕后的殘體樣品收集。
1．2實驗過程
根據(jù)實驗前設(shè)定的風(fēng)速和雨速實驗條件，進(jìn)行風(fēng)雨組合模擬實驗，設(shè)定12種實驗條件，每2個樣品為一組，共6組，每一組經(jīng)歷一種實驗設(shè)定條件，且每一組中的2個樣品進(jìn)行同步實驗，利用傳統(tǒng)收集法對被風(fēng)雨侵蝕過的巖體進(jìn)行殘體樣品收集，將收集后的殘體樣品進(jìn)行烘干并稱重，再將其與實驗前的巖體質(zhì)量進(jìn)行對比，即為侵蝕量。在雕塑樣品進(jìn)行實驗前，表面還較為平滑，但在完成實驗過程后，樣品表面出現(xiàn)了蜂窩狀的小細(xì)孔，且表面非常粗糙，通過測量顯示部分最深侵蝕深度已經(jīng)達(dá)5mm，說明巖體樣本受到風(fēng)雨復(fù)合侵蝕作用較為明顯。由于雕塑樣品巖體受到風(fēng)雨復(fù)合侵蝕作用，因此文中運用侵蝕深度具體表述樣品受到的侵蝕程度，采用收集法收集巖體被侵蝕而產(chǎn)生的殘體，烘干稱重后計算侵蝕深度，具體描述如下:h=10m［(1－ω)ρA］(1)式中:樣品巖體侵蝕深度由h表示;由于風(fēng)雨復(fù)合侵蝕作用而產(chǎn)生的殘體質(zhì)量由m表示;巖體初始含水率由ω表示;巖體密度由ρ表示;被侵蝕面積由A表示。
1．3實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析
(1)通過上小節(jié)設(shè)定的實驗條件及給定的侵蝕度計算方法，現(xiàn)給定風(fēng)速為10m/s和15m/s的實驗條件，雨速為變量的情況下，兩類樣品巖體的侵蝕量數(shù)據(jù)表.通過上述數(shù)據(jù)可知在風(fēng)雨復(fù)合侵蝕情況下，巖體樣品與風(fēng)速和雨強的關(guān)系曲線圖，10m/s時，通過變換雨強參數(shù)條件進(jìn)行巖體樣品侵蝕M類樣品①與M類樣品②是伴隨雨強參數(shù)增加巖體侵蝕程度加重;.通過圖中兩條曲線可看出，曲線變化趨勢也是隨著雨強參數(shù)的增加，侵蝕程度也在不斷增加，雨強由20mm/h增加到60mm/h過程中，M類巖體樣品的侵蝕深度也隨之增加。(2)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的實驗條件對L類雕塑巖體進(jìn)行實驗，風(fēng)速參數(shù)條件與雨強參數(shù)條件均與上述實驗條件一致，則獲得L類巖體樣品侵蝕程度數(shù)據(jù)表.通過對L類巖體樣品的數(shù)據(jù)觀察可看出，整體數(shù)據(jù)顯示出伴隨雨強參數(shù)的增加，巖體樣品的侵蝕程度在加重，對巖體樣品的侵蝕程度影響較風(fēng)速參數(shù)變化后對巖體樣品的侵蝕程度影響弱，因此對比兩種侵蝕方式，風(fēng)力侵蝕較為嚴(yán)重。由M類與L類巖體樣品對比可看出，侵蝕程度嚴(yán)重與否也與城市雕塑巖體樣品的年份存在一定關(guān)系，M類樣品距離現(xiàn)今年份較遠(yuǎn)因此該類樣品受到侵蝕程度更為嚴(yán)重。
2室內(nèi)水巖作用模擬實驗
以上實驗主要是模擬風(fēng)力對砂巖侵蝕后獲取的實驗結(jié)果，該小節(jié)實驗則是從水力侵蝕方式對砂巖侵蝕產(chǎn)生的現(xiàn)象進(jìn)行研究。
2．1實驗材料及器材
以某沿海城市的砂巖體雕塑為實驗對象，選取組成分相同的樣品實驗器材制作:將巖體切割成長短適中的柱體，用保鮮膜包裹并固定于裝置底部的插槽中，在插槽下面平鋪兩層濾紙，將濾紙預(yù)留出幾個空洞以便海水流出。頂端裝置一個水流控制開關(guān)，用來控制水流速度大小，通過收集從巖體流出的海水測定水中所含化學(xué)成分。
2．2實驗結(jié)果及分析
根據(jù)實驗設(shè)定條件為3組砂巖體，分別對樣品進(jìn)行編號為SY－A、SY－B、SY－C3，各組砂巖對應(yīng)產(chǎn)生一組水樣并進(jìn)行采集。通過對比海水初始值與采集值的數(shù)據(jù)可看出，Mg2+、Ca－和HCO－3元素的濃度值明顯比初始濃度值降低;Na－和K+比較初始濃度值高;Cl－初始濃度值與采集值并未有明顯變化。造成以上濃度發(fā)生變化的原因是砂巖中的重要成分鉀長石、石膏和斜長石等礦物質(zhì)的溶解，以及云母石和方解石及水云母等礦物質(zhì)的沉淀。通過對比海水初始值和采集值可看出該實驗裝置設(shè)計合理，符合水力侵蝕化學(xué)機(jī)理。根據(jù)上述實驗裝置可獲得3組砂巖中礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量數(shù)據(jù)表.礦物轉(zhuǎn)出量越多表明巖體孔隙度變化越大，溶解物質(zhì)越多沉淀物質(zhì)也越多，因此孔隙度大會直接導(dǎo)致巖體雕塑作用的抗侵蝕能力減弱，使巖體變的脆弱。
3結(jié)論
城市雕塑具有美化和裝飾城市的作用，由于普通雕塑大部分是由巖體雕琢而成，因此文中針對具有明顯氣候特征的沿海城市中的雕塑作品進(jìn)行侵蝕程度差異分析。首先，由于氣候原因風(fēng)化侵蝕和雨化侵蝕是影響雕塑耐久性最為常見的侵蝕方式，針對制作雕塑景觀的原料砂巖，需進(jìn)行侵蝕作用模擬實驗，選取城市雕塑砂巖樣本在風(fēng)驅(qū)雨模擬條件下進(jìn)行風(fēng)洞侵蝕實驗及水巖作用實驗;然后，通過對砂巖雕塑樣本實現(xiàn)風(fēng)洞侵蝕模擬實驗后，可獲知侵蝕量伴隨風(fēng)速增強而增大，對砂巖實現(xiàn)水巖作用實驗后可知礦物轉(zhuǎn)化量增加，產(chǎn)生的礦物量則越多表明巖體的抗侵蝕能力降低，會增加雕塑侵蝕程度。
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作者:戚嬋 單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院 深圳市土地房產(chǎn)交易中心
