青藏铁路西格段戈壁风沙流防治体系研究

青藏铁路西宁至格尔木段(西格段)日照冻融变化强烈、风力强劲,为了解决该环境下戈壁风沙流对路基的危害,以PE(polythene)固沙网为平面防治并结合高立式沙障为立面防治措施,组成了戈壁风沙流防治体系,通过现场观测及室内风洞实验,验证了该防治体系的防风固沙效果和工程可靠性。工程应用表明,该防治体系具有抗风蚀性能强、可重复利用、寿命长及绿色环保等特点,能够有效防治铁路戈壁风沙流的危害,并对养护工作量的减少起到了重要作用,可以替代传统石方格、竹栅栏等防风固沙措施。对类似于西格段这种戈壁风沙流速较大、海拔高、生态脆弱、传统防沙材料贫乏和工程防沙措施失效的地区,新型防治体系具有借鉴和示范作用。     

新疆S214公路台特玛湖干涸湖盆段风沙危害及防治

新疆S214（考干-米兰，考米线）公路位于库鲁克塔格沙漠东南缘，穿越台特玛湖干涸湖盆。由于该区气候干旱，风力强劲，沙源丰富，流动沙丘广布且快速移动，风沙危害对公路运输构成严重威胁。通过对风沙环境和风沙危害定位观测和土壤水盐特征系统调查，确定了风沙危害极为严重的公路区段，提出了合理的风沙防护措施及防沙体系结构。结果表明：该区具有明显的单风向风况，主要盛行ENE和NE风，偶有反向风沙活动，起沙风频率、输沙势、输沙率极高，属于高能-大比率风能环境；受土壤水分、盐分含量影响，地表紧实度差异较大，部分地段为极疏松的沙层，部分地段为紧实的盐壳；S214公路风沙危害防护区段为K4+900~K18+200，设计建造的阻-固-输相结合的机械-植物复合防沙体系，防沙效果明显，保障了道路安全运营。这一强风沙、高盐区公路防沙体系建设模式可为类似环境地区工程防沙提供借鉴。     

青藏铁路典型路段风沙灾害现状与机械防沙效益估算

通过对青藏铁路格尔木—拉萨段沿线风沙灾害的实地调查,发现该路段风沙灾害具有时空分布相对集中,沙源复杂多样,以轻微沙害为主,潜在危害严重的特征。对红梁河、北麓河、沱沱河、扎加藏布和错那湖段等典型路段的沙害进行现场实测,并结合Google Earth影像分析,利用三棱锥柱和趋势模拟的计算方法,估算出重点地段主要防沙设施的积沙量约为1.32×105 m3,为制定更加有效的防沙体系提供科学依据。     

风沙活动强度3种估算指标对比及适用性分析

风沙活动强度是风沙地区交通、能源基地等基础设施建设和运营中科学开展风沙工程防护设计须考虑的重要内容。但在实际工作中尚缺乏操作性强、适用性广的风沙活动强度估算指标。本研究选取风蚀气候侵蚀力、沙丘活化指数和输沙势3种常用指标,基于中国北方风沙区多个具体工程案例,对比分析了3种指标的适宜性及存在问题。结果表明：（1）由于没有考虑工程周边沙源丰富程度的相关影响因素（如植被、戈壁砾石的覆盖度）,3种指标的估算结果均难以准确客观地反映具体工程的实际风沙问题。（2）采用高精度风速风向数据计算的输沙势更能表达干旱地区的风沙活动特征,但在降水较多的区域偏差较大。（3）铁路等线性工程两侧风沙活动强度可能存在差异,相同防沙措施的防护效益存在明显差别,具体工程风沙活动强度的估算应明确其方向性差异。在指导防护体系建设时,需尽可能考虑降水、气温、风速、风向等多种因子,同时结合沙源、地表覆盖度、工程走向等实际情况来分析风沙活动强度差异。研究结果有助于提出一种准确度高、适用性广、可操作性强的风沙活动强度估算指标,为有效开展防沙工程设计提供指导。     

不同坡角公路路基流场的风洞实验

根据内蒙古S315一级公路黑风口路段风沙危害现状,基于风洞模拟实验,采用毕托管测定不同坡角路基模型断面的风速,通过对流场分布、风速廓线及风速减弱率的分析探讨沙漠公路风沙危害的形成机理。结果表明：坡角对路基两侧的积沙范围和风蚀强度有重要影响。风速一定时,坡角越大,路基两侧积沙范围越大,与之对应的防护范围也应加大。路基坡角一定时,路基背风侧积沙范围随风速增大整体可能呈扩大趋势,坡角越大,扩大趋势越不明显,导致大量沙粒堆积在背风坡脚附近,这就需在坡角较大的公路背风侧多设置几道阻沙栅栏和固沙方格来降低风速、防治沙害。风沙流对迎风坡脚和迎风坡肩的风蚀作用最强,在实际应用中,应重点对这两个部位进行工程砌护,以防路基塌陷造成交通事故威胁公路安全运营。     

兰新线玉门段戈壁风沙流地区铁路沙害的治理

兰新铁路通过戈壁地区线路长达1050km,铁路营建后受到戈壁风沙流危害,兰铁玉门段向阳湖、垦场区间长约30公里,危害尤烈。产生的原因是戈壁铁路修建中,破坏地表使蕴藏的沙粒失去掩蔽,成为风沙的来源和加强风沙流活动,并在铁路上形成积沙。经二十多年努力,采取"以林养障(沙障)","林外截沙源,路内消积沙"的防护措施,取得了成效。     

两种典型高等级公路路基断面风沙过程的风洞模拟

高等级公路路基中央构筑物不同，对路基断面风沙输移-堆积过程产生的影响不同。选取两种典型高等级公路路基，对其风沙输移-堆积过程进行了风洞模拟试验。结果表明：当路基模型高度为4 cm（路基模型与实际路基比例为1∶100）时，随着风速增大，防眩板路基背风侧积沙范围增大较为明显；在相同风速条件下，防眩网路基两侧积沙范围较大，对应的工程防护范围也应较大。当路基模型高度为8 cm时，防眩网路基路面积沙较多，背风侧积沙范围较大。路基越高，相应的工程防护范围应设置的较大一些，并加强对路基迎风坡的维护。建议在两种高等级路基背风侧5H（H为路基高度）以外范围增设风沙防护设施，尤其是防眩网路基，防止沙粒堆积被反向气流携带上路，影响交通安全。防眩板路基背风坡沙物质积累较多，为了防止背风坡积沙变成二次沙源危害道路行车安全，防眩板路基背风侧也需重点防护。在主风向单一的沙漠地区，高等级公路路基中央隔离带的防眩设施宜选择防眩板。     

昆仑山北麓地貌过程对风沙危害形成的影响

昆仑山北麓地跨昆仑-阿尔金山与塔里木盆地两大地貌单元,毗邻塔克拉玛干沙漠,区内沙源物质丰富,东北风与西北风盛行,风沙活动强烈,沙漠化程度达0.62,是目前我国风沙危害最严重的区域.地貌过程与风沙危害发生的关系,主要表现为风沙地貌过程加强引起风沙危害发生,流水地貌过程减弱使风沙危害加重,人工地貌过程对风沙危害有加强与减弱两方面的作用.区内风沙危害严重与地貌结构,沙漠、砾漠(戈壁)和雅丹面积占73.5%,风沙地貌面积大,沙源物质丰富;气候干旱少雨,荒漠区植被稀疏,风力强劲,风蚀风积强烈;河流稀少,流水地貌过程弱;水资源不足且分布不均,绿洲面积仅占13.49%,绿洲区人工地貌过程对荒漠环境扰动破坏大等有关.针对地貌及其过程对风沙危害的影响及发展趋势,提出了6条防治地貌过程加剧引起风沙危害的措施.     

莫高窟窟顶戈壁防护带阻截和输导功能研究

多风信条件下, 沙砾质戈壁与鸣沙山进行着往复式的能量交换及物质运动。部分沙物质在砾石的保护下, 形成阻沙。部分沙物质在跃移沙粒的激化下形成戈壁风沙流并对洞窟产生危害。戈壁风沙流是造成沙砾质戈壁从稳定向不稳定状态演化的主要动力因素; 而上风向沙源的供给状况又是决定砾石床面阻沙和导沙的主要因素。基于此, 戈壁防护带应首先控制来自鸣沙山的沙源, 采取以阻断或减少外来沙源, 通过固定和覆盖沙砾质戈壁地表以及增加下垫面粗糙度等, 来造成一种既利于沙子堆积的条件, 又能促进形成天然戈壁输沙场, 从而为偏东风反向搬运创造一个适宜场。因此, 如何因势利导, 使窟顶流场与风沙地貌达到一种动力平衡, 是莫高窟综合防护体系成功与否的关键之一。这与以往单风向或双风向条件下所探讨的防护体系效应有着本质的区别。     

哈罗铁路沿线沉积物粒度特征

哈罗铁路开通对沿线资源的开发具有重要意义,然而自开通以来饱受风沙危害。对铁路沿线及防沙体系内沉积物粒度特征参数进行了对比分析,以期为该线风沙危害的科学防治提供有益参考。结果表明：（1）铁路沿线沉积物组成以中细沙为主,灌丛沙地分选性中等至很差,偏度以近对称为主,峰度中等至很窄;戈壁区沉积物整体分选性较差,偏度以极正偏为主,峰度以很窄为主;（2）灌丛沙地粒径频率曲线呈单峰态分布,而戈壁粒径频率曲线呈双峰或三峰态分布;哈密盆地区戈壁沉积物粒径垂直分布特征表现为上粗下细;（3）铁路沿线形成沙害的主要原因是就地起沙,防护体系内的积沙已成为危害铁路的二次沙源。     

戈壁地区风沙活动对公路影响的初步研究

安西至嘉峪关一级公路建于河西走廊西部的戈壁地区.为了预测和防止公路建成后风沙活动对公路本身以及对行车安全带来的危害,基于野外调查、风况资料的整理分析和实地风沙观测,对公路沿线的风沙危害程度进行了评价.研究结果表明:①研究区绝大部分区域地貌为沙砾质戈壁,在戈壁面保持稳定的情况下不易起沙,而已退化的灌丛沙堆是造成公路风沙危...     

几种典型戈壁床面风沙流特性比较

通过不同材料覆盖的戈壁床面风沙流特性风洞模拟实验,发现对于棱角状砾石戈壁床面,地表动力学粗糙度随风速的增加而增加;而卵石床面,地表动力学粗糙度随风速的增加呈减小趋势。戈壁床面风速随高度的分布同样满足对数规律,棱角状砾石床面对风速的减弱程度相对于卵石床面更趋于显著。沙粒与戈壁床面棱角状砾石发生碰撞时其起跳高度增大,引起含沙量随高度分布不再满足流沙地表的指数衰减规律,而呈“象鼻效应”,出现拐点。戈壁地表输沙率与风速服从幂函数关系,但其幂指数远大于流沙地表。输沙率与风速之间幂函数关系中幂指数的取值主要受控于地表粒度组成。     

不同下垫面对风沙流特性影响的风洞模拟研究

通过对戈壁、草方格和流沙地表风沙流特性的风洞模拟实验,探讨不同性质下垫面对风沙流结构和风沙活动层风速廓线的影响,从而为野外工程防沙的优化设计及其应用提供理论依据。实验结果表明：戈壁地表风沙活动层主要集中在距地表20cm高度范围内;由于沙颗粒与戈壁地表的砾石发生碰撞．输沙率随高度的分布不再简单的遵循对数关系,其极值出现的高度随风速的增加而上移。由于草方格构成的下垫面复杂多变,其对风沙流结构与风沙活动层风速廓线的影响很难确定。但对于特定的下垫面,在不同风速下．同一高度层含沙量具有很大的相关性。     

沙坡头铁路防护体系阻沙效益风洞实验研究

利用野外风洞,对沙坡头铁路风沙防护体系各组成要素的阻沙率和流沙的输沙率进行了模拟实验研究.在同一风速下,分别测定了野外、风洞同一项目对应的风速梯度,确定了风洞实验数据与野外实测数据的转换系数,实现了数据转换.在此基础上,分析了防护体系各要素阻沙效益.以输沙率、阻沙率概念为基础,确立了风沙防护体系宽度计算公式.根据风洞实验转换数据,计算了不同风速下的防护宽度.研究结果对于我国荒漠区铁路、公路风沙防护体系的设计,具有一定的借鉴意义.     

中国沙区公路风沙危害及防治研究进展

本文聚焦公路风沙问题,回顾了中国沙区公路的发展历程、现状与特点,围绕公路沿线风动力环境、沙害特征、致灾机理、风沙防治措施、防护体系结构组成和防护效益等,系统总结了中国沙区公路风沙防治取得的成果以及存在的问题。针对公路沿线流沙和戈壁地表以及区域自然特征的差异,兼顾风沙防治、绿色廊道建植与景观功效,确保沙区公路防护体系持续稳定和效能发挥,系统梳理了中国沙区公路3种典型风沙防治模式。基于中国公路网络骨架体系日益完善的切实需求和沙区公路安全运营面临的挑战,侧重加强高速公路风沙防治工程技术的提升,提出了中国沙区公路未来的研究重点和发展趋势。     

塔里木沙漠公路沿线机械防沙体系效益分析

野外实测和室内风洞实验的数据分析表明,塔里木沙漠公路沿线高立式沙障和半隐蔽式沙障发挥了较大的防沙效益,平沙地上高立式沙障的防护距离在18H左右。3种高立式沙障防沙效益各不相同,以芦苇栅栏最佳,抗紫外线尼龙网栏次之,白尼龙网栏最差。随设置路段、地貌部位、风沙活动强度不同,各种高立式沙障使用年限有差异。沙漠腹地半隐蔽式沙障的掩埋速度为2.0~14.4m·a^-1左右,并随时间推移有一个加速的过程。     

塔克拉玛干沙漠沙垄区公路防护带内风场特征研究

塔克拉玛干沙漠公路是世界上穿越流沙区最长的公路,公路两侧防沙治沙工程体系是公路正常运行的关键因素。以塔克拉玛干沙漠沙垄区的公路防护林带为研究对象,结合野外地形测量、防护工程调查以及风沙数据观测,分析沙垄不同地貌部位防护林带内气流特征,揭示防护林带内风场变化规律,探讨不同地貌部位防护林带的防护效果。主要结论是:①垂直于公路的防护林带断面风场存在3个区(防护林带前部风速迅速降低区、防护林带中部风速低值区、防护林带工程后部风速恢复区),气流穿过公路路面时风速呈增大趋势,利于公路防护;②现有防护林带具有较好的防护效果,相对于防护林带上风向流沙区的风速,防护林带中部风速降低幅度在80%以上,多数断面在林带前缘10H后（H为植株平均高度）风速降低至最小;③沙垄不同地貌部位的工程防护效益存在显著差异,迎风坡底部防护效果最好,迎风坡中部防护最差。其研究结果可为塔克拉玛干沙漠公路防沙治沙工程体系优化提供科学依据。     

新疆S214省道防沙体系对近地表风沙流的影响

对新疆S214省道台特玛湖干涸湖盆段防沙体系内外的风沙流输沙和风速进行了同步观测,数据分析表明：观测时防沙体系中阻固沙带已拦截了大量风沙,虽近地表风速被削弱程度不大,但风沙流输沙的43.26%仍可被防沙体系所拦截和固定,而剩余部分则可借助路侧输沙带的较大风力输移到公路下风侧,且不产生路面沙害,表明阻-固-输结合型防沙体系非常适宜单风向强风沙环境。S214省道防沙实践可为其他强风沙环境公路防沙提供重要借鉴经验。     

戈壁砾石覆盖度与风蚀强度关系实验研究

戈壁表面的砾石覆盖度对风沙物质的运移有不可忽略的影响,在极端干旱区砾石覆盖是防沙治沙的重要手段。通过风洞实验模拟了阿拉善戈壁区砾石覆盖度与风蚀强度的关系。结果表明,当因地表风化作用等产生的松散颗粒物被吹蚀后,不同地点、不同样品之间风蚀强度有明显的差异,因而砾石覆盖度与风蚀强度之间的相关关系并不显著;但数据标准化后则表明,当砾石覆盖度在40%以下时,随砾石覆盖度的增加风蚀强度也有所增大。戈壁地区的风沙运动中,在砾石覆盖度小于40%条件下,不同风速下风蚀强度的变异系数是不同砾石覆盖度下的风蚀强度的变异系数的2倍左右。在极端干旱的戈壁区,影响风蚀强度的因素十分复杂,砾石覆盖度增大不仅不能控制风蚀现象的发生,反而增强气流对地表的风蚀能力,这一因素可能是阿拉善高原戈壁区成为中亚强沙尘暴主要源地的重要原因之一。     

临哈铁路典型防沙工程区阻风效率与积沙量特征

为掌握临哈铁路沿线风沙防护措施的防护效果,优化布设方案,选择临哈铁路K217、K585、K745及其支线天策线K16典型防沙工程区,采用样带同步观测法和测钎法,测定了每个区域的阻风效率和积沙量特征。结果表明：由铁路外侧向内侧,防沙工程对风的抑制效应逐渐增强。1.5 m高沙障积沙带、2.5 m深路堑、10 m和16 m高路堤导致风速增减的幅度分别为114%—69%、44%、160%—24%和190%—75%。网格防护区比阻沙栅栏防护区在1 m高度处的平均抑风效应更强,网格的高度和边长越大,其抑风效应越强。在严重沙害路段,大部分沙粒堆积在迎风侧中部的0.5 m网格内,在轻微沙害路段1.5 m阻沙栅栏处积沙量最大。因此建议在沙障配置中,中等和严重沙害路段以0.5 m高防沙网格为主,特别是在上风向沙源丰富的戈壁地区;在轻微沙害路段以多道1.5 m阻沙栅栏为主,网格措施为辅。