敦煌莫高窟风沙危害综合防护体系设计研究

风沙危害是敦煌莫高窟保护面临的主要环境问题之一,建立一个完整的防护体系是解决这一问题的有效途径。在对20世纪80年代以来建立的防沙治沙试验工程防护效应分析研究的基础上,对敦煌莫高窟风沙危害综合防护体系设计进行了讨论。根据因地制宜,因害设防;以固为主,固、阻、输、导相结合;以工程和生物措施为主,兼顾化学固沙;高新技术与常规治理技术相结合;重点治理,分阶段实施与长远目标相结合的设计原则,认为根据不同地貌特征及地表组成物质,依次建立鸣沙山前缘流动沙丘和平坦沙地阻固区、窟顶戈壁防护区、洞体崖面固结区、石窟对面流动沙丘固定区、窟区防护林带建设区及天然植被封育保护区,可使危害莫高窟的风沙灾害得到有效控制,并达到莫高窟作为世界文化遗产和全国重点文物保护单位对环境质量的要求。     

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。     

复杂风况条件下戈壁输沙量变化规律的研究

 戈壁输沙量与输沙势的定量关系一直是风沙地貌及风沙工程的关键科学问题之一。对莫高窟顶戈壁输沙量的长期监测（2008年5月至2009年4月）结果表明,窟顶戈壁输沙势为129VU,窟顶北侧的总输沙量约905 kg·m-1左右。其中,偏东风输沙量达500 kg·m-1,偏西风输沙量达320 kg·m-1。当风速大于11 m·s-1时,戈壁风沙发生长距离的输送,偏西风可将265 kg·m-1的沙量输送到窟区,偏东风可将410 kg·m-1的沙量吹回到鸣沙山。根据本区偏东风强盛,且偏东风戈壁输沙量大于偏西风输沙量的特点,提出了以固为主,输导结合的莫高窟风沙防治的主导思路。认为在窟顶构建一个既能阻截沙物质,又能对阻截的沙物质进行输导的人工戈壁床面是完全可行的。     

Blowing Sand Problem in the District of the Mokao Grottoes in Dunhua

敦煌莫高窟是全国重点文物保护单位,并列入世界文化遗产清单。长期以来,这里受风沙侵害,并已危肋到洞窟的安全。过去的半个世纪里,虽然采取了一系列的防护措施,但因防护位置不当,事倍功半,根据风沙运动规律和风沙危害方式,评估了已以建立的防沙工程的效果,强调了防止吹沙和保护莫高窟的“六带一体”防沙体系的必要性和持久性。据此方案,阻沙带应建立在窟顶大沙山前缘作为前壁,窟顶戈壁作为输沙带,窟体作为固沙带。     

论敦煌莫高窟的若干风沙问题

本文根据莫高窟风沙活动规律和风沙危害方式对以往的防沙工程进行了评述,提出了治沙的必要性和长久性,建议在窟顶沙山前沿应采取以阻沙为先导,以窟柄戈壁输沙及崖体固沙为两翼“六带一体”的防护体系。     

Blowing Sand Problem in the District of the Mokao Grottoes in Dunhuang

敦煌莫高窟是全国重点文物保护单位,并列入世界文化遗产清单。长期以来,这里受风沙侵害,并已危胁到洞窟的安全。过去的半个世纪里,虽然采取了一系列的防护措施,但因防护位置不当,事倍功半。根据风沙运动规律和风沙危害方式,评估了已经建立的防沙工程的效果,强调了防止吹沙和保护莫高窟的“六带一体”防沙体系的必要性和持久性。据此方案,阻沙带应建立在窟顶大沙山前缘作为前壁,窟顶戈壁作为输沙带,窟体作为固沙带     

敦煌莫高窟顶几种典型床面蚀积量变化过程的初步观测

通过对莫高窟窟顶自然和人工床面的风蚀、输导及堆积沙量变化的野外监测,初步观测结果表明：在偏西风作用下,自然状况下的戈壁床面阻截了来自鸣沙山40％的沙量,其余60%的沙量进入窟区;而偏东风又可将偏西风、偏南风作用下沉积于窟顶90％的沙量吹回到鸣沙山边缘。床面阻、输性质与沙源供给状况密切相关。沙源丰富时,风沙流以较饱和形式输送,易形成输沙床面性质;沙源匮乏时,风沙流多以不饱和形式输送,形成阻沙-输沙床面性质。砾石直径较大（＞4 cm）的床面主要呈现堆积性质,对偏西的风沙流阻滞功效比较明显,每100 m阻沙率可达45％;偏东风作用下,每100 m阻沙率可达19％; 而砾石直径较小（1 cm）的床面,主要以风沙输沙功能为主,是一个非堆积搬运床面。     

莫高窟顶戈壁偏东风作用下输沙率变化的观测研究

通过一次沙尘暴天气过程对莫高窟顶不同观测点戈壁风沙流结构和输沙率的时空变化特征进行了系统同步观测。观测表明,偏东风条件下,当风速为10 m·s-1时,水平观测方向上存在一个各点输沙率平衡的阶段,即崖顶戈壁至鸣沙山边缘戈壁各观测点的输沙率相当;当风速大于10 m·s-1时,戈壁地表以风蚀搬运作用为主,出现了戈壁向鸣沙山的长距离风沙搬运;当风速小于10 m·s-1时,戈壁沙物质的长距离搬运作用不明显。不同风况及沙源条件下,风沙流结构和输沙特征会发生显著变化。借鉴Lattau输沙率方程,运用风速和输沙率推算各观测点输沙率的时空变化,计算结果表明,在风速为10 m·s-1左右时,窟顶戈壁带的输送效率约为60%。     

华南沿海风沙危害防护体系及其效益分析

海岸风沙危害防治是一项涉及海洋工程、风沙地貌和空气动力等多学科交叉的难题。由于风水两相耦合作用,海岸风沙活动较内陆沙漠地区有其独特的地域环境特征,加之潮汐作用、海浪的冲刷和台风的严重威胁,以及海水对防沙材料的浸蚀作用,使海岸风沙危害防治与实践更加复杂和困难。根据海岸风沙活动规律及潮汐作用特点,借鉴包兰铁路沙坡头段风沙危害防治体系的经验,提出了以阻为主、阻固结合、以工程措施为先导、最终以生物措施替代工程措施的综合防治思路,建立海岸风沙危害综合防护体系,并对其防护效益进行了分析。     

莫高窟为何建在断崖之上?

令全世界瞩目的艺术宝库———敦煌莫高窟何以建在中国西北戈壁荒漠的一处断崖上呢？最近 ,中国有关专家从历史地理、社会经济的角度令人信服地揭示了莫高窟营建之谜。据称 ,围绕莫高窟的开凿、选址 ,流传最广的是一乐姓和尚在此看见千佛闪耀 ,由此凿下第一窟。而西北民族学院从事历史地理研究的副教授胡孝宏说 :“莫高窟的开凿、修建绝非偶然 ,充分体现了古代先民的聪明、智慧。”他介绍说 ,敦煌地处荒漠戈壁腹地 ,为使洞窟免遭风沙侵蚀 ,古人将莫高窟选择修建在鸣沙山砂砾岩上 ,坐西朝东 ,与东面的三危山隔河相望。呈蜂窝状排列的洞窟最高…     

塔里木沙漠公路风沙危害分异规律的研究

从塔里木沙漠公路风沙危害的影响因素入手,分析了公路沙害水平分异和垂直分异的原因,并给出相应的分异规律。公路沙害的水平分异是在不同风沙地貌背景上不同的风力及组合综合作用的结果,同时受人为因素对防沙体系设置的影响;公路沙害的垂直分异通过不同地貌部位体现出来,它是由地形地貌对风动力、有效沙物质量、公路断面形式和防沙体系防护作用等因素的分异作用来实现的。     

莫高窟窟顶风况及输沙势研究

以1998—2001年莫高窟窟顶自动气象观测站记录的风资料为基础,通过对风况的统计和输沙势的计算,从风沙环境特征阐明了研究区主要受西北、东北和偏南三组风向共同作用。三组风况出现频率明显不同,其输沙势有一定差异。研究区风向变率指数较小,风况复杂,属于中风能环境。通过对风况的分析及输沙势的理论计算,以期对莫高窟的风沙危害防治提供科学理论依据。最后通过对莫高窟2001年输沙势（量）的对比计算,指出了现有输沙势公式存在的局限与不足。     

用拱棚法对极干旱区沙地水分来源的定性分析

在潜水埋深超过200 m的敦煌莫高窟极干旱沙漠区,用拱棚法和微型空气湿度监测仪对流沙水分的时空分布格局进行监测,并对水分的来源进行分析。拱棚膜面凝结水分的持续抽取表明,在典型干旱气候条件下,有源源不断的沙地水分蒸发,其中1.25 g·m-2·d-1的水分在膜面凝结。沙地水分的时空动态分布格局表明,存在水分向上运移的温湿度条件。由此判定,除降水之外地下潜水蒸发是沙地水分最基础的来源。实验表明,干沙层虽然对沙地水分蒸发具有极强的抑制作用,但在升温过程中仍存在水分蒸发;在降温过程不但可从下层流沙吸收大量的水分,而且可吸收大气水分。沙地的蒸发量大于来自大气的吸湿量,总有少量的水分流失。沙地水分潜水来源的确定,不但对沙漠化的治理提供了新思路,而且对莫高窟文物的保护具有十分重要的意义。     

金字塔沙丘粒度变化及表面过程的初步研究

莫高窟顶金字塔沙丘粒径集中分布在2.44～2.94 Φ,属细砂。标准差介于0.24～0.65之间,偏度在0.03～0.31,属于正偏级。峰度在0.78～1.72,介于宽峰态至尖峰态。沙粒粒径级配是风况、地貌与沙物质相互均衡作用的结果。金字塔沙丘存在着沙臂顶部沙最细或最粗两种粒度模式。金字塔沙丘沙丘主臂(WNW—ESE)属于在双向风环境作用下,类似于横向沙丘粒度变化模式,两坡下部以风蚀为主,丘顶附近以堆积过程为主,导致沙臂两坡粒径与分选性由下而上变细与变好。频率高、风速不大的局地气流,可将大量细沙物质搬运到金字塔沙丘主臂,造成丘底到丘顶的粒度变化不大。副臂(SW)受较强NW风力作用,具有横向及纵向沙丘粒度变化模式,整个坡面处于风蚀状态,沙臂顶部风蚀最为强烈,导致从底部到顶部的粒度逐渐由细变粗。     

Overall efficiency of a V-shaped nylon net fence in preventing sand damage to the Mogao Grottoes

A V-shaped nylon net fence installed in 1990 on top of the Mogao Grottoes is shown to be effectively resisting aeolian sand damage to the grottoes. The structure guides and causes deposition of sand from westerly wind (the primary hard wind), but to some extent hinders the inverse function of easterly wind carrying sand away from the grottoes toward Mount Mingsha. The gobi side by the fence experiences higher wind speed, so that on which are easily formed undercutting pits, and the deposited sands on it generally form double-peak structures due to abundant sand sources. If the earth surface characteristics in gobi areas by both sides of the fence are quite varied, the erosion and deposition features of the accumulating sand section are similar in different seasons; however, if the earth surface characteristics are similar, the features become irregular in different seasons. Sand depositions with long slope feet are formed along the south and north sides of V-shaped nylon net fence. Disrupted by strong westerly wind and northwesterly wind, sand accumulations by north of the fence are in form of single peaks. Although the operation duration of the V-shaped nylon net fence has exceeded its design life (10 years), our observations indicate that it is still effective in reducing wind-driven sand damages to the Mogao Grottoes, so it should not be withdrawn.