青藏铁路沙害及其防治研究进展

青藏铁路是中国乃至世界上海拔最高、穿越沙漠冻土的高原铁路。建成以来风沙危害日趋严重,成为危及铁路安全运营的一大隐患,因此,沿线的风沙防治一直备受关注。由于青藏高原风力强劲,沙物质丰富加上人类活动的影响,铁路沙害呈现出分布相对集中,冻融与风力、水力复合侵蚀,不断发展并持续累积,风沙活动稳定性差等特点。沙害分为路基风蚀、道床积沙、磨蚀等类型。累计有轻度、中度、严重沙害路段440 km,主要分布在锡铁山、伏沙梁、红梁河、秀水河-北麓河、沱沱河、通天河、扎加藏布、错那湖等8个路段。目前铁路沙害防治以机械措施为主,在设置初期有一定的防沙效果,但随着时间的推移,最终会被积沙埋没而失效。因此,青藏铁路防沙应以生物措施（恢复植被）为主,机械措施为辅。     

青藏铁路错那湖段沙害防治措施研究

通过分析青藏铁路错那湖段气候特征、地质地貌、植被、沙丘分布及特征的基础上,分析了该地段铁路沙害的类型与成因,并对近年来在青藏铁路错那湖段采用的固沙和阻沙工程防沙措施进行了评价。从工程性价比、风沙流成因和防护效果的综合角度出发,提出了采用尼龙网沙障、混凝土沙障、活动板挡沙栅栏、截沙沟等阻沙措施和卵（碎）石覆盖沙面、覆膜沙袋沙障等固沙措施以及植物措施相结合防沙措施的建议,这种防沙体系的结构配置对该地段铁路沙害防治具有重要的指导意义,对青藏高原其他地区的铁路、公路防沙也有一定的借鉴意义。     

青藏铁路格拉段典型沙害路段风沙地貌专题图编制

随着青藏铁路全线开通,风沙危害已成为影响铁路安全运营的主要环境问题之一。铁路沿线风沙危害路段主要集中在措那湖、沱沱河、北麓河等地。基于高分辨率卫星遥感影像QuickBird数据,通过野外实地勘察,同时参考Google Earth影像和DEM数据,绘制了3个典型沙害路段的风沙地貌专题图,地貌图比例尺为1:50000,采用二级分类系统,一级类为6个,共包含18个二级类。由于青藏铁路地处西风带中部急流区,风力强劲;铁路沿线生态环境脆弱、地表类型复杂,冻融和风蚀时空交错,地表沙物质丰富,风沙活动强烈而频繁,铁路沙害正呈现出迅速增长的态势。鉴于此,很有必要绘制青藏铁路沿线风沙灾害现状及防治措施布局的专题地图,为科学合理地制定青藏铁路沿线风沙危害综合防护体系提供依据。     

青藏铁路格拉段风沙危害及其防治

青藏铁路地处高寒低压环境,地表风沙危害形成过程与干旱、半干旱沙漠和戈壁地区有较大差异。青藏铁路沿线多大风、风力强劲、风向相对单一,主导风向以西风为主;各站点年输沙势DP均高于400 VU,属于高风能环境,合成输沙方向间于85.8°~89.8°;"风旱同季",风水复合侵蚀和冻融作用时空交错,地表抗蚀能力差,从而加剧了铁路沿线风沙活动强度。通过对青藏铁路沿线风沙灾害特点、风动力环境、工程防沙措施及其防护机理等分析,提出了青藏铁路沿线风沙危害防治原则和防护体系:应逐步建立以阻沙栅栏、砾石方格、化学固沙、植被恢复相结合的综合防治体系。     

青藏铁路察尔汗盐湖段风沙活动特征

研究青藏铁路沿线的风沙活动特征,可以为认识高原铁路风沙危害的形成机理、建立完善有效的护路防沙体系提供参考。在实地考察风沙地貌的基础上,架设测风塔获取风况信息,采集了沙丘表层沉积物样品,对铁路沿线察尔汗盐湖段的风动力条件、沙丘沉积物粒度特征和沙丘形态特征进行了分析。结果表明：（1）研究区域年平均风速为3.7 m·s^-1,风速最大值出现在春季。起沙风以WNW方向为主,属于中风能环境,低风向变率,宽单峰型风况。合成输沙方向（298.14°）与铁路走向（208.86°）垂直相交。稳定的西北风、风沙流与铁路线路走向垂直的风况特征是青藏铁路沙害形成的动力条件。（2）沉积物以中沙、细沙为主,但细沙组分占优;分选性较好,粒径分布表现出与铁路线越近、颗粒越粗的规律。粒径0.063~0.04 mm的沙粒为青藏铁路风沙危害提供了物质条件。（3）铁路线两侧沙丘分布特征及变化指示该路段风沙活动强烈,现有防沙体系退化严重,风沙危害日益突出。     

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。     

敦煌-格尔木铁路沿线风动力环境特征

敦煌-格尔木铁路沿线地形复杂、起沙因素多变、沙源丰富,沙害问题日益严重。目前对其风沙活动规律还未有研究,不利于防沙工作的开展。为此,通过对自北向南的5个观测点（S1、S2、S3、S4、S5）风速和风向的观测、计算和分析,利用平均风速、起沙风况及输沙势对敦格铁路沿线的风动力环境特征进行研究。结果表明：S5、S4和S3的风况对铁路风沙灾害防治意义较大。S5年平均风速、起沙风频率和输沙势最大,春季风沙活动最为强烈,且风向单一、风力强劲,风沙运动方向基本与铁路垂直,沙粒易在铁路附近堆积。S4夏季风沙活动最为强烈;S3春季风沙活动最为强烈,且风向单一,S4和S3的风沙运动方向与铁路夹角小于90°,附近沙源广阔,铁路易受风沙侵蚀,阻碍交通运营。     

极端干旱地区清绿线K170段铁路沙害机械措施治理

清绿线Ｋ１７０段铁路地处极端干旱区，植物固沙难度大，铁路沙害的治理宜采用机械措施综合防治体系。２年的防护效益观测证实，用草方格沙障固沙，２０ｃｍ高度风速可比流沙区降低７６．３％，层内输沙率仅为流沙区的０．２８％；用砾石覆盖措施固沙，相应防护效果依次为１９．０９％和０．９１％；各防护措施下的风沙流特征值Ｑ６～２０／Ｑ０～６，都达到了＞１的有效防护指标。     

敦煌-格尔木铁路沿线荒漠灌丛风动力环境与沉积物粒度特征北大核心CSCD

敦煌-格尔木铁路穿越西北干旱荒漠区,地表裸露、沙源丰富、风沙活动强烈。通过野外风沙定位监测和地表沉积物粒度特征分析,揭示了铁路沿线灌丛路段风动力环境和地表沉积物特征。结果表明:研究区年均风速和起沙风频率分别为2.13 m·s^(-1)和3.91%,年输沙势19.89 VU,属低风能环境,年际变率小,季节变化明显,冬季输沙势最高。主导风向相对单一,以南风和西风为主,且随季节变化差异显著。灌丛地表细颗粒占绝对优势,<250μm细颗粒含量超过85%,并以<63μm粉沙为主;无植被覆盖路基边坡<250μm细颗粒含量60%~80%,>500μm粗颗粒含量高达22%。灌丛沉积物平均粒径43.85μm、偏度0.29、峰度1.41、分选系数2.06,边坡处对应值分别为117.18μm、0.16、1.00、2.09,两地沉积物分选较差,灌丛沉积物更细且粒径分布更集中,说明灌丛保护下地表物质较为稳定,细颗粒被较好地保存。     

酒额铁路酒泉至东风段典型沙害区段风沙环境特征

酒额铁路(酒泉至额济纳旗铁路)酒泉至东风段沿线冲洪积戈壁广布,沙源丰富,风沙危害严重。为实现铁路风沙危害的精准防治,对酒额铁路酒泉至东风段沿线风沙环境进行了监测分析。结果表明：(1)酒额铁路酒泉至东风段以戈壁风沙路基为主,起沙风向以NW、W、NNW和WNW为主,存在偏东风起沙风向(ENE、E和NE),年起沙风频率5.58%～18.44%;(2)沿线输沙势31.4～176.2VU,均为低风能环境、中比率风况。从金塔至额济纳旗方向输沙势依次增大,且输沙势集中于春季;(3)根据2021年8月至2022年5月一个风季的观测,酒额铁路酒泉至东风段沿线输沙量1.3～3.5 m³·m^-1。根据铁路走向,主害风输沙量(偏西风)0.9～2.4 m³·m^-1,次害风输沙量(偏东风)0.5～1.5 m³·m^-1。     

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。     

青藏铁路沿线不同类型挡沙墙阻沙率

基于风洞试验对青藏铁路沿线不同类型防沙措施防沙效果进行模拟研究,探讨了不同类型挡沙墙的防沙效果。结果表明：挂板式、轨枕式和箱式挡沙墙输沙率随高度基本呈递增缓变型趋势,最大输沙率低于20%;铃铛式和高立式聚乙烯（PE）网挡沙墙随高度呈递减陡降型趋势,距地表6~8 cm处为转折点,转折点以上输沙率随高度增大急剧减小,转折点以下输沙率随高度变化较为平缓,最大输沙率低于50%。随着风速的增大,各挡沙墙的阻沙率呈递减趋势：挂板式和轨枕式挡沙墙对风速的敏感性最弱,整体阻沙效果较优,可大范围推广;箱式挡沙墙对风速的敏感性较弱,建议在风速18 m·s^-1以下的地区使用;PE网挡沙墙防沙效果对风速的敏感性最强,建议在风速10 m·s^-1以下的地区使用。     

Characteristics of sand damages and dynamic environment along the Tuotuohe section of the Qinghai-Tibet Railway

Sand damages along the Qinghai-Tibet Railway occur frequently and have spread rapidly since it was completely opened to traffic in 2006. The goal of this study was to understand the effects of sand damages on the railway via meteorological data and in situ observation of wind-blown sand. We selected the Tuotuohe section of this railway as a typical research object, and we systematically investigated its characteristics of sand damages, drift potential, sand-driving wind rose, and their time variation. The direction of sand-drifting wind clearly varies with the season. In winter, the predominant wind blows from the west and lasts for three months, while in summer the frequency of northeasterly wind begins to increase and multi-directional winds also occurs in July. The drift potential in this area is 705.81 VU, which makes this a high-energy wind environment according to Fryberger’s definition. The directional variability (RDP/DP) is 0.84 and the resultant drift potential is 590.42 VU with a resultant direction of 89.1°.     

青藏铁路格尔木-拉萨段风成沙物源及其粒度特征

青藏铁路格尔木-拉萨段沿线地表松散沉积物广泛分布,为风沙活动的产生提供了丰富的物质来源。地表松散沉积物按成因分为现代风成沙,河流冲积物,古风成沙和洪积、湖积沉积物。粒度分析结果显示,格-拉段沿线风沙物质（沙丘沙、防沙体系积沙）样品（56个）平均粒径变化于1.29～3.25 Φ之间,均值2.36 Φ（0.19 mm）。平均粒径在2～3 Φ（0.25～0.125 mm）之间的样品占总数的78.57%。粒度组成以细沙为主（65.20%）,其次是中沙（20.53%）,0.5～0.1 mm范围重量百分比在49.44%～99.67%之间,平均为85.98%。在所有样品中,细沙和中沙合计在90%以上者占样品总数的55.36%。极细沙平均含量为7.99%,粗沙平均含量为5.50%。样品整体分选程度较好,标准偏差σ1在0.3～1.26之间,平均为0.58。偏度变化在-0.41到 0.36之间,样品中以正态分布为主,占53.57%;正偏者占12.50%;负偏者占19.64%;极负偏和极正偏各占7.14%。KG值变化于0.56～1.24,平均为1.00,为中等峰态。KG值在0.90～1.11之间者占71.43%。粒度分析表明,不同来源沙物质粒度特征有明显的差别,能很好地反映其形成过程和环境特征。     

青藏铁路北麓河路段风沙防护体系阻沙效益

在分析青藏铁路北麓河路段风沙灾害现状和风沙环境的基础上,将三维激光扫描技术应用于风沙工程防护体系的效益评价中,利用Leica C10三维激光扫描仪精确测量青藏铁路两侧典型防沙措施及防护体系积沙形态特征和风沙堆积量,评估防护效益。百叶窗条形阻沙栅栏单宽积沙体积最大,为18.31 m³,其次为不通风条形阻沙栅栏,单宽积沙体积为13.66 m³。阻沙栅栏最大防护距离为12 H,即上风向-3~0 H范围和下风向0~9 H范围内,双排结构的阻沙栅栏无论积沙范围或积沙量均较单排结构阻沙栅栏好。在栅栏上风向,沙粒自距栅栏5 m处开始沉降堆积,越靠近栅栏,积沙厚度越大。在阻沙栅栏的下风向,单排结构阻沙栅栏积沙范围为15 m,双排结构阻沙栅栏积沙范围可达20 m。     

敦煌-格尔木铁路高大沙丘区的风沙环境特征及风沙危害综合防护体系

新建敦煌-格尔木铁路途经库姆塔格沙漠东部的沙山沟,沟内沙源非常丰富,高大沙丘广布,其风沙危害对铁路造成了严重威胁。本研究选择党河上游流动沙丘和黑山嘴流动沙丘两个具有代表性的高大沙丘区域,系统调查与观测了该区域高大沙丘土壤水分、植被、风沙环境和风沙危害,在掌握和分析两试验区环境特征的基础上,在党河上游流动沙丘区建立以工程措施为主的风沙防治试验示范区,在黑山嘴流动沙丘区建立工程与生物相结合的风沙防治试验示范区。研究旨在取得敦煌-格尔木铁路途经高大沙丘区风沙防护的相关工程经验,合理确定风沙防治措施,为铁路通过该区的风沙防护提供了理论依据和实践参考,对保证敦煌-格尔木铁路安全畅通运营具有重要意义。     

青藏铁路错那湖段风沙活动强度特征分析

输沙势和输沙量是反映风沙活动强度的两个重要指标。 利用青藏高原错那湖2009年7月-2010年6月的风速资料,统计并计算起沙风频次和输沙势。分析结果表明,起沙风的月际变化比较明显,10月至翌年4月风向单一,以西风为主,约占全年起沙风的65%以上。从10月到翌年4月输沙势值较高,合成输沙方向以西风为主,方向变率指数在0.9以上,属于高比率。5月到9月输沙势值处于年内低峰,风向比较分散,方向变率指数由5月的0.61降到9月的0.36,属于中比率。年输沙势为491.12 VU,属于高能环境（≥400 VU）。年合成输沙势为445.44 VU,年方向变率为0.91,属于高比率,合成输沙方向为262.54°。对8个方位月输沙量分析显示,月输沙量变化在10.5 kg（7月）～119.7 kg（11月）之间,各月输沙量随输沙势和平均风速的增加而增加,其转化关系可以用近似幂函数和线性函数表达。