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。     

聚乳酸（PLA）沙障凹曲面及沉积物粒度特征研究

在乌兰布和沙漠平坦沙地布设1 m×1 m 、1.5 m×1.5 m和2 m×2 m规格的聚乳酸(PLA)沙袋格状沙障,在风季后利用插钎法和激光衍射法分别测量障格内部凹曲面形态、测定表面0~3 cm沉积物粒度组成,分析不同规格沙障内部凹曲面形态特征、蚀积效应,计算平均粒径、标准偏差等粒度参数。结果表明：3种规格PLA沙障内部均能发育成稳定凹曲面,凹曲面深度随着规格的增大而逐渐增加,蚀积系数则逐渐减小,保持在1/12~1/10之间;障格内不同方位蚀积剖面曲线基本符合二次函数,但蚀积强度差异较大;1 m×1 m和1.5 m×1.5 m规格沙障处于堆积状态,堆积强度分别是侵蚀强度的50.1倍和5.6倍,易发生沙埋;2 m×2 m 规格障内单位体积蚀积量为0.02 g·cm^-3,接近蚀积平衡状态,有利于长期发挥沙障防护效益;各规格障内沉积物均以极细沙和细沙为主,除1 m×1 m规格外,PLA沙障的阻滞作用使得极细颗粒含量百分比迅速下降。综合考虑沙障铺设成本和防护效果,得出在平坦沙地或者弱风区域内适合布设2 m×2 m 规格PLA沙障,研究结果可为PLA沙障在防沙工程中的合理应用提供科学参考。     

无砟轨道防沙挡板减沙效果的数值模拟研究北大核心CSCD

沙漠铁路常因风沙运动而轨道积沙,严重影响行车效率和运营安全。为了缓解铁路轨道内部沙粒的堆积,许多学者基于流场调控的方法设计相关的防轨道积沙设施。基于欧拉双流体模型研究了在无砟轨道中间布设与铁轨等高、具有不同几何截面的防沙挡板对轨道间流场及沙尘沉积过程的影响。结果表明:在无砟轨道内侧布设高175 mm、倾角分别为30°、45°、60°的倾斜挡板及矩形截面挡板、等腰直角三角形挡板可使得轨道间沙粒体积分数比降低7.98%、5.52%、4.56%、7.89%、6.83%,说明轨道间布设防沙挡板可以有效抑制轨道间的积沙,挡板倾角为30°时防沙效果最好。加入防沙挡板后,轨道间水平风速曲线呈“M”型变化,且防沙挡板两侧的流速明显增加,这种改变将显著增加颗粒的运动距离,从而降低轨道间积沙。     

铁路防沙工程方案的模糊综合评价

风沙灾害是威胁沙漠铁路安全运营的主要因素,科学合理的防沙工程可减小风沙危害和保护生态环境,但目前关于铁路防沙工程的评价方法还不多见.为了对防沙工程方案进行科学合理地评价,在分析铁路防沙工程影响因素的基础上,将其划分为工程设计因素和地理环境因素,利用提取的主影响因子建立铁路防沙工程模糊综合评价模型,将指数标度法与区间标度...     

乌吉线沙害整治措施探讨

乌吉铁路穿越乌兰布和沙漠边缘, 平沙地区段路基积沙严重, 影响线路正常运营。为了保护路基免受沙埋, 铁道部科学研究院西北分院自1982年起在该线K85地段(本井)建立了防沙试验工点, 通过多年的研究工作, 取得了若干成果。     

流沙固定过程中土壤-植被系统演变

包兰铁路横穿腾格里沙漠沙坡头段,全长45 km,年降水量186 mm;流动沙丘相对高度20 m,以每年4 m的速度向东南方向移动。无灌溉条件下、工程措施与生物措施相结合的防沙固沙工程体系始建于1956年,近半个世纪以来该体系确保了包兰铁路畅通无阻。几十年的土壤植被系统演变正影响着整个防护体系。植被在从人工系统向自然系统的演变中经历了覆盖度从增加到减少的自疏过程、从灌木到半灌木到草本的变化;土壤从流动风沙土向钙积旱成土发育,地表生物结皮发育;降水在生态系统中的再分配过程已经彻底改变,新的水分平衡格局明显影响现有防沙固沙体系。     

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。     

包兰铁路沙坡头段防护体系研究综述

包兰铁路是中国第一条穿越沙漠的铁路,其中沙坡头段风沙危害最严重,防护体系对铁路的建设和安全运营至关重要.在综合分析相关文献的基础上,从研究区防沙措施及效果、防护体系结构特征、合理宽度设计等方面,总结了 60余年来包兰铁路沙坡头段防护体系的研究成果,并指出防护体系当前存在的问题(生态环境脆弱,局部地段土壤水分条件恶化、人...     

莫高窟崖顶防沙工程的效益分析

４年防沙实践证明：莫高窟崖顶防沙试验的工程设计构思是正确的，设计依据科学可靠，防护效益显著。对保护石窟和壁画已经起到重要的作用．其具体防护作用是：１）直接控制偏西风向洞窟搬运沙量的９５％左右；２）洞前夜间积沙减少了８０％以上；３）外围栅栏对来自主风向的外侧积沙的侧导率平均为３５％；对内侧积沙的侧导率，在偏东风作用下可达５７．５１％，在偏西风作用下平均为１５．８９％．上述防沙作用均具有明显的季节变化。     

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。     

直压立式纱网沙障对近地表输沙量及风速的影响

评价直压立式纱网沙障对流动沙地的固沙效果是其应用的前提。采用阶梯式集沙仪和HOBO风速仪野外测定了纱网沙障的输沙量及风速变化。结果表明:与对照相比,设置纱网沙障后,0~10 cm或0~20 cm高度范围内,带宽2、3、4、5 m带状沙障输沙量分别降低91.4%或89.7%、97.0%或96.4%、98.1%或96.7%、85.9%或84.2%;而2 m×2 m、3 m×3 m、 4 m×4 m、5 m×5 m网格沙障输沙量分别降低92.1%或91.2%、70.4%或65.6%、65.3%或65.2%、39.9%或30.0%。与对照相比,10、30、50 cm高度,带宽2、3、4 m带状沙障平均降低风速分别为26.7%、17.3%、11.8%,2 m×2 m、3 m×3 m、4 m×4 m、5 m×5 m网格沙障平均降低风速分别为55.3%、30.4%、23.0%。综合考虑,设置带宽3~4 m带状或网格纱网沙障能够满足工程固沙减少风沙危害的需求。     

粘土沙障及麦草沙障合理间距的调查研究

确定机械沙障障间距的基本原理是障间风蚀沙量等于积沙量。障间凹曲面面积与障间距及沙面坡度之间存在着显著的回归关系,运用这种回归关系就可以建立障间风蚀沙量等于积沙量的等式方程。在民勤沙区取样分别建立粘土沙障和麦草沙障的风蚀沙量等于积沙量的等式方程,计算出沙面坡度0°~8°和0°~10°的粘土沙障和麦草沙障间距分别是253.1~185.9 cm和261.4~155.0 cm;粘土沙障高度应为适宜高度范围内的最小值;粘土沙障在障高为15 cm、沙面坡度>8°时障间没有风蚀。麦草沙障在坡度>10°时障间没有风蚀;15 cm高的粘土沙障和固沙有效高度13 cm的麦草沙障的最小间距分别是185.9 cm和155.0 cm;若需要在固定就地沙面的基础上接纳外来流沙或者需要风蚀部分就地沙粒时,可将接纳沙量或风蚀沙量的平均厚度作为参数之一计算障间距;按照风蚀沙量≤积沙量的障间距设置的沙障,其方格形式只适合在害风方向多变的地段设置。     

斜插板挡沙墙设计参数优化数值模拟

本文基于FLUENT欧拉双流体非定常模型,对不同设计参数的斜插板挡沙墙周围风沙两相流运动特性进行了数值模拟。结果表明：挡沙墙透风率越小,积沙量越大,但沉积的沙堆越靠近挡沙墙,越容易被埋,透风率宜设计为25%～40%;插板倾角小于90°,背风侧沉沙区紧靠挡沙墙,大于90°,背风侧沉沙区与挡沙墙存在一定的距离;插板倾角在90°～135°时,大部分沙粒沉积在挡沙墙周围,防沙效果最佳,结合工程造价,倾角宜取110°～135°;背风侧有效影响范围区内,风速在水平方向与垂直方向风速轮廓线分别呈左“V”形分布与倒“S”形分布;风速一定时,背风侧空气动力有效阴影区范围随挡沙墙高度的增加而逐渐增大;挡沙墙高度一定时,背风侧沉沙区随风速的增大向下风向移动;挡沙墙高度越大,承受的风压越大,工程造价越高,综合考虑工程造价及防沙效果的基础上,挡沙墙高度建议采用1.5～2.0 m。     

塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治

塔克拉玛干沙漠公路447 km路段穿越新月形沙丘与沙丘链、复合横向沙垄以及高大复合纵向沙垄区,风沙危害极为严重,被誉为“世界公路建筑的奇迹”。为解决沙漠公路风沙防护体系构建的一系列科学与技术问题,沙漠学界随之开展了风沙运动规律,风沙危害的成因、强度、时空分异及其机械、化学、生物防治的理论与应用研究。本文对风沙危害及其防治研究的主要内容及研究进展进行了全面总结,认为塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治的理论研究成果与实践应用水平取得突破性进展。     

风沙危害防治的主要工程措施及其机理

对风沙危害防治的主要工程措施及其物理机理进行了深入研究,从理论上得出格状沙障内最大风蚀深度与方格边长之间的解析关系,利用流体力学理论计算了不同草头高度h₀所对应的最大间距L_max,得出格状沙障中心沙粒的起动风速随沙障规格和深宽比h/L的增加而减小,建立了栅栏下风侧风速为来流风速的百分率与栅栏下风向距离的关系,并对不同孔隙度尼纶网栅栏的风沙阻导效应、直立植物及戈壁砾石覆盖防沙措施的粗糙特征、化学工程固沙措施等进行了广泛研究。通过对已有研究成果的综合评述,剖析了风沙工程学面临的主要问题与任务,指出与生态环境治理、资源开发及可持续发展问题紧密结合,是风沙危害防治研究发展的方向,并亟待加强与生态环境恢复-资源高效开发一体化的风沙危害防治措施的理论研究与技术示范。     

库布齐沙漠HDPE网和植物纤维网沙障防沙试验效应

在库布齐沙漠流动沙丘区建立HDPE网和植物纤维网工程沙障试验区,采用MetOne 014A/024A型8通道风速仪、8方位集沙仪、风蚀插钎,观测试验沙障影响下的风速、输沙量和地表侵蚀堆积,对比分析不同规格HDPE网、植物纤维网方格沙障和HDPE网前沿高立式阻沙沙障的防风固沙效应。结果表明：（1）一定孔隙度（50%）的方格沙障中心风速垂直变化幅度与变化规律,仅与沙障平面规格和高度（h）密切相关,与试验材料基本无关。相同平面规格的方格沙障,高度（h）大者降风效应显著;相同高度的方格沙障,小规格降风效应较为显著;（2）试验沙障及其防沙体系对风沙流输沙产生明显影响,相近地貌部位,5.0m×5.0m（h=100cm）植物纤维网方格中心输沙量远小于1.0m×1.0m（h=20cm）HDPE网方格和流动沙丘区,大规格高立式沙障固沙效应优于小规格低立式沙障;（3）试验沙障的地表侵蚀堆积状态仅与沙障规格有关,沙障材料的影响不明显。     

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。     

高密度聚乙烯(HDPE)蜂巢式沙障对土壤水分的影响

先以机械沙障固沙、再进行生物固沙,是常见的治沙模式。近年来传统材料沙障与新型材料沙障的固沙效果差异一直引人关注。用中子水分仪分别测定流沙、高密度聚乙烯（HDPE）蜂巢式沙障和半隐蔽草方格沙障内的土壤含水量,通过对比流沙和两种机械沙障铺设下的土壤含水量、土壤蓄水量对降雨的响应关系以及在植物不同生长时期下的不同土层土壤含水量变化,评价其固沙效果。结果表明：（1）两种机械沙障对土壤水分都有较好的蓄积效果,且HDPE蜂巢式沙障蓄水量高于草方格沙障（P < 0.001）;（2）在较长的干旱时间里,草方格沙障的土壤蓄水量变化比新型HDPE蜂巢式沙障滞后;（3） HDPE蜂巢式沙障和草方格沙障都有较好的保水效果,但HDPE蜂巢式沙障因高度持久的优势,保水效果更高;（4） HDPE蜂巢式沙障60~110 cm土层的土壤含水量明显高于草方格沙障土壤含水量且固沙时间越长效果越明显,从铺设中期开始HDPE蜂巢式沙障60~110 cm土层土壤含水量为7%的情况连续出现,有时部分土层会出现土壤含水量在8%以上的情况;（5） HDPE蜂巢式沙障对植物个体生长的间接作用比草方格沙障大。     

Experimental study on the sampling efficiency of the whirl type separation sand sampler in a wind tunnel

A performance test was conducted in a wind tunnel by changing the principal configuration parameters of a sampler such as the diameter of the container, inlet width and cone height. The results show that the average sand collection rate is from 80% to 90% when any one of the configuration parameter levels is changed. However, the variation of a parameter level results in different ef-fects on the sand collection rate for each soil sample within a certain size range of sand grains. The results show that for various sand grain sized soil sample at each wind speed, the sand collection rate decreases when the diameter of the container changes from 50 mm to 40 mm, the sand collection rate increases by about 2%-3% when the inlet width changes from 10 mm to 8 mm, and the sand collection rate increases by about 3%-4% when cone height is altered from 100 mm to 125 mm. The average sand collection rate is enhanced by 2%-4% for the soil sample of different sized sand grains when the diameter of the container is 50 mm, the inlet width is 8 mm, and cone height is 125 mm.