敦煌莫高窟风沙危害综合防护体系探讨

通过对敦煌莫高窟防沙历史的综合总结和分析,认为莫高窟作为我国乃至世界古代灿烂文化艺术的瑰宝,是甘肃对外交流的主要窗口之一,也是我国重要的旅游地之一。单纯的消极人工清沙已远远不能适应现代社会对生态环境质量的需要和旅游业作为该地区经济发展基本点的要求。那么,创造一个良好的旅游生态环境及文物保护工作环境,不仅有利于整个窟区生态环境的改善,且其示范效应将带动本地区乃至整个河西地区的荒漠化治理。根据风沙环境特征,提出了莫高窟防护体系建立的主导思想是:以防治西北、西南主害风为主,根据鸣沙山、砂(砾)质戈壁、窟顶崖面等不同地带的具体风沙运动规律,采取以固为主,固、阻、输、导相结合的防护原则,以切断或削弱鸣沙山沙源和固定流沙,并消除沙砾质戈壁面的就地起沙为目的,建立一个由工程、生物、化学措施组成的多层次、多功能的综合防护体系,从根本上消除风沙活动对莫高窟的危害。同时对莫高窟综合防护体系建设的总体布局及防护宽度、砾石铺压的基本原理作了一个初步的探讨。     

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。     

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     

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。     

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。     

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。     

阻击风沙:保卫敦煌莫高窟——敦煌莫高窟风沙地质灾害防护治理纪实

在漫漫戈壁茫茫沙海中耸立了1600多年的敦煌莫高窟,不但遭受过斯坦因、伯希和、华尔纳等西方强盗的抢劫,而且由于自然生态环境的日益恶化,风沙已经对敦煌莫高窟及其文物的保护构成了严重的威胁。莫高窟的风沙危害一直是国内外关注的热点,早在上世纪60年代,风沙对莫高窟的危害就引起国家领导人及有关科学工作者的极大关注,周恩来总理生前对莫高窟文物保护和防沙特别重视。曾经游览过莫高窟的游客们,在离开莫高窟之际,再回头眺望莫高窟窟顶及四周漫漫的沙漠世界,无不忧虑:在这风沙越来越肆虐的地方,莫高窟及其文物还能完整无损地一直存在下去…     

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。     

内蒙古大塔-何家塔铁路风沙路基综合防护体系

内蒙古大塔-何家塔铁路全线风沙路基长61.5 km,占正线长度的48.7%,风沙危害已严重威胁到线路的正常运营,并制约了区域矿产资源的外运。通过对当地气候条件、植被类型、沙丘分布等因素的调查,确定了植物防护和工程防护相结合的综合治理方案。选用沙柳、柠条、杨柴、胡杨多种植物,采取高立式沙障、HDPE网方格、沙柳活沙障树枝方格、水冲沙柳种植和灌木植物防护带多措施并举,在半固定沙丘和流动沙丘区段,依据风沙路基的不同危害程度,采用不同层次的风沙防护措施,构建了具有严密性、整体性的防沙体系。实践证明,活沙障与植物防护林带等措施形成了完整的绿色防护体系,阻沙、固沙作用显著,大大降低了风沙上道等危害铁路的可能性,保障了铁路的安全运营,为同类地区沙漠铁路的风沙治理工作积累了宝贵经验。     

输沙量与输沙势的关系

 区域风沙活动在时间、空间和强度上的不确定性,导致对输沙量进行长期测定比较困难。所以,输沙量通常是用来研究短期的风沙活动强度,对长期的风沙活动强度,一般是利用输沙势来衡量,使用这两种指标评价区域风沙活动强度,势必会产生一定的差异。利用中国科学院风沙科学观测场积累的长期输沙量和输沙势观测资料,对区域风沙活动强度进行评价。研究结果表明,月输沙量变化在0.89~18.11 kg·m-1之间,而月输沙势变化在0.03~21.01之间,每年的4—5月是风沙活动最为强烈的时期; 输沙量随输沙势增加而增加,它们之间可以近似用线性函数来表达。     

青藏高原红梁河风沙动力环境特征

青藏高原红梁河沙地广布,目前对其风沙活动规律认识不足,不利于开展防沙工作。为此,通过野外观测和室内分析、计算等方法,对红梁河的风沙动力环境特征进行研究。结果表明:红梁河年起沙风向以N风为主,冬春季输沙势(DP)、合成输沙势(RDP)大,夏秋季输沙势、合成输沙势小,合成输沙方向(RDD)年内变化较小。年输沙势为249.84VU,属于中风能环境,年合成输沙势为242.92VU,年方向变率指数(RDP/DP)为0.97,属于大比率,年合成输沙方向为173.8°,为S方向。八方位年实测输沙总量为434.33kg·m^-1,以SW方向的输沙量最大。     

青海湖东克土沙区风沙运动规律及防治对策

起沙风况、输沙势和输沙量是反映风沙活动强度的3个重要指标。以青海湖东克土流沙区的风况资料为依据,结合实地风沙观测数据,分析了区域的风沙活动特征。结果表明:(1)3\,4\,5月(主要风沙活动期)起沙风出现的比率分别是0.40、0.47\,0.53,起沙风速集中于6~16 m·s^-1,占统计时段的91%,高能起沙风速(达到16 m·s^-1及其以上的风速)集中在16:00-20:00。(2)研究区域总体上属于高能风况环境,3月和5月输沙势的风向变率都小于0.3,表明风向变幅大,风能不集中,对于沙区周围公路和草原的危害从不同的方向推进。(3)观测期间各方位输沙量总和为503.67 kg,NE、ENE、E和ESE 4个方位的输沙量最大,占总输沙量的43.56%。     

青海湖东岸沙地风沙活动特征

风况、输沙势和输沙量是评价区域风沙活动特征的重要指标。以青海湖东岸的克土沙区为研究区域,利用2013-2014年和2016-2017年风速风向数据及全方位集沙仪的集沙数据,比较分析本区的风沙活动特征。结果表明：（1）2013-2014年,研究区平均风速为2.79 m·s^-1,起沙风出现频率为6.76%;2016-2017年,研究区平均风速为2.63 m·s^-1,起沙风出现频率为6.13%;（2）起沙风风向均以WSW-WNW和ESE-SSE两个方向为主,偏西方向的起沙风增加而东南方向起沙风减少;（3）输沙势季节变化特征基本一致,均表现为春季输沙势最大,夏季输沙势最小;从输沙势年变化趋势来看,本区总体上属于低风能环境;（4）输沙量差异显著,2016-2017年观测点的输沙量比2013-2014年少77.18 kg,但输沙量分布的方向基本一致。植被盖度增加是输沙量减少的主要原因。     

塔克拉玛干沙漠荒漠过渡带春季风沙活动特征——以肖塘为例

 通过对沙尘暴强化观测试验期间风速、跃移颗粒数、输沙量等资料的统计与计算,对塔克拉玛干沙漠北缘荒漠过渡带肖塘地区春季风沙活动进行了研究。结果表明,肖塘地区春季2 m高度1 s时距的起沙风速为4.9～5.0 m·s-1,1 min时距的起沙风速为4.4 m·s-1;起沙风速随着风速等级的增加,出现的频率相应减少,主要集中在4.4～8.4 m·s-1 之间;输沙势、输沙量的方位分布与起沙风相似,以ENE、E和ESE 3个方位为主,观测期间（1个月）总输沙势为80.8 VU,合成输沙势为13.7 VU,合成输沙势方向为241°;最大可能输沙总量为1 921.8 kg·m-1,合成输沙量为286.8 kg·m-1,合成输沙方向为235°,与输沙势的合成方向一致。     

塔克拉玛干沙漠高大复合纵向沙垄区路面沙害情势的变化特征

为了探讨机械防护体系人工防护工作停止后,公路路面沙害的形成和发育过程,分别于2003年和2007年对塔中地区一段井场路的路面沙害进行了实地测量和卫片室内量测,研究发现在塔克拉玛干沙漠公路复合型纵向沙垄区段,公路芦苇机械防沙体系极度衰竭后,路面沙害情势变化呈现一定的规律性:(1)2003年-2007年四年间公路沙害发展迅速,路面沙害程度进一步加重.路面沙害路段长度以年均2%的比例增加,沙害路段数也快速增加;路面沙害面积以每年平均10%的面积比例快速发展;沙丘前移压埋类型发展速度明显高于积沙类型.(2)沙垄区路面沙害发生频率和路面沙害程度的发展速率要远高于垄间区,在沙垄区次级地貌单元中,垄顶>背风坡>迎风坡;各地貌部位的沙丘前移压埋类型发展速率高于积沙类型.(3)路风夹角在83°～89°之间的路段沙害演化速率最大,其他小夹角沙害演化规律不明显;路面沙害强度的发展速率与路风夹角的关系不明显.     

腾格里沙漠东南缘输沙势与最大可能输沙量之比较

利用腾格里沙漠东南缘沙坡头站20年风况自记资料,计算了输沙势和最大可能输沙量,深入研究了二者之间的定量关系。另外,通过矢量合成法则,对合成输沙势和合成输沙量的关系也做了进一步研究。输沙势和最大可能输沙量不仅在量值上关系显著,而且在16个方位上的分布规律也存在一定的相关性。     

察尔汗盐湖雅丹地貌区风况分析

输沙势（DP）是风沙地貌研究中使用的一个重要参数,但是在风蚀地貌,如雅丹地貌研究中,鲜有使用者。本文利用建立在察尔汗盐湖雅丹地貌区的自动气象观测仪所记录的风速数据,分析了雅丹地貌区的风速、风向及输沙势变化特征。结果表明:该区起沙风的月平均风速在6.2～7.4 m·s-1之间波动,月最大风速变化范围为9.9～15.0 m·s-1。起沙风主要发生于春、夏两季,发生频率分别为39.63%、31.45%。起沙风风向以WNW、W为主,分别占年起沙风的41.05%、20.02%。年DP为326 VU,年RDP为235 VU,为中风能环境。年净输沙方向为ESE。方向变率指数（RDP/DP）0.72,为中比率,对应风向变率也为中等,为钝双峰风况。雅丹体长轴走向与盛行风向基本一致,该区雅丹地貌的形成以风力作用为主。     

蒙古国中部草原地区风蚀沙漠化的风沙活动特征——以乔伊尔市为例

蒙古国是中蒙俄经济走廊的重要区段,但面临严重的荒漠化问题,区域经济社会发展受到严重威胁,而蒙古国中部草原地区是主要的荒漠化新扩展区,正经历强烈的草原风蚀沙漠化过程。以戈壁苏木贝尔省首府乔伊尔市为研究区,利用自建自动气象观测站（2019年5月—2020年7月）、集沙仪观测站（2019年8月—2020年8月）及当地气象站（1990—2018年）数据,对当地风蚀沙漠化的风动力条件、风沙流输沙及其他影响因素等基本特征进行了研究。结果表明：（1） 乔伊尔市具有强劲的风动力条件,年输沙势可达735.96 VU,合成输沙势为428.76 VU,合成输沙方向为SSW（195.06°）,风向变率指数为0.58,属高风能环境、中等变率双峰风况。（2） 临界起沙风速因受土壤水分和植被盖度的共同影响而随季节变化,夏季最高,冬季最低,春季与秋季居中,且相差较小。（3） 地表具有强烈的风沙活动,年风沙流输沙通量可达2.135 t·m^-1·a^-1,Owen最大输沙量模型适于该区风沙流模拟。研究结果对于蒙古国中部草原区防沙治沙和生态恢复具有重要参考价值。     

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。