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。     

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。     

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。     

敦-格铁路途经库姆塔格沙漠东缘高大沙山区可行性研究

通过对规划中的敦-格铁路沙山沟段两侧沙漠地貌的实地调查,发现沙山沟两侧形似高大复合型沙山的地貌,实为阿尔金山前洪积扇前缘的冲洪积、冲湖积平原受构造抬升后剥蚀而形成的剥蚀丘陵台地覆盖流沙所致。由于下伏地形十分稳定,因此,沙山沟两侧沙山不会发生整体移动,也就不会对敦-格铁路造成威胁。再结合气象资料计算了沙山沟的最大可能输沙量及输沙方向,结果表明,输沙方向与铁路基本平行,同时微地形造成的顺谷风有清沙和导沙的作用。最后分段讨论了该区域内可能存在的沙害及其影响,认为该地区风沙灾害可防可治,铁路可以通过,并且提出了防治沙害的有效措施。     

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。     

沙坡头铁路防护体系内风沙沉积的粒度特征

包兰铁路沙坡头段铁路防护体系内,由于下垫面性质发生变化,流沙区至人工植被带地表沉积物中表层土壤的黏粒和粉沙含量显著增大,平均粒径减小,颗粒分选性显著变差。防护体系内表层沉积物中的粉沙含量与地表相对高程反相关,黏粒含量与地形起伏没有直接关系,颗粒平均粒径、分选性与地表相对高程正相关。在土层垂直方向上,表层0~5cm内土壤粉沙含量较高,颗粒分选性差;5cm以下深度内土壤粉沙含量减少,颗粒分选性变好。在防护体系内沙丘地貌的不同部位,沙尘沉积速率不同。据此估算表明防护体系内固定沙丘迎风坡顶部沉积速率为0.147 cm/a左右;背风坡和丘间地平均堆积速率大于0.588cm/a。     

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。     

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.     

包兰铁路沙坡头段防护体系内的风沙沉降规律

对沙坡头铁路防护体系内的风沙沉降进行了断面观测,据此分析了沉降速率、粒度组成和物源的时空变化规律。结果显示：防护体系前沿流沙区、防护距离50～300 m的植被区和300 m以外的植被区风沙沉降速率分别为108.6、17.1 kg·m^-2·a^-1和1.5 kg·m^-2·a^-1。随防护距离增大,沉降颗粒逐渐变细,分选变差,跃移组分含量逐渐减少而悬移组分含量逐渐增大,沉降来源逐渐由前沿流沙区近地面风沙运动颗粒转变为以大气降尘为主的悬移颗粒。年内风沙沉降的高峰期为3-5月,6-8月沉降减弱,9月至次年2月风沙沉降最弱,3个阶段内防护体系植被区月均沉降量分别为0.59、0.10 kg·m^-2和0.04 kg·m^-2。3-5月风沙沉降以上风向邻近区域的风蚀起沙为主,6-8月较远源的大气降尘相对增加而上风向邻近区域的风蚀起沙相对减少,9月至次年2月风沙沉降物源以大气降尘为主。     

荒漠,半荒漠地区建设铁路中风沙流防护体系的研究

荒漠、半荒漠地带铁路沙害的基本特征是沙侵道床、埋没轨道、磨蚀设备。因不同地带生态条件不同，引起铁路沙害可划分为四类九级。铁路沙害防护标准高，要求路基不风蚀、道床不污染、线路不积沙。根据沙害类型和生态条件，分有灌溉条件与无灌溉条件两种情况建立相适宜的经济防护体系，由前沿阻沙带、植物固沙带、铁路本体防护三部分组成     

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。     

青藏铁路格拉段风动力环境及其对铁路沙害的影响

以青藏铁路格拉段沿线主要气象站点1955—2014年的气象数据及部分野外观测数据为基础,从风向、大风沙尘暴日数、输沙势和年均风速变化等方面阐述了青藏铁路格拉段风动力环境特征,并揭示了其对铁路沙害的影响。格拉段铁路沿线风向单一、风能环境较高、铁路沙害可能进一步发展。本研究在青藏铁路沙害监测和防沙体系完善方面具有指导意义,同时也为其他沙区公路、铁路防沙设计提供借鉴。     

北疆铁路沿线风沙危害的研究

北疆铁路沿线存在着严重的风沙危害。在三个典型路段风沙危害有不同的表现形式, 北疆铁路沿线风沙危害发生与当地干旱多风的气候条件、铁路沿线下伏含沙地层、铁路施工对地表的破坏以及艾比湖周围沙漠化的发展有关。作者通过实验计算空气动力学粗糙度, 比较了三种典型的机械防沙措施的效果, 指出了其中存在的不足。并根据研究结果, 提出了一个优化的防沙体系方案。     

包兰铁路沙坡头段风沙运动规律及其与防护体系的相互作用

包兰铁路沙坡头段是穿越流动沙丘最长,受到风沙危害最为严重的路段,自建成运营45 a以来,其有效而稳定的防护体系受到世人的关注和公认。通过前期23 a的防沙实践和后期22 a的监测证实：①该地区存在着一个较为稳定的风沙流场,具有三组不同风向,主风向为W—NNW,次主风向为NE—E、WSW—S,此种风沙流场格局具有明显的季节变化,是塑造格状沙丘形态和造成对铁路危害的重要因素。②沙丘移动过程表现为格状沙丘主梁沿主风向前后摆动,以缓慢的速度向前推移,其移动量为2~5 m·a^-1,造成风沙危害的最直接的原因是格状沙丘副梁的迅速前移,22 a平均移动速度为0.527 m·a^-1。合成移动方向为318.6°(NW→SE )。③从理论上考虑,前移的沙体是一种对防护体系的潜在威胁,即可能在固沙带前缘形成高大的沙堤掩埋防护体系。可是,实际上随着防护体系的建立和逐步的完善,不但有效的保障铁路的安全,而且同时也抑制了年总输沙量的25%;并改变了风沙流场的某些性质或作用,进而控制了风沙活动的方向与活动强度。在迎风坡的风蚀和背风坡的积沙致使沙丘高度相应的降低,这种变化规律具有从流沙区向固沙区逐渐衰减的趋势。     

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°.     

包兰铁路沙坡头段防护体系前沿栅栏沙丘形态与近地面流场

防护体系前沿阻沙栅栏不仅是维持栅栏沙丘形态、阻挡流沙进入防护带内的重要屏障,还是栅栏沙丘这一独特沙丘类型形成发育的首要条件。形态测定与流场观测表明,在沙坡头铁路防护体系前沿地带,栅栏沙丘迎风坡平均坡度大于天然沙丘,背风坡坡度小于天然沙丘,背风坡水平长度与迎风坡水平长度之比约为0.7,远大于天然沙丘（0.3）。阻沙栅栏显著影响沙丘表面流场,但栅栏缺失或沙埋后栅栏沙丘与天然沙丘表面流场结构具有很大的相似性。沙丘迎风坡剪切风速均沿坡面至丘顶呈先增大、后减小的趋势,但栅栏沙丘迎风坡脚至中上部剪切风速增长速度较快,中上部至丘顶剪切风速迅速降低而且幅度较大,这种变化对栅栏沙丘的成长具有重要意义。     

地形对包兰铁路沙坡头段防护体系的影响

选择沙坡头铁路防护体系典型断面,利用野外风场观测与风洞模拟,讨论地形在道路防沙体系中的作用。结果表明,防护体系前沿栅栏沙丘下风向10倍沙丘高度的水平范围内,地表摩阻风速通常小于临界值;风速递减系数随防护距离的增大而增大,地形倾斜和起伏对贴地层风力减弱的贡献占防护体系风速削弱程度的43%。自流沙区至铁路路基,潜在输沙率迅速波动降低,其中地形变化使得防护体系内潜在输沙率降低50%以上。这表明,地形是沙坡头铁路防护体系发挥卓越功能的重要因素,栅栏沙丘已成为防护体系的重要构成部分。