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。     

沙尘暴电效应的实验观测研究

利用国内大型风沙物理风洞实验模拟沙尘暴电现象,研究风沙起电机理,结果表 明,不同风速下不同沙粒会产生不同极性的电场强度和电位效应,风沙电随风速增大而增强 ,且随沙粒度增大而减小. 在沙漠区的16m,8m,4m和1m高度上观测到27次不同沙尘暴天气 过程的电场和风速随时间变化. 结果表明, 在晴天4个高度上的电场均为小正电场值,电场 随高度降低而减小,最大电场强度在5kV/m以下,日风速变化对各层电场起伏没有较大影响 . 有沙尘天气,各高度上的电场强度随风速变化而变化. 16m高度上电场均为负值,平均值 为 -20kV/m;中层8m 电场一般为较高正电场值,达到10～40kV/m,与16m高度上电场呈反相 关;下层1m 电场值变化一般很小,在1kV/m以下. 在强沙尘暴天气4个高度上的电场均为负 电值,电场值随高度降低而减小,16m高度上最大平均电场强度达到-200kV/m以上,瞬时值 超过 -2500kV/m,与晴天电场矢量相反.     

腾格里沙漠东南缘风沙活动动力条件分析——以沙坡头地区为例

利用腾格里沙漠周边气象站的观测资料,结合风沙活动规律及其环境特征,以沙坡头地区为重点研究对象,详细分析了沙漠东南缘风沙活动动力特征.研究区风况具有明显的方向性和季节性变化,主要有来自沙漠外围的西北风、东北风和东南风.西部边缘以西北风为主,东部还受来自阿拉善高原的北风和东南风的影响.冬季盛行西北风,夏季短暂时期盛行东北风.另外,利用沙坡头站1980-2000年风速自记资料(数据采集时间间隔为10分钟),对起沙风况和输沙势进行了详细的统计和计算.从全年起沙风玫瑰分布来看,大于起沙风的主风向频率可分为3组,即多年平均的主风向为W-NNW,次主风向为NE-E,再者为WSW-S.多年平均输沙势DP为358.7 VU.风能属于中能环境(200～399 VU).多年平均方向变率(RDP/DP)值为0.46,属于中比率.年均合成输沙势RDP为164.42 VU,集中分布在130～200 VU范围内.年均合成输沙方向RDD为134.19°.     

HDPE蜂巢式固沙障研制与防沙效应实验研究

 采用先进的HDPE新材料制成蜂巢式固沙障来替代传统的草方格。研究发现:HDPE蜂巢式固沙障可以增大下垫面的粗糙度,明显降低了地表底层风速,进而减弱输沙强度,使流沙表面得以稳定。在格状沙障内,由于气流的涡旋作用,使原始沙面充分蚀积,最后达到平衡状态,形成稳定的凹曲面。下凹的深度(h)与凹面玄长(S)的比值为13.6/100~13.2/100,这种下凹的深度(h)与凹面玄长(S)的比值与传统有效的草方格（草方格为13.3/100）防沙效应相当,其二者流场特性也相同。这种稳定的凹曲面,对不饱和风沙流具一种升力效应,形成沙物质的非堆积搬运条件,这是格状沙障作用的关键。实验表明,选用孔隙度为40％、高20 cm的HDPE固沙障防沙效果显著。     

不同砾石覆盖度戈壁床面风蚀速率定量模拟

通过风洞实验,利用称重传感器自动记录风蚀观测样方重量变化过程,对供沙条件下不同砾石覆盖度戈壁床面风蚀速率进行了定量模拟研究。结果表明:砾石覆盖度是影响戈壁风蚀速率的关键因子,戈壁床面风蚀速率随砾石覆盖度增加按指数规律递减。各实验风速下,砾石覆盖度>50%时,戈壁床面风蚀速率随砾石覆盖度增加而减小量有限,甚至无风蚀发生;而盖度从10%到50%时,风蚀速率显著减小。因此,两种实验粒径砾石(3 cm与4 cm)至少在50%盖度时才能达到较好的风蚀防治效果。戈壁风蚀防护机理主要是砾石覆盖度的增加增大了砾石间沙粒的临界起动剪切风速,而且减少了作用在砾石间可蚀地表的剪切压。与沙质对照床面相比,10%~90%砾石盖度戈壁床面沙粒临界起动剪切风速增大了0.8~3.4倍,只有0.5％~28%的剪切压作用在砾石间可蚀地表。     

超干处理与保存温度对黄花补血草种子的影响

 采用室温硅胶干燥法超干处理黄花补血草(Limonium aureum）种子,将种子含水量由8.92%分别降至 4.67%、3.54%、2.88%和 1.24%,在室温和5 ℃条件下保存12个月后,测定不同含水量超干种子经缓湿处理后的活力指标变化。试验结果表明:适度超干处理的黄花补血草种子在发芽率、发芽指数及活力指数等几项指标上均高于未超干处理的对照种子,不同含水量的超干种子相对电导率低于对照,脱氢酶活性高于对照,丙二醛含量也低于对照处理种子。在试验中种子含水量不低于3.54%时,超干处理对种子的发芽率、发芽指数和活力指数没有影响。通过对电导率、脱氢酶活性和丙二醛含量的研究表明,适度超干处理对种子细胞膜的完整性没有破坏,相反,可以使黄花补血草种子保持较高的活力,因此,利用超干技术保存黄花补血草种子是一种较为理想的种子保存方法。     

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。     

风沙流中风速脉动对输沙量的影响

通过对不同工程措施下风沙流中风速脉动特征与输沙量波动研究发现：不同孔隙度栅栏中各高度层瞬时风速的波动性具有很好的相关性,而且相邻高度之间的相关性非常显著。在不同风速下,典型工程措施中同一高度层输沙量具有相对应的变化特征;瞬时风速的波动性主要与其所在高度层沙粒的运动状态和工程效益有关。     

罗布泊东阿奇克谷地雅丹地貌与库姆塔格沙漠形成的关系

阿奇克谷地位于罗布泊洼地之东, 93°E以西, 东西长约150km, 南北宽20~30km。为新生代北山与阿尔金山之间的地堑凹地的一部分, 与东面河西走廊的地堑凹地相通。根据出露的雅丹地层河湖相沉积样品所作的ESR测年(2272~10094kaBP)和本区的地质地貌特征可将阿奇克谷地演化与库姆塔格沙漠的发育史归纳为4个时期。①早更新世至中更新世罗布泊古湖扩大时期, 东部湖湾宽约50~60km, 向东延伸至93°15′E或更东; ②中更新世晚期山地上升与古湖湾退缩消失时期, 距今30万年前左右, 青藏高原强烈隆升, 阻挡了海洋水汽的进入, 亚洲内陆加速变干, 由于阿尔金山的左旋向东滑动, 在北面古湖区地层发生了与阿尔山斜交的羽毛状断裂谷群, 并因东北向的断裂上升与东西向的河西地堑谷地斜交, 阻断了疏勒河水不再向西流入罗布泊, 使东部湖湾向西退缩并逐步消失; ③中更新世晚期至晚更新世初, 暴雨径流与强烈的风蚀作用时期, 阿奇克谷地北部的洪积湖相沉积台地支沟口形成雅丹土丘群, 谷地南面库姆塔格沙漠北面羽毛状断裂谷群形成雅丹垄脊和风蚀谷, 谷地中央呈现出季节性的盐碱沼泽和零星雅丹土丘; ④晚更新世末至全新世库姆塔格沙漠扩大, 向北埋没了羽毛状断裂谷(风蚀谷)和雅丹垄脊, 形成了世界上独特的羽毛状沙丘。     

应用近景摄影法研究沙纹的移动

近景摄影能够在无干扰的条件下,精确地测定正在发育阶段的风成沙纹,以波动方式整体移动的平均移动速度V_R(cm·min^-1),和相应的沙纹波长L(cm)波高Δh(mm)及其平均值。同时,求得沙纹移动速度V_R与局地风速V_L之间的实验关系式为V_R=158×(V_L-5.5)^0.67,沙纹移动是缓慢的,其数量级变化于10^-1~10¹cm·min^-1之间。沙纹波长与波高与直接测定值相当吻合。