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。     

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°.     

干旱风沙区植被重建初期对土壤微生物群落结构的影响

为揭示干旱风沙区植被重建对土壤微生物群落结构的影响,以乌海至玛沁高速公路腾格里沙漠段生态防护体系的植被重建区土壤为研究对象,以流动沙丘为对照,运用高通量测序技术研究植被重建区土壤微生物群落结构随植被恢复重建的变化特征。结果表明:植被重建区与流沙区土壤微生物群落组成相似,均以放线菌门(58.53%～67.85%)、变形细菌门(16.53%～19.68%)等为优势类群;优势菌属包括诺卡氏菌属、甲基柔膜菌属、微红微球菌属和微枝型杆菌属。与流沙区对照相比,植被重建区显著增加了土壤大部分菌门相对丰度和多样性。植被恢复重建后土壤pH、电导率及盐分含量降低;土壤微生物量磷(MBP)、土壤微生物量碳(MBC)与土壤微生物量碳氮比(MBC:MBN)在植被重建区浅层土壤(0～5 cm、5～10 cm和10～20 cm)显著高于流沙区。因此,对于沙漠公路生态防护体系而言,植被重建能显著改善其浅层土壤养分状况、微生物相对丰度和多样性水平,是改善沙漠生态环境的重要措施。     

塔里木河下游绿色走廊生态输水对沙漠化逆转的影响

自2000年起实施向塔里木河下游应急生态输水以来,通过修建从博斯腾湖引水的第二输水系统和上、中游综合治理与灌区节水改造,5 a累计从大西海子水库输水17\^64亿m3,沿河自上至下改善生态面积达800 km2,补给地下水11亿m3,实现了下游河道季节流水和尾闾的积水,并使地下水位回升,初步恢复了塔里木河下游水流系统。这是下游绿色走廊在极端干旱荒漠生态系统中维持稳定的重要因子,为使其充分发挥生态功能,还需期待绿色走廊的生态植被复苏和扩展,为此,仍需每年继续输水,才能直接发挥防沙治沙效益。     

不同结构的尼龙网和塑料网防沙效应研究

通过不同结构的尼龙网和塑料网对风沙流减弱作用的风洞实验研究,旨在为探求各种防沙新材料的防护功能,并为防沙新材料的开发、野外工程防沙的优化设计及其应用提供理论依据。笔者在前人研究的基础上,以平均净阻沙率、网后平均输沙率和风沙流动态变化趋势为参考指标,初步证实了尼龙网和塑料网与常规的防沙材料,在防沙功能上具有同等的作用,且当孔隙度β在40%左右时防护效益最佳。     

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。     

基于三维激光扫描仪的青藏铁路风沙工程效益评价

三维激光扫描技术是近年来发展起来的新型空间信息测量技术。将三维激光扫描技术应用于青藏铁路沿线风沙工程防护体系的效益评价中,通过对铁路沿线典型防沙措施积沙形态特征、断面蚀积廓线以及蚀积量的精确测量发现:砾石方格内垂直铁路方向易形成稳定凹曲面,且方格两侧沙埂处积沙较多,中心部位积沙较少,固沙效果显著。阻沙栅栏有效防护距离为栅栏高度的12倍,单位宽度拦截沙量高达14.93 m3,设置防护体系时,阻沙栅栏间隔应保持其高度的9~12倍。研究结论为青藏铁路沿线风沙综合防护体系的措施选择、结构优化和合理布局提供技术支撑。     

敦煌月牙泉景区沙丘粒度特征

对月牙泉外围沙山表面沉积物进行系统采样,结合区域风况,分析了沙山典型部位的粒度分布及其参数特征。月牙泉北侧金字塔沙丘沙粒较粗,分选性较差,正偏趋势显著;月牙泉南侧线形沙丘以细沙为主,分选性较好,分布属正偏态。北侧金字塔沙丘从西南和西北两个坡面到东侧坡面,粗颗粒减少、分选性变好,但趋势不明显,说明金字塔沙丘未发生明显移动;而南侧线形沙丘自南侧坡面向北侧坡面沙粒粒径变小、分选变好,较细的沙粒被搬运并沉积北侧坡面,搬运作用十分明显,即线形沙丘向月牙泉方向发生明显移动。通过粒度分析风沙动力环境表明,月牙泉风沙危害主要来自南侧沙山北移。     

金字塔沙丘近地表流场及其对月牙泉影响研究

对月牙泉景区气象站点资料和积沙量统计分析以及月牙泉北侧金字塔沙丘近地表流场野外观测表明：受地形影响,月牙泉景区和金字塔沙丘各点起沙风玫瑰和输沙势玫瑰在监测期内差别较大。在金字塔沙丘影响下,不同风向下气流发生多次分离和汇集,沙丘近地表气流发生明显变化,携沙气流行进方向发生改变。金字塔沙丘坡面上各点合成输沙势和起沙风与坡面走向呈垂直角度,气流沿坡面爬越沙丘时,动能发生损耗,携沙能力减弱,减少了进入月牙泉的风沙量,减弱了月牙泉的风沙灾害。