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高寒地区河谷型沙害形成机理与防治技术研究

刘成志  
【摘要】:由于江北公路通过西藏山南地区雅鲁藏布江河漫滩、阶地、及雅江一级支流洪积扇上,因为该区域风沙地貌广泛发育的原因,造成了沙害严重,空气质量与生态环境较为恶劣。通过对高寒地区河谷型带状分布沙害进行调查研究,针对性地分析了常用工程沙害防治方法及其适用条件,对江北公路典型沙丘的移动规律、基于江北公路实际地理环境下的沙害植被防治技术、工程防护技术以及沙害综合防治技术等进行了研究,形成了山南地区江北公路沙害防治的系统成果。既指导山南地区江北公路的建设,保证公路畅通,又可为西藏其它地区或全国类似地区的沙害治理提供借鉴和参考。 本文通过理论分析、现场实测、风洞实验、数值模拟、沙害路段固沙试验相结合的方法研究了高寒地区河谷型公路沙害的形成机理和综合防治技术,取得了如下一些主要成果。 1、通过对山南地区江北公路沿线沙害的调查研究和资料收集,掌握了公路沿线的气象、工程和水文地质、筑路和防护材料、生态环境、风沙分布、风沙类型等,得出了江北公路全线可能出现的沙害类型及沿路线各段的分布状况,在此基础上,对江北公路沿线沙害可能对公路造成危害的程度以及可能出现的规模等进行了分析和归纳,为沙害防治措施的选取及防治方案的制订提供了依据。 2、通过现场原位试验和风洞实验,对自然沙面的风沙流结构特征进行了研究,测定了沙丘局部风速分布、沙丘积蚀量、沙丘地表粗糙度、沙丘输沙率及沙粒起动风速等关键指标,探索了高寒河谷地区沙害沙粒运动的特性、沙粒受力起动的机理,沙波纹、沙脊和沙丘形成的动力学过程,提出了高寒地区河谷型公路沙害的形成机理。 3、采用石方格作为沙障时,风速在方格前后一定范围内分别形成阻滞低速区、风速上升区和集流加速区。风速廓线在距沙床面39cm高度内随高度的增加急剧变化,风速随高度的分布总体遵循对数规律;沙粒在高速下与石方格进行碰撞,部分流沙能量消耗而堆积,部分流沙则改变流向;输沙率在分布高度范围内较为分散,输沙量随高度的变化曲线呈现明显的中部大,两端小的外凸形式,具有较好的防沙效果。 4、采用土工格室作为沙障时,气流在沙障的前后、障顶、障中形成风速的增减区,减速区消耗了风的动能,加速了能量的损耗,从而使风沙流在此发生沉降,达到了固、阻沙的目的;增速区促进了风蚀,从而形成格室沙障两侧积沙,中间出现风蚀凹面。风速廓线表现出在距沙床面23cm高度内风速随高度的增加变化比较急剧;输沙率随高度的增加而迅速减小,输沙率仍然主要集中在低高度段,对于低风速条件的风沙流具有相对较好的防沙效果。 5、通过在风洞中对不同植被盖度、不同风速下风速流场和风沙流分布结构的分析,研究了不同盖度植被的固沙特征。在高风速下,输沙率与盖度成指数函数关系。而在低风速下,输沙率与盖度的关系曲线可大致分为两段,在一定的风速下,植被防沙设计仅需达到一定的临界盖度(最小盖度)即可。输沙量随植物盖度增加而逐渐降低,风沙流中的沙粒分布在一定的高度范围内,但分布的高度随盖度的增加呈下降趋势。 6、对于公路的沙害防治来说,综合防治主要强调的是因害设防,多种防治措施并举。通常根据公路沙害的特点、公路沿线沙地的水分条件、沙地的微地形地貌并结合拟建公路的等级、建设资金充裕情况、防治材料来源等实际情况,一般采取工程防治措施为主,植物措施为辅的综合防治措施,通过用固、阻、输、导的来彻底解决或减轻风沙对公路的危害,保障公路的安全、通畅。


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