【doc】青藏铁路客城区段风沙特点及沙害防治措施的研究

【doc】青藏铁路客城区段风沙特点及沙害防治 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 的研究 青藏铁路客城区段风沙特点及沙害防治措 施的研究 10卷1期 2001年2月 自然灾害 JOURNALOFNATURALDISASTERS Vol10.N0.1 Feb..200I 文章编号:1004—4574(2001)01—0030—07 青藏铁路客城区段风沙流特点及沙害 防治措施的研究 于云江,史培军,鲁春霞 (I北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实齄室.北京师范大学中国{步漠研究r}『心 北京10087置2巾国科学院地理科学与资源研究所,北京l~101) 摘要:青藏线哈(尔盖)一格(尔术)段位于青藏高原.横穿柴达术沙漠,集沙漠特征与高原气候于一体. 不少地段曾因沙害造成行车中断和机车掉道等事故.其中以客城最为突出.在以往相关研究的文献中. 确定主风向是以风的频率为主但在以防止秒子上道为主要目标的铁路防沙中.本文提出的以输沙量为 依据所确定的主风向,能为防秒措施提供更为合理的依据.在该段铁路防涉中,采用了竹片栅栏与碎石 方格相结合的阻,圈措施,其中碎石方格系在铁路肪沙中首次使用.经过观测,证实阻秒措施降低了风 速,固陟措施增加了地面的粗糙度,』=火减少了输沙量.为植物的生氏创造了有利条件.在该地采用碎 石方格圈沙既有使用寿命长,又有取材方便的优点.自防沙 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 竣工以来取得了明 显的经济技益.同时 减轻了工人的劳动强度,确保了该段行车安全. 关键词:青藏高原主风向的确定;石方格沙障 中图分类号:P424文献标识码:A Researchoncharacteristicsofwind—sandfluidandsandydisasterreduction atKecheng(K454,4卵)sectionalongQing—ZangRailway YUYun-jiang'.SHIPei—jun.LUChun—xia! f_KeyLaboratoryofEnvironmentalChangeandNaturalDisaster.theMinistryofEducationofChina;ChinaCenter ofDesertResearch,BeijingNormalUniversity.Bcijing100875,China;2InstituteofGeographicalScience andNaturalResource,ChineseAcademyofScience,Beijing100101,China) Abstract:RailwaysectionfromHargeitoGermuliesinQing— ZangPlateaucrossesCaJdamu desert.withdesertfeatnreandplateauclimate.Accidentofinterruptingandderailmenthadoace haPpenedinsomesectionsbecauseofwind— sandcalamity,especiallyatKechengsection.In thepastliterature,themainwinddirectionwasdefinedbythefrequencyofwind, buttheauthors Ibundthatitisreliabletoascertainmainwinddirectionintermsoftransportedsandamounlln controllingshiftingsandforrailwaysafety. Inordertocontrolmobilesandalongrailwavat Kechengsection.weusedintegratedmeasurescombiningsandobstructionandsandfixationusin~ bamboofenceandbrokenstone— checkeraswindbreakwhichwasputintopracticefirstlyinm0. bilesand—controlalongrailway.Theobservationresultsshowedthattheobstructing— sandmens. urereducedvelocityofwindgreatly;thefixing—sandmeasuresincreasedroughnessofearth 收稿日期:20?一12-25 基金项目.国家重点基金研究项目(G20000t8600);教育部骨干青年教师项目基金 资助 作者简介:于云江0964一)-男.内蒙_占乌前旗凡博士研究生.主要占L事沙漠与生 志治理研究 于云江等青减铁路客城区段风涉流特点及沙害脐治措施的研究3 surm'=eandthusshiftingsandweredecreased.whichcreatedafaVOtableconditionforplant ~rowthSandfixationusingbrokenstonecheckerhadagooddurability.Atthesametime,the rWmateria1COuldbefacileandcheaPLargeeconomicbenefitswereobtainedsince controlling— sandmeasurehasbeenadopted.Theworkerslaborintensityalsohadlargelybeen decreased.allofthoseWOuldinsuretherailwaysmooth. Keywords:Qing—ZangPlateau;ascertainingmainwind—direction;stone—checkersand —barrim' l国内外研究进展 铁路治沙在国外起步较早+如土库曼阿什哈德铁路的植物固沙研究,距今已有10o 年的史… 】902,】903年在西哈萨克斯坦铁路,1904,1905年在伏尔加铁路修筑时均进行 过风沙危害的防治丁 作.6O,7O年代,前苏联修建了数条沙漠铁路,铁路防沙工作主要着眼于防沙工程 的建设新中国 建立后,我国在荒漠地区也相继修筑了包兰,兰新等铁路包兰铁路沙坡头建立了" 五带一体"的铁路防 沙体系.并从生物措施与工程措施两个方面.综合探索了各种措施的搭配及组合方 式,在这个防抄体 系中,机械固沙措施主要为草方格沙障.在兰新线玉门地区建立了可灌溉的杨树防 风固沙体系(引祁 连山雪水),工程措施以阻沙堤为主.不设固沙带.在地处半干旱气候区的京通线奈曼区段.建立了 樟子松防护林体系;固沙措施除草方格外.还有平铺式沙障.此外.在乌鲁木齐铁路局管内,还进行 了导风,挡风及高大风障的试验.以上措施主要是对铁路防护体系的整体结构进行研究探索.8O年代 以来.对防护体系的组成功能进行了研究.如对包兰铁路五带一体体系各组成带的功能及作用原理 的探析q与此同时,类似研究在公路防沙中也开展起来,如在新疆的公路防沙中对高立式沙障及 半隐蔽式沙障进行的研究这一期间,经过系统的土壤风蚀风洞模拟实验,明确了自然因素和人为因 素在土壤风蚀及沙化过程中的作用.对不同条件下近地面沙粒运动的微观过程进行了实骀观测.着重 阐明已用的防沙工程的防沙作用原理.在此.本文试图阐明一种新的防沙措施——石方格沙障的 固沙作用原理 青藏线哈(尔盖)一格(尔木)段全长6526km,位于青藏高原.平均海拔3057m,沿线气候恶劣, 风大且频,水源缺乏.植被稀疏,生态脆弱,是我国沙害最严重的线路之一.据我们1984年底调查, 全段线路沙害49处+累计158.2km,约占全线1/4其中,沙害严重地段为273km,较重地段549km, 一 般地段为76km不少地段曾因沙害造成中断行车和机车掉道等事故,其中以客城最为突出铁路在 临时运营期间,先后脱线12次,从1984年5月1日到年底,仅德令哈工务段管内曾因沙埋线路停车4 次,5月13日在K+.由于大风,沙子迅速上道埋轨,造成3452次列车脱线,破坏线路125rmL}l 断行车23h34min,客城段线路上的累累伤痕显示.铁路沙害已成为危及青藏线安全运行的一大灾害 风沙对铁路的主要危害方式表现为 (1)流沙风蚀路肩,造成个别段路肩不足.道床下滑,枕木头外露,铁路轨距,水平,高低和方向 均难以保持. (2)由于沙埋钢轨,造成钢轨和扣件严重锈蚀,剥落的锈块可长达100mm,宽80mm,平均厚2mm. 最厚达4mm,严重影响钢轨使用寿命. (3)青藏线桥涵披风沙堵塞(图1)现象也屡见不鲜,客城区段有6座涵洞全部被堵+如不及时清 沙.一旦洪水到来后果不堪设想. (4)风沙漫道使道床不洁,严重影响了线路弹性和排水,易引发线路其它灾害. 在青藏铁路的西段,降水量极少(许多地段的降水量不足100mm),兼具高原气候与沙漠气候特征, 土壤富积盐分,沙模常与盐湖相伴分布(如万丈盐桥上的高大沙粱与察尔汗盐湖共生),既无植物治沙 的可能一又无麦草来原,却有大量的石料资源.显然,在这些地区,就地开发碎石作为固沙材料是一 种摄佳的固秒途径 在铁路防沙工程中,主要治理主风导致的风沙灾害,防沙工程的走向一般与主风向垂直,因此, 主风向的确定就显得尤为重要.在以往的文献中,以风的出现频率作为确定主风向的依据.作者在 自然灾害10卷 实际观测中发现,在试验地导致灾害的主要风向并不是出现频次最高的风向,而是输沙量最大的风 向为此,依据输沙量来确定主风向,进而建立防沙工程更符合实际情况,其效益更 为显着. 2观测结果与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 为了探明风沙危害的形式, 测.为了提高输沙量测定的精度 2.I风速 圈I铁路涵洞被堵 Fig.1Culvertofrailwayblockedup 特点,在客城建立了气象站,并对风和风沙流的情况进行了野外观 使用截沙淘来测定输沙量,以检验传统的积沙仪的观测效果. 客城是多风向地区,年平均风速 为36m/s,最大风速为30m/s,现场测定 j0m高起沙风为67m/s,风季主要是 3,5月由于客城气象站仅有1985 , 1988年4年的观测资料,难以说明 当地风沙流的特点,为此,我们建立 了德令哈与客城两地风况资料的相关 关系(表1,图2),以便充分利用德令哈 地区风况资料的历史文献,来构建客 城地区多年的风沙流状况. 倒 匿 簋 撕 35 3o 25 2o 15 10 5 0 德夸哈地区风速./(m?s) 圈2害城与德令咭风速相关圈 Fig.2Correlativityofwindvelo~itie~between KechengandDelingha 表1德令咭与害城地区风况资料一览表 TableIWindconditionatDelinghaandKecheng 期于云江等:青藏铁路客城区段风沙漉特点及沙害防治措施的研究33 令..口分别为德令哈,客城地区的风速,则据表l资料有u,=1.46v+1.0l的关系,按此公式可以 得到客城段的风速值. 2.2主风向的确定 2.2.1输沙量的确定 根据拜格诺计算输沙量公式Il1] Q=CT(u—tj)(1l 式中.O——通过单位宽度年输沙量C——沙通量系数;"——实际风速;——起沙风速; _,——持续时间. 为了确定C值,除了使用积沙仪进行测量外.我们在K+线路左侧120m处垂直主风向挖了一 条长37m,宽lm,深O74m的的截沙沟(图3).每次大风后,把沟内沙子搜集起来,测出沙子的体积v, 然后从电接风向风速仪记录纸上查出风速和时间,算出C值,把c值代人式(1)得: Q=0.0000136十r十(一6.7)(2) 按式(2)可计算出客城各风速的全 年输沙量.对研究期内客城气象站大 于,等于67m/s的风速,风向资料 进行了整理,分析,根据式(2)计算的 年输沙量为:7.63,1%am,与我 们在截沙淘中所测的积沙量大体相 符 2.2.2主致灾风的确定 在以往的文献中把出现次数最多的风向定为主导风 沙输沙量大则沙害大对铁路安全的威胁也大 围3截沙沟 Fig3Sandinterceptinggroove 但在铁路沙害中,主要的致灾因子应为积 表2客城气象站1987年风理.输沙?统计 Table2Windvelocityandtransportedsandamountcit.dfromKechengmeteorologicalstatio nin1987 风速『?s) Q 风向78910Ill2I3l4I5l6l7I8台计‰ 从1987年客城气象站全年风速统计表(表2)可以看出,就风速颓率而言,东风最大(45. 8%),西 风次之(18.2%)-但输沙量东风为0.97m3am一,西风则为4.56ma一m,.其它两年也有类似的情况. 说 明西风虽然出现次数远不如东风多,但西风风速大(?l2风速的西风为212次,而东风为32次), 输沙量大,因而对线路危害也大.为此,在铁路沙害防治中,以输沙量大小为依据,可取得更好的防 治效果.因此,客城的防沙工程应主要治理以西风为主风所致的风沙灾害. 自然灾害10卷 3减灾措施与其工程效果和效益 青藏线客域段线路沙害是由于风沙流受路基阻碍, 及流动沙丘侵入线路所造成的.为此,我们采用了阻, 风速降低,致使大量积沙堆积在道心,路肩以 固结合的治理措施. 3.I减灾措施 阻沙措施:采用高lm,长2ra,透风度为45%的竹子栅栏阻沙.阻沙带设置距离;线路迎风坡距 路基坡脚为110,185m,背风侧为25,80m.阻沙带中两道栅栏间距离是根据栅栏的透风度及其有 效阻风沙距离确定的,一般为25,30m. 固沙措施:客城地处牧区,为了便于就地取材,同时防止畜群对防沙障的破坏,为此,我们放弃 草方格固沙,采用碎石方格压埋线路两侧浮沙(包括流动沙丘).设置范围为栅栏至路堤坡脚,迎风侧 为110m,背风侧为25m石方格有两种规格:1.5m×5m,lm×4m,长边与主风方向垂直. 3,2减灾工程的防沙效果 不同措施的防风固沙效果表现在对近地面层风速的减弱和对输沙量的减少程度,这也是衡量工程 治沙效果的基本 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 工程设置2年后,我们分别在K+,+和K+三处布置了垂直线路的 观测断面.3个断面显示了同样的规律,现以+断面为例 有5个观测点,其中流沙观测点位于线路迎风侧第一道栅栏的前方71m的流动沙丘上,是第 1观侧点:A点为第二观测点,位于迎风侧第一道栅栏背风侧l1m处;B点为第3观测点,位于第2 道栅栏背风侧的16m处;C和D为第4和第5点,分别位于碎石方格阻沙带内(图4). 栅栏设置4年后.栅栏两侧 积妙分别达06m和lm,栅栏虽 出露地面很少,但由于栅栏积沙 形成沙堤,其阻风沙效果十分明 显(表3):当远方(流沙观测点)2m 高处风速为7.89m/s时.A点相 应风速为6.75m/s,为远方风速的 8555%.2m高处,A,B,C,D 点平均风速为7.03m/s当远方点 圈4l+风沙流测点示意圈 Fig.4Thesketchmapofwind—sandfluidatobservedsites 02m高处的风速为5.63m#时,风速减弱最大的点为B(231m/s),仅为远方风速的 41.03%.0.2m高处的 A,Bc,D点的平均风速为3.10mN,为远方风速的55.11%,远比2m高处风速降低的 幅度大(2m高处 相同观测点平均值为远方风速的89.10%). 碎石方格沙障削弱风速的效果不如阻沙带明显.当远方02m高处风速为5.63m/s 时,c和D点相 应风速分别为4.21m/s和2.98m/s(阻沙带内的A,B处风速分别为2.91m/s,2.31m/s)(表3).然而.碎石 方格沙障对输沙量的减少幅度却很 人.当远方点的输沙量为93 时.A,B两点平均为远方点的 252%.C和D点则平均为1.17%, 由于风沙流中大量积沙堆积在阻沙 带.道心积沙明显减少(表4).同 时防沙工程增大了地面的粗糙度 (表3),使沙面得以固定,为植物 的生长提供了有利的条件. 3.3减灾工程的经济和社会效益 表3l.断面观测点的风蘧厦租糙度 Table3Windvelocityandroughnessofobservedsites atsectionK4+00n 青藏线客城段在,K的6km线路两侧设置防沙工程后,收到明显的工程防护效果和社会经 济效益. 3.3.I减少道12,积沙,确保行车安全 以前客城区段发生了多起因沙埋钢轨的断道事故.尤其是1986年3月24日,因沙拱道最终造成 1期于云江等:青藏铁路客城区段风沙漉特点及沙害防治措施的研究35 3461次列车油罐爆炸.中断行车16h,直接损失38万元为了保证线路畅通,德令哈工务雇用180多 名民工昼夜清沙,但停车事故仍时有发生. 表4青瓣线K懈+?横断面各测点输沙?及其垂直分布 Table4Thetransportedsandamountofal1observedsite~andtheirvertical distributionatsectionK45?DalongQing—ZangRailway 从防沙工程竣工以来,客城段仅清沙民工一项,就节省费用1O.55万元.尽管多次出现八,九级甚 至十二级大风,道心积沙甚少,杜绝了沙害造成的事故,确保了线路安全畅通.就此而言,经济效益 十分显着. 3.3.2初步改变了试验地段线路两侧环境 由于线路两侧近200m宽沙面得到碎石方格固定,为当地植物生长创造了稳定的地表环境,流动 沙丘的植被覆盖度已从当初的1%增加至5%(工程竣工2年后).道心,路肩和边坡积沙甚少,一改 以前黄沙包包坡的旧貌. 3.3.3改变了原有防沙模式 原来防沙工人主要任务是清沙,一遇大风,沙了就上道危害,工人必须马上清秒.自设立防沙工 程以来.工人们从直接清沙改为维修防沙,从消极清沙到积极防沙. 玉3-4其它 保证了德令哈至柯柯简易公路的畅通,使原来因沙害难以行走的公路又变得畅通,使柯柯至旺尕 秀煤矿运煤里程减少了20多km. 4结论 铁路治沙以减少沙子上道为主,以输沙量的大小确定风向可为铁路沙害防治提供可靠的依据按 输沙量大小确定客城主风向为西风,进而确定的防沙工程取得了明显的减灾效果. 在客城,采用阻固结合的防沙工程具有明显防沙效益.阻沙措施减弱了近地面的风速富有特色 的碎石方格既有取材方便又有使用寿命长的优点,增加了地表粗糙度,取得了良好的固沙效果.该固 沙措施在同类地区具有良好的推广前景 该段防沙工程竣以来,取得了明显的经济效益,确保了铁路畅通. 参考文献: litMcKeeED世界沙海的研究(Ml赵共粱译西宁宁夏凡民出版牡1993 【习郾耀仝.张克智.中国铁路秒害及其防治【Ml北京:中国环境科学出版杜,199846—67I22—157. 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