论文部分内容阅读
交通线是国家经济建设的生命线,干旱区尤其是沙漠地区是我国重要的能源供应区,沙漠地区交通建设具有重要战略意义。塔克拉玛干沙漠公路是世界上穿越流动沙丘最长的沙漠公路,建成后为我国能源开发产生了重大影响。纵向沙垄区是沙漠石油公路穿越最长的地貌类型,探讨该地貌区域道路风沙防治具有重要意义。
本文选取塔克拉玛干沙漠石油公路穿越的纵向沙垄区不同地貌部位(包括沙垄迎风坡底部、中部、顶部、背风坡中部和背风坡底部),基于断面防护林带配置调查、流场及风沙运动观测、地表侵蚀堆积监测、沉积物采样分析、沙垄上覆沙丘地貌测量等室内外工作,研究了纵向沙垄区公路防护体系优化配置的原理与措施,取得了以下结果:
(1)塔克拉玛干沙漠石油公路纵向沙垄区防护工程中,原有机械防护措施损坏严重,沙垄迎风坡中部至背风坡中部机械工程损坏程度最大。防护林带存在地貌差异,沙垄迎风坡底部植株相对高大,林带结构较密;沙垄迎风坡中部和背风坡中部植被平均高度和林带结构相近;沙垄背风坡底部植被形态矮小,林带结构稀疏。
(2)防护林带对风速廓线、摩阻风速、粗糙度及风速水平变化均有较大影响。林带植株对气流的主要影响范围集中在植株冠层中下部。林带冠层粗糙度是流沙区的几十甚至上千倍,林带对近地面风力的削弱作用明显,林带内风速最大降低幅度达90%。风速最大降低幅度对应林带的位置与植株高度、林带结构有关。不同地貌部位防护林带防风效果存在差异,无论防护垂直范围、风速最大降低幅度还是防护宽度,沙垄迎风坡底部防护效果最好,沙垄迎风坡中部防风效果较差,其因为与沙垄大地形有关。
(3)防护林带内风沙流结构及输沙率发生明显变化。沙垄迎风坡中部、顶部断面防护林带对地表0~10cm高度输沙影响明显。沙垄防护林带内各集沙高度输沙百分率趋于均匀。防护林带与流沙区相比,输沙率最大降低幅度在70~98%之间;输沙率平均降低幅度在50~95%之间。防护林带内输沙率与风速综合指标6、冠层内风速削弱系数a均呈指数关系。受沙垄大地形影响,所有地貌部位中,沙垄迎风坡中部和背风坡中部防沙效果较差。
(4)近地面流场和输沙率的变化改变了防护林带地面蚀积过程,林带内平坦区域侵蚀堆积过程相对稳定,以弱侵蚀和弱堆积为主;沙垄迎风坡中部断面主要以侵蚀过程为主。林带内极细沙、粉沙含量增多;流沙区中沙、细沙含量比林带内大。防护林带内平均粒径减小,平均粒径在3Φ以上。防护林带内沉积物分选性变好,林带内沉积环境比较稳定,是防护林带长期防护的结果。沙垄背风坡底部受沙丘移动和风沙流的共同影响,沙垄区其他部位公路在现有防护工程防护下,基本不受沙丘前移的威胁,风沙危害主要以风沙流为主。
(5)沙垄防护工程优化配置探讨
依据沙垄防护林带防护效果,针对沙垄不同地貌部位植被生长现状、风沙环境特征,进一步探讨沙垄不同地貌部位防护工程的优化配置。现有防护工程具有很好的防护效果,沙垄防护林带植株冠层底部均需增强防护措施:沙垄迎风坡中上部防护需以固沙措施为主,加强林带植被冠层内防护;沙垄背风坡中上部需以阻沙措施为主,尤其需要完善公路东侧林带外阻沙措施。