金阿鐵路戈壁風(fēng)沙流輸沙量研究

王旭

摘 ?要：目前鐵路的修建在戈壁地區(qū)面臨的一大問題就是戈壁風(fēng)沙流對(duì)工程的危害，風(fēng)沙流的風(fēng)蝕和積沙作用嚴(yán)重危害鐵路路基的穩(wěn)定性及機(jī)車的行車安全。針對(duì)風(fēng)沙流設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的工程防治措施是保證工程建設(shè)及鐵路運(yùn)營的關(guān)鍵。通過研究前人的研究成果，結(jié)合鐵路工程在勘察中可以相對(duì)容易獲取的戈壁礫石覆蓋度、風(fēng)沙顆粒粒徑、密度以及風(fēng)速等影響因子，提出一套計(jì)算戈壁風(fēng)沙流年輸沙量的計(jì)算公式。不用采取建立長期觀測站點(diǎn)等耗費(fèi)人力財(cái)力的常規(guī)手段，就可以為工程設(shè)計(jì)提供相對(duì)準(zhǔn)確的指標(biāo)。節(jié)約了勘察期間的成本和時(shí)間，并使勘察工作更加符合現(xiàn)階段鐵路項(xiàng)目快速建設(shè)的時(shí)代要求。

關(guān)鍵詞：戈壁風(fēng)沙流 ?輸沙量 ?臨界啟動(dòng)摩阻風(fēng)速 ?礫石覆蓋度

中圖分類號(hào)：U212.22 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）05（a）-0180-03

Abstract： The construction of the railway in the gobi region faces a big problem is the gobi sand flow to the harm of engineering， the sand flow of wind erosion and sediment deposition effects which cause serious damage to railway roadbed stability and safety of locomotive. It is the key to guarantee the engineering construction and railway operation to design the economical and reasonable engineering control measures. By studying the predecessors' research results， combined with railway engineering can be relatively easy to obtain in the investigation of the gobi gravel coverage， sand particle size， density and impact factors such as wind speed put forward a set of calculation formula for computing the gobi sand time sediment discharge. It is possible to provide relatively accurate indicators for engineering design without resorting to conventional means such as establishing long-term observation stations and so on. It saves the cost and time during the survey period， and it is more in line with the requirements of the time of rapid construction of railway projects.

Key Words： Gobi desert flow; Sediment discharge; Critical start of friction wind speed; Gravel coverage

在我國，沙漠、戈壁總面積已達(dá)128×104km2，約占我國國土面積的14.1%，它們主要位于北緯35°～50°、東經(jīng)75°～125°之間，大致分布在烏鞘嶺和賀蘭山以西[1]。隨著西部大開發(fā)的深入及人類對(duì)自然資源需求的急劇增長，逐步展開了風(fēng)沙地區(qū)各類工礦企業(yè)的建設(shè)，相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸展開。而在風(fēng)沙戈壁地區(qū)建設(shè)鐵路將面臨風(fēng)沙對(duì)鐵路的危害。在沙漠地區(qū)，風(fēng)沙對(duì)鐵路危害的等級(jí)可以通過擬建場地調(diào)查植被覆蓋率、沙丘形態(tài)、面積、沙丘流動(dòng)性等植被、地質(zhì)特征加以評(píng)判。而對(duì)于戈壁風(fēng)沙流對(duì)鐵路危害等級(jí)的劃分則只能通過單位長度內(nèi)的年輸沙量作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)[2]。通常年輸沙量只能通過擬建場地現(xiàn)場實(shí)測獲得，但監(jiān)測工作耗費(fèi)人力、物力，并且要持續(xù)至少一個(gè)周期年，在鐵路快速建設(shè)的今天該方法有一定的局限性。該文以金阿鐵路工程為例，根據(jù)戈壁礫石覆蓋率、風(fēng)沙顆粒粒徑及顆粒密度、風(fēng)速等較為容易測定的指標(biāo)，提出一套計(jì)算戈壁風(fēng)沙流年輸沙量的方法。

1 ?工程概況

金阿鐵路工程位于潮水盆地東北部金昌市、民勤縣境內(nèi)，北大山南麓。所經(jīng)地區(qū)地面高程介于1350～1550m。潮水盆地為一高原內(nèi)陸型盆地，面積約18180km2，北西西向展布，夾于北大山和龍首山之間，總體地勢呈現(xiàn)西北高，東南低的態(tài)勢。地表植被不發(fā)育，呈戈壁荒灘狀。該區(qū)屬西北干旱區(qū)，為典型的大陸干旱性氣候，夏季酷熱，冬季嚴(yán)寒，晝夜溫差大，降水較少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，光照充足，干燥多風(fēng)沙。年平均氣溫一般為8.8℃，極端最高氣溫為41.7℃，極端最低氣溫為-29.5℃;年平均降水量113.2mm，年平均蒸發(fā)量2675.6mm;平均風(fēng)速2.6m/s，最大定時(shí)風(fēng)速23m/s，主導(dǎo)風(fēng)向WNW[3]（見圖1）。

2 ?戈壁風(fēng)沙流輸沙量的計(jì)算

根據(jù)上述分析，如何選取代表性的風(fēng)速時(shí)距是影響計(jì)算準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素。根據(jù)相關(guān)研究，在統(tǒng)一中方法計(jì)算輸沙量的情況下，采用不同的風(fēng)速統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果相差很大。當(dāng)取風(fēng)速中值計(jì)算時(shí)結(jié)果比采用風(fēng)速平均值要大11%左右，當(dāng)采用1min的平均風(fēng)速計(jì)算時(shí)比采用5min的平均風(fēng)速的結(jié)果偏大大約5%，比采用10min的平均風(fēng)速的結(jié)果偏大大約17%，因?yàn)轱L(fēng)速在平均過程中風(fēng)速的最大值明顯降低，隨著時(shí)距的增加降低的幅度越大[9]。可以看出起沙風(fēng)風(fēng)速的精確程度越高，其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)愈有意義，由于各方面因素及方便實(shí)際工作，風(fēng)速值大小的確定仍采用氣象學(xué)上的統(tǒng)計(jì)規(guī)則：即在氣象站的風(fēng)速測量高度上10min平均風(fēng)速統(tǒng)計(jì)中，將整時(shí)前10min的平均風(fēng)速作為該時(shí)的平均風(fēng)速[10]。