风沙危害防治的主要工程措施及其机理_韩致文

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1、第!"卷第#期地理科学进展1234!"!-24#!$$%年#月&’()’*++,-)*()’.&/056748!$$%0123456789:;<=>?@!"#!$%&!$’()!"#*+,!-%./!$:#4中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室!兰州<"$$$$#!4中国科学院新疆生态与地理研究所!乌鲁木齐!;"$$$$>A8"对风沙危害防治的主要工程措施及其物理机理进行了深入研究!从理论上得出格状沙障内最大风蚀深度与方格边长之间的解析关系!利用流体力学理论计算了不同草头高度F$所对应的最大间距NC6O!得出格状沙障中心沙粒的

2、起动风速随沙障规格和深宽比FPN的增加而减小!建立了栅栏下风侧风速为来流风速的百分率与栅栏下风向距离的关系!并对不同孔隙度尼纶网栅栏的风沙阻导效应&直立植物及戈壁砾石覆盖防沙措施的粗糙特征&化学工程固沙措施等进行了广泛研究*通过对已有研究成果的综合评述!剖析了风沙工程学面临的主要问题与任务!指出与生态环境治理+资源开发及可持续发展问题紧密结合!是风沙危害防治研究发展的方向!并亟待加强与生态环境恢复,资源高效开发一体化的风沙危害防治措施的理论研究与技术示范*BCD"风沙危害防治#格状沙障#阻沙栅栏#直立植物#砾石覆盖#物理学机理EFGHI"@#%%

3、#@A#=4=#引言科学技术的进步和生存发展的需要!使得人类获取资源并影响环境的空间范围不断扩大!处于极端干旱环境的沙漠!早已成为资源开发的热点地区*随之而来的地表疏松沙质沉积被风力吹蚀&搬运和再堆积过程导致的风沙危害问题日益严峻*风沙危害防治研究也称为治沙工程学Q#R!是以物理力学观点研究风沙运动及其动力过程Q!R&风沙危害的形成机制!探索减少风沙流输沙量&消弱近地表风速&延缓或阻止沙丘前移!防治风沙危害的有效措施及其防治原理Q"R*风沙危害的防治开始于海岸沙丘的治理*自#B世纪%$年代丹麦开始海岸沙丘治理以来!英国&荷兰&德国及波罗的海沿岸国

4、家都采取措施治理海岸风沙危害Q#R*#A世纪;$年代!中亚卡拉库姆沙漠铁路和运河的风沙危害!迫使科学界不得不展开风沙工程学相关研究!学者们对地貌要素的评价予以特别重视!提出注重保护和利用先前形成的地貌要素!通过地形与工程设施的和谐结合保持地貌单元的动态平衡!预防地貌破坏因素的引入Q%!=R!干旱荒漠环境中!地貌的轻微破坏可能导致极为不良的环境过程*修筑卡拉库姆沙漠铁路时!已经试用草方格沙障固定流沙#!$世纪"$年代!西亚和北非沙漠地区开始大规模开发石油天然气资源!撒哈拉&内夫德等沙漠地区相继修建了公路!曾采用高立式塑料网方格&水泥条格状沙!"#$

5、"!$$"9$##%&’$"!$$"9#$4()*+"国家重点基础研究发展规划项目$中国北方沙漠化过程及其防治研究%:)!$$$$%;<$=8)!$$$$%;<$!>&中国科学院寒区旱区环境与工程研究所知识创新工程项目’?.?@!#$$A"(4,-./"韩致文:#AB"9>!男!博士&研究员)主要从事风沙地貌与风沙工程研究4*9C6D3EFGHI7J7K43GL46M4M7#*!"#$%&!"卷障!喷洒原油"乳化石油"高分子聚合物等措施防治风沙危害#在已有理论指导下!国内风沙工程学及其应用研究迅速崛起$#$%&年!世界上第一条穿越流动性沙漠的铁路

6、干线%%包兰铁路建成!为防止风沙危害!构建了由前沿高立式阻沙带&草方格与无灌溉植物固沙带&灌溉造林带等多措施镶嵌组合的综合防护体系!在腾格里沙漠东南缘形成%’()绿色长廊$!’世纪$’年代初!我国建成全长%**公里的塔克拉玛干沙漠公路!在先期试验研究成果的支持下!建成以半隐蔽草方格固沙沙障与高立式阻沙沙障相结合的机械防护体系!并展开一系列相关研究$’风沙与荒漠沙丘物理学(+,-./01234!#$*#5678&’铁路防沙()彼得普梁多夫94!#$%&*"’沙地风蚀过程的实验研究和沙堆防止问题()兹纳门斯基!"!#$7’*"’沙地风蚀的物理原理()

7、伊万诺夫#$!#$:!*"’实验风沙物理与风沙工程学()刘贤万!#$$%*等风沙物理与风沙工程学成果的相继出版!以及近年来对风沙危害防治措施及其物理;力学机理的深入研究6:!#78!标志着风沙物理与风沙工程学理论研究的突破性进展与应用技术的日臻完善$本文在综合评述国内外风沙危害防治的主要工程措施及其机理研究的主要内容与成果的基础上!剖析了风沙工程学面临的主要问题与任务!旨在为今后的研究与实践提供参考与借鉴$!风沙危害防治的主要工程措施及其物理学机理!"#!"#$关于草方格沙障与风沙流相互作用的物理%力学特征!有学者进行过研究6:!#:!#&8$凌

8、裕泉6#8假设障内沙面为一段圆弧!沙面最高点处圆的弦切角为干沙的休止角!进而从理论上得出草方格沙障内最大风蚀深度与方格边长之间的解析关系