库木托拜沙漠公路风沙-风雪复合灾害的形成机制及治理方案

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00032

摘要/Abstract

摘要：

伴随交通建设的快速发展，极端环境对交通造成了复杂多样的灾害。穿越新疆库木托拜沙漠的克特公路冬季遭遇频发的风沙-风雪复合灾害，危害严重。此种灾害的发生与区域特殊孕灾环境有关（冬季有强劲的“闹海风”和丰富的风沙（雪）源），也与公路防沙体系布局和路基断面设置以及清沙（雪）堆放等人为扰动有关。本研究按照因地制宜、因害设防、顺应自然、标本兼治的防治原则，提出了加强防护能力、机械防治与植物防治相衔接的防治思路，制定了路侧地形平整、阻-固-输结合防护体系建设及后期科学管护的综合治理方案，以统筹防治春季风沙灾害与冬季风沙-风雪复合灾害。

关键词: 风沙-风雪复合灾害, 孕灾环境, 形成机制, 治理方案, 库木托拜沙漠, 吉木乃县

Abstract:

In recent years， with the rapid expansion of highway construction area in China， some problems about wind force disasters on highway have appeared under special environmental conditions， which seriously threaten the safety of highway traffic. The compound disaster of snow drift and blown sand on Kete Highway in Altay Prefecture of Xinjiang just is a special seasonal wind-driven disaster. It is found that the occurrence of this kind of disaster is related to the regional disaster-pregnant environment with the reginonal east gale and abundant sand & snow sources in winter， as well as the layout of sand control system， the configuration of subgrade section and the artificial disturbance such as sand or snow stacking. In accordance with the principle of adapting measures to local conditions， fortifing against harm， complying with nature and addressing both symptoms and root causes， strengthening protection ability， and linking mechanical control with plant control have been formed in order to comprehensively control the blown sand disaster in spring and sand-snow compound disaster in winter. A comprehensive treatment scheme of road side terrain leveling， resistance-solid-transport structure protection system construction and later scientific management and protection has been formulated. This research results can provide a scientific plan for the disaster prevetion of Kete Highway， and also provide a reference for similar disaster control in other areas.

Key words: compound disaster of blown sand and snow drift, disaster-pregnant environment, formation mechanism, control scheme, Kumutoba Desert, Jeminay County

中图分类号:

P931.3

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图/表 16

图1 库木托拜沙漠和克特公路地理位置示意图

Fig.1 Map of the location of Kumtoba Desert and Kete Highway in Northwest Xinjiang， China

图2 吉木乃县气温和降水的年内变化

Fig.2 Annual variation of air temperature and precipitation in Jeminay County

图3 克特公路沿线国防设备的风沙灾害

Fig.3 Sand disaster of the national defense equipments along Kete Highway

图4 克特公路沿线的风营力灾害A、B、C春季风沙灾害，D、E、F冬季风沙-风雪复合灾害

Fig.4 Wind force disasters along Kete Highway

图5 吉木乃县风况

Fig.5 Wind regime of Jeminay County

图6 吉木乃县输沙势时空变化

Fig.6 Temporal and spatial variation of drift potential in Jeminay County

表1 吉木乃县年输沙势变化

Table 1 Drift potential variation of Jeminay County

年份	输沙势 DP	合成输沙势 RDP	方向变率	合成输沙方向 RDD	备注	合成风方向 RWD	备注
2016	613.23	58.41	0.10	350.69	N	170.69	S
2017	388.36	71.69	0.18	87.51	E	267.51	W
2018	615.55	55.98	0.09	355.91	N	175.91	S
2019	495.26	35.76	0.07	2.90	N	182.90	S
2020	409.42	74.33	0.18	66.13	ENE	246.13	WSW
2021	442.64	98.85	0.22	314.25	NW	134.25	SE
平均或总体	494.08	65.84	0.14	12.83	NNE	192.83	SSW

图7 吉木乃县风雪期的风况

Fig.7 Wind regime during snow period in Jeminay County

图8 吉木乃县“闹海风”的日变化

Fig.8 Diurnal variation of reginonal east gale in Jeminay County

图9 克特公路被风雪流掩埋的草方格沙障及其表面的风沙流

Fig.9 Straw checkerboard buried by snow and wind-sand flow on its surface along the Kete Highway

表2 气温低于-6 ℃时10 m 高度不同粒径雪粒的起动风速（引自文献［19］）

Table 2 Threshold wind velocity of snow particles with different particle sizes at height of 10 meters when the temperature is below -6 ℃ （Quoted from Literature ［19］）

积雪种类	干燥新雪	细雪	老细粒雪
粒径/mm	<1	<0.5	0.5－1
平均密度/（g·cm^-3）	0.06	0.18	0.23
起动风速/（m·s^-1）	2.0	3.7－4.2	6－8

表3 2 m高度不同沙粒粒径的起动风速（引自文献［22］）

Table 3 Threshold wind velocity of sand particles with different particle sizes at height of 2 meters （Quoted from Literature ［22］）

不同沙粒	沙粒粒径/mm
不同沙粒	0.10－0.25	0.25－0.50	0.50－1.00	>1.00
起动风速/（m·s^-1）	4.0	5.6	6.7	7.1

图10 克特公路的路面风沙-风雪复合灾害

Fig.10 The blowing snow-sand compound disasters on the road surface of Kete Highway

图11 克特公路的路面风沙-风雪复合灾害形成机制示意图

Fig.11 The diagram of blowing snow-sand composite disaster formation mechanism of Kete Highway

图12 克特公路沿线新建及被沙埋的草方格沙障

Fig.12 New straw checkerboard and sand-buried straw checkerboard along the Kete Highway

图13 防沙体系结构示意图

Fig.13 The schematic diagram of sand control system structure

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