Applicability of three indexes for estimating the intensity of blown-sand activity

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00030

Journal of Desert Research ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (3): 118-129.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00030

Applicability of three indexes for estimating the intensity of blown-sand activity

Zhaoyun Wang¹^,²(), Gaihong Niu¹^,², Benli Liu¹

^1.Key Laboratory of Desert and Desertification / Dunhuang Research Station of Gobi and Desert Ecology and Environment，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

Received:2021-01-21 Revised:2021-03-16 Online:2021-05-26 Published:2021-05-26

Abstract

Abstract:

For the construction and operation of transportation and energy infrastructure in sandy area， the intensity of blown-sand activity is an important index that should be considered in designing wind-blown sand control engineering. However， currently there is no easily and widely adopted method to calculate this intensity. In this study， three commonly used indicators， namely wind erosion climatic erosivity， dune activity index and sand drift potential， were selected to compare and analyze the suitability and existing problems of each index after referring multiple specific engineering cases in North China. The results are as follows. （1） Without considering the relevant factors affecting the availability of sand sources around the engineering， such as the coverage of vegetation and gobi gravel， the three indicators cannot reflect the actual wind and sand problems of specific engineering. （2） The sand drift potential calculated using high-precision wind speed and direction data can better express the wind characteristics in arid areas， but its deviation is larger in regions with more precipitation. （3） Significant differences in the intensity of blown-sand activity may exist on two sides of linear engineering such as railways， and there are obvious differences in the protection effects of the same sand control measure. The difference of direction should be made clear when estimating the intensity of blown-sand activity for a specific project. When guiding the construction of the protection system， it is necessary to consider as many climatic factors as possible， such as precipitation， air temperature， wind speed and wind direction. The difference of sand activity intensity， the availability of sand source， the surface coverage， and engineering trend should be take into account together. The study is helpful to propose a method for estimating the intensity of blown-sand activity with high accuracy， wide applicability and good operability in the future， which will provides guidance for the effective design of sand control engineerings.

Key words: the intensity of blown-sand activity, wind erosion climatic erosivity, dune activity index, sand drift potential

CLC Number:

P931.3

Zhaoyun Wang, Gaihong Niu, Benli Liu. Applicability of three indexes for estimating the intensity of blown-sand activity[J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(3): 118-129.

Figures/Tables 10

References 36

1	张克存，屈建军，鱼燕萍，等.中国铁路风沙防治的研究进展［J］.地球科学进展，2019，34（6）：573-583.
2	刘刚，高海男.沙漠地区公路风沙病害分析及处治措施研究［J］.公路，2018，63（4）：57-59.
3	李生宇，雷加强，徐新文，等.中国交通干线风沙危害防治模式及应用［J］.中国科学院院刊，2020，35（6）：665-674.
4	蔡迪文，张克存，安志山，等.青藏铁路格拉段风动力环境及其对铁路沙害的影响［J］.中国沙漠，2017，37（1）：40-47.
5	鲍锋，董治宝.青藏铁路察尔汗盐湖段风沙活动特征［J］.中国沙漠，2017，37（4）：621-625.
6	徐峻龄，裴章勤，王仁化.半隐蔽式麦草方格沙障防护带宽度的探讨［J］.中国沙漠，1982，2（8）：16-23.
7	韩致文.风沙危害防治的主要工程措施及其机理［J］.地理科学进展，2004，23（1）：13-21.
8	张克存，屈建军，姚正毅，等.青藏铁路格拉段风沙危害及其防治［J］.干旱区地理，2014，37（1）：74-80.
9	冯连昌，卢继清.中国沙区铁路沙害防治综述［J］.中国沙漠，1994，14（3）：47-53.
10	李晋昌，苏志珠，胡光印.风沙活动强度的常用判断指标及其应用评述［J］.中国沙漠，2010，30（4）：788-795.
11	陈首序董玉祥.风蚀气候侵蚀力研究进展［J］.中国沙漠，2020，40（5）：67-75.
12	钱正安，蔡英，刘景涛，等.中国北方沙尘暴研究的若干进展［J］.干旱区资源与环境，2004，18（1）：1-8.
13	李晋昌.中国北方大气降尘的时空变化［D］.兰州：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，2008.
14	Zhang Z C，Dong Z B，Li C X.Wind regime and sand transport in China's Badain Jaran Desert［J］.Aeolian Research，2015，17：1-13.
15	管超.基于改进的M指标的沙丘潜在活性评价：以库布齐沙漠为例［J］.沙漠与绿洲气象，2016，10（3）：21-29.
16	凌裕泉.铁路沙害治理体系的风沙物理学原理：以包兰铁路为例［M］//中国科学院兰州沙漠研究所沙坡头沙漠可续研究站.腾格里沙漠沙坡头地区流沙治理研究.银川：宁夏人民出版社，1991：297-308.
17	胡孟春，赵爱国，李农.沙坡头铁路防护体系阻沙效益风洞实验研究［J］.中国沙漠，2002，22（6）：76-79.
18	王训明，陈广庭.塔里木沙漠公路沿线机械防沙体系效益评价及防沙带合理宽度的初步探讨［J］.干旱区资源与环境，1997，11（4）：28-35.
19	冯连昌，钱征宇.论草方格沙障防风原理与其防护带宽度的计算公式［C］//全国风工程及工业空气动力学学术会议.1986.
20	吴正.风沙地貌与治沙工程学［M］.北京：科学出版社，2003：93-94，385-386.
21	牛清河，屈建军，安志山.甘肃敦煌雅丹地质公园区风蚀气候侵蚀力特征［J］.中国沙漠，2017，37（6）：1066-1070.
22	祁栋林，韩廷芳，赵全宁，等.青海省冬春季风蚀气候侵蚀力和起沙风日数的区域变化差异特征［J］.水土保持研究，2019，26（2）：23-36.
23	刘慧，李晓英，肖建华，等.1961~2015年雅鲁藏布江流域风蚀气候侵蚀力变化［J］.地理科学，2019，39（4）：688-695.
24	杨兴华，何清，李红军，等.塔里木盆地风蚀气候侵蚀力的计算与分析［J］.中国沙漠，2012，32（4）：990-995.
25	FAO.A Provisional Methodology for Soil Degradation Assessment［M］.Rome，Italy：FAO，1979.
26	董玉祥，康国定.中国干旱半干旱地区风蚀气候侵蚀力的计算与分析［J］.水土保持学报，1994，8（3）：1-7.
27	Lancaster N.Development of linear dunes in the southwestern Kalahari，Southern Africa ［J］.Journal of Arid Environments，1988，14（3）：233-244.
28	柳本立，张巍.1957—2014年翁牛特旗气候要素和沙丘活化指数的变化［J］.水土保持通报，2017，37（1）：270-280.
29	Wang X，Yang Y，Dong Z B，et al.Responses of dune activity and desertification in China to global warming in the twenty-first century［J］.Global & Planetary Change，2009，67（3/4）：167-185.
30	Thornthwaite C W.An approach toward a rational classification of climate［J］.Geographical Review，1948，38（1）：55-94.
31	王涛.兰新高铁戈壁大风区风沙灾害形成机理及防治研究［D］.北京：中国科学院大学，2018.
32	谭立海，张伟民，边凯，等.兰新高铁烟墩风区戈壁近地表风沙流跃移质垂直分布特性［J］.中国沙漠，2018，38（5）：919-927.
33	包为民.沙土含水率对起沙临界风速影响［J］.中国沙漠，1996，16（3）：316-319.
34	Skidmore E L.Wind erosion climatic erosivity［J］.Climatic Change，1986，9（1）：195-208.
35	韩庆杰，郝才元，张宏杰，等.临哈铁路典型防沙工程区阻风效率与积沙量特征［J］.中国沙漠，2021，41（1）：1-10.
36	慕青松，马崇武，陈晓辉.颗粒状粗糙元对可蚀性地表的保护作用［J］.工程力学，2008，25（3）：211-215.

工程案例段	工程走向	方向	编号
包兰铁路K707段	ENE-WSW	东侧	RB707-E
包兰铁路K707段	ENE-WSW	西侧	RB707-W
包兰铁路K709段	NE-SW	东侧	RB709-E
包兰铁路K709段	NE-SW	西侧	RB709-W
民湖公路南段	ESE-WNW	北侧	M-N
民湖公路南段	ESE-WNW	南侧	M-S
临哈铁路K420段	ESE-WNW	南侧	RL420-S
天策铁路K25段	N-S	东侧	RT25-E
天策铁路K25段	N-S	西侧	RT25-W
S315公路K19段	NNE-SSW	东侧	S19-E
S315公路K19段		西侧	S19-W
S315公路K23段		东侧	S23-E
S315公路K23段		西侧	S23-W
临哈铁路K745段	W-E	北侧	RL745-N
临哈铁路K745段	W-E	南侧	RL745-S
敦格铁路K77段	N-S	西侧	RD77-W
兰新高铁K2828段	NNW-SSE	东侧	RX2828-E
兰新高铁K2828段	NNW-SSE	西侧	RX2828-W
哈罗铁路K105段	NNE-SSW	西侧	RH105-W
哈罗铁路K107段	W-E	西侧	RH107-W
哈罗铁路K109段	W-E	北侧	RH109-N
兰新高铁K3010段	W-E	北侧	RX3010-N
兰新高铁K3010段	W-E	南侧	RX3010-S

工程案例段	工程走向	方向	编号
包兰铁路K707段	ENE-WSW	东侧	RB707-E
包兰铁路K707段	ENE-WSW	西侧	RB707-W
包兰铁路K709段	NE-SW	东侧	RB709-E
包兰铁路K709段	NE-SW	西侧	RB709-W
民湖公路南段	ESE-WNW	北侧	M-N
民湖公路南段	ESE-WNW	南侧	M-S
临哈铁路K420段	ESE-WNW	南侧	RL420-S
天策铁路K25段	N-S	东侧	RT25-E
天策铁路K25段	N-S	西侧	RT25-W
S315公路K19段	NNE-SSW	东侧	S19-E
S315公路K19段		西侧	S19-W
S315公路K23段		东侧	S23-E
S315公路K23段		西侧	S23-W
临哈铁路K745段	W-E	北侧	RL745-N
临哈铁路K745段	W-E	南侧	RL745-S
敦格铁路K77段	N-S	西侧	RD77-W
兰新高铁K2828段	NNW-SSE	东侧	RX2828-E
兰新高铁K2828段	NNW-SSE	西侧	RX2828-W
哈罗铁路K105段	NNE-SSW	西侧	RH105-W
哈罗铁路K107段	W-E	西侧	RH107-W
哈罗铁路K109段	W-E	北侧	RH109-N
兰新高铁K3010段	W-E	北侧	RX3010-N
兰新高铁K3010段	W-E	南侧	RX3010-S

工程案例段	就近选取的气象站	HOBO自动气象仪数据时间
RB707/RB709	沙坡头	2010-06-01—2020-05-31
M	民勤	2014-01-01—2016-12-31
RL745	额济纳旗	2019-07-01—2020-07-01
RL420		2019-11-10—2020-11-10
RT25		2019-11-10—2020-08-27
S19/S23		2016-06-01—2017-05-31
RD77	敦煌	2016-06-10—2017-05-31
RX2828	哈密	2018-01-01—2018-12-31
RX3010		2016-01-01—2016-12-31
RH105/RH107/RH109		2018-04-01—2019-03-30

工程案例段	就近选取的气象站	HOBO自动气象仪数据时间
RB707/RB709	沙坡头	2010-06-01—2020-05-31
M	民勤	2014-01-01—2016-12-31
RL745	额济纳旗	2019-07-01—2020-07-01
RL420		2019-11-10—2020-11-10
RT25		2019-11-10—2020-08-27
S19/S23		2016-06-01—2017-05-31
RD77	敦煌	2016-06-10—2017-05-31
RX2828	哈密	2018-01-01—2018-12-31
RX3010		2016-01-01—2016-12-31
RH105/RH107/RH109		2018-04-01—2019-03-30

[1]	Min Tian, Guangqiang Qian, Zhuanling Yang, Wanyin Luo, Junfeng Lu. Characteristics of wind regime and its influences on the development of aeolian landforms in the Haertenghe Reach, northeastern Qaidam Basin, China [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(1): 1-9.
[2]	Guangyin Hu, Zhibao Dong, Zhengcai Zhang, Ming Zhou, Lunyu Shang. The regime of sand driving wind and sand drift potential in Zoige Basin [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(5): 20-24.
[3]	Shouxu Chen, Yuxiang Dong. A review of the research on wind erosion climatic erosivity [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(5): 65-73.
[4]	Yu Yanping, Zhang Kecun, An Zhishan, Zhang Yu. Dynamic environment of wind along the Dunhuang-Golmud Railway [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(1): 41-48.
[5]	Wang Haijiao, Tian Lihui, Zhang Dengshan, Wu Wangyang, Zhang Mingyuan, Zhang Hongwei, Wang Qiaoyu, Zhou Xin. Characteristics of blown sand activities in sandy land on the eastern shore of the Qinghai Lake of China [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(1): 49-56.
[6]	Chen Zongyan, Dong Zhibao, Wang Qingchun, E Chongyi, Liu Fei. Characteristics of wind regime and sand drift potential in Qaidam Basin of China [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(1): 195-203.
[7]	Liang Xiaolei, Niu Qinghe, An Zhishan, Qu Jianjun, Shao Yaping, Wang Liang. Sand-driving Wind Regime and Sand Drift Potential in the Yardang Landform Areas of Southern Suoyang Town,Guazhou,Gansu,China [J]. Journal of Desert Research, 2019, 39(3): 48-55.
[8]	Chen Zongyan, Dong Zhibao, Wang Qingchun. Wind Regime and Dune Field Patterns in the Gonghe Basin, Qinghai, China [J]. Journal of Desert Research, 2018, 38(3): 492-499.
[9]	Xiao Nan, Dong Zhibao, Nan Weige, Cui Xujia, Li Chao, Xiao Weiqiang, Li Lulu. Characteristics of Surface Wind Field in the Hobq Desert from 1957 to 2014 [J]. Journal of Desert Research, 2018, 38(3): 628-636.
[10]	Xie Shengbo, Yu Wenbo, Qu Jianjun, Pang Yingjun. Dynamic Environment of Blown Sand at Honglianghe River of Qinghai-Tibet Plateau [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2018, 38(2): 219-224.
[11]	Niu Qinghe, Qu Jianjun, An Zhishan. Characteristic of Wind Erosion Climatic Erosivity in Dunhuang Yardang Geo-park of Gansu Province [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2017, 37(6): 1066-1070.
[12]	Zhang Dengshan, Zhang Pei, Wu Wangyang, Tian Lihui. Wind-blown Sand Activity and Control Way of Sand Hazards at Ketu Sandy Land in Eastern Shore of the Qinghai Lake [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2016, 36(2): 274-280.
[13]	LI Ji-yan1, DONG Zhi-bao1,2, LI En-ju3, YANG Ning-ning2. Wind Regime of Yardang Landform Regions in the Qarhan Salt Lake [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2013, 33(5): 1293-1298.
[14]	YIN Dai-ying, QU Jian-jun, HAN Qing-jie, LI Yi, AN Zhi-shan, LI Jian-guo, TAN Li-hai. Wind-blown Sand Activity Intensity in Cuonahu Lake Section of Qinghai-Tibet Railway [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2013, 33(1): 9-15.
[15]	YANG Xing-hua, HE Qing, LI Hong-jun, HUO Wen, DING Guo-feng. Calculation and Analysis on Wind Erosion Climatic Erosivity in the Tarim Basin [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2012, 32(4): 990-995.

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