Research progress on aeolian dynamics and sand hazard prevention along road in gobi regions

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00032

Journal of Desert Research ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (3): 39-49.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00032

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Research progress on aeolian dynamics and sand hazard prevention along road in gobi regions

Kecun Zhang¹(), Jiapeng Pan¹^,², Zhishan An¹, Shengbo Xie¹, Chengjie Xue¹^,², Junzhan Wang¹

^1.Dunhuang Gobi and Desert Ecological and Environmental Research Station / National Key Laboratory of Ecological Safety and Sustainable Development in Arid Lands，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:2025-03-07 Revised:2025-03-27 Online:2025-05-20 Published:2025-06-30

Abstract

Abstract:

Gobi is a typical arid desert landscape and a major surface type along road in sandy regions. Influenced by underlying surface properties， surface material composition， and sand source reserves， the aeolian dynamic mechanisms and the focus of sand hazard prevention priorities in road engineering differ in gobi regions. This study delved into the differences in near-surface wind dynamics and aeolian transport processes between gravelly gobi surface and sandy-gravelly gobi surface. It systematically summarized the research progress on sand disaster prevention and control in road engineering in gobi regions， focusing on the characteristics， formation mechanisms， protective system， and their effectiveness evaluation of the two types of gobi sand hazards along road engineering routes. It also reviewed the main sand control measures and their applications in gobi road engineering. The sandy-gravelly surface， being a latent potential sand source with a mixed distribution of sand， gravel， and powdery sand layers， made it essential to strengthen the study of aeolian processes on sandy-gravelly surfaces. This helped ensure road safety and enhanced transport capacity in the gobi regions of the western China.

Key words: gobi, surface type, aeolian dynamics, sand control engineering, effectiveness evaluation

CLC Number:

Kecun Zhang, Jiapeng Pan, Zhishan An, Shengbo Xie, Chengjie Xue, Junzhan Wang. Research progress on aeolian dynamics and sand hazard prevention along road in gobi regions[J]. Journal of Desert Research, 2025, 45(3): 39-49.

Figures/Tables 8

Fig.1 Sand hazards on road in gobi regions

Fig.2 Particularity of aeolian environment in gobi regions

Table 1 Key parameters and quantitative characterization of sand initiation and transport processes in gobi regions

名称	公式	提出者（提出年份）	应用范围	编号
起沙风速	$u = 5.75 A ρ s - ρ ρ g d l g Z Z 0$	Bagnold (1941)^[34]	表征能使戈壁地表松散沙粒起动的最低风速	（1）
风沙流结构特征值	$λ = Q 2 - 10 Q 0 - 2$	Wu等 (1965)^[35]	评估戈壁地区沙与砾石表面上的风沙流输送状态	（2）
粗糙元	$R S = τ S τ R S e S$	Gillette等 (1989)^[36]	确定位于戈壁砾石间的可蚀表面所承受的动量通量分量	（3）
阻力系数	$l n C d = a + b / C 0.5$	Dong等 (2002)^[37]	不同自由来流风速下戈壁砾石与阻力系数的关系	（4）
沙粒起动剪切风速比值	$R t = 1 1 - m σ λ 0.5 1 + m β λ 0.5$	Raupach等 (1993)^[38]	评估戈壁砾石对地表的保护作用	（5）
沙粒起动剪切风速比值	$R t = u * t S u * t R$	Tan等 (2019)^[39]	评估戈壁砾石对地表的保护作用	（6）
输沙率	$Q = C d D ρ g u * 3$	Bagnold (1941)^[34]	评估戈壁地区的输沙能力，侧重于相对平坦开阔的戈壁地形且有一定松散沙源	（7）
	$Q = K 4 ρ s g u * - u * t u * + u * t 2$	Kawamura (1951)^[40]		（8）
	$Q = C e β v - u$	尹永顺 (1989)^[41]		（9）
输沙通量垂直分布方程	$q = b z + a 1 / n$	Zingg (1953)^[42]	评估戈壁地区的输沙能力，侧重于相对均一的戈壁地貌且沙源有一定的流动性	（10）
	$q = a + b e x p - 0.5 h - c d 2$	Dong等 (2004)^[43]		（11）
	$q = k 1 e x p - h k 2$	Dong等 (2004)^[43]		（12）

Table 1 Key parameters and quantitative characterization of sand initiation and transport processes in gobi regions

名称	公式	提出者（提出年份）	应用范围	编号
起沙风速	$u = 5.75 A ρ s - ρ ρ g d l g Z Z 0$	Bagnold (1941)^[34]	表征能使戈壁地表松散沙粒起动的最低风速	（1）
风沙流结构特征值	$λ = Q 2 - 10 Q 0 - 2$	Wu等 (1965)^[35]	评估戈壁地区沙与砾石表面上的风沙流输送状态	（2）
粗糙元	$R S = τ S τ R S e S$	Gillette等 (1989)^[36]	确定位于戈壁砾石间的可蚀表面所承受的动量通量分量	（3）
阻力系数	$l n C d = a + b / C 0.5$	Dong等 (2002)^[37]	不同自由来流风速下戈壁砾石与阻力系数的关系	（4）
沙粒起动剪切风速比值	$R t = 1 1 - m σ λ 0.5 1 + m β λ 0.5$	Raupach等 (1993)^[38]	评估戈壁砾石对地表的保护作用	（5）
沙粒起动剪切风速比值	$R t = u * t S u * t R$	Tan等 (2019)^[39]	评估戈壁砾石对地表的保护作用	（6）
输沙率	$Q = C d D ρ g u * 3$	Bagnold (1941)^[34]	评估戈壁地区的输沙能力，侧重于相对平坦开阔的戈壁地形且有一定松散沙源	（7）
	$Q = K 4 ρ s g u * - u * t u * + u * t 2$	Kawamura (1951)^[40]		（8）
	$Q = C e β v - u$	尹永顺 (1989)^[41]		（9）
输沙通量垂直分布方程	$q = b z + a 1 / n$	Zingg (1953)^[42]	评估戈壁地区的输沙能力，侧重于相对均一的戈壁地貌且沙源有一定的流动性	（10）
	$q = a + b e x p - 0.5 h - c d 2$	Dong等 (2004)^[43]		（11）
	$q = k 1 e x p - h k 2$	Dong等 (2004)^[43]		（12）

Table 2 Representative road engineering projects traversing the gobi regions

区间	地表类型	长度	道路类型	通车时间
大草滩-玉门	砾质	130 km	国铁Ⅰ级	1962年
镜铁山-烟墩	砾质、沙砾质	400 km	国铁Ⅰ级	1962年
西宁-格尔木	沙砾质	816.5 km	国铁Ⅰ级	1984年
库尔勒-喀什	砾质、沙砾质	1075 km	国铁Ⅰ级	1999年
嘉峪关-安西	沙砾质	235 km	一级公路	2006年
临河-策克	砾质	707 km	国铁Ⅱ级	2010年
额济纳旗-哈密	砾质、沙砾质	629.9 km	国铁Ⅰ级	2015年
酒泉-额济纳旗	砾质、沙砾质	395 km	国铁Ⅱ级	2021年

Fig.3 Diagram of sand damage prevention and control engineering for gobi surface roads

Fig.4 Sand-blocking fences along the roads in gobi regions

Fig.5 Wind-blocking walls along the roads in gobi regions

Fig.6 Research framework for aeolian dynamical processes on sandy-gravelly surfaces and prevention of sand hazards in road engineering

References 91

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Research progress on aeolian dynamics and sand hazard prevention along road in gobi regions

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