Progress of research on wind-blown sand prevention and control along highways in China

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00048

Journal of Desert Research ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (3): 222-232.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00048

Progress of research on wind-blown sand prevention and control along highways in China

Kecun Zhang¹(), Zhishan An¹, Mingzhu He¹, Jianhua Xiao¹, Hongxue Zhang¹^,²

^1.Dunhuang Gobi and Desert Ecological and Environmental Research Station / Key Laboratory of Desert and Desertification，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:2022-04-14 Revised:2022-04-29 Online:2022-05-20 Published:2022-06-01

Abstract

Abstract:

This study focuses on wind-blown sand problems along highways， reviews the development history， current situation and characteristics of highways in sand region， and systematically summarizes wind-blown sand damage and achievements of sand control in China's sandy highways， according to wind-dynamical environments along highways， sand damage characteristics， disaster-causing mechanisms， wind-blown sand prevention and control measures along highway， structural composition and benefits of sand-control system. Considering that the drifting sands environments on both sides of the highway， gobi surface and the regional differences in natural environments， while taking into account the sand controlling， green corridor construction and landscape efficacy， and ensuring the continuous stability and functional perfection of road protection systems in sandy areas， three representative sand-control mode have been systematically sorted out to ensure the continued stability and functional perfection of the protection system for highways in sandy areas. Based on the practical needs of the increasing improvement of highway network skeleton system and the challenges of safe operation of highways in sandy areas， the focus is on strengthening the engineering and technical foundation of highway wind-blown sand control and improving the capacity of blown sand hazards control， and condensing and proposing the future research focus and development trend of sandy roads.

Key words: highways in sand region, wind-blown sand damage, sand-control measures, wind-blown sand control system

CLC Number:

P931.3

Kecun Zhang, Zhishan An, Mingzhu He, Jianhua Xiao, Hongxue Zhang. Progress of research on wind-blown sand prevention and control along highways in China[J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(3): 222-232.

Figures/Tables 7

References 104

1	王涛.中国防沙治沙实践与沙漠科学发展的70年：Ⅰ.初创篇［J］.中国沙漠，2022，42（1）：1-4.
2	朱震达，赵兴梁，凌裕泉.治沙工程学［M］.北京：中国环境科学出版社，1998：1-3.
3	Kim J， Dorjsuren M， Choi Y，et al.Reconstructed aeolian surface erosion in southern Mongolia by multi-temporal insar phase coherence analyses［J］.Frontiers Earth Science，2020，8：531104.
4	王涛.中国北方沙漠与沙漠化图集［M］.北京：科学出版社，2014.
5	Raffaele L， Bruno L.Windblown sand mitigation along railway megaprojects：a comparative study［J］.Structural Engineering International，2020，30（3）：355-364.
6	Jabbar A Z.Investigation on railway track maintenance in sandy-dry areas［J］.Structure and Infrastructure Engineering，2012，8（2）：135-140.
7	李楠.戈壁沙漠地区高速公路线路设计［J］.道路桥梁，2021，48（12）：137-138.
8	Xie S B， Qu J J， Han Q J，et al.Experimental definition and its significance on the minimum safe distance of blown sand between the proposed Qinghai-Tibet Expressway and the existing Qinghai-Tibet Railway［J］.Science China Technological Sciences，2020，63（12）：2664-2676.
9	王振清.中国公路防沙治沙［M］.沈阳：辽宁大学出版社，2000.
10	Mao X S， Wang F C， Wang B G.Nationwide desert highway assessment：a case study in China［J］.International Journal Environmental Research and Public Health，2011，8：2734-2746.
11	雷加强，王雪芹，王德.塔里木沙漠公路风沙危害形成研究［J］.干旱区研究，2003，20（1）：1-6.
12	Li C J， Wang Y D， Lei J Q，et al.Damage by wind-blown sand and its control measures along the Taklimakan Desert Highway in China［J］.Journal of Arid Land，2021，13（1）：98-106.
13	Lv P， Narteaub C， Dong Z B，et al.Direct validation of dune instability theory［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences，2021，118（17）：e2024105118.
14	Tan L H， Qu J J， Wang T，et al.Field observation evidence for kink points in the vertical kinetic energy flux profiles of wind-blown sand over gobi and its significance［J］.Geophysical Research Letters，2021，48：e2020GL091224.
15	Wang T， Qu J J， Niu Q H.Comparative study of the shelter efficacy of straw checkerboard barriers and rocky checkerboard barriers in a wind tunnel［J］.Aeolian Research，2020，43：100575.
16	Bruno L， Horvat M， Raffaele L.Windblown sand along railway infrastructures：a review of challenges and mitigation measures［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2018，177：340-365.
17	Ewing R C， Hayes A G， Lucas A.Sand dune patterns on Titan controlled by long-term climate cycles［J］.Nature Geoscience，2015，8：5-19.
18	Lei J Q， Li S Y， Fan D D，et al.Classification and regionalization of the forming environment of windblown sand disasters along the Tarim Desert Highway［J］.Chinese Science Bulletin，2008，53（2）：1-7.
19	Jin A F， Maimtimin G， Yang Z C.Numerical simulation of sand cover phenomenon on the desert highway using SPH method［J］.Advanced Materials Research，2008，33：1075-1082.
20	刘畅.G111线公路内蒙古科右中旗段沙害防治技术研究［D］.长春：吉林大学，2011.
21	Gumaa Y T， Haffar I， Al-Afii M A.Financial appraisal of date-frond mat fence systems for wind erosion control and sand dune stabilization in the arid region of the United Arab Emirates［J］.Journal of Arid Environments，1998，39：549-557.
22	Misak R F， Draz M Y.Sand drift control of selected coastal and desert dunes in Egypt：case studies［J］.Journal of Arid Environments，1997，35：17-28.
23	Kidron G J， Barzilay E， Sachs E.Microclimate control upon sand microbiotic crusts，western Negev Desert，Israel［J］.Geomorphology，2000，36：1-18.
24	刘媖心.包兰铁路沙坡头地段铁路防沙体系的建立及其效益［J］.中国沙漠，1987，7（4）：1-11.
25	凌裕泉，屈建军，樊锦诗，等.莫高窟顶防沙工程的效益分析［J］.中国沙漠，1996，16（1）：13-18.
26	Xie S B， Qu J J， Lai Y M，et al.Formation mechanism and suitable controlling pattern of sand hazards at Honglianghe River section of Qinghai-Tibet Railway［J］.Natural Hazards，2015，76（2）：855-871.
27	屈建军，董光荣，文子祥，等.敦煌莫高窟的风沙危害与防治问题［J］.中国科学D辑：地球科学，1997，27（1）：82-88.
28	Zhang C L， Zou X Y， Cheng H，et al.Engineering measures to control windblown sand in Shiquanhe Town，Tibet［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2007，95：53-70.
29	Liu B L， Zhang W M， Qu J J，et al.Controlling windblown sand problems by an artificial gravel surface：a case study over the gobi surface of the Mogao Grottoes［J］.Geomorphology，2011，134：461-469.
30	董治宝.中国风沙物理研究五十年（Ⅰ）［J］.中国沙漠，2005，25（3）：293-305.
31	吴正，彭世古，洪占山，等.沙漠地区公路工程［M］.北京：人民交通出版社，1981.
32	Dong Z B， Chen G T， He X D，et al.Controlling blown sand along the highway crossing the Taklimakan Desert［J］.Journal of Arid Environments，2004，57：329-344.
33	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）：667-674.
34	徐新文，胡玉坤，潘伯荣.塔里木沙漠公路防沙体系的防护效益［J］.干旱区研究，1998，15（1）：21-26.
35	Lei J Q， Wang X Q， Wang D，et al.The blown sand disaster to the Tarim Desert Highway in Xinjiang，China［J］.Science In China，2002，45：165-173.
36	金昌宁.塔克拉玛干沙漠流动沙丘分布区公路修筑及沙害防治研究［D］.兰州：兰州大学，2006.
37	韩致文，王涛，孙庆伟，等.塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治［J］.地理学报，2003，58（2）：201-208.
38	左合君，董智，魏江生，等.沙漠地区高速公路防沙体系效益分析［J］.水土保持研究，2005，12（6）：222-225.
39	Cheng J J， Lei J Q， Li S Y，et al.Disturbance of the inclined inserting-type sand fence to wind-sand flow fields and its sand control characteristics［J］.Aeolian Research，2016，21：139-150.
40	屈建军，肖建华，韩庆杰，等.青藏铁路高寒风沙环境特征与防治技术［J］.中国科学：技术科学，2021，51（9）：1011-1024.
41	邓友生，彭程谱，刘俊聪，等.沙漠公路灾害防治方法及其工程应用［J］.公路，2021，6：345-353.
42	彭文顺.京新高速公路内蒙沙漠段综合防沙体系设计［J］.公路，2021，3：314-317.
43	韩致文，陈渭南，陈广庭，等.塔里木沙漠公路试验段防沙工程效益分析［J］.中国沙漠，1993，13（4）：44-51.
44	董浩军.穿沙公路路基风沙流场特征的风洞试验研究［D］.呼和浩特：内蒙古农业大学，2021：1-3.
45	赵性存.包兰铁路中卫至甘塘段沙漠路基的修筑［M］//流沙治理研究（二）.银川：宁夏人民出版社，1988：1-7.
46	Shi L， Wang D Y， Li K C.Windblown sand characteristics and hazard control measures for the Lanzhou-Wulumuqi high-speed railway［J］.Natural Hazards，2020，104：353-374.
47	王雪芹，雷加强，黄强.塔里木沙漠公路风沙危害分异规律的研究［J］.中国沙漠，2000，20（4）：438-442.
48	Dalziell E， Nicholson A.Risk and impact of natural hazards on a road network［J］.Journal of Transportation Engineering，2001，127：159-166.
49	杨发相，穆桂金，雷加强，等.新疆地貌及其过程对公路交通建设的影响［J］.干旱区地理，2004，27（4）：525-529.
50	尤全刚，薛娴，王涛，等.戈壁地区风沙活动对公路影响的初步研究［J］.中国沙漠，2011，31（1）：9-15.
51	Cheng H， He J J， Xu X G，et al.Blown sand motion within the sand-control system in the southern section of the Taklimakan Desert Highway［J］.Journal of Arid Land，2015，7（5）：599-611.
52	汪言在，魏殿生，伍永秋，等.塔克拉玛干沙漠沙垄区公路防护带内风场特征研究［J］.中国沙漠，2012，32（5）：1216-1223.
53	李生宇，雷加强，徐新文，等.塔里木沙漠公路对近地表风沙运动过程的影响［J］.干旱区研究，2007，24（2）：247-254.
54	胡正超，吐尔逊·哈斯木，王慧玲，等.台特玛湖干涸湖盆区S214 省道风沙灾害探讨［J］.内蒙古农业大学学报（自然科学版），2018，39（6）：48-60.
55	李生宇，王德，雷加强.塔克拉玛干沙漠腹地路面沙害的空间分布研究［J］.干旱区地理，2005，28（1）：93-97.
56	马韫娟，马志福，马淑红，等.阿拉尔-和田沙漠公路风沙运动若干规律监测研究［J］.干旱区地理，2014，37（1）：97-105.
57	孙贵杰.沙漠油田公路养护调查研究［J］.中外公路，2017，37（2）：307-309.
58	Li S Y， Lei J Q， Xu X W，et al.Topographical changes of ground surface affected by the shelterbelt along the Tarim Desert Highway［J］.Chinese Science Bulletin，2008，53（Supp.2）：8-21.
59	王世杰，李生宇，徐新文，等.阿拉尔-和田沙漠公路机械防沙体系内风沙沉积的粒度特征［J］.干旱区资源与环境，2014，28（6）：130-135.
60	俞祥祥，李生宇，马学喜，等.沙漠公路防护林影响下近地表风沙流粒度特征的空间分异［J］.水土保持研究，2017，24（1）334-341.
61	沈芳宇，王永东，李生宇，等.塔里木沙漠公路防护林土壤团聚体特征［J］.干旱区研究，2015，32（5）：910-917.
62	Jordan T E， Lohman R B， Tapia L.Surface materials and landforms as controls on InSAR permanent and transient responses to precipitation events in a hyperarid desert，Chile［J］.Remote Sensing of Environment，2020，237：11544.
63	Zhang J G， Xu X W， Zhao Y，et al.Effect of shifting sand burial on soil evaporation and moisture-salt distribution in a hyper-arid desert［J］.Environmental Earth Sciences，2016，75：1417.
64	王雪芹，雷加强.塔里木沙漠公路风沙危害评估指标体系［J］.干旱区地理，1999，22（1）：81-86.
65	Zhou H W， Li S Y， Sun S G，et al.Effects of natural covers on soil evaporation of the shelterbelt along the Tarim Desert Highway［J］.Chinese Science Bulletin，2008，53（Supp.2）：137-145.
66	俞祥祥，李生宇，王海峰，等.沙漠公路防护林不同林带位置的风沙结构［J］.干旱区研究，2017，34（3）：707-715.
67	Wang Y D， Xu X W， Lei J Q，et al.The dynamics variation of soil moisture of shelterbelts along the Tarim Desert Highway［J］.Chinese Science Bulletin，2008，53 （Supp.2）：102-108.
68	赵晓彬，党兵，符亚儒，等.半干旱区沙地高速公路防风固沙林营造技术及其效益研究［J］.中国沙漠，2010，30（6）：1247-1255.
69	吴彦，马淑红，陈晓光，等.阿拉尔至和田沙漠公路防风阻沙效应参数分布特征［J］.沙漠与绿洲气象，2008，2（4）：12-17.
70	鱼燕萍，肖建华，屈建军，等.不同坡角公路路基流场的风洞实验［J］.中国沙漠，2018，38（3）：464-472.
71	尤全刚，薛娴，王涛，等.戈壁地区公路防沙措施防沙效应的风洞试验［J］.中国沙漠，2011，31（3）：550-557.
72	党兵，符亚儒，施智宝，等.基于缓解沙漠高速公路风沙危害的路基参数优化：以榆靖高速公路为例［J］.中国沙漠，2007，27（6）：946-954.
73	杨三强，刘涛，郝培文.沙漠公路路堤输沙性能风洞试验［J］.中国公路学报，2010，23（1）：7-12.
74	Ablimit A， Geni M， Xu Z H，et al.Numerical study on aeolian sand ripples forming and moving process in desert highway［J］.Key Engineering Materials，2011，462/463：1032-1037.
75	谢虎雄，马发跃，武生智.风沙环境中公路风沙灾害的数值模拟［J］.中国沙漠，2019，39（2）：151-157.
76	张兴鑫，张凯，史博源，等.流动沙丘区公路路基风沙流场数值模拟及路面沙害形成机制［J］.干旱区研究，2021，38（4）：1184-1191.
77	李驰，高瑜，黄浩.沙漠公路风蚀破坏规律的数值模拟研究［J］.岩土力学，2011，32（）：642-647.
78	武俊瑛，高永.浑善达克沙地公路机械沙障防风固沙效益分析［J］.干旱区资源与环境，2010，24（12）：161-166.
79	邹学勇，刘玉璋，张春来，等.西藏八一镇—邛多江公路沙害成因与治理［J］.自然灾害学报，2004，13（6）：15-24.
80	蔡东旭，李生宇，王海峰，等.新疆S214公路台特玛湖干涸湖盆段风沙危害及防治［J］.中国沙漠，2020，40（1）：1-11.
81	王训明，陈广庭，韩致文，等.塔里木沙漠公路沿线机械防沙体系效益分析［J］.中国沙漠，1999，19（2）：120-127.
82	李生宇，雷加强.草方格沙障的生态恢复作用：以古尔班通古特沙漠油田公路扰动带为例［J］.干旱区研究，2003，20（1）：7-10.
83	胡春元，杨茂，杨存量，等.库布齐沙漠穿沙公路沙害综合防治技术［J］.干旱区资源与环境，2002，16（3）：71-77.
84	金昌宁，李志农，董治宝，等.塔克拉玛干沙漠公路固沙措施存在问题研究［J］.公路交通科技，2007，24（5）：1-5.
85	Huang Y， Wang Y D， Zhao Y.Spatiotemporal distribution of soil moisture and salinity in the Taklimakan Desert Highway Shelterbelt［J］.Water，2015，7：4343-4361.
86	裴志永，乔敬伟，秦伟，等.穿沙公路沙柳防护带平茬恢复期辅助沙障设置模式优选［J］.林业工程学报，2019，4（4）：127-134.
87	韩致文，胡英娣，陈广庭，等.化学工程固沙在塔里木沙漠公路沙害防治中的适宜性［J］.环境科学，2002，21（5）：86-88.
88	Cui W， Li S Y， Li Z N，et al.Effects of windblown sand damage on desert highway guardrails［J］.Natural Hazards，2020，103：283-298.
89	左合君，董智，魏江生，等.沙漠地区高速公路防沙体系效益分析［J］.水土保持研究，2005，12（6）：222-225.
90	马淑红，刘涛，薛洁，等.沙漠地区公路路基横断面阻沙性能研究［J］.沙漠与绿洲气象，2008，2（1）：5-11.
91	张广，武俊瑛，惠彦君，等.浑善达克沙地公路综合防护技术及其效益分析［J］.干旱区资源与环境，2006，20（5）：189-196.
92	Cronelis W M， Gabriels D.Optimal windbreak design for wind-erosion control［J］.Journal of Arid Environments，2005，61：315-332.
93	张帅，丁国栋，高光磊，等.风沙区公路防积沙新型防护栏研究［J］.北京林业大学学报，2018，40（2）：90-97.
94	周智彬，徐新文，雷加强，等.塔里木沙漠公路防护林生态稳定性研究［J］.科学通报，2006，51（）：126-132.
95	张建国，徐新文，雷加强，等.咸水滴灌对沙漠公路防护林土壤环境的影响［J］.农业工程学报，2008，24（10）：34-39.
96	He J Y， Liu G H.Study on stability of highway subgrade slope in desert region［J］.Advanced Materials Research，2013，639/640：974-977.
97	张建国，徐新文，雷加强，等.塔里木沙漠公路风沙危害与防护体系研究进展［J］.西北林学院学报，2009，24（2）：50-54.
98	李丙文，徐新文，雷加强，等.塔里木沙漠公路防护林生态工程立地类型划分［J］.科学通报，2008，53（增刊Ⅱ）：25-32.
99	李红忠，李生宇，雷加强，等.塔克拉玛干沙漠不同矿化度水灌溉造林试验研究［J］.干旱区地理，2005，28（3）：305-310.
100	何兴东，高玉葆，段争虎，等.塔里木沙漠公路植物固沙灌溉方式比较研究［J］.地理科学，2002，22（2）：213-218.
101	徐新文，徐海量，王艳玲，等.盐胁迫对沙漠公路防护林主要固沙植物叶绿素含量的影响［J］.科学通报，2008，53（增刊Ⅱ）：96-99.
102	相建民，李生宇，买光荣，等.塔里木公路防护林生态工程营建与维护［J］.水土保持通报，2006，26（5）：39-42.
103	雷加强，李生宇，靳正忠，等.塔里木沙漠公路防护林生态工程的综合生态环境效应［J］.科学通报，2008，53（增刊Ⅱ）：169-178.
104	徐新文，李丙文，王小静.塔克拉玛干沙漠腹地咸水灌溉技术研究［J］.科学通报，2006，51（增刊Ⅰ）：133-136.

公路名称	途径/毗邻沙漠	里程/km	公路等级	通车时间
轮南-民丰公路	塔克拉玛干沙漠	522	二级	1995年
阿拉尔-和田公路	塔克拉玛干沙漠	424	二级	2008年
阿拉尔-塔中公路	塔克拉玛干沙漠	136	二级	2019年
尉犁-且末公路	塔克拉玛干沙漠	334	二级	2022年
京新高速公路	乌兰布和沙漠、腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠	2 800	高速	2021年
榆林-靖边公路	毛乌素沙地	116	高速	2003年
锡乌公路	库布齐沙漠	115	三级	1998年
迎闫公路	腾格里沙漠	40	一级	2014年
通额穿沙公路	腾格里沙漠	208	二级	2016年
石河子-北屯公路	古尔班通古特沙漠	251	高速	在建

公路名称	途径/毗邻沙漠	里程/km	公路等级	通车时间
轮南-民丰公路	塔克拉玛干沙漠	522	二级	1995年
阿拉尔-和田公路	塔克拉玛干沙漠	424	二级	2008年
阿拉尔-塔中公路	塔克拉玛干沙漠	136	二级	2019年
尉犁-且末公路	塔克拉玛干沙漠	334	二级	2022年
京新高速公路	乌兰布和沙漠、腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠	2 800	高速	2021年
榆林-靖边公路	毛乌素沙地	116	高速	2003年
锡乌公路	库布齐沙漠	115	三级	1998年
迎闫公路	腾格里沙漠	40	一级	2014年
通额穿沙公路	腾格里沙漠	208	二级	2016年
石河子-北屯公路	古尔班通古特沙漠	251	高速	在建

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