金阿鐵路戈壁風沙流輸沙量研究

王旭

摘 ?要：目前鐵路的修建在戈壁地區面臨的一大問題就是戈壁風沙流對工程的危害，風沙流的風蝕和積沙作用嚴重危害鐵路路基的穩定性及機車的行車安全。針對風沙流設計經濟合理的工程防治措施是保證工程建設及鐵路運營的關鍵。通過研究前人的研究成果，結合鐵路工程在勘察中可以相對容易獲取的戈壁礫石覆蓋度、風沙顆粒粒徑、密度以及風速等影響因子，提出一套計算戈壁風沙流年輸沙量的計算公式。不用采取建立長期觀測站點等耗費人力財力的常規手段，就可以為工程設計提供相對準確的指標。節約了勘察期間的成本和時間，并使勘察工作更加符合現階段鐵路項目快速建設的時代要求。

關鍵詞：戈壁風沙流 ?輸沙量 ?臨界啟動摩阻風速 ?礫石覆蓋度

中圖分類號：U212.22 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）05（a）-0180-03

Abstract： The construction of the railway in the gobi region faces a big problem is the gobi sand flow to the harm of engineering， the sand flow of wind erosion and sediment deposition effects which cause serious damage to railway roadbed stability and safety of locomotive. It is the key to guarantee the engineering construction and railway operation to design the economical and reasonable engineering control measures. By studying the predecessors' research results， combined with railway engineering can be relatively easy to obtain in the investigation of the gobi gravel coverage， sand particle size， density and impact factors such as wind speed put forward a set of calculation formula for computing the gobi sand time sediment discharge. It is possible to provide relatively accurate indicators for engineering design without resorting to conventional means such as establishing long-term observation stations and so on. It saves the cost and time during the survey period， and it is more in line with the requirements of the time of rapid construction of railway projects.

Key Words： Gobi desert flow; Sediment discharge; Critical start of friction wind speed; Gravel coverage

在我國，沙漠、戈壁總面積已達128×104km2，約占我國國土面積的14.1%，它們主要位于北緯35°～50°、東經75°～125°之間，大致分布在烏鞘嶺和賀蘭山以西[1]。隨著西部大開發的深入及人類對自然資源需求的急劇增長，逐步展開了風沙地區各類工礦企業的建設，相應的基礎設施建設逐漸展開。而在風沙戈壁地區建設鐵路將面臨風沙對鐵路的危害。在沙漠地區，風沙對鐵路危害的等級可以通過擬建場地調查植被覆蓋率、沙丘形態、面積、沙丘流動性等植被、地質特征加以評判。而對于戈壁風沙流對鐵路危害等級的劃分則只能通過單位長度內的年輸沙量作為評判標準[2]。通常年輸沙量只能通過擬建場地現場實測獲得，但監測工作耗費人力、物力，并且要持續至少一個周期年，在鐵路快速建設的今天該方法有一定的局限性。該文以金阿鐵路工程為例，根據戈壁礫石覆蓋率、風沙顆粒粒徑及顆粒密度、風速等較為容易測定的指標，提出一套計算戈壁風沙流年輸沙量的方法。

1 ?工程概況

金阿鐵路工程位于潮水盆地東北部金昌市、民勤縣境內，北大山南麓。所經地區地面高程介于1350～1550m。潮水盆地為一高原內陸型盆地，面積約18180km2，北西西向展布，夾于北大山和龍首山之間，總體地勢呈現西北高，東南低的態勢。地表植被不發育，呈戈壁荒灘狀。該區屬西北干旱區，為典型的大陸干旱性氣候，夏季酷熱，冬季嚴寒，晝夜溫差大，降水較少，蒸發強烈，光照充足，干燥多風沙。年平均氣溫一般為8.8℃，極端最高氣溫為41.7℃，極端最低氣溫為-29.5℃;年平均降水量113.2mm，年平均蒸發量2675.6mm;平均風速2.6m/s，最大定時風速23m/s，主導風向WNW[3]（見圖1）。

2 ?戈壁風沙流輸沙量的計算

根據上述分析，如何選取代表性的風速時距是影響計算準確性的關鍵因素。根據相關研究，在統一中方法計算輸沙量的情況下，采用不同的風速統計標準計算結果相差很大。當取風速中值計算時結果比采用風速平均值要大11%左右，當采用1min的平均風速計算時比采用5min的平均風速的結果偏大大約5%，比采用10min的平均風速的結果偏大大約17%，因為風速在平均過程中風速的最大值明顯降低，隨著時距的增加降低的幅度越大[9]。可以看出起沙風風速的精確程度越高，其統計數據愈有意義，由于各方面因素及方便實際工作，風速值大小的確定仍采用氣象學上的統計規則：即在氣象站的風速測量高度上10min平均風速統計中，將整時前10min的平均風速作為該時的平均風速[10]。