沙坡头铁路防护体系栅栏沙丘形态特征与表面风沙活动规律

作     者：马晓洁 

作者单位：北京师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张春来

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：铁路防护体系 栅栏沙丘 形态特征 近地面流场 风沙过程 活动规律 

摘      要：前沿阻沙栅栏是带状防沙工程体系的重要组成部分。沙坡头铁路防护体系阻沙栅栏设立30年以来,不断更新维护和积沙过程使得栅栏所处部位形成了沿栅栏延伸的巨型带状沙垄,我们称之为“栅栏沙丘。关于栅栏沙丘形态、表面风沙活动规律等方面迄今未开展深入研究,通过表面风沙活动观测、形态参数测量、沉积物粒度分析,得出以下结论: (1)根据阻沙栅栏的完整性及拦截风沙的效果将栅栏沙丘形态分为两类:栅栏有效、迎风坡坡度较大、丘顶凸起的沙丘;栅栏失效、沙丘迎风坡及背风坡坡度较小、丘顶不明显的沙丘。栅栏沙丘迎风坡坡度大于天然沙丘,背风坡坡度小于天然沙丘,迎风坡和背风坡水平长度之比小于天然沙丘,沙丘形态断面比天然沙丘对称。 (2)栅栏沙丘与天然沙丘迎风坡流场结构相似。沙丘迎风坡风速放大率变化趋势有所差异,栅栏沙丘风速放大率与迎风坡坡度呈较好的线性关系,而天然沙丘两测点间风速放大率差值与下风向测点坡度呈较好的线性关系。沙丘迎风坡剪切风速变化趋势相似,但栅栏沙丘迎风坡脚至迎风坡上部近地表剪切风速增大幅度高于天然沙丘,中上部至丘顶剪切风速减小幅度大于天然沙丘。栅栏沙丘背风坡低能区分布的水平范围和高度范围均大于天然沙丘,对下风向体系内近地面风力的削弱具有重要意义。 (3)栅栏沙丘与天然沙丘在相同地貌部位0-60cm高度范围内其风沙流结构整体均符合幂函数规律,栅栏沙丘和天然沙丘输沙率分别在0-14cm和0-18cm高度层内符合指数函数规律。0-10cm高度层内输沙率迎风坡上部均大于丘顶,10-20cm高度层内两地貌部位差别不大,20-60cm高度层内迎风坡上部小于丘顶。栅栏沙丘表面0-10cm高度层内相对输沙率大于天然沙丘,其他高度层内相对输沙率小于天然沙丘,栅栏沙丘风沙流结构随高度增大而过沙量减少得更快。 (4)栅栏沙丘较上风向天然丘平均粒径变细,细沙含量占绝对优势;迎风坡与背风坡沉积物粒径相差不大,不同于天然沙丘。