藏南高寒河谷铁路沙害形成的动力机制——以拉萨至日喀则、林芝铁路为例

The Lasa to Rikaze and Linzhi Railway were constructed in the area of south Tibet valley with high elevation and cold temperature, blown sand has become a problem which is not be ignored and endanger the railway construction and security operation. The dynamic mechanism of railway sand hazard formation in the south Tibet valley with high elevation and cold temperature are currently unclear because the complex landforms, which is not conducive to targeted prevention and control of sand hazards. This project plans to research on the dynamic mechanism of sand hazard formation of the Lasa to Rikaze and Linzhi Railway by adopting multidisciplinary cross methods such as blown sand physics, blown sand geomorphology and blown sand engineering. By means such as field survey and remote sensing image interpretation, the current sand hazards status of the Lasa to Rikaze and Linzhi Railway will be ascertained. By means such as systematic field observation, field wind tunnel experiments, lab wind tunnel simulation and numerical calculation, the dynamic mechanism of railway sand hazard formation under complex landforms in the south Tibet valley with high elevation and cold temperature will be explored. The research of this project can not only fill the research vacancy of railway sand hazards in the area of south Tibet valley with high elevation and cold temperature, broaden the study area of blown sand physics and blown sand engineering, enriching the theoretical system of desert science, but also provide scientific basis for effective sand control of the Lasa to Rikaze and Linzhi Railway and security operation of the other similar road engineerings. The research of this project has both important theoretical significance and practical value.

拉萨至日喀则、林芝铁路修筑在藏南高寒河谷区，风沙已经成为危害铁路建设和安全运营的一个不容忽视的问题。由于复杂地形，目前对藏南高寒河谷铁路沙害形成的动力机制认识不清，不利于开展针对性沙害防治。本项目拟采用风沙物理学、风沙地貌学、风沙工程学等多学科交叉方法，对拉萨至日喀则、林芝铁路沙害形成的动力机制进行研究。通过野外调查、遥感影像解译等手段查明拉萨至日喀则、林芝铁路的沙害现状；通过野外系统观测、现场风洞实验、室内风洞模拟、数值计算等手段，探索藏南高寒河谷复杂地形下铁路风沙危害的动力机制。开展本项目不仅可以填补藏南高寒河谷区铁路沙害研究的空白，拓展风沙物理学和风沙工程学研究领域，丰富沙漠科学理论体系，而且可为拉萨至日喀则、林芝铁路沙害的有效防治及其它类似道路工程的安全运营提供科学依据，研究具有重要的理论意义和实践价值。

拉萨至日喀则、林芝铁路修筑在藏南高寒河谷区，风沙已经成为危害铁路建设和安全运营的一个不容忽视的问题。由于复杂地形，目前对藏南高寒河谷铁路沙害形成的动力机制认识不清，不利于开展针对性沙害防治。为此，通过野外系统观测，发现拉萨至日喀则、林芝铁路沿线春季平均风速较大，冬季平均风速较小，受复杂地形影响各观测点风向差别明显，整体上春季DP、RDP、Q、RQ较高，其它季节较低。通过制作铁路路基和桥梁模型进行风洞实验，发现在路基上风方向-5H距离内以及路基顶部中心至下风方向20H之间形成风速减弱区，造成沙物质堆积，在路基迎风坡坡肩形成风速增加区，造成风沙流侵蚀；在桥梁迎风侧坡肩顶部至下风方向3H之间形成风速增加区，造成风沙流侵蚀，在桥梁上风方向-3H距离内和下风方向3H至20H之间分别形成风速减弱区，造成沙物质堆积，从而引起风沙危害。基于欧拉两相流模型，通过对铁路构筑物风沙流场进行数值模拟，确定沙区铁路桥梁避免风沙危害的最小净空高度为9 m，并发现线路走向与主风向夹角小于30°时，可有效降低风沙危害。通过利用CFD数值仿真软件模拟复杂微地貌对铁路构筑物风沙流场的影响，发现沙丘背风侧的路基两侧有大量积沙，存在被掩埋的危害；背风侧的桥梁积沙随风速有聚集增多趋势，应采用不同的净空高度来避免风沙危害。该项研究不仅拓展了风沙物理学和风沙工程学研究领域，丰富了沙漠科学理论体系，而且为拉萨至日喀则、林芝铁路风沙灾害的有效防治及其它类似道路工程的安全运营提供了科学依据和技术支撑，具有重要的理论意义和实践价值。在本项目的资助下，目前，已发表论文10篇（SCI论文9篇，EI论文1篇），其中，第一标注论文6篇（SCI论文5篇，EI论文1篇）；授权专利6项；依托本项目的研究成果获得甘肃省科技进步奖一等奖、中国水土保持学会科学技术奖一等奖等2项奖励；培养研究生1名，项目主持人谢胜波由副研究员晋升为研究员并入选中国科学院青年创新促进会、“西部之光”西部青年学者、甘肃省杰青、陇原青年英才等人才计划。