冬季風(fēng)流起來(lái)對(duì)公路的影響

冬季風(fēng)流起來(lái)對(duì)公路的影響

1山地地形與坡向的關(guān)系在山區(qū)，由于山川縱橫，形成了幾種氣候類型。山區(qū)特有的地形、地貌和氣候條件直接影響風(fēng)吹雪的形成,最明顯的就是由于山體的阻礙作用,導(dǎo)致山區(qū)的湍流運(yùn)動(dòng)復(fù)雜,并伴有湍流擴(kuò)散,風(fēng)雪流雜亂無(wú)章,視程障礙明顯。(1)山地地形存在時(shí)的流場(chǎng)比平坦下墊面時(shí)要復(fù)雜,這與地形對(duì)氣流的動(dòng)力和熱力作用分不開。山體可以阻擋氣流運(yùn)動(dòng),使氣流的速度和方向發(fā)生改變。這使得山地風(fēng)場(chǎng)較為復(fù)雜,可以出現(xiàn)分流、回流等現(xiàn)象,難以用少數(shù)點(diǎn)上的風(fēng)代替整個(gè)區(qū)域的風(fēng)場(chǎng)分布。同時(shí),由于山地對(duì)氣流的抬升作用和阻擋作用,使風(fēng)速的水平切變和垂直切變加強(qiáng),產(chǎn)生機(jī)械湍流;以及山地對(duì)大氣的加熱作用所產(chǎn)生的熱力湍流,使山地附近的湍流運(yùn)動(dòng)比較強(qiáng)烈,而且不是均勻平穩(wěn)湍流。由于山地氣流的復(fù)雜性,使得山地上的大氣擴(kuò)散也變得很復(fù)雜,風(fēng)雪流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律也隨之變得復(fù)雜得多。(2)由于山體的存在,山前氣流分為繞流和爬升兩部分,山坡度越大繞流的比例越大;當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)吹向山脈方向,地面風(fēng)速較大時(shí)(>2m/s),大氣穩(wěn)定度基本處于不穩(wěn)定狀態(tài),熱力湍流發(fā)展強(qiáng)烈,氣流將隨山勢(shì)抬升越山而過(guò);山的迎風(fēng)坡是抬升區(qū),抬升速度隨坡度加大而增大;山的背風(fēng)坡較高處是下沉區(qū),較低處是繞流造成的弱抬升區(qū),并且抬升速度也隨坡度加大而增大。山后背風(fēng)坡出現(xiàn)反向回流區(qū)和風(fēng)速衰減區(qū),風(fēng)速衰減區(qū)向山后延伸到6倍山高的遠(yuǎn)處才基本消失。沿山體地形表面水平風(fēng)速逐漸衰減,風(fēng)速垂直切變?cè)龃蟆?3)近地層機(jī)械作用對(duì)湍流能量起控制作用。在山體的迎風(fēng)坡表面,湍流能量比山前平坦地面上大,并且湍流能量分布的高度也逐漸增加。在迎風(fēng)坡上,湍流能量廓線的最大值出現(xiàn)在緊貼山體表面處。在山后背風(fēng)坡上,湍流能量最大值出現(xiàn)的高度在山表面上方約100m處。山后平地上湍流能量最大值出現(xiàn)高度隨風(fēng)速增加而升高。湍流能量耗散率和湍流能量機(jī)械產(chǎn)生項(xiàng)的分布形式與湍流能量基本相同,但量值要小。(4)雪粒子的分布明顯受到地形影響。雪粒子隨氣流分為繞流和爬升兩部分,由于地形高度高于雪粒子吹揚(yáng)高度,翻越山頂?shù)难┝Ｗ虞^少,而繞流部分較多。山前速度衰減區(qū)由于雪粒子不易輸送和擴(kuò)散形成了濃度高值區(qū)。繞流運(yùn)動(dòng)也在背風(fēng)坡形成一濃度相對(duì)高值區(qū),但濃度比山前小好幾個(gè)量級(jí)。在風(fēng)速較大時(shí),山體的水平范圍越大對(duì)雪粒子的阻擋越明顯;風(fēng)速較小時(shí)(<1.5m/s),山體坡度越陡造成的阻擋越明顯。山脊較高時(shí),低空氣流往往難于翻山而過(guò),而是沿山谷內(nèi)地形繞流飛行。山谷的狹管效應(yīng)影響高度可波及至400～500m。(5)山區(qū)地形對(duì)日照分布、地面輻射和大氣溫度的影響。日照分布、地面輻射和大氣溫度直接影響到雪粒子的物理性質(zhì),同時(shí)也會(huì)影響到大氣湍流的特征。這些都與風(fēng)吹雪密切相關(guān)。山區(qū)地形對(duì)日照分布的影響可歸納為如下三個(gè)問題:一是測(cè)點(diǎn)本身海拔高度的影響;二是坡向、坡度的影響;三是周圍地形對(duì)測(cè)點(diǎn)的遮蔽影響。在山區(qū),實(shí)際日照條件隨海拔高度的變化主要是由于云、霧狀況變化所造成的。另外,地形還起著附加的作用。日照時(shí)數(shù)可用統(tǒng)一的拋物線公式y(tǒng)=a-bh+cH2式中:y為年日照時(shí)數(shù);h為測(cè)點(diǎn)海拔高度,m;a、b、c為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。坡地日照條件的理論計(jì)算公式可由坡地太陽(yáng)直接輻射公式導(dǎo)出。對(duì)于任一坡地,其太陽(yáng)直接輻射可表示為SCD=SF[sinHcosC+cosHsincos(A-B)]式中:SCD、SF分別表示坡地和垂直于太陽(yáng)光線面上的太陽(yáng)直接輻射;C為坡度;D為坡向(以坡面法線方向表示);H為太陽(yáng)高度角;A、B為太陽(yáng)方位角。在山區(qū),隨著測(cè)點(diǎn)海拔高度的增加,測(cè)點(diǎn)上方空氣柱質(zhì)量很快減小,氣柱中的水汽、二氧化碳和氣溶膠質(zhì)粒含量等迅速減少,大氣透明度狀況改善,導(dǎo)致不同海拔高度測(cè)點(diǎn)的輻射平衡各分量發(fā)生顯著變化。影響山區(qū)溫度條件的因素較多,但從氣候上說(shuō),主要還是宏觀地理?xiàng)l件(測(cè)點(diǎn)經(jīng)緯度,離大水體遠(yuǎn)近;所在大山系走向以及宏觀的氣候背景條件等),測(cè)點(diǎn)海拔高度、地形(地形類別、坡向、坡度、地平遮蔽度等)和下墊面性質(zhì)(土壤、植被狀況等)等四種。其中尤以海撥高度和地形的影響最顯著。隨著離地高度的增加,自由大氣中的氣溫一般總是遞減的。根據(jù)探空資料,在中緯度地區(qū),自由大氣中的年平均氣溫每上升100m約降低0.6℃。山區(qū)氣溫的垂直分布復(fù)雜得多,主要體現(xiàn)在山區(qū)氣溫隨海拔高度的遞減率不同上面。(6)山區(qū)地形對(duì)降雪、積雪的影響。海拔高度對(duì)山區(qū)降雪的影響是十分明顯的。海拔高度越高,全年降雪日數(shù)越多,初雪越早,終雪越晚。同時(shí),山區(qū)積雪分布規(guī)律與降雪分布一致。山區(qū)大量的降雪也給風(fēng)吹雪提供了豐富的雪源。2風(fēng)、雨、雪災(zāi)害的山區(qū)公路特點(diǎn)(1)地形復(fù)雜的特性山區(qū)由于地形復(fù)雜,氣流流經(jīng)時(shí)不僅受局部地形的影響更受來(lái)流方向大地形走勢(shì)和中小地形起伏的影響。因此,從來(lái)流的風(fēng)向、風(fēng)速和混亂程度上講,山區(qū)公路上空的氣流決不能僅通過(guò)鄰近氣象站的觀測(cè)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單判斷。在風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)上,一方面,各種坡度、高度和下墊面性質(zhì)的山坡和土石開挖形成的邊坡,以及擋土墻、碎落臺(tái)等輔助結(jié)構(gòu)的存在導(dǎo)致山區(qū)風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)比平原等地形平緩地帶復(fù)雜得多;另一方面,地形劇烈起伏導(dǎo)致的繞流和熱交換導(dǎo)致的氣流沿地形的豎直向運(yùn)動(dòng)對(duì)風(fēng)場(chǎng)的擾動(dòng)也不容忽視。局部風(fēng)場(chǎng)的這種復(fù)雜性決定了山區(qū)公路風(fēng)吹雪雪害形成的復(fù)雜性。因此在分析具體路段成因時(shí)必須在全面考察周邊地形的情況下對(duì)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。(2)風(fēng)吹雪雪害與雪害的關(guān)系山區(qū)降雪受地形和局部小氣候影響降雪量分布不均衡,一般來(lái)說(shuō)迎風(fēng)山坡處氣流受到地形抬升,易形成降雨和降雪;而背風(fēng)坡由于氣流的擴(kuò)散作用一般不易形成降水。同時(shí),由于山區(qū)風(fēng)狀況的復(fù)雜性,積雪的再分配現(xiàn)象明顯,如對(duì)積雪的觀測(cè)表明,盡管背風(fēng)坡的降雪量要比迎風(fēng)坡少,但積雪的情況卻恰恰相反。由于足夠充分的雪源是風(fēng)吹雪發(fā)生和雪害形成的必要條件,在山區(qū),即使風(fēng)場(chǎng)條件適合也未必形成嚴(yán)重的風(fēng)吹雪雪害,如由于高山的阻隔,有些傍山線在本地降雪不大時(shí)并不形成雪害。因此,研究山區(qū)具體路段雪害成因時(shí),在分析公路路基斷面流場(chǎng)的基礎(chǔ)上,對(duì)雪源的分析非常重要。(3)引入環(huán)保理念地形的復(fù)雜性決定了穿越山區(qū)的公路工程對(duì)原始地形、地貌的改變比其他地區(qū)要大的多,特別是以往由于沒有更多的引入環(huán)保理念,在公路建設(shè)中大填、大挖的情況較常見。工程建設(shè)對(duì)原始地形的改變往往會(huì)加重雪害的嚴(yán)重程度,如開挖路塹形成的邊坡坡度大于鄰近的山坡和陡崖導(dǎo)致背風(fēng)坡的附面層分離加重,迎風(fēng)坡對(duì)風(fēng)的阻擋效應(yīng)也大大增強(qiáng)。因此,研究深路塹、高路堤等路基斷面形式對(duì)風(fēng)吹雪雪害的影響是分析山區(qū)雪害的基礎(chǔ)。(4)路附屬設(shè)施主要設(shè)置山區(qū)由于地形的起伏,公路工程中大量、多樣的附屬設(shè)施的修建成為風(fēng)吹雪雪害形成的重要因素。影響風(fēng)吹雪雪害形成公路附屬設(shè)施主要有:邊坡碎