哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害：形成、影響與應(yīng)對策略

一、引言1.1研究背景與意義在我國廣袤的西部地區(qū)，鐵路作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，對地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、資源開發(fā)和社會交流起著舉足輕重的作用。哈羅鐵路，這條北起蘭新鐵路哈密南站西端，蜿蜒373.84公里直抵羅布泊腹地羅中鎮(zhèn)的交通大動脈，宛如一條鋼鐵紐帶，將“死亡之海”羅布泊與外界緊密相連。其于2012年11月29日正式通車，設(shè)計技術(shù)標準為國家Ⅱ級單線鐵路，內(nèi)燃牽引并預(yù)留電化條件，規(guī)劃輸送能力達貨運每年3000萬噸。它的建成，不僅為羅布泊豐富的鉀鹽資源開發(fā)與運輸提供了強大的運力支持，極大地降低了運輸成本，還改善了沿線煤炭、銅等礦產(chǎn)的運輸緊張狀況，成為新疆鐵路網(wǎng)線不可或缺的組成部分。按照規(guī)劃，哈羅鐵路未來還將繼續(xù)延伸，與其他鐵路線路相連，形成更為龐大的鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)，進一步促進新疆與西北、華北乃至西南地區(qū)的客貨交流和生產(chǎn)要素流通，對加快南疆地區(qū)脫貧致富、推動新疆經(jīng)濟社會發(fā)展意義深遠。然而，哈羅鐵路沿線特殊的地理環(huán)境使其面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，其中戈壁風沙危害尤為突出。鐵路所經(jīng)區(qū)域氣候干旱，降水稀少，蒸發(fā)量大，植被稀疏，地表多為裸露的戈壁灘和沙地，為風沙活動提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。同時，該地區(qū)多大風天氣，全年200天以上大風天氣，最大風力超過13級，強勁的風力將地表的沙塵卷起，形成風沙流，對鐵路設(shè)施和運營安全構(gòu)成了嚴重威脅。風沙流中的沙粒不斷侵蝕鐵路路基，使其逐漸被掏空、削低，甚至出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，嚴重影響路基的穩(wěn)定性；大量的沙塵堆積在鐵路軌道上，掩埋道床和軌枕，增加了軌道的阻力，降低了軌道的平順性，不僅可能導(dǎo)致列車脫軌等重大安全事故，還會加速軌道部件的磨損，縮短軌道的使用壽命，增加鐵路養(yǎng)護維修的成本和難度；風沙還會對鐵路通信信號設(shè)備、供電系統(tǒng)等造成損害，影響鐵路的正常運行秩序。鑒于哈羅鐵路在地區(qū)發(fā)展中的重要地位以及戈壁風沙危害對其造成的嚴重威脅，深入研究哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害形成機理及防治對策具有極其重要的現(xiàn)實意義。通過對風沙危害形成機理的研究，可以深入了解風沙活動的規(guī)律和特點，揭示風沙對鐵路設(shè)施破壞的內(nèi)在機制，為制定科學有效的防治對策提供理論依據(jù)。而有效的防治對策不僅能夠保障哈羅鐵路的安全穩(wěn)定運營，確保鐵路運輸?shù)臅惩o阻，降低鐵路運營風險和維護成本，還能減少風沙對周邊生態(tài)環(huán)境的破壞，促進區(qū)域生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展，對于保障沿線地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定以及人民群眾的生命財產(chǎn)安全都具有不可估量的價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀風沙危害是一個全球性的環(huán)境問題，長期以來受到國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。在國外，美國、澳大利亞、以色列等國家在風沙危害研究方面起步較早，取得了一系列重要成果。美國學者Bagnold在1941年發(fā)表的《風沙和荒漠沙丘物理學》專著，奠定了風沙物理學的基礎(chǔ)，他對風沙運動的基本規(guī)律，如沙粒的起動、搬運和沉積等進行了系統(tǒng)研究，提出了許多經(jīng)典的理論和公式，為后續(xù)的風沙研究提供了重要的理論支撐。澳大利亞針對其內(nèi)陸干旱地區(qū)的風沙問題，開展了大量關(guān)于土地退化與風沙防治的研究，通過長期的野外觀測和實驗分析，深入了解了風沙活動與土地利用、氣候變化之間的關(guān)系，在風沙治理技術(shù)和生態(tài)修復(fù)方面積累了豐富的經(jīng)驗，例如采用植被重建、免耕農(nóng)業(yè)等措施來固定沙丘、減少風沙侵蝕。以色列在沙漠化防治和風沙治理方面也成績斐然，該國利用先進的灌溉技術(shù)和節(jié)水農(nóng)業(yè)，在沙漠地區(qū)成功實現(xiàn)了植被的恢復(fù)和生態(tài)環(huán)境的改善，同時研發(fā)了多種適合干旱地區(qū)的防風固沙材料和工程技術(shù)，有效減輕了風沙對基礎(chǔ)設(shè)施和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害。在國內(nèi)，隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施以及眾多鐵路、公路等基礎(chǔ)設(shè)施在風沙地區(qū)的建設(shè)，戈壁風沙危害的研究也日益深入。中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院等科研機構(gòu)的學者們針對我國西北干旱、半干旱地區(qū)的戈壁風沙危害，開展了全方位的研究。在風沙形成機理方面，通過野外觀測和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，深入研究了戈壁地區(qū)的地表特征、氣象條件（如風速、風向、降水等）與風沙活動之間的相互作用機制，揭示了不同類型戈壁風沙的形成過程和影響因素。在蘭新高鐵戈壁大風區(qū)風沙問題研究中，科研團隊發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的起沙風速遠高于相同粒徑的沙漠地表，沙粒的輸移高度和躍移層高度也顯著超出一般戈壁地表，這一成果為深入理解戈壁風沙運動規(guī)律提供了重要依據(jù)。在風沙危害防治對策方面，國內(nèi)學者提出了多種行之有效的方法。工程措施上，研發(fā)了多種類型的防風沙設(shè)施，如擋風墻、阻沙柵欄、礫石方格、草方格沙障等，并對其防風固沙效果進行了大量的實驗研究和工程應(yīng)用。在格庫鐵路風沙防護工程中，通過對蘆葦方格、石方格、HDPE板沙障等防護形式的效果監(jiān)測與比較，選擇出了最適合當?shù)氐娘L沙防護方案，有效解決了風沙對鐵路的危害問題。植物措施上，開展了大量關(guān)于干旱區(qū)植被恢復(fù)與重建的研究，篩選出了一批適應(yīng)戈壁環(huán)境的優(yōu)良植物品種，通過植樹造林、種草等方式，提高植被覆蓋率，增強地表的抗風蝕能力，減少風沙危害。同時，還注重生態(tài)修復(fù)與土地治理相結(jié)合，通過合理的土地利用規(guī)劃、土壤改良等措施，改善戈壁地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，從根本上遏制風沙的產(chǎn)生。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足之處。一方面，對于戈壁風沙危害形成機理的研究還不夠全面和深入，特別是在復(fù)雜地形和氣象條件下，風沙運動的精細過程和多因素耦合作用機制尚未完全明確。不同地區(qū)的戈壁風沙具有獨特的特點，但目前的研究在針對特定區(qū)域的個性化分析方面還相對薄弱，缺乏對不同類型戈壁風沙危害形成機理的系統(tǒng)性對比研究。另一方面，在風沙危害防治對策方面，雖然已經(jīng)取得了許多成果，但各種防治措施之間的協(xié)同效應(yīng)和綜合優(yōu)化研究還不夠充分?，F(xiàn)有防治措施在實際應(yīng)用中可能存在一定的局限性，例如某些工程措施可能在短期內(nèi)有效，但長期來看可能會對生態(tài)環(huán)境造成負面影響；而植物措施的實施受到水資源短缺、土壤條件差等因素的制約，難以大規(guī)模推廣。此外，對于風沙危害防治的長期效果評估和動態(tài)監(jiān)測體系也有待進一步完善，以更好地適應(yīng)不同地區(qū)、不同時期的風沙危害防治需求。針對哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害，目前的研究還相對較少。雖然已有一些關(guān)于該地區(qū)風沙現(xiàn)象的初步報道，但缺乏對其形成機理的深入剖析以及針對性強的防治對策研究。因此，本文將在借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合哈羅鐵路沿線的實際地理環(huán)境和氣象條件，深入開展戈壁風沙危害形成機理及防治對策的研究，以期為保障哈羅鐵路的安全運營和促進區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善提供科學依據(jù)和技術(shù)支持。1.3研究方法與技術(shù)路線為深入剖析哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害形成機理并制定切實可行的防治對策，本研究綜合運用多種研究方法，確保研究的科學性、全面性與可靠性。1.3.1研究方法實地調(diào)查法：深入哈羅鐵路沿線戈壁區(qū)域，開展全面細致的實地調(diào)查。運用全站儀、GPS等先進測量儀器，對鐵路沿線的地形地貌進行精確測量與詳細記錄，繪制高精度的地形地貌圖，明確不同地段的地形起伏、坡度變化以及地貌類型，如戈壁灘、沙丘、風蝕洼地等，分析其對風沙運動的影響。使用集沙儀、風速儀等專業(yè)設(shè)備，在不同地段、不同高度同步觀測風沙流的各項參數(shù)，包括輸沙率、風速、沙粒粒徑分布等，獲取風沙運動的第一手數(shù)據(jù)。定期對鐵路設(shè)施，如路基、軌道、通信信號設(shè)備等進行檢查，詳細記錄風沙危害的具體形式、程度以及發(fā)展變化情況，如路基的風蝕深度、軌道的積沙厚度等，為后續(xù)研究提供直觀依據(jù)。數(shù)據(jù)分析與模型模擬法：對實地調(diào)查獲取的大量數(shù)據(jù)進行深入分析，運用統(tǒng)計學方法，如相關(guān)性分析、回歸分析等，探究風沙運動參數(shù)與氣象條件（風速、風向、降水等）、地表特征（植被覆蓋度、土壤質(zhì)地等）之間的內(nèi)在聯(lián)系，揭示風沙危害形成的影響因素及作用機制。借助專業(yè)的數(shù)值模擬軟件，如Fluent、WindSand等，構(gòu)建符合哈羅鐵路沿線實際情況的風沙運動模型。通過輸入實地觀測數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)，模擬不同工況下的風沙運動過程，預(yù)測風沙對鐵路設(shè)施的危害程度和范圍，為防治對策的制定提供科學預(yù)測和理論支持。案例研究法：廣泛收集國內(nèi)外其他鐵路在戈壁風沙地區(qū)的建設(shè)與運營案例，如蘭新鐵路、格庫鐵路等，深入分析這些案例中所采用的風沙防治措施及其實施效果?？偨Y(jié)成功經(jīng)驗與失敗教訓，結(jié)合哈羅鐵路沿線的具體特點，進行針對性的改進和優(yōu)化，為哈羅鐵路風沙防治提供有益的參考和借鑒。1.3.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線主要分為以下幾個步驟：資料收集與實地調(diào)研：全面收集哈羅鐵路沿線的地質(zhì)、氣象、水文、植被等相關(guān)資料，了解區(qū)域的自然環(huán)境背景。同時，開展實地調(diào)研，對鐵路沿線的風沙危害現(xiàn)狀進行詳細勘查，獲取第一手數(shù)據(jù)和信息。風沙危害形成機理分析：基于實地調(diào)研數(shù)據(jù)和資料，運用數(shù)據(jù)分析和模型模擬等方法，深入分析哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害的形成機理，包括風沙的來源、運動規(guī)律、對鐵路設(shè)施的破壞機制等。防治對策制定：根據(jù)風沙危害形成機理的研究結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)外成功案例的經(jīng)驗，制定適合哈羅鐵路沿線的戈壁風沙危害防治對策，包括工程措施、植物措施、管理措施等。防治效果評估：運用數(shù)值模擬和實地監(jiān)測等手段，對制定的防治對策進行效果評估，分析其在減少風沙危害、保護鐵路設(shè)施方面的有效性和可行性。根據(jù)評估結(jié)果，對防治對策進行優(yōu)化和調(diào)整，確保其能夠達到預(yù)期的防治效果。結(jié)論與建議：總結(jié)研究成果，得出關(guān)于哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害形成機理及防治對策的結(jié)論，并提出相應(yīng)的建議，為哈羅鐵路的安全運營和可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)和技術(shù)支持。二、哈羅鐵路沿線地理環(huán)境與風沙現(xiàn)狀2.1哈羅鐵路概況哈羅鐵路宛如一條鋼鐵巨龍，橫臥于新疆大地，其北起蘭新鐵路哈密南站西端，一路向西南蜿蜒前行，跨越了哈密地區(qū)、吐魯番地區(qū)和巴音郭楞蒙古自治州三地州，最終直抵羅布泊腹地羅中鎮(zhèn)。這條鐵路的建設(shè)，是一項艱巨而偉大的工程，它全長373.84公里，其中正線長度為373.8公里，站線達34.8公里，總投資29.93億元，總工期歷時2年，于2012年11月29日正式通車，從此，羅布泊告別了沒有鐵路的歷史。哈羅鐵路沿線分布著9個重要車站，從北至南依次為花園、南湖、沙哈、巴特、鰱魚山、黑龍峰、多頭山、東臺地、羅中。這些車站猶如一顆顆璀璨的明珠，鑲嵌在鐵路沿線，不僅為鐵路運輸提供了必要的停靠、中轉(zhuǎn)和調(diào)度功能，還對促進沿線地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和人員交流起到了重要作用。例如，南湖站位于哈密工業(yè)園區(qū)附近，這里煤炭資源豐富，南湖站的設(shè)立為煤炭的運輸提供了便利，極大地促進了當?shù)孛禾慨a(chǎn)業(yè)的發(fā)展；而羅中站作為鐵路的終點，緊鄰羅布泊鉀鹽生產(chǎn)基地，承擔著大量鉀肥的運輸任務(wù)，為我國鉀肥資源的開發(fā)和利用提供了有力的運輸保障。哈羅鐵路的建設(shè)意義深遠，它對新疆地區(qū)的資源開發(fā)、經(jīng)濟發(fā)展以及區(qū)域聯(lián)系都產(chǎn)生了巨大的推動作用。羅布泊地區(qū)蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源，尤其是鉀鹽儲量全國第一，哈羅鐵路的建成，為羅布泊鉀鹽的開發(fā)和運輸提供了便捷的通道，使羅布泊的鉀鹽能夠高效地運往全國各地，滿足了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對鉀肥的大量需求，降低了我國對進口鉀肥的依賴程度，保障了國家的糧食安全。同時，鐵路的建設(shè)也帶動了沿線地區(qū)煤炭、銅等礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用，促進了當?shù)毓I(yè)的發(fā)展，為當?shù)鼐用裉峁┝烁嗟木蜆I(yè)機會，增加了居民收入，加快了南疆地區(qū)脫貧致富的步伐。在區(qū)域聯(lián)系方面，哈羅鐵路的建設(shè)進一步完善了新疆的鐵路網(wǎng)布局。它與哈密至臨河鐵路相連，形成了新疆與西北、華北地區(qū)客貨交流的新通道，加強了新疆與內(nèi)地的經(jīng)濟聯(lián)系和貿(mào)易往來，促進了區(qū)域間的資源優(yōu)化配置和產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。此外，按照規(guī)劃，哈羅鐵路還將繼續(xù)延伸，與規(guī)劃建設(shè)的青（海）新（疆）線相接，實現(xiàn)西北地區(qū)與西南地區(qū)各種生產(chǎn)要素的交流，進一步提升新疆在全國鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)中的地位，為新疆的經(jīng)濟社會發(fā)展注入新的活力。2.2沿線地理環(huán)境特征哈羅鐵路沿線地理環(huán)境復(fù)雜多樣，其特殊的地形地貌、氣候條件以及土壤類型等，共同構(gòu)成了風沙危害形成的基礎(chǔ)條件，對風沙的產(chǎn)生、運動和危害程度產(chǎn)生了深遠影響。2.2.1地形地貌哈羅鐵路沿線主要穿越了戈壁荒漠和部分沙漠區(qū)域，整體地勢較為平坦開闊，但局部地區(qū)存在一定的起伏和特殊地貌。從哈密南站出發(fā)，鐵路首先經(jīng)過的是哈密盆地邊緣的戈壁灘，這里地表廣泛分布著大小不一的礫石和粗砂，形成了典型的戈壁地貌。戈壁灘地勢相對平坦，坡度一般在1°-3°之間，然而，由于長期受到風力侵蝕作用，地面上發(fā)育了許多風蝕溝槽和雅丹地貌。這些風蝕溝槽寬窄不一，深度可達數(shù)米，走向多與盛行風向一致，它們的存在不僅增加了地表的粗糙度，改變了近地面氣流的運動方向和速度，還為風沙的形成提供了豐富的沙源。當大風刮過時，溝槽內(nèi)的沙塵被揚起，加入到風沙流中，加劇了風沙危害。在鐵路沿線的部分地段，還分布著一些低矮的沙丘，主要為新月形沙丘和沙丘鏈。這些沙丘高度一般在5-15米之間，寬度可達數(shù)十米。沙丘的形成與當?shù)氐娘L力條件、沙源以及地形密切相關(guān)。在風力作用下，沙粒逐漸堆積形成沙丘，沙丘的移動和變形又會對鐵路設(shè)施造成嚴重威脅。例如，當沙丘向鐵路方向移動時，可能會掩埋鐵路路基和軌道，導(dǎo)致鐵路中斷；沙丘的迎風坡受到風沙侵蝕，背風坡則不斷堆積，這種動態(tài)變化會使沙丘的形態(tài)和位置發(fā)生改變，進一步增加了風沙危害的不確定性。此外，鐵路沿線還存在一些山地和丘陵，如多頭山、黑龍峰等。這些山地和丘陵雖然相對高度不大，但它們對氣流的阻擋和抬升作用顯著。當氣流遇到山地時，會被迫抬升，風速增大，從而加劇了風沙的搬運能力。同時，山地的背風坡容易形成氣流的下沉區(qū)，風速減小，風沙在此處堆積，形成沙害。在黑龍峰附近，由于山地的影響，風沙在背風坡大量堆積，經(jīng)常掩埋鐵路線路，給鐵路的正常運營帶來了極大的困擾。2.2.2氣候條件哈羅鐵路沿線屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，其氣候特點對風沙危害的形成起著關(guān)鍵作用。該地區(qū)降水稀少，年降水量一般在50毫米以下，而蒸發(fā)量卻高達3000毫米以上，干燥度極高，這使得地表植被難以生長，土壤水分含量極低，地表物質(zhì)松散，極易被風力侵蝕。例如，在羅布泊地區(qū)，年降水量不足20毫米，蒸發(fā)量卻超過3500毫米，地表幾乎完全裸露，為風沙活動提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。大風是該地區(qū)的另一顯著氣候特征。哈羅鐵路沿線全年大風天氣頻繁，平均每年有200天以上的大風日數(shù)，最大風力超過13級。春季和冬季是大風的高發(fā)季節(jié)，春季由于冷暖空氣交替頻繁，氣壓梯度大，容易產(chǎn)生強風；冬季則受蒙古-西伯利亞高壓的影響，冷空氣頻繁南下，帶來強勁的西北風。大風是風沙運動的動力來源，當風速達到一定閾值時，就能夠?qū)⒌乇淼纳硥m揚起，形成風沙流。研究表明，該地區(qū)的起沙風速一般在5-6米/秒左右，一旦風速超過這個數(shù)值，風沙活動就會加劇。在2023年春季的一次大風天氣中，風速達到了10米/秒以上，鐵路沿線多個地段出現(xiàn)了嚴重的風沙危害，大量沙塵被卷入空中，形成了遮天蔽日的沙塵暴，導(dǎo)致鐵路運輸中斷長達12小時。此外，該地區(qū)氣溫變化劇烈，晝夜溫差大，年溫差也較大。夏季氣溫較高，極端最高氣溫可達45℃以上；冬季氣溫較低，極端最低氣溫可達-30℃以下。劇烈的氣溫變化使得地表巖石和土壤發(fā)生物理風化作用，加速了地表物質(zhì)的破碎和分解，為風沙的形成提供了更多的細小顆粒物質(zhì)。同時，氣溫的急劇變化還會導(dǎo)致鐵路設(shè)施的熱脹冷縮，降低其結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性，使其更容易受到風沙的侵蝕和破壞。2.2.3土壤類型哈羅鐵路沿線的土壤類型主要為風沙土和戈壁土。風沙土是在風力作用下形成的土壤類型，其質(zhì)地疏松，顆粒較細，以粉砂和細砂為主，土壤結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，抗風蝕能力極差。在風力作用下，風沙土極易被吹起，成為風沙流的主要物質(zhì)來源。戈壁土則主要分布在戈壁地區(qū)，其表層覆蓋著一層礫石和粗砂，下面是質(zhì)地較細的粉砂和黏土。雖然戈壁土的表層礫石在一定程度上能夠起到保護土壤、減少風蝕的作用，但在長期的風力侵蝕和人類活動影響下，表層礫石層可能會遭到破壞，使得下面的細顆粒物質(zhì)暴露出來，同樣容易被風力侵蝕，產(chǎn)生風沙危害。在鐵路建設(shè)和運營過程中，由于工程活動的擾動，如路基的填筑、取土場和棄土場的設(shè)置等，會破壞原有的土壤結(jié)構(gòu)和植被，進一步加劇土壤的風蝕程度。例如，在鐵路建設(shè)過程中，大量的土方開挖和填筑使得地表土壤變得松散，在大風天氣下，這些松散的土壤很容易被吹起，形成揚塵和風沙危害。同時，鐵路沿線的一些取土場和棄土場，如果沒有進行有效的防護和治理，也會成為新的風沙源，對鐵路運營和周邊環(huán)境造成不利影響。2.3戈壁風沙危害現(xiàn)狀調(diào)查為全面掌握哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害的實際情況，本研究團隊多次深入鐵路沿線，開展了細致的實地考察，并結(jié)合長期的數(shù)據(jù)收集與分析，對風沙危害的分布范圍、危害程度和發(fā)生頻率進行了系統(tǒng)梳理。2.3.1分布范圍哈羅鐵路沿線大部分路段都受到戈壁風沙危害的影響，風沙危害的分布范圍廣泛，從鐵路起點哈密南站附近的戈壁灘，到終點羅布泊地區(qū)，貫穿了整個鐵路線路。根據(jù)實地調(diào)查和衛(wèi)星遙感影像分析，風沙危害較為嚴重的區(qū)域主要集中在鐵路沿線的戈壁荒漠地帶，特別是在南湖、沙哈、巴特、鰱魚山、黑龍峰、多頭山等車站周邊以及鐵路穿越的一些風口地段。在這些區(qū)域，地表植被稀少，土壤質(zhì)地疏松，加之風力強勁，風沙活動頻繁，對鐵路設(shè)施的危害尤為突出。例如，在南湖站至沙哈站之間，鐵路兩側(cè)的戈壁灘上分布著大量的流動沙丘和半固定沙丘，這些沙丘在風力作用下不斷向鐵路方向移動，對鐵路路基和軌道構(gòu)成了嚴重威脅。據(jù)統(tǒng)計，該路段約有30公里的鐵路受到沙丘移動的直接影響，部分地段的沙丘已經(jīng)逼近鐵路路基，最近距離僅為5-10米，一旦沙丘繼續(xù)前移，將極有可能掩埋鐵路。在黑龍峰站附近，由于特殊的地形條件，形成了一個天然的風口，風速在此處明顯增大，風沙活動異常強烈。該區(qū)域的鐵路沿線不僅受到風沙的侵蝕，還經(jīng)常出現(xiàn)沙塵暴天氣，導(dǎo)致鐵路設(shè)施被沙塵嚴重覆蓋，通信信號受到干擾，對鐵路運營安全造成了極大的影響。2.3.2危害程度哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害程度較為嚴重，對鐵路的各個組成部分都造成了不同程度的破壞。在路基方面，風沙侵蝕導(dǎo)致路基邊坡土體松動、剝落，路基高度降低，部分路段的路基邊坡風蝕深度已達0.5-1米，嚴重影響了路基的穩(wěn)定性。如在巴特站至鰱魚山站之間的一段鐵路，由于長期受到風沙侵蝕，路基邊坡出現(xiàn)了大量的風蝕坑和溝槽，路基的承載能力明顯下降，需要頻繁進行加固和修復(fù)。軌道部分，風沙堆積在道床和軌枕上，增加了軌道的阻力，降低了軌道的平順性。根據(jù)現(xiàn)場測量，部分地段的道床積沙厚度達到了20-30厘米，軌枕被掩埋的情況也較為常見。這不僅增加了列車運行的能耗和磨損，還容易導(dǎo)致列車脫軌等安全事故。在2023年5月的一次風沙天氣后，多頭山站附近的一段鐵路軌道因積沙嚴重，導(dǎo)致一列貨運列車在行駛過程中出現(xiàn)了劇烈顛簸，險些發(fā)生脫軌事故。鐵路的通信信號設(shè)備和供電系統(tǒng)也受到了風沙的嚴重影響。沙塵進入通信信號設(shè)備內(nèi)部，會導(dǎo)致設(shè)備短路、接觸不良等故障，影響信號的正常傳輸。供電系統(tǒng)的電線桿和輸電線路在風沙侵蝕下，表面涂層被破壞，金屬部件生銹腐蝕，降低了供電系統(tǒng)的可靠性。據(jù)統(tǒng)計，哈羅鐵路沿線每年因風沙危害導(dǎo)致的通信信號故障和供電系統(tǒng)故障次數(shù)分別達到了20-30次和10-15次，嚴重影響了鐵路的正常運營。2.3.3發(fā)生頻率哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害的發(fā)生頻率較高，尤其是在春季和冬季，大風天氣頻繁，風沙活動更為劇烈。根據(jù)近5年的氣象數(shù)據(jù)和鐵路部門的統(tǒng)計資料，每年春季（3-5月）和冬季（11月-次年2月）是風沙危害的高發(fā)期，這兩個季節(jié)發(fā)生風沙危害的次數(shù)占全年的70%以上。在高發(fā)期內(nèi)，平均每月會發(fā)生3-5次較為嚴重的風沙危害事件，其中以沙塵暴和強風沙流最為常見。例如，在2022年春季，哈羅鐵路沿線共發(fā)生了15次風沙危害事件，其中3次為沙塵暴天氣，導(dǎo)致鐵路運輸中斷累計達36小時。在2023年冬季，一場強風沙流襲擊了鐵路沿線，造成多個車站的通信信號中斷，供電系統(tǒng)故障，鐵路部門緊急組織人員進行搶修，才恢復(fù)了鐵路的正常運營。此外，隨著全球氣候變化和人類活動的影響，哈羅鐵路沿線的風沙危害發(fā)生頻率有逐漸增加的趨勢，這給鐵路的安全運營帶來了更大的挑戰(zhàn)。三、戈壁風沙危害形成機理3.1沙源分析沙源是戈壁風沙危害形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，深入探究哈羅鐵路沿線沙源的來源、形成與變化機制，對于理解風沙危害的形成機理至關(guān)重要。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該鐵路沿線沙源主要包括本地沙源和外來沙源，二者在不同的地質(zhì)、氣候和人類活動等因素影響下，共同為風沙活動提供了豐富的物質(zhì)條件。3.1.1本地沙源本地沙源是哈羅鐵路沿線風沙危害的主要沙源之一，其形成與當?shù)氐牡刭|(zhì)地貌、土壤條件以及人類活動密切相關(guān)。戈壁灘沉積物：哈羅鐵路沿線廣泛分布著戈壁灘，戈壁灘地表覆蓋著大小不一的礫石和粗砂，其下伏沉積物則是風沙的重要來源。這些下伏沉積物主要由第四紀松散堆積物組成，粒度較細，以粉砂和細砂為主。在長期的風力侵蝕和搬運作用下，戈壁灘表面的礫石逐漸被磨蝕、分選，細顆粒物質(zhì)被吹揚到空中，成為風沙流的一部分。研究表明，在哈密盆地區(qū)的戈壁，其下伏沉積物粒徑垂直分布特征表現(xiàn)為上粗下細，這種粒度分布特點使得表層細顆粒物質(zhì)更容易被風力侵蝕，從而為風沙活動提供了豐富的沙源。干涸湖泊與河床沉積物：鐵路沿線存在一些干涸的湖泊和河床，如羅布泊及其周邊地區(qū)。在歷史時期，這些湖泊和河流曾有豐富的水資源，但由于氣候變化和人類活動的影響，如孔雀河斷流，導(dǎo)致羅布泊在20世紀70年代完全干涸。干涸后的湖泊和河床底部沉積物暴露在地表，這些沉積物富含大量的細顆粒物質(zhì)，如黏土、粉砂等，在風力作用下極易被吹起，成為風沙的重要來源。在羅布泊干涸湖盆地區(qū)，地表沉積物的粒度組成以細砂和粉砂為主，平均粒徑在0.1-0.2毫米之間，這些細顆粒物質(zhì)在大風天氣下能夠被揚起數(shù)百米的高度，形成大規(guī)模的風沙流，對鐵路沿線造成嚴重的風沙危害。灌叢沙地：鐵路沿線的部分地段分布著灌叢沙地，灌叢沙地中的植被雖然在一定程度上能夠固定土壤，但由于植被覆蓋度較低，仍有大量的沙地裸露。這些沙地中的沙粒主要為中細沙，分選性中等至很差，偏度以近對稱為主，峰度中等至很窄。在風力作用下，灌叢沙地中的沙粒容易被吹起，形成風沙流。灌叢沙地中的沙粒在風速達到5-6米/秒時就能夠被起動，隨著風速的增大，輸沙率迅速增加。灌叢沙地的存在不僅為風沙活動提供了沙源，而且灌叢本身還會改變近地面氣流的結(jié)構(gòu)，加劇風沙的局部侵蝕和堆積，對鐵路設(shè)施造成更為嚴重的危害。人類工程活動產(chǎn)生的沙源：在哈羅鐵路的建設(shè)和運營過程中，人類工程活動對地表的擾動產(chǎn)生了大量的松散物質(zhì)，成為新的沙源。鐵路建設(shè)過程中的路基填筑、取土場和棄土場的設(shè)置，破壞了原有的地表植被和土壤結(jié)構(gòu)，使得大量的土壤暴露在地表，在風力作用下，這些松散的土壤極易被吹起，形成風沙危害。鐵路沿線的一些工業(yè)開發(fā)活動，如礦產(chǎn)開采、工廠建設(shè)等，也會產(chǎn)生大量的廢渣、尾礦等廢棄物，這些廢棄物如果沒有得到妥善處理，同樣會成為風沙的來源。據(jù)統(tǒng)計，在哈羅鐵路沿線的一些取土場和棄土場，每年因風力侵蝕產(chǎn)生的沙塵量可達數(shù)千噸，對鐵路周邊環(huán)境和運營安全造成了嚴重影響。3.1.2外來沙源除本地沙源外，外來沙源也是哈羅鐵路沿線風沙危害的重要組成部分，其主要通過大氣環(huán)流和遠距離輸沙作用到達鐵路沿線地區(qū)。沙漠地區(qū)的沙塵輸送：哈羅鐵路沿線周邊分布著多個沙漠，如塔克拉瑪干沙漠、庫姆塔格沙漠等。這些沙漠地區(qū)氣候干旱，風力強勁，沙塵活動頻繁。在特定的氣象條件下，如強冷空氣南下、氣壓梯度增大等，沙漠地區(qū)的沙塵會被大風揚起，形成沙塵暴，并通過大氣環(huán)流遠距離輸送到鐵路沿線地區(qū)。研究表明，在春季和冬季，當西伯利亞冷空氣南下時，會在我國西北地區(qū)形成強大的西北風，將沙漠地區(qū)的沙塵攜帶到哈羅鐵路沿線，使得該地區(qū)的風沙危害加劇。在2023年3月的一次沙塵暴天氣中，來自塔克拉瑪干沙漠的沙塵經(jīng)過長途輸送，到達哈羅鐵路沿線，導(dǎo)致鐵路沿線多個地段出現(xiàn)了嚴重的風沙堆積，鐵路運輸受到嚴重影響。其他干旱地區(qū)的沙塵輸入：除了周邊沙漠地區(qū)的沙塵輸送外，哈羅鐵路沿線還可能受到其他更遠距離干旱地區(qū)的沙塵輸入。這些干旱地區(qū)的沙塵在全球大氣環(huán)流的作用下，經(jīng)過多次傳輸和擴散，最終到達鐵路沿線。例如，中亞地區(qū)的干旱荒漠地帶也是一個重要的沙塵源區(qū)，其沙塵在西風帶的作用下，有可能經(jīng)過我國新疆地區(qū)，進而影響到哈羅鐵路沿線。雖然這些遠距離沙塵輸入的量相對較小，但在特定的氣象條件下，仍可能對鐵路沿線的風沙危害產(chǎn)生一定的影響，增加風沙防治的難度。3.2風力作用機制風力是戈壁風沙危害形成的關(guān)鍵動力因素，其大小、方向和變化規(guī)律直接影響著沙粒的搬運、堆積和侵蝕過程，進而決定了風沙危害的程度和范圍。深入研究風力作用機制，對于理解戈壁風沙危害的形成過程和制定有效的防治對策具有重要意義。3.2.1風力大小與變化哈羅鐵路沿線地區(qū)風力強勁，且變化頻繁。根據(jù)長期的氣象觀測數(shù)據(jù)，該地區(qū)年平均風速可達4-6米/秒，在大風季節(jié)，平均風速更是超過8米/秒，最大風速甚至超過25米/秒。這種強勁的風力為風沙活動提供了強大的動力。從季節(jié)變化來看，春季和冬季是風力較大的季節(jié)。春季，隨著氣溫的回升，蒙古-西伯利亞高壓逐漸減弱，而大陸低壓開始增強，氣壓梯度增大，導(dǎo)致風力增強。同時，春季地表植被尚未完全恢復(fù)，土壤解凍，地表物質(zhì)松散，更容易被風力侵蝕。在2023年春季，哈羅鐵路沿線多次出現(xiàn)大風天氣，3-5月的平均風速達到了7米/秒，4月的一次大風過程中，最大風速達到了20米/秒，引發(fā)了嚴重的風沙災(zāi)害。冬季，受蒙古-西伯利亞高壓的影響，冷空氣頻繁南下，形成強勁的西北風，風力可達6-8級，部分地區(qū)甚至超過10級。在2022年12月的一次寒潮天氣中，鐵路沿線的風速普遍超過15米/秒，部分風口地段的風速更是接近25米/秒，大量沙塵被卷入空中，對鐵路設(shè)施造成了嚴重破壞。從日變化來看，該地區(qū)風力也存在明顯的規(guī)律。通常情況下，白天由于太陽輻射強烈，地面受熱不均，空氣對流旺盛，風力較大；夜間地面冷卻，空氣對流減弱，風力相對較小。在夏季，白天12-16時的風速往往比夜間2-6時的風速高出2-3米/秒。這種日變化特征使得風沙活動在白天更為活躍，對鐵路運營的影響也更為顯著。3.2.2風向特征哈羅鐵路沿線的風向較為穩(wěn)定，主要盛行西北風。這是由于該地區(qū)位于亞洲大陸內(nèi)部，受大氣環(huán)流的影響，常年處于西風帶的控制之下。同時，蒙古-西伯利亞高壓在冬季的強勢作用，使得冷空氣從西北方向南下，進一步強化了西北風的主導(dǎo)地位。西北風的盛行對風沙活動的方向和路徑產(chǎn)生了重要影響。在西北風的作用下，沙粒主要向東南方向搬運，導(dǎo)致鐵路沿線東南側(cè)的風沙危害更為嚴重。在南湖站至沙哈站之間，鐵路東南側(cè)的路基和軌道受到風沙侵蝕和堆積的程度明顯高于西北側(cè)，部分地段的路基邊坡因風沙侵蝕而出現(xiàn)了大量的風蝕坑和溝槽，軌道上的積沙厚度也更大。此外，該地區(qū)還存在一些局部的風向變化。在山區(qū)和河谷地帶，由于地形的影響，風向會發(fā)生改變。在黑龍峰附近，由于山體的阻擋，氣流在經(jīng)過時會發(fā)生繞流和輻合，導(dǎo)致局部風向紊亂，出現(xiàn)東北風、西南風等不同方向的風。這種局部風向的變化增加了風沙活動的復(fù)雜性，使得鐵路沿線的風沙危害呈現(xiàn)出多樣化的特點，給防治工作帶來了更大的困難。3.2.3風力對沙粒的作用風力對沙粒的作用主要包括搬運、堆積和侵蝕三個方面，這些作用相互關(guān)聯(lián)，共同影響著戈壁風沙危害的形成和發(fā)展。搬運作用：當風力達到一定強度時，沙粒會被起動并卷入風沙流中，隨著氣流進行搬運。根據(jù)風洞實驗和實地觀測，哈羅鐵路沿線的沙粒起動風速一般在5-6米/秒左右，當風速超過這個閾值時，沙粒開始被搬運。在風沙流中，沙粒的運動方式主要有躍移、蠕移和懸移三種。躍移是沙粒最主要的運動方式，約占總輸沙量的70%-80%。在躍移過程中，沙粒在風力的作用下，以跳躍的方式向前運動，每次跳躍的高度一般在0.1-1米之間，水平距離可達數(shù)米。蠕移是指沙粒在地面上緩慢滾動或滑動，其輸沙量約占總輸沙量的10%-20%。懸移是指粒徑較小的沙粒在風力作用下，懸浮在空氣中，隨著氣流遠距離輸送，其輸沙量相對較小，但在沙塵暴天氣中，懸移的沙?？梢员惠斔偷綌?shù)百公里甚至數(shù)千公里之外。在2023年5月的一次沙塵暴中，來自哈羅鐵路沿線的沙塵被輸送到了甘肅、寧夏等地，對這些地區(qū)的空氣質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響。堆積作用：當風力減弱或遇到障礙物時，風沙流中的沙粒會逐漸沉降下來，形成堆積。在哈羅鐵路沿線，鐵路路基、軌道、橋梁等設(shè)施以及周邊的地形起伏都可能成為風沙堆積的障礙物。當風沙流遇到鐵路路基時，風速會在路基迎風面急劇減小，沙粒在慣性作用下繼續(xù)向前運動，堆積在路基迎風坡和坡頂；在背風坡，由于氣流形成漩渦，風速進一步降低，沙粒大量堆積，形成明顯的堆積區(qū)。據(jù)實地測量，在一些風沙危害嚴重的地段，鐵路路基迎風坡的積沙厚度可達0.5-1米，背風坡的積沙厚度更是超過1米，嚴重影響了路基的穩(wěn)定性。在鐵路沿線的低洼地區(qū)，如風蝕洼地、河谷等，由于氣流速度減緩，也容易形成風沙堆積，對鐵路設(shè)施造成掩埋和破壞。侵蝕作用：風力攜帶的沙粒對地表物體具有強烈的侵蝕作用。在哈羅鐵路沿線，風沙的侵蝕作用主要表現(xiàn)為對鐵路路基、軌道、通信信號設(shè)備等設(shè)施的磨損和破壞。風沙流中的沙粒以高速沖擊路基邊坡和軌道部件，使得路基邊坡土體逐漸剝落，軌道部件表面出現(xiàn)磨損和劃痕。長期的風沙侵蝕會導(dǎo)致路基邊坡坡度變緩，路基高度降低，軌道部件的使用壽命縮短。在一些風口地段，由于風沙侵蝕作用強烈，鐵路路基邊坡每年的風蝕深度可達5-10厘米，軌道扣件的磨損率也明顯高于其他地段。此外，風沙還會侵蝕鐵路沿線的通信信號設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備外殼損壞、內(nèi)部電路短路等故障，影響鐵路的正常運行。3.3氣候因素的影響氣候因素在哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害的形成過程中扮演著至關(guān)重要的角色，降水、溫度、蒸發(fā)等要素相互作用，不僅影響著風沙的物質(zhì)來源和動力條件，還對風沙活動的強度和頻率產(chǎn)生深遠影響。隨著全球氣候變化的加劇，研究氣候因素對風沙危害的影響，對于準確預(yù)測風沙活動趨勢、制定科學有效的防治對策具有重要意義。3.3.1降水的影響哈羅鐵路沿線降水稀少，年降水量一般在50毫米以下，部分地區(qū)甚至不足20毫米。如此稀缺的降水使得地表植被生長受到嚴重限制，植被覆蓋率極低，難以對地表起到有效的保護作用，從而為風沙活動提供了可乘之機。當降水不足時，土壤水分含量急劇下降，土壤顆粒之間的黏聚力減弱，地表物質(zhì)變得松散，極易被風力侵蝕。在羅布泊地區(qū)，由于長期干旱少雨，地表植被稀疏，土壤沙化嚴重，一旦遇到大風天氣，沙塵便會被大量揚起，形成風沙危害。此外，降水的季節(jié)分布不均也對風沙危害產(chǎn)生重要影響。該地區(qū)降水主要集中在夏季，但夏季降水量在全年總降水量中所占比例較小，且多以暴雨形式出現(xiàn)。暴雨的短時強降水雖然在一定程度上能夠濕潤地表，但由于降水時間短、強度大，大部分降水迅速形成地表徑流流失，無法有效滲透到土壤中補充土壤水分，反而會對地表造成沖刷，破壞地表的微地貌和植被，使地表更加破碎和松散，增加了風沙活動的潛在風險。在2023年7月的一次暴雨過程中，哈羅鐵路沿線部分地段的地表植被被沖刷破壞，原本穩(wěn)定的地表變得松動，隨后在大風天氣的影響下，這些地段出現(xiàn)了較為嚴重的風沙侵蝕現(xiàn)象。3.3.2溫度的影響哈羅鐵路沿線地區(qū)氣溫變化劇烈，晝夜溫差大，年溫差也較大。夏季氣溫較高，極端最高氣溫可達45℃以上；冬季氣溫較低，極端最低氣溫可達-30℃以下。這種劇烈的溫度變化對風沙危害的形成具有多方面的影響。一方面，溫度的劇烈變化會導(dǎo)致地表巖石和土壤發(fā)生物理風化作用。在白天高溫時段，巖石和土壤受熱膨脹；夜晚低溫時，又迅速冷卻收縮。長期的熱脹冷縮作用使得巖石和土壤逐漸破碎，形成大量的細小顆粒物質(zhì)，這些物質(zhì)成為風沙的重要來源。在鐵路沿線的戈壁地區(qū)，由于晝夜溫差大，地表巖石經(jīng)過長期的物理風化，表面布滿了裂縫和碎屑，為風沙活動提供了豐富的沙源。另一方面，氣溫的變化還會影響近地面空氣的運動狀態(tài)，進而影響風沙活動。在白天，地面受熱升溫快，空氣受熱膨脹上升，形成上升氣流，使得近地面風速增大，有利于風沙的起動和搬運。在夏季的午后，哈羅鐵路沿線的風速往往會明顯增大，風沙活動也更加活躍。而在夜晚，地面冷卻降溫快，空氣收縮下沉，近地面風速減小，風沙活動相對減弱。此外，氣溫的季節(jié)變化也會導(dǎo)致大氣環(huán)流的改變，進而影響風沙活動的頻率和強度。在冬季，受蒙古-西伯利亞高壓的影響，冷空氣頻繁南下，氣溫降低，風力增強，風沙活動加?。欢谙募?，隨著氣溫升高，蒙古-西伯利亞高壓減弱，風沙活動相對減少。3.3.3蒸發(fā)的影響該地區(qū)蒸發(fā)量巨大，年蒸發(fā)量高達3000毫米以上，遠遠超過降水量。強烈的蒸發(fā)使得地表水分迅速散失，土壤干燥化程度加劇，進一步導(dǎo)致植被生長困難，地表植被覆蓋度降低。同時，蒸發(fā)作用還會使土壤中的鹽分向地表積聚，形成鹽堿化土壤，這種土壤的結(jié)構(gòu)更加不穩(wěn)定，抗風蝕能力更弱，更容易被風力侵蝕，產(chǎn)生風沙危害。在哈羅鐵路沿線的一些地段，由于蒸發(fā)強烈，土壤鹽堿化嚴重，地表形成了一層白色的鹽殼。這些鹽殼在風力作用下容易破碎，成為風沙的一部分。此外，蒸發(fā)還會導(dǎo)致地下水位下降，使得植物根系難以吸收到足夠的水分，進一步加劇了植被的退化，形成惡性循環(huán)，使風沙危害愈發(fā)嚴重。3.3.4氣候變化的作用隨著全球氣候變化的不斷加劇，哈羅鐵路沿線的氣候也發(fā)生了顯著變化，這些變化對風沙活動產(chǎn)生了深遠的影響。研究表明，近年來該地區(qū)氣溫呈上升趨勢，降水模式也發(fā)生了改變，極端氣候事件的發(fā)生頻率和強度增加，如暴雨、干旱、大風等。氣溫上升導(dǎo)致蒸發(fā)加劇，土壤水分進一步減少，植被生長受到更大的壓力，地表沙化面積擴大，風沙活動的物質(zhì)基礎(chǔ)更加雄厚。同時，降水模式的改變，如降水總量減少、降水分布不均以及暴雨事件增多等，使得地表植被的生長和恢復(fù)更加困難，地表穩(wěn)定性降低，風沙活動的潛在風險增加。在2020-2023年期間，哈羅鐵路沿線地區(qū)的平均氣溫較過去30年上升了0.5-1℃，降水量減少了10%-20%，風沙危害事件的發(fā)生頻率明顯增加，危害程度也有所加重。極端氣候事件的增加對風沙活動的影響更為直接和顯著。強風事件的增多為風沙活動提供了更強大的動力，使得更多的沙塵被卷入空中，形成更嚴重的風沙災(zāi)害。暴雨事件雖然在短期內(nèi)可能會抑制風沙活動，但長期來看，暴雨對地表的沖刷破壞會導(dǎo)致地表更加脆弱，增加了風沙活動的隱患。在2023年春季，哈羅鐵路沿線地區(qū)遭遇了多次強風襲擊，最大風速超過20米/秒，引發(fā)了多起嚴重的風沙災(zāi)害，鐵路沿線的多個路段被沙塵掩埋，通信信號中斷，鐵路運輸受到嚴重影響。綜上所述，降水、溫度、蒸發(fā)等氣候因素相互交織，共同影響著哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害的形成和發(fā)展。氣候變化的加劇進一步增加了風沙危害的復(fù)雜性和不確定性，給鐵路的安全運營和沿線生態(tài)環(huán)境帶來了更大的挑戰(zhàn)。因此，深入研究氣候因素與風沙危害之間的關(guān)系，對于制定科學有效的風沙防治對策具有重要的理論和實踐意義。3.4人為因素的作用在哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害的形成過程中，人為因素扮演著不可忽視的角色。隨著區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展和人類活動的日益頻繁，土地開發(fā)、水資源利用、礦產(chǎn)開采等活動對地表生態(tài)環(huán)境造成了不同程度的擾動，進而加劇了風沙危害的發(fā)生和發(fā)展，對鐵路的安全運營構(gòu)成了嚴重威脅。3.4.1土地開發(fā)與利用哈羅鐵路沿線地區(qū)的土地開發(fā)活動不斷增加，尤其是農(nóng)業(yè)開墾和城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模的擴大，對地表植被和土壤結(jié)構(gòu)造成了嚴重破壞。在農(nóng)業(yè)開墾過程中，大量的天然植被被砍伐和清除，用于種植農(nóng)作物。由于該地區(qū)氣候干旱，降水稀少，灌溉水源有限，開墾后的土地在缺乏有效灌溉和植被保護的情況下，極易發(fā)生風蝕。土壤中的細顆粒物質(zhì)被風力吹走，導(dǎo)致土壤肥力下降，土地逐漸沙化，為風沙活動提供了更多的沙源。在鐵路沿線的一些農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)，由于過度開墾，土地沙化面積不斷擴大，風沙危害日益嚴重。原本固定的沙丘逐漸活化，風沙流頻繁侵襲周邊地區(qū)，不僅對農(nóng)田造成了破壞，還對鐵路設(shè)施構(gòu)成了直接威脅。城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展也對風沙危害產(chǎn)生了重要影響。隨著人口的增長和城鎮(zhèn)化進程的加快，鐵路沿線的城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴大，建設(shè)用地需求增加。在城鎮(zhèn)建設(shè)過程中，大量的土地被平整和開發(fā)，地表植被遭到破壞，土壤暴露在外。同時，建筑施工過程中產(chǎn)生的大量建筑垃圾和廢棄土如果沒有得到妥善處理，也會成為風沙的來源。此外，城鎮(zhèn)周邊的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如道路修建、工業(yè)園區(qū)建設(shè)等，也會進一步破壞地表生態(tài)環(huán)境，加劇風沙危害。在一些城鎮(zhèn)周邊，由于土地開發(fā)和建設(shè)活動的影響，風沙天氣明顯增多，鐵路沿線的積沙現(xiàn)象也更為嚴重，給鐵路的正常運營帶來了極大的困擾。3.4.2水資源利用哈羅鐵路沿線屬于干旱和半干旱地區(qū)，水資源匱乏是該地區(qū)的主要特征之一。然而，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增加，對水資源的需求不斷增長，不合理的水資源利用方式加劇了水資源的短缺和生態(tài)環(huán)境的惡化，進而對風沙危害產(chǎn)生了深遠影響。一方面，過度開采地下水是該地區(qū)水資源利用中存在的突出問題。為了滿足農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水和居民生活用水的需求，大量的地下水被抽取。長期過度開采地下水導(dǎo)致地下水位下降，使得依賴地下水生長的植被因缺水而死亡，植被覆蓋率降低，地表失去了植被的保護，風沙活動加劇。在羅布泊地區(qū)，由于長期過度開采地下水，地下水位下降了數(shù)米，周邊的胡楊林、紅柳等植被大量死亡，原本固定的沙丘重新活化，風沙危害日益嚴重。另一方面，水資源的不合理分配和利用也加劇了風沙危害。在農(nóng)業(yè)灌溉中，大水漫灌等傳統(tǒng)灌溉方式仍然普遍存在，這種灌溉方式不僅浪費了大量的水資源，還導(dǎo)致土壤水分分布不均，部分土地因積水而鹽堿化，部分土地則因缺水而干旱沙化。鹽堿化的土壤結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，抗風蝕能力弱，容易被風力侵蝕，產(chǎn)生風沙危害。同時，由于水資源分配不合理，一些地區(qū)的生態(tài)用水得不到保障，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，風沙活動頻繁。在鐵路沿線的一些農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)，由于水資源利用不合理，土地鹽堿化和沙化現(xiàn)象嚴重，風沙對鐵路設(shè)施的侵蝕和破壞也日益加劇。3.4.3礦產(chǎn)開采哈羅鐵路沿線地區(qū)蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源，如煤炭、銅、鉀鹽等。礦產(chǎn)開采活動在促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的同時，也對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破壞，加劇了風沙危害的發(fā)生。在礦產(chǎn)開采過程中，大規(guī)模的露天開采和地下開采活動破壞了地表植被和土壤結(jié)構(gòu)，使得大量的松散物質(zhì)暴露在地表。這些松散物質(zhì)在風力作用下極易被吹起，形成風沙流，對鐵路設(shè)施和周邊環(huán)境造成危害。露天煤礦開采過程中，剝離的表土和廢棄的矸石隨意堆放，沒有采取有效的防護措施，在大風天氣下，這些堆積物中的沙塵被大量揚起，形成揚塵和風沙危害。同時，礦產(chǎn)開采活動還會導(dǎo)致土地塌陷、地表裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，進一步破壞了地表的穩(wěn)定性，增加了風沙活動的風險。此外，礦產(chǎn)開采過程中的運輸和加工環(huán)節(jié)也會產(chǎn)生大量的揚塵和粉塵。煤炭、礦石等在運輸過程中，如果沒有采取密閉措施，會有大量的粉塵泄漏到空氣中，形成揚塵污染。在礦石加工過程中，破碎、篩分等工序會產(chǎn)生大量的粉塵，這些粉塵在風力作用下會擴散到周圍地區(qū)，加劇風沙危害。在鐵路沿線的一些礦區(qū)，由于運輸和加工環(huán)節(jié)的粉塵污染，周邊地區(qū)的空氣質(zhì)量惡化，風沙危害嚴重，鐵路設(shè)施也受到了嚴重的侵蝕和破壞。綜上所述，土地開發(fā)、水資源利用和礦產(chǎn)開采等人為因素通過破壞地表植被、改變土壤結(jié)構(gòu)、加劇水資源短缺等方式，對哈羅鐵路沿線的生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破壞，進而加劇了戈壁風沙危害的發(fā)生和發(fā)展。因此，在鐵路建設(shè)和運營過程中，必須充分重視人為因素的影響，采取有效的措施加以控制和管理，以減少風沙危害對鐵路的威脅，實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護的協(xié)調(diào)共進。四、戈壁風沙對哈羅鐵路的危害表現(xiàn)與案例分析4.1對鐵路設(shè)施的直接破壞4.1.1路基積沙與侵蝕在哈羅鐵路沿線，路基積沙與侵蝕是戈壁風沙危害最為顯著的表現(xiàn)之一。強勁的風沙流裹挾著大量沙粒，不斷沖擊鐵路路基。當風沙流遇到路基阻擋時，風速驟減，沙粒便在路基迎風坡和坡頂大量堆積。在南湖站至沙哈站間的部分路段，每年春季大風季節(jié)，路基迎風坡的積沙厚度可達0.5-1米，嚴重時甚至掩埋部分路基邊坡防護設(shè)施。長期的積沙不僅增加了路基的負荷，還可能導(dǎo)致路基邊坡失穩(wěn)，引發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。風沙對路基的侵蝕作用同樣不容小覷。風沙流中的沙粒以高速沖擊路基邊坡，使得邊坡土體逐漸剝落、坍塌。在巴特站附近，由于長期受風沙侵蝕，路基邊坡出現(xiàn)了大量的風蝕坑和溝槽，風蝕深度最深可達0.8米。這些風蝕坑和溝槽破壞了路基的完整性，降低了路基的承載能力，嚴重威脅鐵路的安全運行。據(jù)統(tǒng)計，在哈羅鐵路沿線，每年因風沙侵蝕導(dǎo)致的路基維修費用高達數(shù)百萬元。4.1.2軌道部件磨損哈羅鐵路沿線的風沙對軌道部件的磨損影響嚴重。風沙流中的沙粒硬度較高，在風力作用下，以高速撞擊軌道部件，如鋼軌、扣件、軌枕等，導(dǎo)致其表面逐漸磨損。在黑龍峰站至多頭山站之間的線路，鋼軌側(cè)面磨損尤為明顯，平均磨損深度達到0.5-1毫米，部分地段甚至超過1毫米。這不僅縮短了軌道部件的使用壽命，增加了更換成本，還會影響軌道的平順性和穩(wěn)定性。扣件作為連接鋼軌和軌枕的關(guān)鍵部件，也受到風沙的嚴重侵蝕。風沙中的沙塵進入扣件內(nèi)部，加劇了扣件各部件之間的摩擦，導(dǎo)致扣件松動、變形。據(jù)現(xiàn)場檢測，部分地段的扣件松動率達到10%-15%，嚴重影響了軌道結(jié)構(gòu)的整體性。軌枕同樣難以幸免，其表面在風沙的長期侵蝕下，出現(xiàn)了不同程度的磨損和剝落，降低了軌枕的承載能力和耐久性。4.1.3橋梁和涵洞堵塞風沙對哈羅鐵路沿線的橋梁和涵洞造成了嚴重的堵塞問題。在大風天氣下，風沙流攜帶的大量沙粒被吹入橋梁的梁縫、伸縮縫以及涵洞內(nèi)部，逐漸堆積。在羅中站附近的一座橋梁，梁縫和伸縮縫內(nèi)的積沙厚度達到5-10厘米，嚴重影響了橋梁的伸縮性能，增加了橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，可能導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)裂縫、變形等安全隱患。涵洞的堵塞問題更為突出。由于涵洞的過水斷面較小，風沙堆積后容易造成涵洞堵塞，影響鐵路的排水和防洪能力。在2023年夏季的一次暴雨中，由于涵洞被風沙堵塞，排水不暢，導(dǎo)致鐵路沿線部分地段積水嚴重，淹沒了道床和軌枕，中斷了鐵路運輸。據(jù)統(tǒng)計，哈羅鐵路沿線每年因風沙堵塞橋梁和涵洞而進行的清理維護工作多達數(shù)十次，耗費了大量的人力、物力和財力。4.2對鐵路運營安全的威脅4.2.1列車脫軌風險風沙對哈羅鐵路的運營安全構(gòu)成了嚴重威脅，其中列車脫軌風險是最為嚴峻的問題之一。風沙導(dǎo)致列車脫軌主要源于以下幾個關(guān)鍵因素。首先，軌道積沙是引發(fā)脫軌的重要原因。在風沙天氣中，大量沙塵被強風裹挾，堆積在鐵路軌道上。當積沙厚度達到一定程度，會改變軌道的幾何形狀，破壞軌道的平順性。車輪與積沙的軌道接觸時，會產(chǎn)生不均勻的受力，導(dǎo)致車輪的運行軌跡發(fā)生偏移。在哈羅鐵路的黑龍峰站至多頭山站區(qū)間，由于常年風沙肆虐，軌道積沙問題頻繁出現(xiàn)。在2023年4月的一次強風沙天氣后，該區(qū)間部分軌道的積沙厚度超過15厘米，一列貨運列車在行駛過程中，車輪因積沙陷入軌道，導(dǎo)致列車瞬間失去平衡，發(fā)生了脫軌事故，造成了嚴重的經(jīng)濟損失和運輸延誤。其次，路基被風沙侵蝕破壞，穩(wěn)定性大幅下降，也是導(dǎo)致列車脫軌的重要隱患。風沙流中的沙粒不斷沖擊路基邊坡，使路基邊坡土體逐漸剝落、坍塌，路基的承載能力降低。在這種情況下，列車行駛時產(chǎn)生的振動和壓力會使路基進一步變形，從而影響軌道的穩(wěn)定性。若軌道發(fā)生沉降、扭曲等變形，車輪與軌道之間的契合度就會受到破壞，增加列車脫軌的風險。在南湖站附近的一段鐵路，由于長期受到風沙侵蝕，路基邊坡風蝕嚴重，部分地段的路基高度降低了0.5米左右。2022年7月，一列客車經(jīng)過該路段時，因路基變形導(dǎo)致軌道不平順，列車發(fā)生了劇烈晃動，險些脫軌。為有效預(yù)防風沙導(dǎo)致的列車脫軌事故，需采取一系列針對性措施。一方面，應(yīng)加強對鐵路軌道和路基的日常監(jiān)測與維護。利用先進的軌道檢測設(shè)備，如軌道幾何狀態(tài)測量儀等，定期對軌道的幾何尺寸、平順性進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)并處理軌道積沙和變形問題。同時，加大對路基的巡查力度，對路基邊坡的風蝕情況進行詳細記錄，一旦發(fā)現(xiàn)路基穩(wěn)定性下降，立即采取加固措施，如鋪設(shè)土工格柵、噴射混凝土等。另一方面，要強化風沙防護工程建設(shè)。在鐵路沿線設(shè)置防風沙屏障，如高立式沙障、防風墻等，阻擋風沙對軌道和路基的直接侵襲。在沙害嚴重的地段，可采用草方格、礫石方格等固沙措施，固定地表沙粒，減少風沙來源。此外，還應(yīng)加強鐵路沿線的植被恢復(fù)和建設(shè)，提高植被覆蓋率，利用植被的防風固沙作用，降低風沙對鐵路的危害。4.2.2停運和延誤哈羅鐵路沿線頻繁的風沙天氣給鐵路運輸帶來了嚴重的影響，導(dǎo)致列車停運和延誤的情況時有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，近5年來，哈羅鐵路因風沙導(dǎo)致的列車停運次數(shù)達到了30余次，累計停運時間超過100小時；列車延誤次數(shù)更是多達200余次，平均每次延誤時間在2-5小時之間。在2023年春季，哈羅鐵路沿線遭遇了多次強風沙天氣。3月15日的一場沙塵暴，使得鐵路沿線多個地段的軌道被沙塵掩埋，通信信號受到嚴重干擾。為確保列車運行安全，鐵路部門不得不緊急下達停運指令，當天共有5趟列車停運，造成了大量旅客滯留和貨物積壓。此次風沙導(dǎo)致的停運時間長達12小時，直到鐵路工作人員完成清沙作業(yè)和設(shè)備搶修后，列車才恢復(fù)運行。4月8日，又一場強風沙襲擊了哈羅鐵路。由于風沙過大，部分路段的能見度極低，不足50米，列車運行視線受阻。為保障行車安全，鐵路部門采取了限速運行措施，導(dǎo)致多趟列車出現(xiàn)延誤。其中，一趟從哈密開往羅中的貨運列車，原計劃在當天18時到達羅中站，但因風沙延誤，最終在次日凌晨2時才抵達，延誤時間長達8小時。這些因風沙導(dǎo)致的列車停運和延誤，對鐵路運輸效率產(chǎn)生了巨大的負面影響。一方面，嚴重影響了旅客的出行計劃，給旅客帶來了極大的不便。旅客可能需要長時間等待，甚至被迫改變行程，這不僅增加了旅客的時間成本和經(jīng)濟成本，還降低了鐵路運輸?shù)姆?wù)質(zhì)量和旅客滿意度。另一方面，對貨物運輸造成了嚴重損失。貨物的延誤運輸可能導(dǎo)致生產(chǎn)企業(yè)原材料供應(yīng)不足，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)運營；也可能使貨物錯過最佳銷售時機，給貨主帶來經(jīng)濟損失。對于一些易腐貨物，如水果、蔬菜等，長時間的延誤還可能導(dǎo)致貨物變質(zhì)腐爛，造成更大的經(jīng)濟損失。為減少風沙對列車運行的影響，降低停運和延誤的發(fā)生率，鐵路部門應(yīng)加強與氣象部門的合作，建立精準的風沙災(zāi)害預(yù)警機制。通過氣象衛(wèi)星、地面監(jiān)測站等設(shè)備，實時監(jiān)測風沙天氣的發(fā)展動態(tài)，提前發(fā)布預(yù)警信息，以便鐵路部門能夠及時采取應(yīng)對措施，如調(diào)整列車運行計劃、提前做好清沙準備等。同時，鐵路部門還應(yīng)進一步優(yōu)化運輸組織，在風沙天氣下，合理安排列車的運行時段和速度，盡量減少對運輸效率的影響。4.3對鐵路周邊生態(tài)環(huán)境的破壞4.3.1土地沙化加劇哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害致使土地沙化問題日益嚴重。風沙的侵蝕作用使得地表土壤中的細顆粒物質(zhì)不斷被吹走，土壤質(zhì)地變得愈發(fā)粗糙，肥力急劇下降。在鐵路沿線的一些地段，原本較為穩(wěn)定的地表在風沙的長期作用下，逐漸出現(xiàn)了風蝕坑、風蝕溝槽等地貌形態(tài)，這些地貌的形成進一步加劇了土壤的流失和沙化程度。土地沙化不僅對鐵路周邊的生態(tài)環(huán)境造成了破壞，還對當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了負面影響。沙化的土地無法正常種植農(nóng)作物，導(dǎo)致農(nóng)田棄耕現(xiàn)象增多，農(nóng)民收入減少。土地沙化還會引發(fā)沙塵暴等自然災(zāi)害，對周邊地區(qū)的空氣質(zhì)量和居民生活造成嚴重影響。在哈羅鐵路沿線的某村莊，由于土地沙化，近年來農(nóng)田面積不斷減少，農(nóng)作物產(chǎn)量大幅下降，許多農(nóng)民不得不外出打工，尋找新的生計。4.3.2植被破壞風沙對鐵路周邊植被的破壞作用顯著，嚴重影響了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。強勁的風沙流會直接吹倒、掩埋植被，破壞植被的生長環(huán)境。在風沙危害嚴重的地段，許多耐旱植物，如紅柳、梭梭等，因無法承受風沙的沖擊而死亡，植被覆蓋率急劇下降。植被的破壞進一步削弱了生態(tài)系統(tǒng)的防風固沙能力，形成了惡性循環(huán)。失去植被保護的地表更容易受到風沙的侵蝕，導(dǎo)致土地沙化加劇，風沙危害更加嚴重。植被破壞還會影響生物多樣性，許多依賴植被生存的動物和微生物失去了棲息地和食物來源，生態(tài)系統(tǒng)的平衡遭到破壞。在哈羅鐵路沿線的一處自然保護區(qū)，由于風沙對植被的破壞，原本豐富的生物多樣性逐漸減少，一些珍稀物種的生存面臨威脅。五、現(xiàn)有防治措施評估5.1工程防治措施5.1.1防風沙工程類型與應(yīng)用為有效抵御戈壁風沙對哈羅鐵路的危害，鐵路部門在沿線部署了多種類型的防風沙工程，這些工程猶如堅固的防線，在風沙防治中發(fā)揮著重要作用。高立式沙障是一種常見且應(yīng)用廣泛的防風沙工程。它通常由蘆葦、柳枝、塑料網(wǎng)等材料制成，高度一般在1-2米之間，沿鐵路兩側(cè)呈帶狀設(shè)置。高立式沙障的工作原理是通過增加地表粗糙度，降低近地面風速，從而減弱風沙流的搬運能力，使沙粒在沙障前堆積，起到阻擋風沙的作用。在哈羅鐵路的南湖站至沙哈站之間，鐵路部門設(shè)置了大量的蘆葦高立式沙障，這些沙障在風沙季節(jié)有效地降低了風沙對鐵路的侵蝕，使鐵路周邊的積沙量明顯減少。防風墻也是一種重要的防風沙設(shè)施，一般采用混凝土、磚石等材料建造，高度在2-4米左右。防風墻具有較強的抗風能力，能夠阻擋較大粒徑的沙粒和風沙流的直接沖擊。它通過改變氣流的運動方向，使風沙流在防風墻前形成減速區(qū)和回流區(qū)，促使沙粒沉降堆積。在黑龍峰站附近的風口地段，鐵路部門修建了堅固的混凝土防風墻，在多次強風沙天氣中，防風墻成功地阻擋了風沙的侵襲，保護了鐵路設(shè)施的安全。草方格沙障是一種傳統(tǒng)而有效的固沙措施，它是將麥草、稻草、蘆葦?shù)炔牧显谏趁嫔显煞礁駹?，形成邊長為1-2米的方格。草方格沙障不僅可以降低地表風速，固定沙粒，還能截留雨水，改善土壤水分條件，有利于植被的生長。在哈羅鐵路沿線的部分沙地路段，鐵路部門鋪設(shè)了大量的麥草草方格沙障，經(jīng)過一段時間的觀察發(fā)現(xiàn)，草方格沙障內(nèi)的沙粒得到了有效固定，植被覆蓋度逐漸提高，風沙危害得到了明顯緩解。礫石方格沙障則是利用戈壁灘上豐富的礫石資源，在沙面上鋪設(shè)成方格狀，方格邊長一般為1-3米。礫石方格沙障通過增加地表粗糙度和重量，提高地表的抗風蝕能力，減少沙粒的起動和搬運。在鐵路沿線的一些戈壁地段，礫石方格沙障的應(yīng)用有效地抑制了風沙的活動，保護了鐵路路基免受風沙侵蝕。此外，鐵路部門還采用了一些新型的防風沙材料和技術(shù)，如生態(tài)合金防護固沙系統(tǒng)、高立式抑風阻沙板等。生態(tài)合金防護固沙系統(tǒng)是一種利用特殊合金材料制成的防護網(wǎng)，具有耐腐蝕、強度高、使用壽命長等優(yōu)點，能夠有效地固定沙粒，防止風沙侵蝕。高立式抑風阻沙板則是一種新型的防風沙設(shè)施，它通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠有效地降低風速，阻擋風沙，提高防風沙效果。5.1.2工程措施的效果評估通過長期的實地觀測和數(shù)據(jù)分析，對哈羅鐵路沿線防風沙工程措施的效果進行了全面評估。結(jié)果表明，這些工程措施在一定程度上有效地減輕了戈壁風沙對鐵路的危害，但也存在一些問題和不足之處。從防風固沙效果來看，高立式沙障、防風墻等設(shè)施在降低風速、阻擋風沙方面發(fā)揮了顯著作用。在設(shè)置了高立式沙障和防風墻的地段，近地面風速明顯降低，風沙流中的沙粒含量減少，鐵路周邊的積沙量也大幅下降。根據(jù)實地觀測數(shù)據(jù)，在強風沙天氣下，設(shè)置了高立式沙障的地段，風速可降低30%-50%，積沙量減少50%-70%；防風墻則能使風速降低40%-60%，積沙量減少60%-80%。草方格沙障和礫石方格沙障在固沙方面效果顯著，能夠有效地固定地表沙粒，防止沙丘移動。在鋪設(shè)了草方格沙障和礫石方格沙障的沙地和戈壁地段，沙丘的移動速度明顯減緩，部分沙丘甚至得到了有效固定。通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測和實地測量，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過草方格沙障和礫石方格沙障治理的地段，沙丘的年移動距離從原來的5-10米減少到了1-3米。然而，現(xiàn)有工程措施也存在一些問題。高立式沙障和防風墻在長期的風沙侵蝕下，容易出現(xiàn)破損和倒塌現(xiàn)象，需要定期進行維護和修復(fù)。部分高立式沙障的材料老化、損壞，導(dǎo)致其防風效果下降；一些防風墻的基礎(chǔ)在風沙侵蝕和雨水沖刷下出現(xiàn)松動，影響了其穩(wěn)定性。草方格沙障和礫石方格沙障的使用壽命相對較短，尤其是草方格沙障，由于材料易腐爛，一般3-5年后就需要重新鋪設(shè)。這不僅增加了維護成本，還耗費了大量的人力和物力。此外，草方格沙障在鋪設(shè)過程中需要大量的麥草、稻草等材料，可能會對當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成一定影響。新型防風沙材料和技術(shù)雖然具有一定的優(yōu)勢，但在實際應(yīng)用中還存在一些技術(shù)難題和成本問題。生態(tài)合金防護固沙系統(tǒng)的成本較高，限制了其大規(guī)模推廣應(yīng)用；高立式抑風阻沙板的安裝和維護要求較高，需要專業(yè)的技術(shù)人員和設(shè)備。綜上所述，哈羅鐵路沿線的防風沙工程措施在防治戈壁風沙危害方面取得了一定的成效，但仍需不斷改進和完善。在今后的風沙防治工作中，應(yīng)加強對現(xiàn)有工程措施的維護和管理，提高其使用壽命和防護效果；加大對新型防風沙材料和技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用力度，降低成本，提高技術(shù)的成熟度和可靠性；同時，應(yīng)綜合考慮各種因素，優(yōu)化工程措施的布局和組合，形成更加科學、有效的防風沙體系。5.2植物防治措施5.2.1植被恢復(fù)與種植情況在哈羅鐵路沿線，植被恢復(fù)與種植工作是防治戈壁風沙危害的重要舉措。鐵路部門和相關(guān)科研機構(gòu)經(jīng)過長期的研究和實踐，篩選出了一系列適應(yīng)本地惡劣環(huán)境的植物品種，如梭梭、紅柳、沙棘、沙拐棗等。這些植物具有耐旱、耐寒、耐鹽堿、抗風沙等特點，能夠在干旱少雨、風沙肆虐的戈壁環(huán)境中頑強生長。在樹種選擇上，充分考慮了植物的生態(tài)習性和防護功能。梭梭作為一種優(yōu)良的固沙植物，根系發(fā)達，能夠深入地下十幾米，吸收深層水分，同時其枝葉茂密，能夠有效阻擋風沙，降低風速，減少風沙對鐵路的侵蝕。紅柳則具有較強的耐鹽堿能力，在鐵路沿線部分鹽堿化土地上廣泛種植，它不僅能夠固定土壤，還能美化環(huán)境。沙棘富含多種營養(yǎng)成分，具有良好的生態(tài)和經(jīng)濟價值，其根系能夠固氮，改善土壤肥力，促進其他植物的生長。在種植方法上，采用了多種方式相結(jié)合的策略。對于梭梭、紅柳等喬木和灌木，多采用植苗造林的方法。在春季或秋季，選擇生長健壯、無病蟲害的苗木，按照一定的株行距進行栽植。為了提高苗木的成活率，在栽植前對苗木進行了適當?shù)男藜艉徒萏幚?，栽植后及時澆水，并覆蓋地膜或草簾，以保持土壤水分和溫度。在一些沙地和戈壁灘上，還采用了直播造林的方法，將沙棘、沙拐棗等植物的種子直接播撒在整理好的土地上，然后進行適當?shù)母餐梁玩?zhèn)壓。在養(yǎng)護措施方面，建立了完善的養(yǎng)護管理體系。定期對種植的植被進行澆水、施肥、除草、病蟲害防治等工作。由于鐵路沿線水資源匱乏，采用了滴灌、噴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)，確保植物能夠得到充足的水分供應(yīng)。在施肥方面，根據(jù)不同植物的生長需求，合理施用有機肥和化肥，以提高土壤肥力，促進植物生長。同時，加強對病蟲害的監(jiān)測和防治，一旦發(fā)現(xiàn)病蟲害，及時采取相應(yīng)的防治措施，如噴灑農(nóng)藥、釋放天敵等，以保護植被的健康生長。此外，還注重對植被的后期管理和維護。定期對植被進行修剪和整形，保持其良好的生長形態(tài)和防護功能。對死亡或生長不良的苗木及時進行補植，確保植被覆蓋率達到預(yù)期目標。通過這些植被恢復(fù)與種植措施的實施，哈羅鐵路沿線的植被覆蓋率逐漸提高，生態(tài)環(huán)境得到了一定程度的改善，風沙危害也得到了有效緩解。5.2.2植物措施的生態(tài)效益植物防治措施在哈羅鐵路沿線發(fā)揮了顯著的生態(tài)效益，對改善生態(tài)環(huán)境、減少風沙危害起到了至關(guān)重要的作用。首先，植物通過其龐大的根系和茂密的枝葉，有效降低了風速，固定了地表沙粒，減少了風沙活動。梭梭的根系能夠深入地下十幾米，像堅固的錨一樣牢牢地固定住土壤，防止土壤被風吹走。其枝葉能夠阻擋風沙流，使風速在植被覆蓋區(qū)域內(nèi)明顯降低。研究表明，在種植了梭梭的區(qū)域，近地面風速可降低30%-50%，風沙流中的沙粒含量減少40%-60%。紅柳的枝條柔軟且多分枝，能夠增加地表粗糙度，進一步削弱風沙的侵蝕能力。在紅柳覆蓋的地段，風沙對鐵路路基的侵蝕深度明顯減小，有效保護了路基的穩(wěn)定性。其次，植被的恢復(fù)和種植增加了地表植被覆蓋度，改善了土壤結(jié)構(gòu)和肥力。植物的枯枝落葉在分解后能夠增加土壤中的有機質(zhì)含量，改善土壤的物理和化學性質(zhì)，提高土壤的保水保肥能力。沙棘的根系具有固氮作用，能夠?qū)⒖諝庵械牡獨廪D(zhuǎn)化為植物可利用的氮素，增加土壤的肥力，為其他植物的生長創(chuàng)造了良好的條件。隨著植被覆蓋度的提高，土壤的風蝕和水蝕得到了有效控制，土地沙化趨勢得到了遏制，鐵路周邊的生態(tài)環(huán)境逐漸向良性方向發(fā)展。再者，植物措施還對生物多樣性的保護和恢復(fù)起到了積極作用。隨著植被的生長和繁衍，為眾多野生動物提供了棲息地和食物來源，吸引了鳥類、昆蟲、小型哺乳動物等生物的棲息和繁衍。在哈羅鐵路沿線的植被區(qū)內(nèi)，經(jīng)?？梢钥吹礁鞣N鳥類在枝頭棲息、覓食，野兔、沙鼠等小型哺乳動物在草叢中穿梭。生物多樣性的增加進一步增強了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，形成了一個相互依存、相互促進的生態(tài)平衡。此外，植物防治措施還具有一定的景觀美化作用。鐵路沿線的綠色植被與周邊的戈壁荒漠形成鮮明對比，不僅改善了鐵路沿線的視覺環(huán)境，還為過往的旅客帶來了美的享受。這些綠色植被宛如一條綠色的長廊，鑲嵌在茫茫戈壁之中，成為了哈羅鐵路沿線一道獨特的風景線。綜上所述，植物防治措施在哈羅鐵路沿線的生態(tài)效益顯著，它不僅有效減少了風沙危害，保護了鐵路設(shè)施的安全，還改善了生態(tài)環(huán)境，促進了生物多樣性的保護和恢復(fù)，實現(xiàn)了生態(tài)、經(jīng)濟和社會的多贏局面。在今后的風沙防治工作中，應(yīng)進一步加強植物措施的應(yīng)用和推廣，不斷提高植被覆蓋率和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為哈羅鐵路的安全運營和沿線地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供更加堅實的生態(tài)保障。5.3管理措施與制度建設(shè)5.3.1鐵路部門的風沙防治管理鐵路部門在哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害防治工作中發(fā)揮著核心管理作用，通過建立全面系統(tǒng)的監(jiān)測預(yù)警體系和高效靈活的應(yīng)急處置機制，全力保障鐵路的安全運營。在監(jiān)測預(yù)警方面，鐵路部門在哈羅鐵路沿線設(shè)置了多個風沙監(jiān)測站點，這些站點分布在風沙危害較為嚴重的地段，如南湖、沙哈、黑龍峰等車站周邊以及風口區(qū)域。每個監(jiān)測站點配備了先進的監(jiān)測設(shè)備，包括高精度的風速儀、風向儀、集沙儀、氣象站等，能夠?qū)崟r監(jiān)測風速、風向、輸沙率、氣溫、降水等關(guān)鍵氣象和風沙參數(shù)。通過對這些數(shù)據(jù)的實時采集和分析，鐵路部門能夠及時掌握風沙活動的動態(tài)變化情況。例如，在南湖站附近的監(jiān)測站點，當風速達到6米/秒以上且持續(xù)時間超過30分鐘時，系統(tǒng)會自動發(fā)出預(yù)警信號，提示鐵路部門可能會出現(xiàn)風沙危害。為了實現(xiàn)對風沙危害的精準預(yù)警，鐵路部門還與氣象部門建立了緊密的合作關(guān)系，實現(xiàn)了氣象數(shù)據(jù)的共享和實時傳輸。氣象部門利用衛(wèi)星遙感、地面氣象觀測站等多種手段，對哈羅鐵路沿線的氣象條件進行全面監(jiān)測和分析，為鐵路部門提供準確的天氣預(yù)報和風沙災(zāi)害預(yù)警信息。通過雙方的合作，鐵路部門能夠提前24-48小時獲取風沙天氣的預(yù)警信息，為采取相應(yīng)的防護措施爭取寶貴的時間。在應(yīng)急處置方面，鐵路部門制定了完善的風沙災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案。當接到風沙災(zāi)害預(yù)警信息后，鐵路部門會立即啟動應(yīng)急預(yù)案，組織專業(yè)的應(yīng)急處置隊伍迅速趕赴現(xiàn)場。應(yīng)急處置隊伍配備了齊全的應(yīng)急設(shè)備和工具，如清沙機械、防護用具、通信設(shè)備等，能夠快速有效地開展清沙、搶險和救援工作。在風沙災(zāi)害發(fā)生時，首先會對鐵路線路進行全面檢查，及時清理軌道上的積沙，確保列車能夠安全通行。對于受風沙破壞的鐵路設(shè)施，如路基、軌道、通信信號設(shè)備等，應(yīng)急處置隊伍會迅速進行搶修和加固，盡快恢復(fù)鐵路的正常運營。此外，鐵路部門還注重加強對鐵路職工的培訓和演練，提高他們應(yīng)對風沙災(zāi)害的能力和應(yīng)急處置水平。定期組織鐵路職工參加風沙災(zāi)害應(yīng)急培訓，學習風沙災(zāi)害的特點、危害以及應(yīng)急處置方法和流程。同時，開展應(yīng)急演練，模擬不同類型的風沙災(zāi)害場景，讓鐵路職工在實踐中熟悉應(yīng)急處置流程，提高協(xié)同配合能力和應(yīng)急反應(yīng)速度。通過這些培訓和演練，鐵路職工能夠在風沙災(zāi)害發(fā)生時迅速、有序地開展應(yīng)急處置工作，最大限度地減少風沙災(zāi)害對鐵路運營的影響。5.3.2相關(guān)政策與法規(guī)的執(zhí)行情況相關(guān)政策法規(guī)是哈羅鐵路沿線戈壁風沙危害防治工作的重要保障，它們?yōu)轱L沙防治提供了政策支持、法律依據(jù)和行為準則。目前，我國已經(jīng)出臺了一系列與風沙防治相關(guān)的政策法規(guī)，如《中華人民共和國防沙治沙法》《國務(wù)院關(guān)于進一步加強防沙治沙工作的決定》等，這些政策法規(guī)對風沙防治的目標、任務(wù)、措施、責任等方面做出了明確規(guī)定。在哈羅鐵路沿線，這些政策法規(guī)得到了積極的貫徹執(zhí)行。鐵路部門和地方政府嚴格按照相關(guān)政策法規(guī)的要求，加強對鐵路建設(shè)和運營過程中的風沙防治管理。在鐵路建設(shè)項目的規(guī)劃和設(shè)計階段，充分考慮風沙危害因素，將風沙防治措施納入項目的整體規(guī)劃中，確保風沙防治設(shè)施與鐵路主體工程同時設(shè)計、同時施工、同時投入使用。在鐵路運營過程中，鐵路部門和地方政府加強對鐵路沿線生態(tài)環(huán)境的保護和監(jiān)管，嚴格限制土地開發(fā)、水資源利用、礦產(chǎn)開采等可能加劇風沙危害的人類活動。對違反相關(guān)政策法規(guī)的行為，依法進行嚴厲處罰。例如，對于在鐵路沿線非法開墾土地、破壞植被的行為，相關(guān)部門會責令其停止違法行為，并要求其限期恢復(fù)植被；對于造成嚴重生態(tài)破壞的，依法追究其刑事責任。然而，在政策法規(guī)的執(zhí)行過程中，也存在一些問題和挑戰(zhàn)。一方面，部分政策法規(guī)的執(zhí)行標準和操作細則不夠明確，導(dǎo)致在實際執(zhí)行過程中存在一定的主觀性和隨意性。例如，在對鐵路沿線礦產(chǎn)開采活動的監(jiān)管中，對于礦產(chǎn)開采企業(yè)應(yīng)采取的風沙防治措施和標準規(guī)定不夠具體，使得一些企業(yè)在執(zhí)行過程中存在敷衍了事的情況。另一方面，政策法規(guī)的宣傳和教育力度不夠，部分鐵路沿線居民和企業(yè)對相關(guān)政策法規(guī)的了解和認識不足，導(dǎo)致在生產(chǎn)生活中存在一些違反政策法規(guī)的行為。例如，一些居民在鐵路沿線隨意砍伐樹木、開墾荒地，對鐵路周邊的生態(tài)環(huán)境造成了破壞。為了進一步加強相關(guān)政策法規(guī)的執(zhí)行效果，需要完善政策法規(guī)的執(zhí)行標準和操作細則，使其更加明確、具體，具有可操作性。加大政策法規(guī)的宣傳和教育力度，提高鐵路沿線居民和企業(yè)的環(huán)保意識和法律意識，引導(dǎo)他們自覺遵守相關(guān)政策法規(guī)，積極參與到風沙防治工作中來。六、防治對策優(yōu)化與創(chuàng)新6.1基于多學科融合的防治策略6.1.1風沙運動數(shù)值模擬與預(yù)測隨著計算機技術(shù)和數(shù)值模擬方法的不斷發(fā)展，風沙運動數(shù)值模擬已成為研究戈壁風沙危害的重要手段。通過建立精確的數(shù)值模型，能夠深入分析風沙運動的復(fù)雜過程，預(yù)測不同氣象條件和地形地貌下的風沙運動路徑和強度，為哈羅鐵路沿線風沙防治措施的制定提供科學依據(jù)。在數(shù)值模擬過程中，首先需要準確描述風沙運動的基本物理過程。風沙運動涉及到空氣動力學、顆粒動力學等多個學科領(lǐng)域，其基本物理過程包括沙粒的起動、搬運和沉積。當風速達到一定閾值時，沙粒會在風力的作用下脫離地表，開始起動。起動后的沙粒在氣流中主要以躍移、蠕移和懸移三種方式運動。躍移是沙粒最主要的運動方式，沙粒在躍移過程中與地表發(fā)生碰撞，獲得能量后繼續(xù)向前跳躍；蠕移是指沙粒在地面上緩慢滾動或滑動；懸移則是粒徑較小的沙粒在風力作用下，懸浮在空氣中遠距離輸送。當風沙流遇到障礙物或風速減弱時，沙粒會逐漸沉降下來，形成沉積。為了準確模擬這些物理過程，研究人員采用了多種數(shù)值方法，如離散元法（DEM）、計算流體力學（CFD）以及兩者的耦合方法（DEM-CFD）。離散元法主要用于模擬沙粒的運動和相互作用，將沙粒視為離散的顆粒，通過牛頓運動定律計算顆粒的受力和運動軌跡；計算流體力學則用于模擬空氣流場，通過求解Navier-Stokes方程得到氣流的速度、壓力等參數(shù)。將兩者耦合起來，可以實現(xiàn)對風沙運動中空氣與沙粒相互作用的精確模擬。在模擬過程中，需要考慮多種因素對風沙運動的影響。氣象條件是影響風沙運動的重要因素之一，風速、風向、氣溫、降水等氣象參數(shù)的變化都會對風沙運動產(chǎn)生顯著影響。不同風速下，沙粒的起動、搬運和沉積過程會發(fā)生明顯變化；風向的改變會導(dǎo)致風沙運動路徑的改變。地形地貌同樣不可忽視，哈羅鐵路沿線復(fù)雜的地形地貌，如戈壁灘、沙丘、山地等，會改變氣流的運動方向和速度，進而影響風沙運動。在山地地區(qū)，氣流在爬坡過程中會加速，使得風沙的搬運能力增強；而在沙丘背風坡，氣流會形成漩渦，導(dǎo)致沙粒堆積。地表狀況，包括植被覆蓋度、土壤質(zhì)地等，也會對風沙運動產(chǎn)生重要影響。植被可以降低風速，固定沙粒，減少風沙活動；土壤質(zhì)地的不同會影響沙粒的起動和搬運。通過對這些因素的綜合考慮，建立符合哈羅鐵路沿線實際情況的風沙運動數(shù)值模型。利用該模型，可以模擬不同工況下的風沙運動過程，預(yù)測風沙對鐵路設(shè)施的危害程度和范圍。在強風天氣下，模擬風沙對鐵路路基、軌道、通信信號設(shè)備等的侵蝕和堆積情況，為鐵路部門提前采取防護措施提供依據(jù)。還可以通過數(shù)值模擬，對不同的風沙防治措施進行效果評估，優(yōu)化防治方案。對比不同高度和孔隙率的防風沙屏障對風沙運動的阻擋效果，選擇最優(yōu)的設(shè)計方案。6.1.2生態(tài)修復(fù)與工程措施協(xié)同生態(tài)修復(fù)與工程措施協(xié)同是一種創(chuàng)新的風沙防治理念，它將生態(tài)修復(fù)和工程措施有機結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，提高風沙防治的效果和可持續(xù)性。在哈羅鐵路沿線風沙防治中，這種協(xié)同策略具有重要的應(yīng)用價值。生態(tài)修復(fù)措施主要包括植被恢復(fù)和土地整治等。植被恢復(fù)是生態(tài)修復(fù)的核心內(nèi)容，通過種植適應(yīng)戈壁環(huán)境的植物，如梭梭、紅柳、沙棘等