萬曉鋒

(西安建材地質(zhì)工程勘察院，陜西 西安 710003)

0 前 言

國道219協(xié)林藏布段活動沙丘位于西藏自治區(qū)定日縣與定結(jié)縣交界處的協(xié)林藏布河谷，活動沙丘的平面分布整體呈帶狀，分布面積約130 km2。定日縣的海拔一般在4 200 m以上，活動沙丘分布區(qū)可遙望珠穆朗瑪峰，地表植被發(fā)育一般，空氣稀薄,含氧量小，夏季多雨，冬春季干燥多大風，自然條件極差[1]。新建國道219里程施工里程K347+300-K349+100段以WE向通過活動沙丘區(qū)，與河流方向呈垂直向(見圖1)。

圖1 路線平面位置圖

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

線路段地貌類型為風沙地貌，此地貌單元由風力作用堆積而成的各種沙丘和沙堆組成，主要以新月型沙丘及沙堆為主。

1.2 地層巖性

沙丘活動區(qū)地表主要分布粉細砂,厚度2～17 m，為第四系全新統(tǒng)風積形成。下部地層主要以沖洪積物為主，如粉質(zhì)黏土、礫砂等。

1.3 氣象特征

研究表明區(qū)域內(nèi)的大風天數(shù)、風速、降水量是影響活動沙丘移動的主要氣候因素，其中以降水量影響最大[2]。定日縣地處青藏高原，為高原亞寒帶干旱氣候，高原區(qū)氣壓一般較低，空氣相對較為稀薄,空氣中的含氧量小，紫外線強烈，根據(jù)當?shù)氐臍庀筚Y料，年平均氣溫2.8℃～3.9℃，最熱月為7月，平均氣溫為12℃；最冷月為1月，平均氣溫-7.4℃；極端最高氣溫24.8℃，極端最低氣溫-27.7℃。定日縣的年平均蒸發(fā)量為2 527.3 mm，而年平均降水量僅319 mm，蒸發(fā)量遠大于降雨量，歷史上的年最高降水量為474.3 mm，最少降水量為104.9 mm。干濕季分明。11月到第二年的5月整體上干旱多風，溫度較低，雨雪量相對較少，不到全年降水的10%，這段時期為當?shù)氐娘L季或干(旱)季。

調(diào)查期間對活動沙丘區(qū)域進行短期的風力實測，監(jiān)測結(jié)果表明區(qū)域內(nèi)主導風向為SW，區(qū)域內(nèi)分布的活動沙丘軸向與主導風向基本一致。監(jiān)測得風速一般為14～20 m/s，風力等級以7級夾8級大風為主；測得最大瞬時風速為速24 m/s，為9級大風。監(jiān)測獲取風力數(shù)據(jù)與區(qū)域風速資料對比后基本一致。

1.4 水文特征

線路段內(nèi)地表水主要為協(xié)林藏布河，從調(diào)查區(qū)垂直穿過，協(xié)林藏布河為金龍曲河和尼轄河匯聚形成，總體流向由北向南，年平均流量4～35 m3/s，夏秋為洪水期，冬春為枯水期。區(qū)域內(nèi)的水源補給途徑主要有冰雪融水、雨水以及地下水，以冰雪融水為主。協(xié)林藏布河在調(diào)查期內(nèi)最大水深為0.5 m，寬約40 m。洪水期水面最大寬度200 m左右，水深約1.5 m。

線路段勘察深度范圍內(nèi)地下存在兩個含水層，第一層為第四系全新統(tǒng)松散堆積層孔隙潛水，主要賦存在表層的粉細砂之中，埋深一般較淺，埋置深度0.3～18.1 m，該層主要以大氣降水、河流入滲的形式補給；排泄主要是人工開采，其次是越流和蒸發(fā)。水位隨季節(jié)而變，幅度為0～1.0 m?？菟诘难a給形式為地下水補給地表水，豐水期則與之相反，調(diào)查期間處于枯水期。第二層為承壓水，水位主要位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層的下部，承壓水頂板與底板的厚度大于1 m，測得最大涌水量可達70 m3/h，該層水埋深相對較深，揭露最淺埋深為38 m，對風積沙治理影響較小。

2 沙丘分布及特征

2.1 分布范圍

本次風積沙災害調(diào)查路段周側(cè)均有沙丘分布，主要沿協(xié)林藏布河谷發(fā)育，風積沙分布區(qū)主要受周側(cè)山體控制。根據(jù)調(diào)查資料，調(diào)查區(qū)周側(cè)沙害嚴重區(qū)域面積約130 km2。

2.2 沙丘及沙堆特征

線路區(qū)內(nèi)風積沙丘和沙堆主要位于協(xié)林藏布河谷區(qū)，沿線路分布方向，河谷兩岸和河谷區(qū)域內(nèi)沙丘特征等略有差異。研究表明[3-4]，沙丘的高度越高、寬度越大，其移動速度越慢，調(diào)查區(qū)河谷沙丘規(guī)模較小，移動速度較兩側(cè)較快。

1)協(xié)林藏布河谷西岸區(qū)(K347+300～K347+600段)。該段落主要是受單一主導風向作用形成，該段整體地勢相對較高，表層長有植物，地表粉細砂多處于半固結(jié)作用，調(diào)查可見植物周側(cè)多形成小型沙堆或大型新月形沙丘，移動一般較為緩慢。沙堆一般高度小于2 m，長度和寬度均小于2 m，間距一般為2～5 m。而該段落沙丘則規(guī)模較大，高度3～8 m，長度20～80 m，寬度10～50 m，沙丘平面順風向分布間距約50～100 m。沙堆、沙丘整體迎風側(cè)坡度約10°～35°，背風側(cè)坡度40°～60°，具有迎風側(cè)凸緩而背風面凹陡的特點，表面植被一般不發(fā)育。沙丘軸向以S35°W為主，該段落沙丘移動速度為10～80 m/年，該段落沙丘移動速度整體與其分布位置及規(guī)模有關(guān)，總體表現(xiàn)為西側(cè)臨近山體位置的沙丘移動速度較東側(cè)沙丘較緩，大型沙丘移動速度緩于較小型沙丘。

2)河谷區(qū)(K347+600-K347+800段)。該段為河谷區(qū)域，表層粉細砂無固結(jié)，多形成小型的沙丘，移動速度極快。該段落沙丘主要是受單一主導風向作用形成，由于沙丘移動速度較快，多數(shù)沙丘呈不規(guī)則月牙狀。河谷區(qū)沙丘高度相對較低，一般為2～5 m，長度5～50 m，與周側(cè)相差較少，而寬度則較小，為2～20 m。僅有少數(shù)沙丘的規(guī)模相對較大。沙丘順風向間距一般為5～50 m。沙丘迎風側(cè)坡度約5°～25°，背風側(cè)坡度35°～60°，具有迎風側(cè)凸緩而背風面凹陡的特點，表面植被不發(fā)育。沙丘軸向以S35°W為主，該段落沙丘移動速度一般為50～150 m/年，個別小沙丘最快可達200 m/年。該段落處于河谷段，整體受風作用強烈，沙丘移動速度整體差異較小，僅見規(guī)模較大的沙丘較小型沙丘移動速度略緩。

3)協(xié)林藏布東岸區(qū)(K348+800～K349+100段)。該段線路南側(cè)為葉如藏布河，葉如藏布河及協(xié)林藏布河于此處匯聚。受風蝕作用，南側(cè)臨近葉如藏布河河谷的岸坡整體呈緩坡狀，且有少量植被覆蓋，風沙多沿植被根部及岸坡底部堆積形成沙堆。南側(cè)沿植被形成沙堆一般高度小于1 m，長度和寬度均小于2 m，間距一般為2～5 m。沿岸坡底部形成的沙堆多呈條形狀分布，軸向長度一般為5～10 m，厚度一般小于2 m，岸坡斜坡處多有分布。沙丘迎風側(cè)坡度約5°～20°，背風側(cè)坡度20°～40°，具有迎風側(cè)凸緩而背風面凹陡的特點。北側(cè)岸坡為平臺狀，岸坡表層粉細砂為半固結(jié)狀態(tài)，少量植被覆蓋，多形成沙丘。沙丘高度2～5 m，長度10～60 m，寬度15～50 m，間距一般為10～30 m。沙丘軸向以S35°W為主，該段落沙丘移動速度一般為50～100 m/年。沙丘迎風側(cè)坡度約10°～30°，背風側(cè)坡度30°～60°。

2.3 沙丘的物質(zhì)組成

風積沙一般主要由松散、干燥的粉細砂組成，其天然含水量多在2%～3%，迎風坡及坡谷的粉細砂含水量較背風坡略大。風積沙顆粒相對較為均勻，礦物成分多為長石、石英等，沙粒粒徑0.1～0.25 mm，其中超過0.1 mm的顆粒占比大于90%，粉黏粒相對較小。

線路區(qū)整體砂層含水率表現(xiàn)為起點和終點位置的兩側(cè)岸坡水位埋深較深，表層含水率較小，粉細砂整體較為干燥，未固結(jié)的粉細砂易產(chǎn)生起沙現(xiàn)象；下部河谷水位埋深較淺，含水率較高，河谷粉細砂多為潮濕-飽和狀態(tài)，起沙較為困難。

3 沙丘的形成機質(zhì)

1)主導風向及最大風速。根據(jù)搜集的氣象資料，定日縣主導風向為西風，而調(diào)查區(qū)由于周圍山體影響，主導風向發(fā)生略微改變，監(jiān)測得風速一般為14～20 m/s，風力等級以7級夾8級大風為主；測得最大瞬時風速為24 m/s，為9級大風。調(diào)查區(qū)風速每日隨時間也存在一定變化，整體為上午風速較小，一般為2～3級微風，中午12時之后風速逐步增大，大風每日持續(xù)10～12 h。

2)活動沙丘的形成機制。新月形沙丘的形成主要取決于兩個方面：周圍的地形地貌以及區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件[5]。從地形地貌角度來看，調(diào)查區(qū)處于河流侵蝕河谷區(qū)，周側(cè)山體遮擋形成了獨立的小氣候環(huán)境區(qū)，風力的剝蝕搬運與河流侵蝕搬運作用在環(huán)境區(qū)內(nèi)進一步加強，易于加速沙丘形成；從地質(zhì)條件來看，項目區(qū)蒸發(fā)量大，周側(cè)山體極為干燥，風化剝蝕嚴重，為沙丘形成提供了充足的物質(zhì)來源。

調(diào)查區(qū)沙源主要從兩個方面得到循環(huán)補充(見圖2)：從外部因素來說，調(diào)查區(qū)周圍山體表層風化極為嚴重，河谷東、西、北三側(cè)的山體因風化剝蝕作用而形成較多的細顆粒，降雨時因坡體洪積作用而搬運至協(xié)林藏布河谷中，然后經(jīng)河谷常年流水搬運沉積至協(xié)林藏布下游西側(cè)河岸，進而成為風積沙沙源，該過程主要對沙源進行不間斷的補充，促使了沙丘的不間斷形成。從內(nèi)部因素來看，調(diào)查區(qū)河谷通道的風積沙丘沿主風向向北側(cè)移動，沙丘最終將于金龍曲河和尼轄河交匯處跨越河流，沙丘進入河水后絕大部分將經(jīng)河水的搬運沉積至協(xié)林藏布下游西側(cè)河岸，成為風積沙內(nèi)部補充沙源。在大風時段，區(qū)內(nèi)的主導向大風將沿N55°E方向?qū)⒎奂毶鞍徇\前進，在風速減緩或遇到障礙物時，風中所攜帶的細沙將會逐步沉積下來，進而形成新月形沙丘及流動沙地。區(qū)內(nèi)沙丘在風及河流作用下，循環(huán)往復地搬運沉積，積沙區(qū)與外部沙源、積沙區(qū)與沙丘表現(xiàn)出循環(huán)互補的特點。

圖2 沙丘形成機制示意圖

4 風積沙丘的危害

活動性沙丘嚴重危害工程建設(shè)，表現(xiàn)在風蝕、風積及其共同作用。調(diào)查區(qū)蒸發(fā)量遠大于降雨量，表層沙多處于干燥狀態(tài)，在風力作用下活動頻繁，造成較強的風蝕能力；同時風將地表粉細砂由南側(cè)向北側(cè)搬運，因風的持續(xù)時間、大小、頻率等因素的不同而形成不同的堆積效果,進而因風積作用形成可移動的沙丘，線路區(qū)沙丘密布，特別是協(xié)林藏布河谷區(qū)，由于風積作用造成河流多次變道。因此線路區(qū)沙丘危害以風積作用最強，風蝕作用為輔。

5 建設(shè)方案建議

本段路線為影響線路方案的不良地質(zhì)現(xiàn)象，一般情況下針對風沙影響區(qū)域應采取避讓措施，無法避讓時應平行主導風向布設(shè)線位，但該段區(qū)域內(nèi)由于風沙分布范圍較廣，不能完全做到以上方案，因此該段落建設(shè)方案建議如下。

1)河谷兩岸不宜以路塹形式通過?，F(xiàn)場調(diào)查可知平坦的岸坡段積沙極少,但在其坡角坡積、風積現(xiàn)象較為嚴重，以路塹形式設(shè)計方案后會導致沙埋路基現(xiàn)象。因此，兩側(cè)岸坡處路面高度應不低于周側(cè)地面。若因設(shè)計縱坡控制形成路塹時，應對迎風側(cè)坡體予以挖除，確保風沙可快速通過路面。

2)河谷區(qū)應以合適跨徑的橋梁通過。協(xié)林藏布河谷積沙嚴重，風速極大,沙丘移動速度快，線路跨越應充分地考慮河床變化以及移動沙丘的情況,防止風沙堵塞橋孔及排洪不暢而導致出現(xiàn)路基水害。

3)采取合理的治理措施。線路區(qū)風沙危害極大，在選擇合理設(shè)計方案的同時，需要做好風積沙治理[6]。風沙治理應以設(shè)置沙障為主，片石壓沙為輔。在線路兩側(cè)設(shè)置帶狀或網(wǎng)狀沙障,鋪設(shè)范圍不小于300 m，沙障埂高一般為20～30 cm，底寬40～50 cm，在部分區(qū)域可適當鋪設(shè)片石壓沙。

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