萬(wàn)曉鋒

(西安建材地質(zhì)工程勘察院，陜西 西安 710003)

0 前 言

國(guó)道219協(xié)林藏布段活動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(fēng)，自然條件極差[1]。新建國(guó)道219里程施工里程K347+300-K349+100段以WE向通過(guò)活動(dòng)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(fēng)沙地貌，此地貌單元由風(fēng)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(dòng)區(qū)地表主要分布粉細(xì)砂,厚度2～17 m，為第四系全新統(tǒng)風(fēng)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(fēng)天數(shù)、風(fēng)速、降水量是影響活動(dòng)沙丘移動(dòng)的主要?dú)夂蛞蛩?，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(duì)較為稀薄,空氣中的含氧量小，紫外線強(qiáng)烈，根據(jù)當(dāng)?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?jī)H319 mm，蒸發(fā)量遠(yuǎn)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(fēng)，溫度較低，雨雪量相對(duì)較少，不到全年降水的10%，這段時(shí)期為當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)季或干(旱)季。

調(diào)查期間對(duì)活動(dòng)沙丘區(qū)域進(jìn)行短期的風(fēng)力實(shí)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明區(qū)域內(nèi)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾W，區(qū)域內(nèi)分布的活動(dòng)沙丘軸向與主導(dǎo)風(fēng)向基本一致。監(jiān)測(cè)得風(fēng)速一般為14～20 m/s，風(fēng)力等級(jí)以7級(jí)夾8級(jí)大風(fēng)為主；測(cè)得最大瞬時(shí)風(fēng)速為速24 m/s，為9級(jí)大風(fēng)。監(jiān)測(cè)獲取風(fēng)力數(shù)據(jù)與區(qū)域風(fēng)速資料對(duì)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(guò)，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(bǔ)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(gè)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(xì)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(bǔ)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(bǔ)給形式為地下水補(bǔ)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(cè)得最大涌水量可達(dá)70 m3/h，該層水埋深相對(duì)較深，揭露最淺埋深為38 m，對(duì)風(fēng)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(fēng)積沙災(zāi)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(fēng)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(yán)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(fēng)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(dòng)速度越慢，調(diào)查區(qū)河谷沙丘規(guī)模較小，移動(dòng)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(dǎo)風(fēng)向作用形成，該段整體地勢(shì)相對(duì)較高，表層長(zhǎng)有植物，地表粉細(xì)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(dòng)一般較為緩慢。沙堆一般高度小于2 m，長(zhǎng)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(zhǎng)度20～80 m，寬度10～50 m，沙丘平面順風(fēng)向分布間距約50～100 m。沙堆、沙丘整體迎風(fēng)側(cè)坡度約10°～35°，背風(fēng)側(cè)坡度40°～60°，具有迎風(fēng)側(cè)凸緩而背風(fēng)面凹陡的特點(diǎn)，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(dòng)速度為10～80 m/年，該段落沙丘移動(dòng)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(dòng)速度較東側(cè)沙丘較緩，大型沙丘移動(dòng)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(xì)砂無(wú)固結(jié)，多形成小型的沙丘，移動(dòng)速度極快。該段落沙丘主要是受單一主導(dǎo)風(fēng)向作用形成，由于沙丘移動(dòng)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(duì)較低，一般為2～5 m，長(zhǎng)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(duì)較大。沙丘順風(fēng)向間距一般為5～50 m。沙丘迎風(fēng)側(cè)坡度約5°～25°，背風(fēng)側(cè)坡度35°～60°，具有迎風(fēng)側(cè)凸緩而背風(fēng)面凹陡的特點(diǎn)，表面植被不發(fā)育。沙丘軸向以S35°W為主，該段落沙丘移動(dòng)速度一般為50～150 m/年，個(gè)別小沙丘最快可達(dá)200 m/年。該段落處于河谷段，整體受風(fēng)作用強(qiáng)烈，沙丘移動(dòng)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(dòng)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(fēng)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(fēng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(fēng)側(cè)坡度約5°～20°，背風(fēng)側(cè)坡度20°～40°，具有迎風(fēng)側(cè)凸緩而背風(fēng)面凹陡的特點(diǎn)。北側(cè)岸坡為平臺(tái)狀，岸坡表層粉細(xì)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(zhǎng)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(dòng)速度一般為50～100 m/年。沙丘迎風(fēng)側(cè)坡度約10°～30°，背風(fēng)側(cè)坡度30°～60°。

2.3 沙丘的物質(zhì)組成

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

線路區(qū)整體砂層含水率表現(xiàn)為起點(diǎn)和終點(diǎn)位置的兩側(cè)岸坡水位埋深較深，表層含水率較小，粉細(xì)砂整體較為干燥，未固結(jié)的粉細(xì)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(xì)砂多為潮濕-飽和狀態(tài)，起沙較為困難。

3 沙丘的形成機(jī)質(zhì)

1)主導(dǎo)風(fēng)向及最大風(fēng)速。根據(jù)搜集的氣象資料，定日縣主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)，而調(diào)查區(qū)由于周圍山體影響，主導(dǎo)風(fēng)向發(fā)生略微改變，監(jiān)測(cè)得風(fēng)速一般為14～20 m/s，風(fēng)力等級(jí)以7級(jí)夾8級(jí)大風(fēng)為主；測(cè)得最大瞬時(shí)風(fēng)速為24 m/s，為9級(jí)大風(fēng)。調(diào)查區(qū)風(fēng)速每日隨時(shí)間也存在一定變化，整體為上午風(fēng)速較小，一般為2～3級(jí)微風(fēng)，中午12時(shí)之后風(fēng)速逐步增大，大風(fēng)每日持續(xù)10～12 h。

2)活動(dòng)沙丘的形成機(jī)制。新月形沙丘的形成主要取決于兩個(gè)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(lái)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(dú)立的小氣候環(huán)境區(qū)，風(fēng)力的剝蝕搬運(yùn)與河流侵蝕搬運(yùn)作用在環(huán)境區(qū)內(nèi)進(jìn)一步加強(qiáng)，易于加速沙丘形成；從地質(zhì)條件來(lái)看，項(xiàng)目區(qū)蒸發(fā)量大，周側(cè)山體極為干燥，風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，為沙丘形成提供了充足的物質(zhì)來(lái)源。

調(diào)查區(qū)沙源主要從兩個(gè)方面得到循環(huán)補(bǔ)充(見圖2)：從外部因素來(lái)說(shuō)，調(diào)查區(qū)周圍山體表層風(fēng)化極為嚴(yán)重，河谷東、西、北三側(cè)的山體因風(fēng)化剝蝕作用而形成較多的細(xì)顆粒，降雨時(shí)因坡體洪積作用而搬運(yùn)至協(xié)林藏布河谷中，然后經(jīng)河谷常年流水搬運(yùn)沉積至協(xié)林藏布下游西側(cè)河岸，進(jìn)而成為風(fēng)積沙沙源，該過(guò)程主要對(duì)沙源進(jìn)行不間斷的補(bǔ)充，促使了沙丘的不間斷形成。從內(nèi)部因素來(lái)看，調(diào)查區(qū)河谷通道的風(fēng)積沙丘沿主風(fēng)向向北側(cè)移動(dòng)，沙丘最終將于金龍曲河和尼轄河交匯處跨越河流，沙丘進(jìn)入河水后絕大部分將經(jīng)河水的搬運(yùn)沉積至協(xié)林藏布下游西側(cè)河岸，成為風(fēng)積沙內(nèi)部補(bǔ)充沙源。在大風(fēng)時(shí)段，區(qū)內(nèi)的主導(dǎo)向大風(fēng)將沿N55°E方向?qū)⒎奂?xì)砂搬運(yùn)前進(jìn)，在風(fēng)速減緩或遇到障礙物時(shí)，風(fēng)中所攜帶的細(xì)沙將會(huì)逐步沉積下來(lái)，進(jìn)而形成新月形沙丘及流動(dòng)沙地。區(qū)內(nèi)沙丘在風(fēng)及河流作用下，循環(huán)往復(fù)地搬運(yùn)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(bǔ)的特點(diǎn)。

圖2 沙丘形成機(jī)制示意圖

4 風(fēng)積沙丘的危害

活動(dòng)性沙丘嚴(yán)重危害工程建設(shè)，表現(xiàn)在風(fēng)蝕、風(fēng)積及其共同作用。調(diào)查區(qū)蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量，表層沙多處于干燥狀態(tài)，在風(fēng)力作用下活動(dòng)頻繁，造成較強(qiáng)的風(fēng)蝕能力；同時(shí)風(fēng)將地表粉細(xì)砂由南側(cè)向北側(cè)搬運(yùn)，因風(fēng)的持續(xù)時(shí)間、大小、頻率等因素的不同而形成不同的堆積效果,進(jìn)而因風(fēng)積作用形成可移動(dòng)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(fēng)積作用造成河流多次變道。因此線路區(qū)沙丘危害以風(fēng)積作用最強(qiáng)，風(fēng)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(duì)風(fēng)沙影響區(qū)域應(yīng)采取避讓措施，無(wú)法避讓時(shí)應(yīng)平行主導(dǎo)風(fēng)向布設(shè)線位，但該段區(qū)域內(nèi)由于風(fēng)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(guò)。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知平坦的岸坡段積沙極少,但在其坡角坡積、風(fēng)積現(xiàn)象較為嚴(yán)重，以路塹形式設(shè)計(jì)方案后會(huì)導(dǎo)致沙埋路基現(xiàn)象。因此，兩側(cè)岸坡處路面高度應(yīng)不低于周側(cè)地面。若因設(shè)計(jì)縱坡控制形成路塹時(shí)，應(yīng)對(duì)迎風(fēng)側(cè)坡體予以挖除，確保風(fēng)沙可快速通過(guò)路面。

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

3)采取合理的治理措施。線路區(qū)風(fēng)沙危害極大，在選擇合理設(shè)計(jì)方案的同時(shí)，需要做好風(fēng)積沙治理[6]。風(fēng)沙治理應(yīng)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(dāng)鋪設(shè)片石壓沙。

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