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干旱区地理 >

2025 , Vol. 48 >Issue 12: 2158 - 2168

DOI: https://doi.org/10.12118/j.issn.1000-6060.2024.560

气候变化与地表过程

额哈铁路内蒙古段大风条件下几种下垫面风沙流输沙的粒度特征

  • 郭琪 , 1, 2 ,
  • 闫敏 , 1, 2 ,
  • 左合君 1, 2 ,
  • 刘亚琪 1, 2 ,
  • 徐福建 1, 2 ,
  • 姜春钰 1, 2
展开
  • 1 内蒙古农业大学沙漠治理学院， 内蒙古 呼和浩特 010018
  • 2 内蒙古自治区风沙物理与防沙治沙工程重点实验室， 内蒙古 呼和浩特 010018
闫敏（1992-），男，副教授，主要从事荒漠化防治及交通线路沙害、风吹雪害防治研究. E-mail:

郭琪（1999-），男，硕士研究生，主要从事水土保持与荒漠化防治研究. E-mail:

收稿日期: 2024-09-15

  修回日期: 2024-12-10

  网络出版日期: 2026-03-11

基金资助

内蒙古自治区自然基金项目(2021BS03039)

内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(BR220504)

内蒙古自治区高等学校创新团队发展计划(NMGIRT2408)

收起

Grain size characteristics of wind-blown sand transport on several underlying surfaces under strong wind conditions in Inner Mongolia section of Ejina-Hami Railway

  • Qi GUO , 1, 2 ,
  • Min YAN , 1, 2 ,
  • Hejun ZUO 1, 2 ,
  • Yaqi LIU 1, 2 ,
  • Fujian XU 1, 2 ,
  • Chunyu JIANG 1, 2
Expand
  • 1 College of Desert Science and Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, Inner Mongolia, China
  • 2 Key Laboratory of Aeolian Sand Physics and Sand Control Engineering in Inner Mongolia, Hohhot 010018, Inner Mongolia, China

Received date: 2024-09-15

  Revised date: 2024-12-10

  Online published: 2026-03-11

Fold

摘要

通过对戈壁区额哈铁路内蒙古段不同下垫面风沙流中沙粒粒度特征进行分析，结合野外观测与室内激光粒度分析方法，揭示戈壁区铁路沿线砾质荒漠、流动沙丘、剥蚀丘陵戈壁及其对应的防护措施在风沙作用下的风沙流输沙的粒度特性。结果表明：（1） 额哈铁路K728+000~K843+000段下垫面沙粒主要由细砂、中砂和极细砂组成，粒度频率曲线呈单峰分布，风沙流结构在自然条件及风沙防治工程下均呈指数分布，且不同高度层砂粒组分存在显著差异。（2） 在自然条件下，0~4 cm层沙物质变化不显著，而在4~10 cm层，极细砂和细砂易被风力携带至更高层。10~50 cm层主要由细砂与中砂组成，占比83.57%。风沙防治工程在低层（0~20 cm）能减缓53.98%的细砂和中砂含量，高层（20~50 cm）则有效截留37.47%的极细砂。（3） 在0~50 cm高度内，各粒度组分的垂直分异现象显著。随着高度的升高，平均粒径变小，细砂的含量呈现出逐渐增多的趋势。各下垫面的风沙流中，极细砂和细砂的含量与高度之间存在显著的相关性（P≤0.05）。分选系数、峰度值和偏度值会随着高度的增加而增大，当高度超过50 cm，风沙流中的沙物质分选性出现变差，各粒度特征变化不明显。

关键词： 风沙流; 粒度特征; 下垫面; 额哈铁路; 戈壁区

本文引用格式

郭琪 , 闫敏 , 左合君 , 刘亚琪 , 徐福建 , 姜春钰 . 额哈铁路内蒙古段大风条件下几种下垫面风沙流输沙的粒度特征[J]. 干旱区地理, 2025 , 48(12) : 2158 -2168 . DOI: 10.12118/j.issn.1000-6060.2024.560

Abstract

This study investigates the grain size characteristics of wind-blown sand flow over the gravel desert, moving sand dunes, and eroded hills, as well as the corresponding protective measures along a railway in the Gobi area. The study is based on an analysis of the grain size characteristics of sand particles in the wind-blown sand flows of different underlying surfaces in the Inner Mongolia section of the Ejina-Hami (E-Ha) Railway, in the Gobi area, combined with field observations and indoor laser-based particle-size analysis methods. Results revealed that the sand on the underlying surface of the K728+000~K843+000 section of the E-Ha Railway was mainly composed of fine sand, medium sand, and very fine sand. The particle-size frequency curve shows one peak distribution. The sand flow structure was exponentially distributed under natural conditions and sand control projects, and the sand composition differed significantly at various heights. In addition, under natural conditions, there was no significant change in sand material in the 0-4 cm layer, whereas in the 4-10 cm layer, very fine sand and fine sand were easily carried to higher levels by wind. The 10-50 cm layer was primarily composed of fine and medium sand, accounting for 83.57% of the railway sand. The blown-sand prevention and control project can decrease the fine and medium sand content in the low layer (0-20 cm) by 53.98% and effectively intercept 37.47% of the very fine sand in the high layer (20-50 cm). Lastly, in the height range of 0-50 cm, the vertical differentiation of each particle size component was significant. When the height increased, the average particle size decreased and the content of fine sand gradually increased. In the wind-blown sand flow of each underlying surface, there was a significant correlation between the contents of very fine sand and fine sand and height (P≤0.05). The sorting coefficient, kurtosis value, and skewness value increased with increasing height. When the height exceeded 50 cm, the sorting of sand in the wind-sand flow became worse and the characteristics of each particle size did not change significantly.

Key words： wind-sand flow; grain-size parameter; underlying surface; Ejina-Hami Railway; Gobi area

额（济纳）哈（密）铁路是临（河）哈（密）铁路的重要组成部分，直接关系到蒙新自治区丝绸之路经济带大动脉的畅通安全[1]。线路通车以来，沿线沙害问题一直备受关注，沿线布设的不同类型及规格的尼龙阻固沙障、砾石沙障、机械沙障+植被等措施，在控制铁路风沙危害方面起到了重要作用[2-8]。但由于沿线区域地形开阔、风况、沙源丰富程度复杂，使得该线路段沙害问题一直存在，这直接威胁到铁路的运行安全，制约铁道设施的效能发挥。
长期以来，国内外学者通过野外实验[9]、风洞模拟[10]、数值模拟[11]等方法对不同下垫面风沙流进行了研究，发现风沙流在运移过程中受风力、沙源和下垫面的主要影响[12]。风力是促进或制约风沙流运移的动力，沙源的丰富程度直接影响着风沙流的运移，而下垫面对风沙流强度产生影响，使风沙流中沙物质组分发生复杂变化。不同下垫面组成结构的变化能够对粒度不断分选[13]，进而影响风沙流运移规律。粒度作为衡量沙粒大小的重要指标，其垂直分异特征能够反映出风沙流分布特征[14]，也有助于分析风沙形成演变过程中的环境条件[15-17]。近年来，诸多学者认为在理想条件下风沙流中沙粒粒径随高度增加而减小[18]，沙源远近及风速变化会导致沙粒平均粒径随高度先减小后增加[19]。而戈壁区因其特殊的风沙背景，使得风沙流携沙粒度的分异规律变得更为复杂。
鉴于此，为研究戈壁区铁路沿线下垫面风沙流中粒度的分布规律及差异，本文以额哈铁路K728+000~K843+000线路段典型的剥蚀丘陵戈壁、砾质荒漠戈壁、流动沙丘这3种下垫面及其对应的风沙防治工程措施为研究对象，通过野外采样和室内测定实验进行分析，揭示不同下垫面风沙流携沙粒度特征。研究结果可为铁路沿线不同风沙地貌下布设风沙防治措施提供基础数据与理论支撑。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

研究区位于额（济纳）哈（密）铁路内蒙古段（图1），沿线地形和地貌复杂，以戈壁为主，且有流动沙地和半流动沙地等存在，自然环境条件十分严峻，沙害问题较为突出。据气象站观测资料，该区属于暖温带极干旱气候区，雨量稀少，气候干燥，春秋季短暂多风，年均大风日数44 d（≥8级），年均沙尘暴次数14 d，最大定时风速为26 m·s-1，最大瞬时风速为32 m·s-1。
图1 研究区概况

注：基于自然资源部标准地图服务网站审图号为GS(2024)0650号的标准地图制作，地图边界无修改。下同。

Fig. 1 Overview of the study area

为深入研究铁路沿线风沙动态，本文选择额哈线内蒙古段K728+000~K843+000线路段典型分布的6个下垫面作为研究对象（图2）。具体包括：K728+400路段的流动沙丘下垫面及对应的尼龙网方格与梭梭植被防护措施；K744+600路段的砾质荒漠戈壁下垫面及梭梭林（Haloxylon ammodendron）防护措施；K815+800路段的剥蚀丘陵戈壁下垫面及尼龙网方格沙障防护措施。
图2 额哈铁路路段及下垫面

Fig. 2 Ejina-Hami Railway section and underlying surface

观测期间沿线风向以西风、北风和西北风为主，三者占风向总频率的71.7%，其次为南风和东风，分别占7.12%和7.03%。区域平均风速为5.28 m·s-1，最大瞬时风速高达23.21 m·s-1。各下垫面风沙流结构均为指数分布，在风速达到11.57~13.26 m·s-1时，地表风沙流的输沙强度达到106~559 g·cm2·min-1，主要集中在近地表0~50 cm，约占总输沙量的91.1%~93.3%，表现出极强的风沙活动特征（图3）。
图3 观测期研究区风沙流结构及其风场特征

Fig. 3 Characteristics of wind-sand flow structure and wind field in the study area during the observation period

1.2 数据来源

风沙观测于2023年4月典型春季大风日进行，在研究区较为平坦的地方放置两组集沙仪，轮流集沙3次，风速数据采用美国Onset公司生产的HOBO-U30小型气象站进行观测（量程为0~45 m·s-1，精度为±1.1 m·s-1或4.00%读数），集沙仪放置于小型气象站附近平坦地表以及沙障措施中央，当2 m高度处风速达到11.57~13.26 m·s-1时，将集沙口随风向旋转迎风收集，集沙15~30 min，测试结束后收集样品装入相应标记的自封袋中，并对下垫面集沙仪周围沙源地均匀采集5处0~2 cm地表沙物质样品，装入自封袋后均匀混合。在实验过程中，由于风速达到8.06~10.27 m·s-1时，集沙仪中各层沙物质含量较低，因此本研究仅对大风条件下的数据进行了分析处理。此外，鉴于多数下垫面集沙仪在50 cm以上高度层的积沙量不足，实验将50~60 cm、60~70 cm、70~80 cm及80~100 cm高度层的沙样进行合并测定，以减小实验误差。

1.3 研究方法

将沙样带回实验室后烘干，用千分之一电子天平称重并记录。为了消除样品中非碎屑物的影响，因而对采集到的样品进行预处理之后再利用Mastersizer 3000激光粒度仪进行样品粒度测量，测量范围为0.01~3500 μm，遮光度为5%~15%，每个样品重复测量5次取平均值。测量结果采用Krumbein等提出的算法进行对数转化，把粒径值转变成Φ值；平均粒径（Mz）、分选系数（σ）、偏度（SK）以及峰态（Kg）等粒度特征参数采用Folk和Wentworth[20-21]在1957年提出的计算公式及判定标准进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同下垫面粒度分布与参数特征

（1） 粒度分布特征
由表1可知，额哈铁路沿线不同下垫面沉积物主要包括黏粒、粉砂、极细砂、细砂、中砂以及粗砂，其中细砂（51.18%）含量占比最大，中砂含量次之（37.63%），其他粒级含量占比较少。与其他下垫面相比，剥蚀丘陵戈壁地表粗砂含量占比最大（7.56%），流动沙丘地表极细砂含量最多（18.21%）。不同的下垫面频率分布曲线的形态基本保持一致，均显示出单一峰值的分布特性，峰值主要集中在Φ2左右，均属于中砂与细砂范畴（图4）。
表1 不同下垫面表层沙样颗粒级配表

Tab. 1 Particle gradation table of surface sand samples on different underlying surfaces

编号 土样采集地区 粗砂
（Φ<1）/%		 中砂
（Φ1~2）/%		 细砂
（Φ2~3）/%		 极细砂
（Φ3~4）/%		 粉粒
（Φ4~9）/%		 黏粒
（Φ>9）/%
LDSQ 流动沙丘 2.98 34.50 39.59 18.21 1.75 2.97
NLW+SS 尼龙网方格+梭梭措施 0.56 45.93 52.46 1.01 0.01 0.03
BSQL 剥蚀丘陵戈壁 7.56 45.93 45.46 1.01 0.01 0.03
NLW 尼龙网方格沙障措施 0.02 19.68 71.21 8.40 0.26 0.43
LZHM 砾质荒漠 4.15 29.28 56.96 7.49 0.24 1.88
SS 梭梭林措施 3.88 50.46 41.38 3.63 0.13 0.52
图4 不同下垫面沙物质粒度频率曲线

注：图例中的1~5代表不同下垫面类型样品的重复测量。

Fig. 4 Particle size frequency curves of sand material on different underlying surfaces

（2） 粒度参数特征
铁路沿线不同下垫面沙粒粒度参数特征如表2所示，由表可知，不同下垫面沙粒的平均粒径差异显著，剥蚀丘陵戈壁的平均粒径最粗，属于粗砂范畴（Φ0.953），砾质荒漠次之（Φ1.079），而流动沙丘地表受防沙措施影响后，其沙粒平均粒径均处于细砂至极细砂（Ф2.311~3.572）范围。流动沙丘地表分选性最好（Ф0.712），剥蚀丘陵戈壁地表分选性最差（Ф3.745），其他下垫面分选状况呈分选差或分选较差（Ф0.712~2.627）。不同下垫面沙粒偏度范围为-0.138~0.534，其中尼龙网方格+梭梭措施为负偏，剥蚀丘陵戈壁地表为极正偏，其余均为正偏。峰态的波动范围介于1.372~3.359，表现为窄至非常窄。
表2 不同下垫面沙粒粒度参数特征

Tab. 2 Characteristics of sand particle size parameters on different underlying surfaces

编号 土样采集地区 平均粒径（MZ） 分选系数（σ） 偏度（SK） 峰态（KG）
LDSQ 流动沙丘 2.063 0.712 0.244 3.359
NLW+SS 尼龙网方格+梭梭措施 2.569 1.374 -0.138 1.372
BSQL 剥蚀丘陵戈壁 0.953 3.745 0.357 2.135
NLW 梭梭林措施 3.572 2.003 0.197 1.757
LZHM 砾质荒漠 1.079 2.627 0.207 2.957
SS 尼龙网方格沙障措施 2.311 2.151 0.217 2.679

2.2 风沙流沙粒分布与高度的关系

不同下垫面及其措施的粒度垂直分异主要集中在近地表0~50 cm高度范围内。风沙流的粒度组成整体偏细，与下垫面粒度特征基本一致（图5），其中黏粒和粉粒含量均随高度增加而上升，而粗砂含量则随高度增加逐渐减少；极细砂、细砂和中砂含量占据风沙流总量的93.15%。在0~4 cm的高度范围内，各粒度组分的含量变化不明显。在4~10 cm高度范围内，无人为干扰条件下的3种下垫面（流动沙丘、砾质荒漠、剥蚀丘陵戈壁）中，极细砂和细砂含量均随高度增加而显著上升（R2>0.7），而中砂含量则随高度增加而显著下降（R2>0.8）。在10~50 cm高度范围内，不同下垫面的粒度变化规律有所不同：流动沙丘下垫面的极细砂和中砂含量随高度增加逐渐减少，细砂含量则呈增加趋势；剥蚀丘陵戈壁下垫面中，极细砂含量随高度增加而逐步增加，中砂含量逐渐减少，细砂含量在18~24 cm范围内出现波动，表现出先减少后增加的变化规律；而砾质荒漠下垫面中，细砂和极细砂含量随高度增加逐渐减少，中砂含量则增加，与0~10 cm高度层的变化规律相反。在50 cm以上的高度层，由于输沙量较少，粒度组分未表现出明显的规律性变化。
图5 风沙流中不同下垫面沙粒粒径随高度的变化特征

Fig. 5 Variation characteristics of sand particle size with height on different underlying surfaces in wind-sand flow

流动沙丘受到尼龙网+梭梭防护措施的影响后，沙尘起沙机制和风沙流结构发生变化，部分风沙流受尼龙网沙障和梭梭植被的双重作用，在障体内形成紊流。在0~10 cm高度范围内，各粒度成分的含量没有显著变化，但在10~50 cm范围内，极细砂含量增加，中砂含量减小。剥蚀丘陵戈壁区的尼龙网沙障防护下，部分风沙流受障体和障面的影响，上升至更高层，较重的沙粒沉降。在0~10 cm范围内，极细砂和细砂含量减小，中砂含量增加。在10~50 cm范围内，极细砂和细砂的含量呈现先增后减的趋势。尼龙网沙障通过改变风沙流场结构，降低了风速，并通过孔隙分选沙粒，其防护高度决定了防护范围，对沙粒的沉降和粒度分布产生了显著影响。剥蚀丘陵戈壁的地势起伏同样有助于拦截极细砂。梭梭防护措施显著影响了风沙流的粒度分布，树冠和枝叶能有效拦截较细沙粒，并将其沉积在植被下方。梭梭林措施增加了下垫面粗糙度，降低了风速，促进了低层沙粒的沉降，根系固定了沙粒，进一步稳定了地表。与未干扰的地表相比，梭梭林措施使风沙流中的细砂含量减少了21.75%。在10~50 cm的高度范围内，极细砂的含量随着高度的增加而上升，而中砂的含量呈现先下降后上升的趋势，在20 cm高度达到最低点，约为43.74%。这些规律表明，不同下垫面的风沙流在接近地表时主要携带细颗粒物质，同时地表特征显著影响风沙流的吹蚀与搬运过程，从而对沙物质的粒度分布产生重要作用。

2.3 风沙流中沙物质粒度参数纵向变化

不同下垫面风沙流中沙粒的平均粒径均小于下垫面（图6），不同下垫面风沙流中沙物质粒度参数随高度变化的平均值中，中砂主要集中在10~50 cm高度层内，细砂在0~10 cm和50~100 cm范围内分布多。随着高度的升高，6种不同下垫面的平均粒径与高度呈负相关；分选系数随高度增加由分选较好变为中等，在0~50 cm范围内分选性较好，50 cm以上分选性随高度增加变为中等。剥蚀丘陵戈壁地表受地形起伏的干扰，使得其风沙流中沙粒在垂直梯度上分选性较好；偏度值在40~100 cm范围内随着高度的增加逐渐增大，且均为正偏；峰态在不同高度层处于中等至窄（0.95~1.25）区间，沙粒分布较集中。
图6 风沙流中粒度参数的纵向变化特征

Fig. 6 Spatial variation characteristics of particle size parameters in wind-sand flow

通过进一步分析风沙流不同高度层沙粒平均粒径与粒度参数之间的相关性（图7），表明在0~50 cm高度范围内，下垫面随高度增加与平均粒径、分选系数、偏度、峰态存在相关性，其中流动沙丘和砾质荒漠的平均粒径与分选系数呈显著负相关关系（P≤0.05）；受地形起伏的影响，剥蚀丘陵戈壁地表各粒度参数之间变化复杂，剥蚀丘陵戈壁在0~50 cm范围内各粒度参数变化复杂相关性不显著；而受尼龙网方格沙障措施下垫面后，随着高度的增加风沙流沙粒平均粒径与分选系数呈负相关；梭梭林措施与尼龙网方格沙障+梭梭措施在0~50 cm的高度范围内平均粒径与偏度呈显著相关（P≤0.05），相关系数分别为0.64与-0.54。
图7 不同下垫面风沙流粒度参数及粒径相关性

注：*表示在0.05水平上相关性显著。

Fig. 7 Correlation between sand-carrying particle size parameters and particle size of wind-sand flow on different underlying surfaces

3 讨论

粒度是衡量风沙流搬运沙粒能力及分选特性的关键指标[22]，不同下垫面对近地面风沙运动及粒度分布的影响显著，进而影响风沙流的强度[23]。本文分析了额哈铁路沿线不同下垫面的风沙流粒度分布规律，揭示了不同高度层沙粒的分选机制及风沙防治措施的有效性。王志强等[24]的研究表明，戈壁区风沙活动的有效高度主要集中在近地表60 cm范围内，风沙流的结构特征呈幂函数关系，风速、沙源丰富度以及下垫面粗糙度是影响风沙流强度的关键因素[25]。本研究对额哈铁路沿线地表沙粒组成的分析结果显示，地表沙粒主要包括黏粒、粉砂、极细砂、细砂、中砂和粗砂。其中，细砂（51.18%）是最主要的粒级成分，中砂（37.63%）次之。对于不同下垫面类型，剥蚀丘陵戈壁的粗砂含量最高（7.56%），而流动沙丘地表则以极细砂（18.21%）为主。董智等[26]研究指出，戈壁区沉积物的风化、蚀积和搬运作用差异，导致了粒度特征的显著变化。额济纳戈壁地区的沉积物粒度分布主要受侵蚀过程影响，以砾石为主，细砂和中砂次之。本文的研究进一步验证了戈壁区地表沙粒的机械组成，并补充了额哈铁路沿线沙粒特征的相关数据。
风沙流中粒度的垂直分异特征揭示了其在地表及不同高度层的动力学特性，对铁路等交通基础设施的安全运行具有重要意义[6-8]。闫敏等[11]研究发现，风沙流的搬运特性显著受地表性质的影响。本研究表明，6种下垫面的风沙流粒度结构均遵循指数分布规律，地形起伏与防沙措施虽未改变其分布特征，但显著影响了0~50 cm高度范围内的输沙量。风沙流中沙粒发生分选，随着高度增加，平均粒径逐渐减小，极细砂、细砂和中砂为主要携带沙粒。冯大军等[27]研究指出，沙粒平均粒径随高度呈对数递减趋势，分选系数与粒径负相关；细粒径沙粒垂直输沙量符合指数递减规律，起跳速度与风速及粒径负相关。本研究进一步验证了上述规律的普适性，并通过量化分析揭示了防沙措施（如尼龙网+梭梭措施）对不同高度层风沙流粒度分布的精细化调控作用。结果表明，低层（0~20 cm）细砂和中砂含量显著减少（减少53.98%），高层（20~50 cm）有效截留37.47%的极细砂。这一结果不仅验证了沙障降低风速、优化粒度分布的作用，还补充了对不同高度层拦沙效率的量化描述，为防护体系优化设计提供了新的科学依据。王翠等[28]的研究集中于策勒绿洲-沙漠过渡区，揭示了沙粒平均粒径随着高度递减的规律。本文在验证王翠等研究结论的基础上，进一步拓展了风沙流粒度分布规律的研究范围，并增加了对人类干预（如防护措施）影响的定量分析。本研究结果表明，风沙流中沙粒的垂直分布不仅受到风力的影响，还显著受到地表防护措施和地形起伏的调控作用，在复杂地形（如剥蚀丘陵戈壁）下，风沙流粒度分布规律依然稳定存在，表明粒径随高度增加呈指数递减的规律具有较强的适用性。同时，研究进一步探讨了下垫面组成、地势起伏及防沙措施对风沙流粒度分布的综合影响，发现0~50 cm范围内风沙流粒度与下垫面特征显著相关（表3）。近地表粗沙粒因重力作用率先沉积，而极细砂和细砂随高度增加含量显著上升。由于50 cm以上高度层的样品不足，相关规律尚需进一步验证，未来可增加测量频次或结合风洞实验与数值模拟，深入探索高层输沙规律及其动力机制，从而为戈壁区铁路沙害防治提供更全面的科学支撑。
表3 不同下垫面风沙流中沙物质粒度特征与高度的关系（R2>0.7）

Tab. 3 Relationship between grain size characteristics and height of sand material in wind-blown sand flow on different underlying surfaces (R2>0.7)

编号 组分 高度/cm 拟合方程 R2 编号 组分 高度/cm 拟合方程 R2
LDSQ 粉砂 0~100 y=0.0084x-0.0497 0.7882 BSQ 中砂 0~100 y=-0.1968x+54.476 0.8059
极细砂 0~100 y=0.1592x+21.374 0.819 粗砂 0~10 y=-0.282x+2.955 0.9291
细砂 0~20 y=0.7564x+11.033 0.8228 NLW 黏粒 0~100 y=0.1454x+0.2465 0.7482
20~40 y=-0.3898x+22.485 0.8592 极细砂 0~30 y=-0.6239x+53.155 0.7308
40~100 y=0.3685x-8.2935 0.8597 细砂 0~30 y=0.6272x+4.774 0.7192
中砂 0~100 y=-0.2424x+57.268 0.9105 SS 粉砂 0~30 y=0.0239x+0.172 0.8826
粗砂 0~10 y=-0.9347x+12.788 0.8477 细砂 0~100 y=0.1513x+12.428 0.7299
10~40 y=0.4146x-0.6181 0.8968 粗砂 0~10 y=-0.005x+0.074 0.8929
40~100 y=-0.2295x+24.253 0.9124 10~30 y=0.0053x-0.0261 0.9602
LZHM 细砂 0~10 y=1.7097x+7.632 0.9146 NLW+SS 黏粒 0~100 y=0.0283x+0.2702 0.7001
40~100 y=0.1966x+4.4669 0.9963 40~50 y=0.09x-2.008 0.8293
中砂 0~10 y=-2.4307x+42.623 0.8229 50~100 y=0.0098x+1.588 0.8414
BSQ 黏粒 0~100 y=0.0298x-0.1838 0.8664 细砂 0~10 y=1.4025x+10.557 0.7403
0~50 y=0.0386x-0.3931 0.8734 10~20 y=-1.2811x+37.325 0.7488
50~100 y=0.0063x+1.5129 0.9344 20~100 y=0.0532x+3.9605 0.725
粉砂 0~100 y=0.0234x+0.1862 0.8455 中砂 0~10 y=-2.2855x+39.895 0.7138
极细砂 0~100 y=0.1096x+42.213 0.7049 10~20 y=3.14x-18.769 0.9417
细砂 0~100 y=0.0389x+2.1763 0.7235

注：R2为决定系数。

4 结论与建议

4.1 结论

额哈铁路内蒙古段作为典型沙漠戈壁区铁路，研究其不同下垫面风沙流携沙粒度特征不仅能够对沿线防沙工程优化提供数据支持，还能够为后续因地制宜的布设防沙措施提供借鉴，基于野外观测及室内实测数据，主要结论如下：
（1） 额哈铁路K728+000~K843+000线路段下垫面沙粒主要由细砂、中砂和极细砂组成，粒度频率曲线呈现单峰分布。自然条件及风沙防治工程下垫面风沙流结构分布规律均呈指数分布，不同高度层沙粒各组分含量差异显著。
（2） 自然条件下，风沙流中沙物质在下层（<4 cm）变化不显著，中层（4~10 cm）极细砂、细砂易被风力携带至稍高的位置（R2>0.7），中砂垂直分布集中在较低的高度（R2>0.8），高层（10~50 cm）风沙流粒度组分主要由细砂与中砂组成，占83.57%。风沙防治工程在低层（0~20 cm）内可减缓53.98%的细砂、中砂含量，在高层（20~50 cm）内能够显著截留极细砂（37.47%）。
（3） 各粒度组分垂直分异主要集中在0~50 cm高度范围内，自下而上细砂含量增加，平均粒径随高度增加而减小。地表沙物质在风力的搬运下表现出随高度的增加，分选系数、峰度值和偏度值增大的垂直分异规律，各下垫面风沙流中极细砂和细砂含量与高度之间有显著的相关性（P≤0.05），50 cm以上风沙流中沙物质分选性变差。

4.2 建议

针对戈壁区不同区域风沙危害，要因地制宜采取不同的防治措施，基于本文结论，现提出相关建议：（1） 砾质荒漠戈壁多砾石，风沙流细、极细砂多且垂直分异集中于0~50 cm，因采用高密度、加高的尼龙阻沙固沙沙障，并间隔种梭梭。（2） 流动沙丘风沙活动频繁、输沙强度大，建议设多层尼龙沙障，外层降风速、拦风沙，内层阻挡筛选，并在沙丘迎风坡下部和背风坡中下部多种梭梭。（3） 剥蚀丘陵戈壁地形复杂，在迎风面和风沙流主路径需要结合地形布设尼龙沙障，从而有效减少风沙对铁路设施的危害。

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