Wind dynamic environment and wind-sand erosion and deposition processes on different surfaces along the Dunhuang–Golmud railway,China

The Dunhuang–Golmud railway passes through different deserts in arid areas,especially drifting-sand desert and sandy-gravel Gobi.The near-surface wind environment and wind-sand transport process vary due to different external factors,such as topography,vegetation,and regional climate,resulting in evident spatial differences in surface erosion and deposition.Consequently,the measures for preventing wind-sand hazards will differ.However,the mechanism and control theory of sand damage remain poorly understood.In this study,we used meteorological observation,three-dimensional(3D)laser scanning,and grain-size analysis to compare and evaluate the spatial distribution of wind conditions,sand erosion and deposition patterns,and grain composition in the drifting-sand desert and sandy-gravel Gobi along the Dunhuang–Golmud railway in China.Results show that the annual mean wind speed,the frequency of sand-driving wind,and the drift potential of sandy-gravel Gobi are higher than those of drifting-sand desert,indicating a greater wind strength in the sandy-gravel Gobi,which exhibits spatial heterogeneity in wind conditions.The major sediment components in sandy-gravel Gobi are very fine sand,fine sand,and medium sand,and that in drifting-sand desert are very fine sand and fine sand.We found that the sediment in the sandy-gravel Gobi is coarser than that in the drifting-sand desert based on mean grain size and sediment component.The spatial distributions of sand erosion and deposition in the sandy-gravel Gobi and drifting-sand desert are consistent,with sand deposition mainly on the west side of the railway and sand erosion on the east side of the railway.The area of sand deposition in the drifting-sand desert accounts for 75.83%of the total area,with a mean deposition thickness of 0.032 m;while the area of sand deposition in the sandy-gravel Gobi accounts for 65.31%of the total area,with a mean deposition thickness of 0.028 m,indicating greater deposition amounts in the drifting-sand desert due to the presence of more fine sediment components.However,the sand deposition is more concentrated with a greater thickness on the embankment and track in the sandy-gravel Gobi and is dispersed with a uniform thickness in the drifting-sand desert.The sand deposition on the track of the sandy-gravel Gobi mainly comes from the east side of the railway.The results of this study are helpful in developing the preventive measures and determining appropriate selection and layout measures for sand control.

Relationship of underground water level and climate in Northwest China’s inland basins under the global climate change:Taking the Golmud River Catchment as an example

To identify the response of groundwater level variation to global climate change in Northwest China’s inland basins,the Golmud River Catchment was chosen as a case in this paper.Approaches of time series analysis and correlation analysis were adopted to investigate the variation of groundwater level influenced by global climate change from 1977 to 2017.Results show that the temperature in the Golmud River Catchment rose 0.57℃ every 10 years.It is highly positive correlated with global climate temperature,with a correlation coefficient,0.87.The frequency and intensity of extreme precipitation were both increased.Generally,groundwater levels increased from 1977 to 2017 in all phreatic and confined aquifers and the fluctuation became more violent.Most importantly,extreme precipitation led to the fact that groundwater level rises sharply,which induced city waterlogging.However,no direct evidence shows that normal precipitation triggered groundwater level rise,and the correlation coefficients between precipitation data from Golmud meteorological station located in the Gobi Desert and groundwater level data of five observation wells are 0.13,0.02,−0.11,0.04,and−0.03,respectively.This phenomenon could be explained as that the main recharge source of groundwater is river leakage in the alluvial-pluvial Gobi plain because of the high total head of river water and goodness hydraulic conductivity of the vadose zone.Data analysis shows that glacier melting aggravated because of local temperature increased.As a result,runoff caused groundwater levels to ascend from 1977 to 2017.Correlation coefficients of two groundwater wells observation data and runoff of Golmud River are 0.80 and 0.68.The research results will contribute to handling the negative effects of climate change on groundwater for Northwestern China.

Golmud,the Kunlun Mountains and the Qinghai-Tibet Railway

QINGHAI Province, on the Qinghai-Tibet Plateau, is to many people a remote and mysterious place. This reporter recently traveled with the 2002 Qinghai in Focus Photographers Group on their trip from the Qinghai hinterland on the northern part of the plateau to Golmud, the Kunlun Mountains, and the Qinghai-Tibet Railway construction site.Golmud, Born with the HighwayIt took us 2 hours and 10 minutes to fly the 1,150 kilometer distance from Beijing to Xining, capital city of Qinghai Province. From there we boarded a train that went directly west to Golmud.

基于SWAT模型的格尔木河上游分布式水文模拟和径流预测

研究格尔木河流域水文循环过程并预测未来流域水资源的变化特征,对地区生态环境保护和下游盐湖矿产资源可持续开发利用具有重要意义。选取格尔木水文站以上区域构建SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型。采用大气同化数据集为气象驱动,联合区域内纳赤台和格尔木水文站的实测月尺度径流数据进行参数的率定和验证。在率定期和验证期内,纳什效率系数、确定性系数和相对偏差系数均达到了良好的标准,表明SWAT模型在格尔木河高寒山区流域水文过程模拟中具有较好的适用性。研究表明流域降水量偏少,地表径流量、壤中流量与降水量的变化趋势具有较好的一致性,降水量年际变化中蒸散发量为主要消耗量,占40.26%。根据未来气候预测模型RegCM4.6,预测路径浓度RCP2.6、RCP4.5和RCP8.53种情景下格尔木河未来40年径流量呈增加趋势。3种情景下的年平均径流量较基准期(2006—2018年)分别增加了7.63%、11.01%、15.96%;随着温室气体排放浓度的增加,径流量呈现出增加趋势,特别是夏秋季增幅较大。短时间内径流量增大可能会引发格尔木市洪涝灾害,破坏盐湖企业生产设施;但若将洪水资源进行调控和利用,不仅防范了洪涝灾害,同时也利于解决盐湖企业日渐增大的用水需求难题。

分支河流体系河道弯度沿程变化规律——以格尔木河流扇为例

【目的】研究分支河流体系河型演变规律,建立相应参数的数据库,可为盆地范围内的沉积体系分布预测提供数据基础。【方法】利用Google Earth、Global Mapper地理信息软件,按照等比例网格进行河道弯度指数的采集,分析弯度指数沿程变化规律,建立格尔木河流扇河型演变的沉积模式。【结果】共测量河道弯度指数2 989个,根据格尔木河流扇河道弯度指数特征,可将格尔木河流扇划分为辫状河段、辫曲共生段、大型高弯曲流河段、小型低弯曲流河段4个部分:(1)辫状河段坡度0.70%,发育低弯度顺直河和辫状河,辫流带宽度大,河道弯度指数1.01~1.43,平均弯度指数1.08,主要发育辫状河道、废弃河道、泛滥平原等微相;(2)辫曲共生段坡度0.63%,既发育辫状河也发育曲流河,不同位置辫状河和曲流河发育程度和河道弯度指数大小不同,河道弯度指数1.08~5.00,平均弯度指数1.52,主要发育辫状河道、曲流河道、废弃河道、决口扇、沙丘、泛滥平原等微相;(3)大型高弯曲流河段坡度0.29%,以大型曲流河为主,河道宽,河湾摆幅大,河道弯度指数1.12~5.00,平均弯度指数1.83,主要发育曲流河道、废弃河道、沙丘、泛滥平原等微相;(4)小型低弯曲流河段坡度0.08%,主要发育小型分叉状的曲流河,河道窄,河湾摆幅小,河道弯度指数1.07~3.13,平均弯度指数1.51,主要发育曲流河道、废弃河道、决口扇、沙丘、泛滥平原等微相。【结论】建立了格尔木河流扇河型演变的沉积模式,为开展地下沉积体系分布预测提供新的基础数据。

分支河流体系河网形态演变规律——以格尔木河流扇为例

为了探索分支河流体系河网分布规律,为创建储层建模训练图像提供知识库信息。利用Google Earth、Global Mapper、91卫图助手等现代地理信息软件,系统测量了现代格尔木河流扇表面河道分叉特征,应用Horton定律和分形方法建立了河流扇的河网形态模型。结果表明:①格尔木河流扇从顶点到入湖段共识别出26级河道,882个节点和2162个河道段,泉线上、下的河道表现出不同的河网形态;②泉线上部共发育64个节点,每级河道数目增长是上一级河道的R_(B)=1.8900倍,每级河道平均长度是下一级河道的R_(L)=1.0095倍,即河网形态特征参数R_(B)=1.8900和R_(L)=1.0095;泉线下部共发育818个节点,每级河道数目增长是上一级河道的R_(B)=1.0279倍,每级河道平均长度是下一级河道的R_(L)=0.9899倍,即河网形态特征参数是R_(B)=1.0279和R_(L)=0.9899;③河网形态特征参数受坡度影响变化较大,坡度较大则河网形态特征参数较大,坡度较小则河网形态特征参数较小。河网形态特征参数定量表征促进了分支河流体系沉积学发展,为开展陆相盆地储层建模和砂体预测提供了新的知识库信息.

Golmud-Ejin heat flow profile and straightforward calculation of crust-mantle temperature

The Golmud-Ejin heat flow profile consists of 18 observed heat flow values. They arelimited in data number, distributed unevenly and vary from 55 mW·m-2 to 79 mW·m-2

格尔木河上游水成沉积物元素时空变化、流域风化及其驱动机制

格尔木河流域上游山区沉积物元素的风化迁移规律对察尔汗盐湖中盐类资源的补给具有重要意义。文章结合已有的光释光(OSL)年代学数据,对该流域的上游纳赤台(NCT)和中游小干沟(XGG)剖面进行了主要常微量元素变化规律研究,并对流域内上下游不同类型沉积物的元素特征进行对比分析,得出如下结论:1.末次间冰期以来,格尔木河中游河谷沉积物中主要元素含量较上游西大滩、昆仑河小流域次级盆地中高,表现出较为明显的富集状态。2.流域上游湿冷山前地带河谷沉积物的风化程度明显高于中游干热河谷,表明上游冰川融水和较充沛的降水条件导致充分的水岩反应过程是主导流域风化的主要因素,且物质在流域各个次级盆地间物质输送具有跳跃性、传递性和继承性。3.流域内的风化过程与晚更新世以来的冰期-间冰期气候旋回和季风-西风相互转换密切相关,即暖湿阶段主要受季风控制,以化学风化为主;干冷阶段受西风控制,以物理风化为主。综上,格尔木河流域上游山前地带元素的风化迁移和中游河谷沉积物对元素的继承转移是流域内物质流动的主要形式。

青藏公路初建路线选定的因由抉择

青藏公路的修建受命于中华人民共和国成立初期中国共产党解放西藏、维护国家完整统一、支援边疆建设的关键时刻。然而,公路建设初期并非按照既定路线一以贯之修建到底,而是与解放军进军昌都解放西藏、中共中央西北局护送班禅返藏、国家支援西藏建设发展三项重大任务紧密关联,在历经抢修西宁至黄河沿段公路,勘察西宁经玉树至拉萨段公路,修建格尔木至拉萨段、敦煌至拉萨段公路三次筑路勘测之后,最终改初始西宁经玉树至拉萨路线为西宁向西经格尔木再南折进藏至拉萨路线,修筑并贯通青藏公路。

格库铁路扩能改造需求与对策研究

格库铁路是南疆地区重要的出疆通道,于2020年开通运营,2021年运输能力已饱和。通过对比格库铁路运量构成、路网结构确定格库铁路运量增长的原因,以及其在路网中的重要作用。结合格库铁路作为单线铁路现状区间过长的特点,对增加会让站、复线及二者结合三种扩能改造方案的运输能力、工程投资、对既有线运营影响进行对比。研究表明,增开会让站方案具有工程投资少、建设工期短、对既有线运营干扰小等明显优势。采用该方案后,平图能力将由现状的15对/d提升至34对/d。本研究对于出疆通道结构布局、单线铁路扩能改造方案选择具有一定借鉴意义。

柴达木盆地地下水位上升灾害防治对策

从地下水补径排条件变化入手,分析了格尔木和德令哈水位上升灾害的控制因素。研究结果显示:在灾害年,河川径流量显著增大、平原区降水量有所增加、农田灌溉用水量未有明显变化,同时地下水的径流及排泄条件基本未变;据此综合推断河川径流量的显著增大是地下水位上升成灾的主导因素。进一步分析揭示:致灾根源是青藏高原气候变化带来的河源区降水量剧烈增加。基于变害为利理念,结合当地水资源需求和山前平原区第四系松散含水层系统的蓄水条件和现有水利设施状况,提出了通过构建渠系疏导、地下水库调蓄与水源地截流开采三位一体的水源调控系统,来彻底消除地下水位上升灾害的对策及具体实施措施。

气候变化与人类活动影响背景下格尔木河流域雨水洪水资源化潜力分析

水资源短缺是柴达木盆地盐湖化工产业大规模生产的制约因素之一,在未来,流域雨洪资源化利用是解决盐湖化工产业水资源短缺的必要手段。通过分析了格尔木河流域典型年份生态环境、农牧业、城镇生活、盐湖化工四大产业基本需水量,结合流域未来不同气候情景模式(RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5)下的径流量预测结果,探讨了气候情景模式下流域雨洪资源量、雨洪资源可利用量及雨洪资源化潜力分析。结果表明,1)在未来40 a(2022—2060年)不同气候情景模式背景下,格尔木河流域雨洪资源量均值分别为10.21×10^(8)、10.56×10^(8)、11.07×10^(8)m^(3)/a,较1991—2018年多年平均径流量的增幅分别为34.87%、39.50%、49.27%。2)现状年流域雨洪资源的可利用量十分有限,但在未来三种不同气候模式下,流域雨洪资源可利用量均值分别为1.98×10^(8)、2.32×10^(8)、2.84×10^(8)m^(3)/a,分别占雨洪资源量的19.4%、22.0%、25.7%,呈显著增长趋势。3)未来在部分丰水年份(2023—2026年、2032—2035年、2041年、2051年、2053年、2056年、2058年),流域雨洪资源量完全能够保障流域生态、农牧业、城镇生活、盐湖工业、补水溶矿的需水要求,雨洪资源化潜力十分巨大,但在其他年份则需采取引水或节水措施。该成果为流域雨洪资源的利用以及水资源的优化配置提供科学依据。

基于格尔木河流域的SWAT模型水文特征情景模拟研究

以2008—2016年格尔木河流域实测径流量数据为基础,构建SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行参数率定、验证及不确定性分析,并设置不同的气候情景(RCP2.6、RCP4.5和RCP6.0),预测流域2022—2050年的径流变化趋势,分析了研究区未来降水、气温的变化趋势并探究了这些气候要素对格尔木河流域径流的影响。结果表明:(1)SWAT模型在格尔木河流域径流过程的模拟中具有较好的适用性,率定期R2和ENS分别为0.84和0.73,验证期R2和ENS分别为0.74和0.70;(2)径流预测不确定性较小;(3)未来流域降水呈现增加趋势而气温降低;(4)未来时段流域径流增加显著,且降水是控制流域径流的主要因素。

格尔木设施农田土壤养分特征及肥力综合评价

格尔木市设施农业得到了快速发展,但其土壤养分特征尚不明确。通过采集格尔木市设施农田土壤样品,基于经典统计学和主成分分析方法探究其土壤养分的变化特征,并进行定量化综合评价。结果表明格尔木设施农田土壤的电导率、速效钾、有机质、全氮、全磷、碱解氮均存在中等变异,p H值和全钾呈弱变异。土壤全氮与全磷、碱解氮、速效磷和有机质达极显著正相关(P <0.01),与全钾和速效钾间呈显著正相关(P <0.05);p H值与全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质和电导率间均呈极显著负相关关系(P <0.01)。主成分分析法提取的前4个成分,对总方差的贡献率达到87.10%,土壤养分综合评价指数IFI值红伟集团>示范园>园艺公司,土壤速效磷均处于极高水平,影响设施农田土壤生产能力的主要障碍因素为较高的p H值和电导率。

基于SWAT模型的格尔木河径流演变特征研究

我国西北旱区生态环境脆弱,是全球气候变化的敏感区域之一。近几年来,在全球暖化的大环境下,区域地表水产流机制改变诱发的水文与生态问题越发突出。本文以青藏高原北部极端干旱的格尔木河流域为例,利用SWAT建立流域主要产流的山区地表水文模型,结合区域水文资料等定量研究格尔木河径流演化及其渗漏补给地下水的时空演变特征。结果表明,在1976~2014年期间格尔木河出山口径流量呈递增趋势,年增长率达0.38(m^(3)·s^(-1))·a^(-1),多年平均径流增量约1.66×10^(8)m^(3),且夏季径流量增加较冬季更为显著。降水和温度是影响流域山区地表产流量增加的主要气象因子。流域出山口径流量的增加改变了盆地内地表径流入渗补给地下水的条件,格尔木河多年平均渗漏补给地下水量为9.89×10^(8)m^(3)。河流渗漏量的递增会打破区域地下水系统平衡,诱发一系列水文生态问题,威胁区域可持续发展。本研究可为我国应对全球气候变化带来的旱区水资源和生态环境挑战提供科学支撑。

格库铁路最大坡度方案研究

格库铁路是我国西部地区一条重要的路网性干线铁路,横贯柴达木、塔里木两大盆地,翻越阿尔金山,地形高差巨大,线路最大坡度的选择是该项目设计的重点和难点。结合格库铁路沿线地形地质条件、运输组织、牵引质量、机车选型和综合经济性分析,对最大坡度进行多方案比选研究,提出在地形高差大的艰险山区,适当提高线路最大坡度,采用16‰最大坡度,通过充分发挥大功率机车的牵引力优势,优化铁路移动设备与固定设施合理匹配,可有效降低工程建设投资和节省运营成本,实现项目综合经济效益最优的目的;提出在坡度方案比选中采用单位坡度线路长度缩短率、单位坡度桥隧缩短率及单位坡度经济性等系列概念,可将最大坡度变化引起的线路长度、桥隧长度及工程造价变化程度大小予以准确量化,将通常笼统的、概略性的评判精准化。

基于格尔木沙漠场景的MODIS传感器在轨辐射定标

高精度在轨辐射定标对于卫星遥感定量化产品生产至关重要。本文基于格尔木沙漠场景,通过星地同步实验,获取场地定标所需参数,在考虑地表双向反射特性后,结合6S辐射传输方程,完成对MODIS/Terra和MODIS/Aqua传感器的在轨辐射定标。结果表明,本文获得的蓝、绿、红和近红外波段定标结果与MODIS官方公布的星上定标结果具有较高的一致性,最大相对差异优于6.68%,这将为我国新建辐射定标场地提供重要信息支持。

格库铁路生态防护林区咸水滴灌风沙土盐分运移特征研究

土壤的盐分含量是影响植物生长的重要因素,盐分分布和累积状况关系植物的持续生长。梭梭(Haloxylon ammodendron)是荒漠地区极为抗旱耐盐的荒漠植物种,可以忍耐较高矿化度的咸水灌溉,为干旱区生态建设的重要植物种。开展了室外种植器种植梭梭苗的模拟实验,分别用淡水(CK)和矿化度20、30、40、50 g/L咸水进行灌溉。结果表明:(1)高矿化度水滴灌造成风沙土盐分含量和离子组成的显著变化,由非盐渍土逐渐转变为轻度盐渍土;表层盐结皮盐分含量远高于下层,且土层越深,土壤盐分含量越高,兼有表层集聚性与深层累积性特点;灌溉水矿化度越大,土壤积盐程度越大;土层越深,土壤pH值越低。(2)土壤中盐分以Cl^(-)、Na^(+)为主,也含有较多SO_(4)^(2-)离子;从表层至底部,Cl^(-)、Na^(+)、Ca^(2+)、K^(+)、Mg^(2+)和SO_(4)^(2-)6种离子含量先突降,而后随着土层加深,离子含量不同程度增加;CO32-和HCO3-具有明显的表层集聚特性。(3)当灌溉水矿化度在20~30 g/L时,梭梭仍然能较好生长,但矿化度30~50 g/L时,梭梭仍能够存活,但生长受到了明显抑制。研究结果对干旱荒漠地区地下咸水资源的开发利用和生态建设实践具有一定的参考价值。

格库铁路塔河中下游区段植物防沙方案设计

格库铁路塔里木河中下游区段风沙危害严重,防沙体系建设是格库铁路安全运行的关键难题,有必要在现有工程防沙措施的基础上,探索建立生物防沙体系的设计方法,从而保障铁路运营安全。利用综合分析方法,分析铁路沿线风况、土壤、地下水等风沙环境特征,结合铁路沙害实地调查结果以及高矿化度水造林试验结果,分析研究区建设生物防沙体系的可行性;通过风洞试验和立地条件分类方法,构建阻固结合的铁路防护林体系结构配置模式。研究结论为:格库铁路塔河中下游区段建立植物防沙工程是可行的,铁路沿线可划分为4个立地类型、3个危害程度、5种林带布局模式;共需种植各类苗木1 755.3万株,年需水量约983万m^(3)。

青海格尔木东大滩金锑矿成矿模式探讨

青海格尔木东大滩金锑矿是20世纪90年代发现的老矿山,本次勘查工作将矿床规模由小型提升至中型,且具有大型矿床的成矿潜力。为进一步促进矿床及周边的找矿工作,开展了矿物包裹体测试和稀土含量分析等工作;并在系统整理所取得的成果基础上,总结矿床特征和成矿的物化条件,探讨了矿床成因和成矿模式。研究认为东大滩金锑矿成矿金属离子主要来源于三叠系昌马河组碎屑岩地层,成矿流体由地层中变质水和大量大气降水及少量由深大断裂带入的上地幔岩浆水混合而成。成矿过程为低盐度、低密度的成矿流体在中浅埋深、中低压力、中低温度的条件下形成矿体;成矿时代为印支末期;成因类型属中低温构造热液型矿床。