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1、交通部西部交通建设科技项目合同号：2002 318 774 11公路风吹雪雪害成因与预警研究研究报告简本黑龙江省交通科学研究所内蒙古锡林郭勒盟交通科学研究所吉林大学2005年4月中文题名公路风吹雪雪害成因与预警研究英文题名Study on reason & pre-warning supervision of blowing snow hazard on road项目负责人朱光耀报告撰写人赵书成张贵平张贵平席建锋郝宇博李 江丁同强崔 琳项目主要参加人白海莹（处 长）郝宇博（工 程 师）赵书成（高级工程师）郭建平（助理工程师）鲍明伟（教 授）张海鹰（工 程 师）席建锋（讲 师）闫永生（工 程 师
2、）丁同强（讲 师）梁占军（高级工程师）矫成武（博士研究生）胡全明（工 程 师）陈 强（博士研究生）毛 丽（高级工程师）成 卫（讲 师）申东秀（高级工程师）张林林（硕士研究生）季景满（副 处 长）主 题 词公路风吹雪雪害成因与预警研究关 键 词公路 风吹雪雪害 成因 仿真 预警报告摘要：风吹雪雪害是三大冰雪灾害之中对我国北方公路危害最为普遍和严重的一种,已成为长期困扰公路运输的一个难题。本着“系统继承、扬长避短、重点突破”原则，课题组主要依托内蒙古自治区（草原牧区）和黑龙江省（山区）的公路，通过对雪害广泛调查、风雪流形成过程观测和分析，设计和建立了公路风吹雪雪害数据库；在系统总结、继承我国风吹雪
3、雪害研究成果基础上，积极吸收当代国内外最新研究理念、方法和技术手段，综合运用流体力学二相流理论、现代风洞实验技术、计算流体力学技术和计算机仿真技术等，研究了山区和草原牧区雪害的形成规律与特点，总结并提出了具有普遍指导性和适用性的一套较为完整的解释公路风吹雪从启动到堆积全过程的基础理论体系，归纳总结了避免或减少公路风吹雪雪害的路基断面形式，研究了路侧地形、地貌、植被与雪害的关系；应用计算流体力学技术，以形成机理研究为基础，研究了基于fluent的风吹雪雪害（数值）仿真的原理、方法和技术，设计、开发了仿真软件；结合我国短期内尚难以大量布设区域气象、雪害监测系统的现实国情和既有研究基础，研究了基于路
4、段气象信息、地形信息和历史雪害信息的风吹雪雪害的预警原理、方法和技术，设计、开发了预警软件。Study Abstracts:The blowing snow hazard on road is the most prevalent and serious snow hazards in the northern area of China during the winter. Up to now, it has been a difficult problem for highway transportation.In this report, under the direction of “
5、absorbing the elite knowledge and experience, exerting our advantages, focusing on the key problems”, it studies the reason and pre-warning supervision method of blowing snow hazard on road in the Heilongjiang province and Inner Mongolia. The methods of study work is integrating the theory of hydrod
6、ynamics, the latest testing technology of wind tunnel, the technology of computed hydrodynamics and the technology of simulation based on absorbing all of work about blowing snow hazard research. In detail, it builds the database of blowing snow hazard on road by observing snow drifting field and st
7、udying the blowing snow hazard on road. It studies the rule of how to come into being the blowing snow hazard on road in the plain pastoral and mountain areas, and then presents the relatively integrated theory in which could explain the process of blowing snow, main factors and its mechanism of blo
8、wing snow, and the phenomenon of snow drifting. It presents some sorts style of roads base to preventing or reducing the blowing snow. And also it studies the landform and plants on the side of road how to influence snow depositing on road.Trough to using the technology of computed hydrodynamics, it
9、 studies how to simulating the blowing snow hazard on road and develops its software based on the software of FLUTNT.According to Chinese circumstances, it studies how to pre-warning supervision of blowing snow hazard on road and develops its software based on the roads current weather information,
10、terrain and physiognomy, and historical snow hazard data.公路风吹雪雪害成因与预警研究 研究报告简本目 录1.项目研究目的和意义12.国内外研究现状12.1风吹雪雪害形成机理研究现状12.2风吹雪雪害仿真研究现状22.3风吹雪雪害预警研究现状33.主要研究内容及实施方案34.公路风吹雪雪害形成机理与仿真研究54.1 形成机理54.2雪害防治原理64.3仿真技术及软件65.路基断面形式与雪害形成关系研究86.路侧地形、地貌、植被与雪害形成关系研究107.风吹雪雪害的预警研究118.风洞实验研究129项目的经济、社会、环境效益及推广应用前景1
11、39.1综合效益139.2推广应用前景1410.结束语14致谢15I1.项目研究目的和意义我国产生风吹雪的面积占国土面积的一半以上。风吹雪雪害是三大雪害之中对我国北方公路造成的危害最为普遍和严重的一种。在新疆、内蒙、吉林和黑龙江等省、自治区，冬季受气候影响，公路风吹雪雪阻几乎年年发生。为了抢险保通，每年政府、交通部门都要花费大量的人力、物力、财力。风吹雪雪害已是长期困扰公路运输的一个难题。本项目通过对我国广大北方地区公路风吹雪雪害的广泛调查和分析，对公路风吹雪雪害的形成机理进行系统研究，并在此基础上开展雪害仿真技术研究，实现对雪害成因的系统仿真（软件），从而为公路风吹雪雪害的防治提供理论、技术
12、基础和依据，为雪害进一步研究提供技术平台；与此同时，开展雪害预警技术研究，构建公路风吹雪的预警系统（软件），为建立实用的雪害信息系统、预测预报系统奠定基础，以便减轻风吹雪雪害，保证公路畅通。2.国内外研究现状2.1风吹雪雪害形成机理研究现状随着科技的进步，人类活动范围的扩大，人类开始更加关注地球环境，并重新审视自身和地球环境的关系，雪冰的研究跃上了新台阶，到二十世纪六十年代前后形成了一门新的综合性学科雪冰学。目前，世界上很多国家和研究机构从不同角度开展了雪冰方面的研究。国外许多学者运用野外观测和风洞实验等方法开展了雪粒子物理性质、风雪流运动特性、垂直分布规律以及输运规律等方面的研究，比较系统、
13、深入。但由于风吹雪现象本身的复杂性和人类知识的局限，对风吹雪雪害的研究仍然是当今世界难点问题之一。我国作为专门学科去研究风雪灾害，还是在1950年以后。特别是因国防建设的需要，l967年（现）中国科学院寒区旱区环境与工程研究所、新疆交通厅公路管理局、中国科学院新疆地理研究所等单位系统开展了天山风雪流及其防治研究。并与新疆、西藏、黑龙江、甘肃等省(区)交通厅和农牧厅一起，进行了我国西北、西南和东北风雪流研究。2001年，王中隆出版了我国风雪流及其防治研究的专著中国风雪流及其防治研究，比较集中地体现了我国风雪流的研究成果。2002年7月开始至今，内蒙古锡林郭勒盟交通科学研究所，黑龙江省交通科学研究
14、所、新疆兵团、吉林大学和中科院寒旱所等共同参加对公路雪害防治成套技术进行了研究。2.2风吹雪雪害仿真研究现状近些年来，随着计算机技术的快速发展，国外许多学者开始采用各种仿真技术来模拟风雪流发生以及堆积、吹蚀、夹带过程，以求在计算机上“再现”风雪流规律。而采用计算流体力学（CFD）软件来仿真、预测特定地形条件下风雪流分布状况，则是其中一类较好的仿真技术。但由于国外多从灾害学角度而非交通运输角度出发，所以直接针对公路风吹雪方面的仿真研究较少。国内在计算机仿真研究方面，航空航天部门开展得最早，中科院系统在风吹沙、水冲沙方面也早已开始研究，但对风吹雪仿真方面的研究才刚刚开始。2.3风吹雪雪害预警研究现
15、状国外基本上从整个冰雪灾害或气象灾害角度进行风吹雪雪害预警方面的研究和应用。其预警技术及系统可划分为大中型区域风吹雪的长期预警，大中型区域风吹雪短期预警和小区域风吹雪短期预警三大类。在这三类系统中，对积雪或雪害的预测均依靠大量动态数据、完整的模型体系。且与公路雪害预警有关的应用系统，往往是纳入到高等级公路养护与管理系统中，并通常与道路气象信息系统结合。国内以往基本没有专门针对公路雪害的预测、预报或预警研究，但是我国一些气象台站和有关科研所仍然通过雪灾的气象学研究，对区域雪灾灾情的发展趋势预测方法进行了较为深入的探索。3.主要研究内容及实施方案本着“系统继承、扬长避短、重点突破”的原则，完成以下任务：（1） 公路风吹雪雪
