本书基于风沙防治工程实践活动长期的经验总结，结合防沙科学研究成果和大量野外观测和试验测试结论，总结了铁路风沙野外调查方法、风沙流运动规律、铁路风沙灾害特征以及铁路风沙灾害研究的方法和手段，系统揭示了风沙防治工程的基本原理，并提出了科学合理的设计原则。并选取了包兰铁路、青藏铁路、库格铁路、和若铁路、临策铁路、哈罗铁路等6个典型风沙防治工程案例，全面厘清我国现在铁路沿线的各种防沙工程的机理以及防沙工程单体沙障适用性等理论与技术问题。

我国是世界上荒漠化土地面积最大的国家之一，总面积达173.97 万km2，占国土面积的18.12%。我国有八大沙漠和四大沙地，主要分布在新疆、内蒙古、甘肃、宁夏等省（自治区）。
新中国成立以来，我国陆续在西部地区修建了包兰铁路、兰新铁路等长大干线，由于风沙活动频繁，铁路的运输秩序常常遭受到风沙的影响。近20 年来，我国铁路事业发展迅猛。随着国家“西部大开发”和“一带一路”战略的实施，西部铁路建设步入了快车道，一大批重点铁路建设项目陆续建成：兰新高铁构成了北京直达乌鲁木齐的高速客运通道的重要组成部分；哈额铁路、临策铁路共同构成了出疆铁路第二通道，格库铁路形成了出疆铁路第三通道，边疆与内地的联系更加紧密；南疆铁路、喀和铁路、和若铁路、格库铁路将塔克拉玛干沙漠紧紧围绕，南疆地区的路网更加灵活；南疆之星——“天鹅号”动车组的运行，将彻底改变了新疆南部落后的交通面貌。
针对全国以及各地铁路规划修编的情况，下一步中西部铁路以及城际铁路、市域铁路将是铁路建设发展的重点。中西部铁路仍存在很多短板，一批重大铁路建设项目已经启动，包头至银川铁路、西宁至成都铁路已于2020 年上半年开工建设，川藏铁路、滇藏铁路都将加快建设步伐。铁路不断向沙漠腹地推进，风沙成为铁路建设和运营的巨大阻碍，虽然铁路部门投入了大量的建设和维护资金，风沙防治的形势依然严峻。本书编写的目的，就是要系统总结、回顾我国铁路治沙的经验和科研成果，将铁路防风治沙过程中面对的形势、出现的问题和采取的行之有效的工程措施全面介绍给广大读者，作为参考和借鉴。
本书广泛收集了相关资料，对沙漠的形成和特征、风沙流运动规律、风洞试验研究、数值模拟、铁路勘察要点、选线原则、沙害防治设计等方面进行了比较全面系统的论述。阐明了各种防护方式的原理、计算方法、加固效果以及存在的不足，力求在内容上体现先进性和实用性。为便于理解，对包兰铁路早期技术资料补充了示意图。

全书共分七章：第一章阐述了中国沙漠及沙漠铁路概况，第二章阐述了沙漠铁路风沙要素调查及分析方法，第三章阐述了风沙运动规律，第四章阐述了铁路风沙灾害，第五章阐述了风沙防治研究手段及方法，第六章阐述了风沙防治工程设计原理与方法，第七章阐述了铁路风沙防治工程案例。本书由中国国家铁路集团有限公司工程管理中心孙明智、石河子大学程建军、中国国家铁路集团有限公司工程管理中心唐广辉、新疆铁道勘察设计院有限公司丁录胜、中交铁道设计研究院有限公司蒋富强、中铁工程设计咨询集团有限公司纪文利合作完成，由中国工程院卢春房院士审阅。其中，孙明智负责全书文稿内容的总体策划；第一、二章由丁录胜、程建军、唐广辉编写；第三、六章由程建军编写；第四章、第五章由唐广辉编写；第七章前3 个案例由程建军、蒋富强编写，后3 个案例由纪文利编写；书稿校对由程建军、唐广辉完成。
本书在编写过程中，中国铁路青藏集团有限公司教授级高级工程师王进昌、中国铁路呼和浩特局集团有限公司教授级高级工程师郝才元，临策公司总经理李铁柱、中国铁路兰州局集团有限公司教授级高级工程师王润心、中国铁路设计集团有限公司教授级高级工程师隋孝珉、中铁第一勘察设计院集团有限公司教授级高级工程师姚宏乐给与了大力支持并提供了珍贵资料，在此一并致以诚挚的谢意。
虽然铁路治沙积累了大量经验，取得了很多成果，但与经济社会所取得的长足进步相比，尚显不足，在全社会进入智能化、信息化的今天，防沙工程措施单一，大部分施工仍依靠人力，效率低下，距离机械化尚有很大的差距。编写本书，既是对治沙理论和实践的总结，对新技术的展望，也希望引起社会各界人士对这一领域的支持和关注，积极加入治沙行列，实现全社会治沙能力的整体提升。
本书的出版获得了兵团中青年科技创新领军人才计划项目（2019CB023）的资助。
由于作者水平有限，书中存在的不足之处，恳请读者批评指正。

1 中国沙漠及沙漠铁路概况 // 1
1.1 中国沙漠分布概况 // 1
1.1.1 沙漠分布 // 1
1.1.2 沙漠化土地分布 // 2
1.1.3 戈壁分布 // 2
1.2 中国主要沙漠自然条件概况 // 3
1.2.1 塔里木盆地的沙漠 // 3
1.2.2 库木塔格沙漠 // 4
1.2.3 准噶尔盆地的沙漠 // 4
1.2.4 柴达木盆地沙漠 // 5
1.2.5 阿拉善地区的沙漠 // 5
1.2.6 鄂尔多斯高原的沙漠 // 6
1.2.7 内蒙古东部及东北西部的沙地 // 7
1.3 中国沙漠铁路概况 // 8
2 沙漠铁路风沙要素调查及分析方法 // 13
2.1 沙漠铁路风沙要素调查 // 13
2.1.1 风沙要素调查的工程意义 // 13
2.1.2 风沙要素的基本概念 // 13
2.1.3 风沙要素调查的基本任务 // 14
2.1.4 风沙要素调查的方法 // 15
2.1.5 风沙要素调查的内容 // 16
2.1.6 沙漠铁路外业勘察 // 28
2.2 风沙数据分析方法 // 30
2.2.1 风沙地貌资料的处理及整合 // 30
2.2.2 风况数据分析 // 31
2.2.3 流沙数据分析 // 38
3 风沙运动规律 // 43
3.1 边界层 // 43
3.1.1 大气边界层 // 43
3.1.2 大气边界层内风的特性 // 44
3.1.3 边界层内平均风剖面 // 48
3.1.4 物体边界层 // 50
3.1.5 风速特征分析 // 56
3.2 风沙流运动的时空规律 // 60
3.2.1 风沙流运动微观特征 // 61
3.2.2 风沙流结构 // 62
3.2.3 沙丘移动规律 // 66
4 铁路风沙灾害 // 69
4.1 铁路沙害程度与类型 // 69
4.1.1 铁路沙害程度分级 // 69
4.1.2 铁路沙害类型 // 70
4.2 铁路沙害表现形式 // 71
4.2.1 危及行车安全 // 72
4.2.2 损坏轨道结构 // 72
4.2.3 路基桥涵功能降低或丧失 // 72
4.2.4 铁路风沙灾害特点 // 73
5 风沙防治研究手段及方法 // 75
5.1 现场监测及测试 // 75
5.1.1 风况监测 // 75
5.1.2 流沙监测及测试 // 78
5.2 风洞试验 // 84
5.2.1 风洞的结构及工作原理 // 85
5.2.2 风洞试验的测试仪器及用途 // 88
5.2.3 风洞试验中的相似准则 // 90
5.2.4 风洞试验方案设计 // 93
5.3 流体动力学数值计算 // 94
5.3.1 流体动力学计算控制方程 // 95
5.3.2 湍流计算模型 // 96
5.3.3 多相流模型 // 97
5.3.4 流体动力学数值计算示例 // 98
6 风沙防治工程设计原理与方法 // 107
6.1 防治工程设计的影响控制因素 // 107
6.1.1 微地形地貌因素 // 107
6.1.2 来流风况及沙源供给因素 // 112
6.2 铁路风沙防治工程设计总体原则 // 112
6.3 沙障设计方法 // 114
6.3.1 高立式沙障 // 114
6.3.2 低立式沙障设计方法 // 116
6.4 常用机械式控沙措施及原理分析 // 118
6.4.1 机械式沙障控沙原理 // 118
6.4.2 机械式沙障的类型 // 120
6.4.3 竖向开孔类沙障 // 122
6.4.4 横向开孔类沙障 // 133
6.4.5 均匀开孔类沙障 // 154
6.4.6 非均匀开孔类沙障 // 174
6.4.7 移动式沙障 // 174
6.4.8 输导沙沙障 // 188
6.4.9 低立式沙障 // 204
6.4.10 平铺式沙障 // 208
6.5 植物治沙措施 // 208
6.5.1 治沙植物的生长条件 // 209
6.5.2 植物治沙模式 // 212
6.6 铁路风沙防治工程体系 // 223
6.6.1 单纯机械式沙障组合的工程防沙体系 // 224
6.6.2 机械式+ 植物治沙以机械式为主的工程防沙体系 // 224
6.6.3 机械式+ 植物治沙以植物为主的工程防沙体系 // 225
6.6.4 单纯植物治沙措施工程防沙体系 // 225
6.6.5 工程防沙体系的设计要素 // 226
7 铁路风沙防治工程案例 // 227
7.1 包兰铁路 // 228
7.1.1 沿线自然条件特征 // 228
7.1.2 初期铁路防沙试验 // 234
7.1.3 风沙防治工程体系方案的演变 // 239
7.1.4 风沙防治效果 // 244
7.2 青藏铁路 // 246
7.2.1 沿线铁路工程环境背景 // 247
7.2.2 沿线沙害分布与风沙要素特征 // 251
7.2.3 沿线风沙防治工程 // 254
7.2.4 沿线风沙防治工程的服役与创新 // 260
7.3 库格铁路（新疆段） // 264
7.3.1 库格铁路（新疆段）沿线工程环境背景 // 264
7.3.2 沿线风沙要素特征 // 266
7.3.3 沿线沙害程度分级 // 271
7.3.4 沿线风沙环境特征 // 274
7.3.5 库格铁路（新疆段）风沙防治工程 // 281
7.3.6 试验段风沙防治工程效益评价 // 290
7.3.7 新材料、新技术成果 // 292
7.4 和若铁路 // 293
7.4.1 沿线工程环境背景 // 294
7.4.2 沿线风沙要素特征 // 298
7.4.3 沿线风沙防治工程模式选择 // 311
7.4.4 沿线植物治沙工程 // 311
7.5 临策铁路 // 315
7.5.1 沿线工程环境背景 // 316
7.5.2 沿线风沙要素与沙害分布特征 // 320
7.5.3 沿线风沙防治工程 // 323
7.6 案例6 哈罗铁路 // 332
7.6.1 沿线工程环境背景 // 333
7.6.2 沿线风沙要素与沙害分布特征 // 334
7.6.3 沿线风沙防治工程 // 337
7.6.4 沿线风沙防治工程效果评价 // 342