高立式尼龙网沙障周围风沙运动特性的数值模拟与试验

为探究沙障影响下的风沙运动规律，明晰不同情况高立式尼龙网沙障周围的风速变化和积沙分布，补充野外试验数据不足的问题。该研究以磴口-乌斯太的穿沙公路为研究背景，基于FLUENT数值模拟的方法，对不同障排数量、沙障高度及入口风速下高立式尼龙网沙障周围的风速和积沙分布进行数值模拟，并通过野外试验进行验证。结果表明：不同情况高立式沙障沿水平方向的流场形式均以"V"和"W"型存在，而高立式沙障背风侧垂直方向的风速廓线形式主要以"S"型为主；风速为8 m/s，相邻障排间距为3 m条件下，分析不同障排数量对风沙运动的影响发现，单排、双排和三排高立式沙障的防护范围分别为第一排沙障至其后的6、13和20 m处，随沙障排数的增加总积沙量呈现递增趋势；风速为10 m/s，双排沙障间距8 m条件下分析沙障高度对风沙运动的影响发现，60、100、120和150 cm高立式沙障的水平流场分层点分别为0.8、1.2、1.5和2.0 m；沙障高度150 cm，双排沙障间距20 m条件下分析入口风速对风沙运动的影响发现，当风速增至15 m/s以上时，150 cm的双排沙障背风侧基本上无积沙分布，高立式沙障逐渐失去了防护作用。经野外验证真实值与模拟值的最大相对误差为8.18 %，最小相对误差为1.32 %，验证了模拟的合理性，该研究成果较好地反映了高立式沙障周围的风沙运动情况，为后续研究提供了数据基础和依据。     

斜插板式沙障插板倾角影响下风沙流特征的数值模拟

[目的] 优化既有沙障的结构形式，以发挥最大挡沙功效，揭示铁路沿线斜插板式沙障的风沙流特征和规律，为风沙灾害防治提供相关的设计参考和科学依据。[方法] 基于欧拉双流体非定常模型对具有不同插板倾角（15°，30°，45°和60°）但孔隙率均为30%的斜插板式沙障进行数值模拟。[结果] ①随插板倾角逐渐增大，沙障迎风侧减速区范围无明显变化，上方加速区和背风侧涡流区范围逐渐增大，迎风侧气流向下弯曲运动的趋势逐渐增强，背风侧向上运动的气流与水平风向夹角逐渐增大。②不同风速下，4种斜插板式沙障周围风速均呈“U”型分布，对同一风速而言，背风侧涡流区内风速极小值与插板倾角呈负相关。[结论] 随插板倾角逐渐增大，沙障迎风侧积沙量逐渐增多，背风侧整体积沙量逐渐减少但背风侧1 H范围内积沙量逐渐增多，背风侧主要积沙分布范围与沙障之间的距离逐渐增大。     

双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障的优化配置及防沙效益

[目的]针对双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障联合应用,开展风洞试验研究,以优化联合沙障中尼龙网阻沙障孔隙度配置及探究各孔隙度下联合沙障的防沙效益。[方法]基于风洞模拟试验数据,开展不同孔隙度(40%,45%,55%)联合沙障,在不同风速下的风速流场、空气动力学粗糙度、摩阻风速、输沙率随高度和阻沙率方面的变化特征研究。[结果](1)相同风速下尼龙网阻沙障孔隙度40%时,联合沙障弱风区面积最大;(2)随着尼龙网阻沙障孔隙度的增大,空气动力学粗糙度和摩阻风速减小,相同风速和相同位置时,40%孔隙度下联合沙障空气动力学粗糙度和摩阻风速值最大;(3)风速增加地表输沙率也增加,联合沙障内部与背风侧输沙率随高度增加呈指数型递减,输沙主要集中在0～12 cm高度内;(4)风速大小与沙障阻沙率呈现负相关变化;阻沙率与孔隙度之间也呈负相关关系,孔隙度为40%的联合沙障具有较高阻沙率;双排高立式尼龙网阻沙措施与草方格固沙措施联合之间还存在阻沙率叠加。[结论] 40%孔隙度的双排高立式尼龙网和草方格的阻固联合可以实现较优的配置与防沙效益。     

高立式格状沙障防风效益

针对在风沙危害严重地区,半隐蔽式格状沙障容易遭沙埋,且其防护年限短等问题,提出了一种新型的防沙措施——高立式格状沙障(高1m,长×宽=8m×8m),并对该沙障的防风效益进行了观测。结果表明:(1)高立式格状沙障对风速具有显著削弱作用;且越接近地表,风速被削弱的程度越大;沙障内5个观测点2m高处风速平均减弱了33.0%,而0.2m高处风速平均减弱了81.5%。(2)高立式格状沙障使沙障顶部高度(1m)以下的风速廓线偏离对数曲线;沙障顶部以上风速和高度继续呈对数关系,且风速梯度明显大于对照点。(3)高立式格状沙障使地表粗糙度增大了44倍。     

不同形状沙袋沙障稳定性及防风效益

沙袋沙障为一种新型沙障,同时具备防风阻沙、抑制风蚀的功能。区别于其他沙袋沙障,试验采用的沙袋外层包装为涤棉布。为了解不同形状沙袋沙障对近地表气流的影响,并探寻具有较好防护效果的沙障形状,研究通过对正半圆形、倒半圆形和一字形沙袋沙障的移动距离、周围地表蚀积程度及近地表风速进行测定,对比研究了3种形状沙袋沙障自身稳定性及其防风效益差异。结果表明:3种形状沙袋沙障相比,正半圆形沙袋沙障最稳定,倒半圆形最差。沙袋整体移动距离大小顺序为倒半圆形一字形正半圆形,分别为33.02cm,16.90cm和14.00cm。不同形状蚀积深度相比,正半圆形的4个区域蚀积程度均为最小,在背风侧区域、迎风侧区域、左翼区域、右翼区域内风蚀深度分别比未设置沙障区减小了102.07%,86.17%,25.93%,66.56%。3种形状沙袋沙障防风效能相比,正半圆形沙袋沙障最大,倒半圆形比正半圆形低10.16%。3种形状沙袋沙障中正半圆形周围风速等值线密度要明显大于一字形和倒半圆形,在不同位置上,风速等值线密度大小顺序为背风侧0~20cm迎风侧0~20cm背风侧20~100cm;在不同高度上,沙袋对风速影响最大范围约在30cm以下,在此之上,对风速影响逐渐变小。     

塑料网方格沙障对新月形沙丘迎风坡的风沙流影响

位于干旱区的甘肃省民勤县水资源缺乏,沙障为该地区防风固沙的措施之一,对于区域风沙灾害防治具有重要意义。在流动的新月形沙丘迎风坡设置塑料网方格沙障,观测沙丘迎风坡下部、中部和上部的沙障内不同高度风速、输沙量、沙面形态变化和风蚀深度以及沙障破损量。分析结果表明：设置塑料网方格沙障降低了风速,沙丘下部是沙障内同一高度的风速降低幅度最大部位;在沙障内,高度20cm以下的风速为对照的75%以下;风蚀深度和积沙量最大的部位也是沙丘下部。沙障内风速随高度变化呈对数分布,40cm高度处为风速变化拐点;沙丘中部和上部的风速相对沙丘下部的较大,沙丘中上部的风速为沙丘下部的1.18～2.01倍。在沙障内,10～20cm高度范围的输沙率较大,在沙丘下部占总输沙率的60.57%,沙丘中部占69.11%,而沙丘上部则达91.20%。沙障内的沙面稳定后形成了凹曲面,但形成过程与麦草方格沙障不同。塑料网方格沙障是一种积沙型沙障。沙丘中上部的沙障破损率相对较大,在设置沙障时应注意加强。     

不同配置参数下立式葵花秆沙障防护效果研究

[目的]揭示障高(H)、孔隙度(P)与行距(R)3个沙障参数对立式葵花秆沙障防护效果的影响,为优化立式葵花秆沙障的参数配置及立式沙障防风治沙工程的开展提供理论依据。[方法]基于风速与输沙的野外观测数据,开展不同梯度参数配置下沙障的粗糙度、防风效果、阻沙效果变动特征研究。[结果](1)0—50 cm高度内是沙障的主要防风区,相比裸沙丘沙障样地内的粗糙度提高了7.70～214.45倍,各规格沙障的防风效果在11.74%～59.45%范围内,阻沙效果在33.06%～92.23%范围内。(2)沙障的防风阻沙效果随障高增加而增加,随孔隙度和行距增加而降低,其障高对防风效果的影响大于孔隙度,孔隙度对阻沙效果的影响大于障高。(3)H(30 cm)-P(40%)-R(2 m),H(30 cm)-P(50%)-R(1 m),H(40 cm)-P(40%)-R(2 m),H(40 cm)-P(50%)-R(2 m)这4种规格沙障的防风效果与阻沙效果达到了35%与75%以上。[结论]立式葵花秆沙障能有效降低风速和输沙量,沙障参数是影响其防护效果的关键,其中影响沙障防风效果和阻沙效果的最主要参数分别是障高和孔...     

花棒带状沙障防风固沙试验研究

流沙地迎风坡上部及丘顶为风沙运动强烈区域,在其上种植花棒带作为植物沙障,可使地表粗糙度由0.014cm提高到0.642cm,地表起沙风速由8.8m/s提高到10.1m/s,可改变风沙流输沙率随高度的分布结构.实验测得0～20cm高度范围内风沙流输沙量较流沙地减少了80.2%,小气候及土壤等生态条件明显改善;在沙障带间栽植刺槐,成活率提高了58.4%,且生长情况良好.     

铁路高立式芦苇沙障防风阻沙的现场测试与流场模拟计算

[目的]调查在建库格铁路沿线布设的高立式芦苇沙障的阻沙与防风效果,判断高立式芦苇沙障能否满足防风阻沙的工程需要,为风沙灾害防治提供相关的科学依据。[方法]在沿线试验段进行了高立式芦苇沙障的阻沙率测试与梯度风监测,并采用数值模拟计算手段深入分析了高立式芦苇沙障的流场分布特征以及阻沙控沙规律。[结果]①现场测试发现单道芦苇沙障的阻沙率为93.85%,铁路沿线通常设置多道阻沙沙障,风沙流经过多道阻沙沙障后,基本被净化。②在单道芦苇沙障的作用下,风沙流在其周围的速度分布明显,沙障后形成的减速区较为均匀且没有涡流区的出现;芦苇沙障芦苇束的透隙率为36.5%,对风沙流的削弱影响区主要分布在沙障前3.5H(H=200 cm)和沙障后17H水平距离范围内,对来流的平均削弱程度为29.7%,最大值为48%。③当风速超过沙粒起动风速后,风沙颗粒主要分布在芦苇沙障前0.2H范围内,风沙流经过沙障后沙通量急剧降低。[结论]通过现场试验及数值模拟,揭示了高立式芦苇沙障的阻沙控沙规律。高立式芦苇沙障具有类似网式沙障的优良控沙能力,可在铁路沿线进行推广使用。     

基于风洞模拟试验的典型机械防沙工程防护效益对比

为探究3种典型机械防沙工程措施实施后所体现的防护效益，通过风洞模拟试验，以敦煌黑山嘴地区的典型机械防沙工程为参考，对草方格与尼龙网格状沙障及阻沙栅栏的防风、固阻沙效益进行系统的对比分析。结果表明：草方格与尼龙网格状沙障的布设均能有效降低风速，当指示风速为20 m/s时，1.5 cm高度的风速降低率分别达到82.5%与80.9%,同时极大地增加流沙地表粗糙度，显著影响当地的风速变化；此外，两者在不同高度对风速削弱能力差异明显；草方格与尼龙网格状沙障也深刻影响当地风沙流结构，其中草方格沙障的固沙能力主要体现在近地表；阻沙栅栏前后平均输沙率降低44.2%,同时对当地流场结构影响深刻。综合分析可知，草方格与尼龙网格状沙障防风、固沙效益良好，阻沙栅栏阻沙效益显著。研究结果可为当地机械防沙工程建设提供指导，同时对其他地区防沙工程布设予以借鉴。     

我国沙障固沙技术研究进展及展望

利用文献荟萃法,对我国沙障的类型及其固沙技术进行了研究。目前,沙障固沙技术的理论尚有待完善,沙障的规格、材料选取没有相应的规范,沙障固沙体系布局不合理,沙障对沙地生态系统的影响研究不充分,重大工程中的沙障效益评价困难。随着科学技术的不断进步和材料科学的发展,我国沙障治沙技术研究趋势为:(1)重大工程沙障效益评价指标体系研究;(2)在现有沙障设施内,开展沙障—沙生植物—微生物相互作用的研究;(3)防风固沙体系模式的优化研究。     

3种机械沙障防风固沙功能的时效性

对设置在民勤治沙综合试验站固定沙丘地带的3种机械沙障(麦草沙障、粘土沙障、塑料网格沙障)在不同时期进行破损率、输沙率、风速等指标的测定,研究经过不同时间后各类沙障的防风固沙效益。试验结果表明:各类沙障设置初期(2002-2004年)均具有良好的防风固沙效果,但是随着时间的推移,各类沙障破损率均有所增加,6年后麦草沙障的破损率最大,平均为53%,塑料沙障最小,为11%,粘土沙障介于二者之间;沙障破损导致地表粗糙度均发生明显的变化,麦草沙障由设置初期粗糙度最大降到了最低,其近地表层0～20cm处的输沙率由2003年占裸地(CK)的0.11%上升为2009年的44.47%;粘土沙障顶部掏蚀严重,其输沙率也随时间的延长呈增加趋势,由19.32%上升为30.87%,这两类沙障表面由固定向流动沙丘发展的趋势明显。塑料沙障中下部沙面稳定而顶部很少被掩埋,平均粗糙度最大,其输沙率随时间的延长呈减少趋势,由2003年占裸地(CK)的2.73%下降为2009年的0.64%,表明沙障内沙面稳定,沙丘基本固定住,沙障仍具有固沙效应。从设置成本和实际的防护效益等方面综合考虑,塑料沙障相比其他机械沙障具有长期、稳定的生态和经济效益。     

几种不同材料类型带状沙障防风阻沙效益对比研究

对不同材料类型带状沙障的风速、地表粗糙度及近地表输沙率进行对比研究,结果表明:3种材料带状沙障风速减弱百分比和粗糙度随着与沙障距离的加大逐渐减小,地表输沙率随着与沙障距离的加大逐渐增加。3种材料沙障的防护效益均达不到10倍带高处,且沙柳和四翅滨藜的防风阻沙效益显著大于尼龙网。     

新疆策勒不同类型流动和半流动沙丘运移规律

通过对新疆策勒流动沙丘地、半流动沙丘地、砾质戈壁不同类型流动沙丘进行观测,研究了不同下垫面不同类型流动沙丘年运移速度、方向及其规律,为沙丘运移规律及保护绿洲生态安全提供理论依据。结果表明:沙漠—绿洲过渡带流动和半流动沙丘年平均前移距离为4.76~12.92m,半流动沙丘比流动沙丘前移速度明显减小,沙丘移动方向为东南东(99.82°—115.48°)。砾质戈壁2 m高新月形流动沙丘年移动距离为9.37 m,年移动方向为东南东(105.1°)。0.9m高盾状沙丘年运移距离19.15m,移动方向为东南东(93.77°),流动沙丘移动方向与年合成输沙势方向东南东(108°)基本一致,沙丘高度与运移速度呈二次函数反比关系。如果不采取有效的防沙措施,流动沙丘将会对策勒绿洲产生潜在的入侵威胁。     

砂石覆盖粒径对土壤蒸发的影响

为研究不同粒径砂石覆盖对土壤蒸发过程的影响,进行模拟试验.试验以砂石粒径大小为因子,设3个粒径水平:0.5,2.5,4.5 cm,以裸土为对照.结果表明:地面砂石覆盖能够有效抑制土壤蒸发,在土壤含水率较高的阶段,抑制作用更加明显;砂石覆盖对蒸发的抑制作用与砂石粒径密切相关,在相同的覆盖厚度(5 cm)和同一含水率条件下,砂石覆盖的粒径越大,对蒸发的抑制能力越低;砂石覆盖能明显改变土壤蒸发过程,覆盖条件下的土壤蒸发与裸土相比不仅降低而且更加平稳;在41d的连续蒸发过程中,覆盖条件下的累计土壤蒸发量与时间呈近似线性关系,而裸土为对数关系.     

不同高度阻沙栅栏蚀积过程及防沙效益研究

通过对不同高度阻沙栅栏蚀积过程的野外观测,结合同时期区域风况资料,分析了阻沙栅栏前后地表蚀积形态、蚀积量以及蚀积强度的时空变化特征。结果表明,在沙源充足条件下,不同高度阻沙栅栏上风向表现为风沙堆积,下风向风蚀与堆积共存,且程度与栅栏高度有关,栅栏总体蚀积量和蚀积强度的变化趋势与下风向变化趋势相近。其中,60和70cm高度阻沙栅栏风沙堆积量最大,防沙效果最佳,但二者积沙方向存在差别。70cm高度阻沙栅栏上风向积沙较多;60cm高度阻沙栅栏下风向积沙较多。在实际应用中,应依据防护对象合理配置阻沙栅栏并适时加高,避免阻沙栅栏过低或过高,进而影响防沙效果。此外,依据断面形态、蚀积量和蚀积强度的变化,将栅栏前后分为风沙堆积区、风蚀区和蚀积平衡区。     

赤峰市沙化土地结构与动态研究

采用实地调查与遥感材料分析相结合的方法，根据沙化土地的固定情况、利用方式及沙化程度引入土地沙化程度指数，对赤峰市沙化土地结构及1994年至2004年lO年间的沙化土地变化情况进行综合分析，结果表明：（1）赤峰市沙化土地总面积为1914982．6hm^2，占全市总面积的22．2％。有明显沙化趋势的土地1029690．3hm^2，占全市总面积的11．9％。从固定情况分析，流动沙地占7．8％，半固定沙地占10．1％，固定沙地占80．5％，露沙地占0．5％，沙化耕地占1．1％。从利用方式来看，沙化耕地占1．1％，沙化林地占24．8％，沙化草地占65．8％，未利用沙化土地占8．3%。根据沙化程度，轻度沙化土地占46．4％，中度沙化土地占35．2％，重度沙化土地占10．1％，极重度沙化土地占8．3％。各旗县土地沙化程度指数变动幅度较大，红山区土地沙化程度指数为0，翁牛特旗为22.45。（2）1994年至2004年10年间，赤峰市沙化土地面积减少748797，3hm^2，减少28，1％。固定沙地增加5．6％，半固定沙地减少47．4％，流动沙地减少24．8％，露沙地增加223．7％，沙化耕地减少96．7％。土地沙化程度指数下降23．2％，红山区下降最多为100％，已经没有沙化土地。克什克腾旗和翁牛特旗下降最少，分别下降4．8％和6．9％。     

物理沙盘、电子沙盘与ERP软件相结合的企业经营模拟教学设计

通过分析比较目前高校经济管理专业中的几种常见企业经营模拟教学模式,提出了ERP物理沙盘、电子沙盘与ERP软件相结合的实验教学设计思路,发挥三者优势互补的作用。     

赤峰市流动沙地植物沙障治理模式的研究

通过连续5年的实地调查与观测,研究了10种流动沙地植物沙障治理模式的适用范围、植被恢复效果、沙丘移动距离及投入与产值情况。结果表明:研究地区的降水量水平能够保证踏郎等植物种条的成活,可利用植物沙障治理流沙。除平铺草方格沙障内植小叶锦鸡儿模式和播种草方格内播踏郎、小叶锦鸡儿模式不适应沙丘上部外,10种流动沙地治理模式均属适用模式,但各模式在植被恢复速度、投入、产值和控制沙丘移动速度等方面具有一定差别。相对而言,效果最好的是踏郎植物活沙障模式和小黄柳、踏郎植物活沙障模式,其次是小黄柳植物活沙障模式和踏郎填充料活沙障模式,第三是小黄柳填充料活沙障模式、草方格沙障内植踏郎模式和草方格沙障内植踏郎、小叶锦鸡儿模式,最差是平铺草方格沙障内植小叶锦鸡儿模式、播种草方格内播踏郎、小叶锦鸡儿模式和草方格沙障内植小黄柳模式。研究结果为流动沙地的治理提供了科学合理的途径。     

库姆塔格沙漠沙丘的粒度特征

通过两次野外实地调查取样和室内分析,结果表明:库姆塔格沙漠中沙丘形态丰富多样,金字塔(星形)沙丘、线形沙垄、格状沙丘、羽毛状沙丘在这里都有分布。组成金字塔沙丘、线形沙垄、格状沙丘、羽毛状沙丘羽轴的沙粒中0.25~0.063 mm颗粒占绝大多数,其次是0.5~0.25 mm和1~0.5 mm的颗粒,形成羽毛状沙丘羽枝的颗粒在暗带以2~0.5 mm的颗粒为主,在明带以0.5~0.063 mm的颗粒为主,各沙丘沙粒的分选性较好。由于各自形成地形、气候等条件的差异,各沙丘类型沙粒粒径在沙丘不同部位都有各自的特点。金字塔沙丘东北坡沙粒粒径从顶部到基部保持一致,南坡和西北坡从顶部到基部沙粒逐渐变粗;线形沙垄除西南坡基部较粗外,其它部位沙粒粒径分布一致;格状沙丘格子外部坡面沙粒相对格子内部坡面的同一部位沙粒要粗;新月形沙丘基部和顶部沙粒较粗,而中部颗粒较细;羽毛状沙丘“羽轴”沙粒分布与新月形沙丘相似,“羽枝”由较粗和较细沙粒含量高低间隔分布形成。