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。     

库布齐沙漠新材料沙障的风速廓线特征

[目的]在库布齐沙漠杭锦旗独贵塔拉工业区测试HDPE网和植物纤维网新材料沙障防沙技术,为工程沙障对比优选提供理论支持。[方法]采用Met One 014A/024A型8通道风速风向仪(CR200X数采仪),观测沙障内20,80,150和200cm这4个高度的1min平均风速,对比分析不同材料、规格、高度的方格沙障及前沿高立式阻沙栅栏影响下的风速廓线特征。[结果](1)几种不同规格和高度的HDPE网和植物纤维网方格沙障及前沿高立式阻沙栅栏,都能显著降低近地表风速,具有良好的防风固沙效应。(2)方格沙障中心风速垂直变化幅度和变化规律,仅与沙障平面规格和外露高度密切相关,与试验材料基本无关;相同平面规格的方格沙障,外露高度越大,降风效果越显著;相同外露高度的方格沙障,小规格沙障的降风效果较为显著。(3)沙障防风固沙效益对比,需要充分考虑地貌部位、坡向、坡度、地表状况等的影响,对比观测未实施防沙措施的裸沙区对应地貌部位的输沙强度、风沙流场等因素,以便准确获取工程沙障效益参数。[结论]库布齐沙漠采用的新材料工程沙障措施具有显著的降风效应,在库布齐沙区的生态治理领域具有良好的推广前景。     

两种固沙方格沙障的防护效益及地形适应性对比

[目的]在塔克拉玛干沙漠油田公路机械防沙展示区,对比两种固沙技术的固沙效益及其地形适应性,为工程防沙的优化设计及其应用提供理论依据。[方法]对地形起伏条件下芦苇方格和尼龙网方格沙障的风沙危害状况进行了野外调查。[结果]在固沙方格沙障设置初期,各种地形条件下芦苇方格沙障的沙害类型相对单一,均为半埋危害。尼龙网方格沙障的沙害类型多样,而且在沙丘纵断面上变化很大,在迎风坡和落沙坡风蚀危害发生比例大;在调查区内,尼龙网方格沙障4种沙害类型均有发生,发生的比例依次为:半埋风蚀全埋压埋。两种方格沙障防护效益的差异与地形引起强烈风动力空间分异、自身布设方法和孔隙度有关。[结论]草方格地形适应性强,在不同起伏的地貌区均有显著的固沙效果,而尼龙网方格沙障更适宜布设在较平坦的地貌区,而不适于地形起伏较大的地貌区。     

沙漠地区高速公路防沙效应试验研究——以营双高速公路八步沙段为例

[目的]对沙漠地区高速公路防沙效应进行试验研究,旨在为我国沙漠地区高速公路防沙体系建设提供理论依据和实践经验。[方法]针对营盘水(甘宁界)至古浪(双塔)高速公路八步沙沙漠段沙害的成因、类型,采取工程措施与生物措施相结合的防沙固沙方法开展试验研究。[结果](1)无论风速大小,功能性固沙障网间的有效防护距离要远好于均一型,且在网前近地处风速降低幅度要大于均一型。功能性防沙网后的防沙效益略低于均一型防沙网,但前者可有效抬升风沙流运行高度,极大减少过境风沙流对地面的侵蚀和地表沙粒的撞击起动,加之网间风速低于沙粒起动风速,进而起到固沙作用;(2)功能性固沙障上疏下密的孔隙结构有利于气流的抬升,降低防沙网上的风压,缓解防沙网的兜风问题,能有效解决固沙障底部的掏蚀问题。[结论]所采用的两种防沙网各具优点,可作为不同的防沙措施用于防沙。其中均一型可用来制作高立式阻沙沙障,而功能性防沙网可用来制作低矮的半隐蔽式格状沙障,二者均可用于替代传统的防沙材料,具有极大的应用价值和推广前景。     

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...     

3种沙障防风固沙效益比较的风洞实验研究

通过风洞实验,研究了土工格室、石方格、不同盖度植被3种不同沙障的防沙机理,分析了各种沙障下的风速廓线、风速流场及风沙流结构特征,比较了3种不同沙障的防沙效果。结果表明:植被具有显著的防风作用,随着盖度的增加其防风作用逐渐增强,同时,风速的变化还与植株的茂密程度有关。对于石方格沙障,由于构成石方格的石块不规则,计算结果与总体变化规律有一定差异。总的来讲,植被沙障的防护效果远较土工格室和石方格沙障为优,对于低风速地区,采用土工格室和石方格沙障治沙是有效的,而对于高风速地区,只能采用植被沙障防护才有良好效果。相比较土工格室和石方格沙障,石方格沙障的防护效率又略优于土工格室。     

不同铺设形式对固沙砖沙障防风沙效果影响的风洞试验

[目的] 研究带孔沙砖的铺设形式对风场特性和防风沙效果的影响,旨在为选择新型防风固沙材料提供理论依据。[方法] 通过风洞试验,探究净风条件下方格沙障、梯度行列式沙障的风压分布及平均风压系数波动情况;重点对比分析了风沙条件下这2种不同沙障形式的障后风速、防风效能和积沙效果。[结果] 相比于梯度行列式沙障,方格沙障内部平均风压系数均为负值,内部风流循环产生涡旋使其受压更稳定,且障后平均风速衰减率更高;防风效能沙障高度出现了先升高后下降的趋势,在10 cm高度方格沙障的防风效能为64.3%,比梯度行列式沙障高4.2%;方格沙障第1排、第2排后方格内总沙粒沉积率分别是梯度行列式沙障的1.14,1.66倍,且方格沙障的障后沉积沙粒量、障后沉积范围均要小于梯度行列式沙障。[结论] 方格沙障具有使风流明显衰减的功能,阻沙率大于梯度行列式沙障,沙粒主要沉降在方格内部,其防风沙效果最好,为最优铺设形式。     

格库铁路不同固沙措施的防护效益

[目的]确定格库铁路沿线最佳固沙措施,为沿线固沙措施布设提供理论依据。[方法]通过流体仿真(ANSYS fluent)模拟格库铁路沿线高密度聚乙烯(high density polyethylene,HDPE)板和固化沙垄方格周围的流场变化、防护距离和积沙形态变化过程。[结果]当气流通过HDPE板和固化沙垄方格时,在其周围形成6个速度分区:迎风侧低速区、遇阻抬升区、集流加速区、第1减速区、第2减速区和速度恢复区;在同等风速条件下,同一高度处固化沙垄方格的有效防护距离大于HDPE板的有效防护距离;HDPE板和固化沙垄方格内的积沙随时间动态变化,透风型HDPE板防沙形式以板内固沙为主,不透风型固化沙垄方格以沙垄前阻沙为主。[结论]综合考虑,HDPE板方格的经济性实用性以及防沙效果更好。     

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。     

乌珠穆沁沙地生物基可降解聚乳酸(PLA)沙障防风固沙效益

为了探究PLA沙障对乌珠穆沁沙地沙化治理的效果,以方格状铺设不同规格(方格边长0.5 m×0.5 m, 1 m×1 m, 2 m×2 m和3 m×3 m)PLA沙障,以不同规格沙障影响的风蚀特征为研究对象,裸沙地设置对照(CK),采用美国HOBO便携式风速采集仪观测距地表10,20,50,100,200 cm高度的风速,同时使用自动旋转集沙仪收集近地表0—30 cm高度输沙量,分析了防风效能、固沙效益和风沙流挟沙粒径的变化特征。结果表明：(1) PLA沙障规格小于3 m×3 m时,风速廓线呈“S”型变化趋势;PLA沙障平均的地表粗糙度为0.64 cm, CK的平均粗糙度为0.51 cm,粗糙度提高了25.48%。(2)铺设PLA沙障后输沙量降低了38.72%～75.69%;PLA沙障输沙率随高度呈现良好的指数关系(R²>0.77);1 m×1 m和2 m×2 m沙障的固沙效益高于其他2种规格沙障,3 m×3 m规格的固沙效益最低,基本接近CK。(3)乌珠穆沁沙地风蚀物颗粒大小介于2～500μm,且大部分颗粒为100～250μm的细沙;铺设PLA沙障后,障格内...     

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。     

乌兰布和沙漠流动沙丘纱网沙障防风效能研究

为了选择适宜规格的纱网沙障进行流动沙地治理,在乌兰布和沙漠流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m,6 m×6 m网格或2 m,4 m,6 m带宽的带状纱网沙障,采用美国HOBO全自动风速风向仪测定其风速变化,并分析了地表粗糙度、相对风速和防风效能。结果表明:2 m×2 m网格纱网沙障地表粗糙度随着风速增加而呈现出线性降低的规律;纱网沙障主要是降低近地表30 cm以下高度的风速,并提高近地表粗糙度;随着风速增加,纱网沙障防风效能变化总体呈现出降低的趋势。在流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m网格或2 m,4 m带状纱网沙障可有效降低近地表风速、增加地表粗糙度,总体防风效能较好。     

土工格栅沙障防风积沙效应风洞模拟实验

 模型按1∶10比例设计,在71、5和20m/s的实验风速下,对不同规格和孔隙度的土工格栅沙障模型进行风洞模拟实验,测定其防风与积沙效应。结果表明:不同规格格栅沙障的风速流场趋势相同,在障前、障中和障后形成4个减速区和3个加速区。障前、障后风速降低是土工格栅沙障防沙的主要机制;障中的增速区是引起沙障中部不积沙或少积沙的诱因。格栅沙障因障间互相连接而增强了防护功能,使得流沙被有效地控制在体系内部。同一规格的沙障,障内积沙厚度随着风速的增大而增大,随着距沙源距离的增加而减小。不同规格的沙障,障内积沙厚度随着规格的增大而减小,随着孔隙度的增大而减小。不同风速下,不同规格沙障间积沙厚度差异显著。从积沙厚度和防沙目的分析,10cm×10cm规格的沙障积沙效应最好,10cm×20cm次之,20cm×20cm最差。在设计与设置沙障时需要考虑成本、防护目的和沙源等多方面的因素。     

2种沙障内积砂粒径特征及其空间格局观测研究

土壤粒径分布是研究其沙化的重要物理指标之一,通过研究沙障方格内不同方位砂粒粒径特征对其微地貌蚀积状况进行分析,确定粒度特征对地貌形态的指示作用,为选取适宜沙障类型提供技术保障。在腾格里沙漠西缘流动沙丘布设的植物纤维网和土工编织袋沙障内不同区域取样并利用马尔文激光粒度仪测定砂粒径,对比分析障内与障间不同区域沙物质粒配组成、粒配曲线等参数特征。结果表明:土工编织袋沙障内截留砂粒作用强于纤维网沙障,即前者阻沙效果更优于后者。2种沙障内部方格砂粒含量在西方位比其余方位多18%~23%,表明在西方位为弱风蚀或强堆积。土工编织袋沙障方格中东和南方位砂粒含量比其余方位少8%~26%,即东方和南方位为风蚀区。土工编织袋沙障中部砂粒含量沿主风向逐渐提高,表示沙障内砂粒沉积增多;而纤维网沙障方格中变化不明显。在纤维网沙障区砂粒组分沿主风向逐渐减少,粒度组分与自然沙丘状态差异不显著(P<0.05),指示其沙障阻沙作用较弱。土工编织袋沙障砂粒组分集中在中南部,且跃移质组分分选性中部相比南北部较差,表明其砂粒组分在沙障内主风向下风区沉积较多。处于中线两侧纤维网沙障西侧比土工编织袋沙障东侧细砂和中砂含量高24%以上,而粗砂和极粗砂含量低近43%。     

台湾东部地区防风定砂之植生工法设计

对于台湾东部地区提出防风定砂之植生工法,以改善台湾东海岸及河川内之风砂危害。台湾台东地区,近年来受到2001年6月的奇比7、月的尤特和9月的利奇马台风,几个强台风接连的肆虐,造成海岸地区及河川高滩地之自然植被流失,海岸及河床大面积裸露。易遭上游冲刷的泥浆粉砂覆盖,枯水干旱期间再加上东北风横吹,致使粉砂土扬起吹向市区,造成严重的风砂为患。为了减少农作物之损失、自然环境之破坏以及维护生活品质、当地居民生命财产之安全,采取较不破坏环境景观之植生工法,针对东台湾之环境特性,设计适宜之防风定砂设施,以减低风害、盐害并达到营造河海岸之生物多样性生态环境的目的。     

不同沙埋程度下带状沙障的防风固沙效果研究

沙障在防护过程中,易发生沙障沙埋现象。为了对比分析不同沙埋程度下沙障的防风固沙效果差异,该文通过风洞模拟和野外试验相结合的方法,研究了沙袋沙障在裸露、浅埋、深埋3种状态下,防护区近地层风流场、输沙通量等风沙运动规律,并以未设置沙障的流沙区作为对照,明确了沙埋过程中沙障的防风固沙效果变化规律。结果表明,沙障在经历裸露至深埋过程中:1)对过境气流的防护距离、防护高度逐渐减小,近地层风速廓线变化趋势与对照相同,并逐渐服从对数函数;2)沙障防护区输沙分布高度显著降低(P0.01),输沙分布高度由42 cm(裸露)降低至34 cm(浅埋),最终降至28 cm(深埋),而对照的输沙分布高度为24 cm;3)近地层输沙率分布曲线逐渐服从对数函数,0～50 cm高度范围输沙量也呈现递增趋势;4)3种埋设深度野外试验说明,经过两个风季后,裸露、浅埋、深埋的沙袋沙障防护区土壤风蚀呈现降低趋势,风蚀深度分别比对照降低了18.53%、72.97%、80.40%。研究可以为沙障高度优化及应用技术提升提供理论依据。