沙柳沙障防风阻沙效益的研究

以库布齐沙漠穿沙公路和神东矿区巴图塔沙柳基地为试验区,对沙柳沙障体系内外风速和输沙量进行了野外观测,根据调查和观测资料,利用surfer(8.0)软件作出沙障体系内外的风速流场图,并运用粗糙度(z0)、摩阻速度(u*)等物理参数,对复式沙柳沙障的防风效益和阻沙作用进行了系统研究。结果表明:半隐蔽式、平铺式沙柳沙障防沙体系内外,风速比(V2 m/V0.3 m)的变化随着向沙障体系的逐渐靠近呈非线性增大;粗糙度(z0)的变化则随风速比(V2 m/V0.3 m)的增大表现出两种情况:当旷野风速小于起沙风速时,其趋势线方程为多项式函数,当旷野风速大于起沙风速时,其趋势线方程为指数函数;在沙柳沙障防沙体系内外,由于沙颗粒与沙柳体系内沙柳发生碰撞,输沙率随防沙体系远近的分布不再简单遵循对数或者指数关系,其极值出现的距离随风速的增加而波动,由于沙柳沙障构成的下垫面复杂多变,其对风沙流结构与风沙活动层风速廓线的影响很难确定。     

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。     

带状沙柳沙障的防风固沙效益研究

研究测定了不同高度、不同规格的9种带状沙柳沙障对风速、地表粗糙度和近地表输沙率的影响。结果表明:带状沙柳沙障的防护效益与沙障的高度和规格有直接关系。行数越多、带距越小,防护效果越好,但是成本也越大。发挥最大成本效益的带状沙柳沙障规格为三行一带,带高1.5 m,行距1.5 m,带距10.5 m;其次为两行一带,带高1.5 m,行距1.5 m,带距7.5 m;再次为三行一带,带高1 m,行距1 m,带距7 m。一行一带的沙障,不管高度如何,成本效益都不理想。     

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。     

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。     

草基高立式葵花秸秆沙障的压制方法及防风固沙效能研究

以葵花秸秆为原材料制作机械沙障,可以将葵花秸秆变废为宝,具有良好的防风固沙效能。通过对单条草基高立式葵花秸秆沙障背风侧地表10cm风速,多条沙障背风侧1m,4m处0~2m高度内的风速廓线,风沙流流量及积沙量进行了测定,结果表明:1m高的草基高立式葵花秸秆沙障可以明显的降低沙障背风侧15m范围内地表0.1m高度处的风速,风速消减率随距离的增加而逐渐减小。随着草基高立式葵花秸秆沙障条带数目的增加,风速消减率明显增加,同时风速消减率随高度增加逐渐减小,变化幅度先增加后减小。在地表0.14m以下,单条草基高立式葵花秸秆沙障对其背风侧1m处风沙流流量的消减率均大于98%,单条沙障就可以非常明显拦阻上风向沙物质向下输运并抑制沙障背风侧就地起沙。沙障设置后会在其两侧出现明显的积沙,积沙量最大点位于沙障附近,随着离沙障距离的增加,积沙量逐渐减低,变化趋势遵循二次多项式函数。     

柠条林带不同行距的防护效果比较研究

以毛乌素沙地常见的柠条作为研究对象,分析其不同行距防风和防沙效应的变化.0.5 m处测风速的结果表明:不同行距在1H处防风效应相同,但是3H以后防风效应行距1.5 m是3.0 m的2倍.通过回归分析可知行距1.5 m和3.0 m的理论防风距离分别是44.3H和30.5H.经观测得知在1.0 m高处风速基本没有变化.行距1.5 m的1H处的沙量是旷野处的13.94%,即防沙率为86.06%;行距3.0 m的防沙效应为10.06%.行距1.5 m的防沙率是行距3.0 m的8.55倍.     

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...     

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。     

新疆低立式砾石沙障的防沙效果

我国新疆地区土壤风蚀造成的荒漠化、沙化现象严重,机械沙障是工程治沙的主要措施之一。为探究低立式沙障的防沙效果,以砾石为沙障材料,垂直于主风向布设高30 cm的沙障带,利用组合式多通道通风集沙仪进行输沙量观测,结果表明:砾石沙障改变了近地表输沙流状况,障后0～120 cm减沙范围均在距地0～30 cm内,增沙范围在距地30～57 cm,沙障综合防沙距离120 cm,且沙障综合防沙效益随障后距离的增加而减小。30 cm高的低立式砾石沙障经济实用,能较好地实现防沙效果。     

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。     

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。     

河北省坝上地区牧场防护林的防风效能研究

[目的]揭示河北省坝上地区御道口牧场防护林林带的防风效能,为牧场防护林建设提供理论依据。[方法]以樟子松防护林林带为研究对象,运用空间多点观测法观测。[结果]当旷野风速为3.84m/s时,在林后1(H为林带平均高度)H处,风速最小,同时防风效能最大,但随着水平距离的增加风速在逐渐升高而防风效能呈逐渐下降趋势。旷野风速越大,林带防风效能增大,有效防护距离变大。当旷野风速为5~6级时,在林内,1H,5H处的防风效能最好,防风效能范围为67.97%~94.27%。不同垂直高度上防风效能的变化趋势由大到小为:30,50,150,300cm,风速的分布规律变化趋势与防风效能正好相反,由大到小为:300,150,50,30cm。[结论]牧场防护林林带后的1~10H区域是林带的最佳保护区和作用范围,其中林后1H的防风效能最好,但会随着风速和垂直高度的变化而有一定的差异。     

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。     

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。     

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。