基于SPH方法的风沙流运动特性研究

文中基于光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics: SPH)方法,采用五次样条光滑函数,通过调节不同类型粒子光滑因子,对风沙流运动特性进行分析:1)在风沙流起动阶段,沙粒平均水平速度随高度增加而增大,同一高度处沙粒平均水平速度随时间推移而减小.2)风沙流稳定前后,沙粒数均随高度...     

基于野外观测的风沙流跃移和蠕移运动规律研究

利用H11-sensit风蚀传感器、风速仪、微梯度集沙仪,于2014.7~2014.8在塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区进行了风沙流跃移和蠕移运动连续观测试验,分析了该区域典型天气和不同风速下跃移、蠕移运动的规律。结果表明:(1)85mm高度范围内,随风速的增加,跃移量/蠕移量之比呈负幂数函数下降,最终趋于稳定,当风速在8.5m·s~(-1)左右时,跃移量/蠕移量之比约为8~10;(2)风速达到6.9m·s~(-1)时,总跃移量最大值为1952.01g;风速达到7.6m·s~(-1)时,总蠕移量最大值为211.79g。(3)总跃移量和总蠕移量的比值随风速的增加呈指数递减,典型天气过程中不同风速下的总跃移量和总蠕移量比值约为8~24。     

来流廓线对风沙流场和风沙堆积影响的数值模拟——以挡沙墙为例

来流风速廓线是控制与影响风沙流场变化的关键因素。基于CFD欧拉非定常模型,通过对不同来流廓线形式在特定粗糙度下垫面的数值分析,探究来流廓线对流场风速与积沙形态的影响。结果表明:2种来流廓线形式均在挡沙墙周围形成速度分区。其中,在背风侧,均匀流时回流区不明显,对数流时则回流区较明显;在迎风侧,均匀流时速度发生突变,对数流时则呈对数规律递增;不同来流形式下挡沙墙积沙分布不同,均匀流时只在背风侧形成积沙,而对数流时两侧均有积沙,且迎风侧积沙多于背风侧,来流速度越大,迎风侧积沙减小,而背风侧增多。     

塔克拉玛干沙漠北缘荒漠过渡带风沙流结构特征分析

利用多种集沙仪,通过野外实时输沙观测,对塔克拉玛干沙漠北缘荒漠过渡带的地表风沙流特征进行了分析,结果表明：①100 cm高度范围内,总输沙量的47.3%分布在30 cm高度内,这一比例小于前人的研究结果;输沙量随高度的变化比较符合幂函数分布。②风沙流输沙的粒径以细砂、极细砂与粉砂为主,各高度层所占比例均达99%以上;风沙流输沙平均粒径随高度增加而减小,沙尘的含量随高度增加呈现＂象鼻＂状分布。③风沙流中贴地层风速廓线受风沙相互作用的影响,不再符合对数分布,更加符合幂函数u=azb分布。     

植被沙障对近地表风沙流特征影响的风洞实验

植被沙障在一些地区已成为沙害防治的有效手段,其应用也越来越广泛,但对其治沙机理尚不很清楚.在盖度为10%,15%,20%,30%,40%,60%情况下,对植被沙障的防风固沙效益进行了风洞试验.实验风速设置为6,8,11 m/s,测定不同植被盖度的风速廓线特征、风沙流结构特征及其防沙效果.实验结果表明:①积沙总量随盖度增加而逐渐降低,风沙流中的砂粒分布在一定的高度范围内,但分布的高度随盖度的增加呈下降趋势;②植株的茂密程度对风沙流的结构有明显影响,盖度越高,积沙量越集中在下部;③盖度并不是导致积沙量为零的唯一指标,风蚀是否发生,还与植被的疏透度、防护林的高度等有关.     

塔里木盆地西北部3种典型下垫面风沙活动特征

风沙流结构是风沙活动特征和土壤风蚀发生过程研究的核心内容。选取塔里木盆地西北部阿克苏地区棉田、枣园和沙漠-绿洲过渡带3种典型下垫面为研究对象,对比分析3次强风条件下不同耕作方式的农田地表和沙漠-绿洲过渡带的风沙流结构特征。结果表明:沙漠-绿洲过渡带由于近似于天然的流沙面,风沙流结构符合幂函数规律,在0~30 cm高度内的输沙量占到总输沙量的88.3%,这一结果高于在塔克拉玛干沙漠其他地区的观测水平;在农田下垫面条件下,由于受到土壤耕作方式和地表植被的影响,风沙流结构发生了很大变异,在0~2 m高度内不再符合幂函数变化规律;沙漠-绿洲过渡带表现出比农田下垫面更大的风沙流的强度,强度从4.08 g·m-1到187.69 g·m-1;覆膜棉花的种植在一定程度上抑制了农田的土壤风蚀。     

青藏铁路沱沱河路段流场特征及沙害形成机理

通过对青藏铁路沱沱河路段路基流场结构、风速廓线特征的风洞模拟实验研究,发现气流在途经铁路路基时,路基断面对近地表流场改变极大,在其两侧形成明显的遇阻抬升区、集流加速区、减速沉降区以及消散恢复区。铁路沙害的形成主要是路基迎风侧气流由于遇阻抬升和集流加速,对路肩和路基中上部产生风蚀;随着气流加速抬升,底层砂粒以跌落沉降的方式堆积在路基迎风坡坡脚,造成路基沙埋;当气流越过路基,在背风侧由于减速沉降和涡旋运动,风沙流处于过饱和状态,将所携带的大量砂粒堆积在背风坡。     

策勒绿洲-荒漠过渡带风沙前沿近地面不同方向的输沙特征

利用策勒绿洲-荒漠过渡带风沙前沿输沙资料及风速风向资料,分析这一区域近地面输沙的方向分布特征。结果表明：①风沙前沿起沙风风向以W、WNW为主,风向变化比较单一;②观测点输沙量集中于NW、WNW、W、SW、WSW 5个方位,合计占总输沙量的68.3%;0～40 cm高度年输沙量为96.0 kg,年合成输沙量为45.9 kg,合成输沙方向为102.5°;③观测点年输沙势为43.2 VU,年合成输沙势为31.04 VU,输沙势的方向分布与实测输沙量存在较大差异。     

鄂尔多斯盆地风沙滩区凝结水形成机理的实验研究

利用自制的笼屉式蒸渗仪,在鄂尔多斯盆地包气带水盐运移原位试验场开展凝结水实验研究。以凝结水试验观测数据为基础,讨论鄂尔多斯盆地包气带中水汽运移过程和凝结水形成过程。结果表明:一天中水汽运移有水汽从大气运移至包气带、水汽从包气带运移至大气、水汽向地面聚集和水汽从地面向大气和包气带扩散4个过程;鄂尔多斯风沙滩区0～10 cm土层中都有凝结水,但凝结量主要集中在地表2 cm,凝结水最大量的形成深度在7～9 cm。并初步探讨了凝结水的形成机理。     

柴达木盆地末次盛冰期与全新世大暖期风沙活动的对比研究

以1:500000地质图为基础,利用Map GIS对柴达木盆地进行数字化.根据Google Earth的卫星图和Google Maps的地形图,结合野外考察,进行柴达木盆地现代沙漠范围的勾画.从数字化的地质图中提取盆地内全新统(Qh)和上更新统(Q3)的风成堆积层,结合已有文献资料,绘制出全新世大暖期和末次盛冰期盆地内沙漠的分布图.特征时期沙漠分布图显示,全薪世大暖期盆地内沙漠范围大大收缩,比现代沙漠范围小,对暖湿的气候有着很好的响应;末次盛冰期盆地内沙漠范围迅速扩张,比现代沙漠范围大,对干冷的气候有着很好的响应.     

南疆铁路风沙流结构特征研究

通过对南疆铁路戈壁风沙流进行现场观测研究,提出了关于风沙流密度的计算方法,将大风所携沙粒定量化,解决了风沙运动研究中如何利用现场定时观测研究风沙流动态变化的技术难题.根据现场实测资料分析,揭示了南疆铁路风沙流密度随高度和风速的变化关系.从中可以看出,风沙流密度随高度变化显现斜"L"形,以3m高为分界点;而相对的风沙流密...     

河岸沙丘粒度分布特征

沙丘沉积物粒度特征分析是研究风沙地貌过程的主要内容之一。通过野外实地考察与测量,并沿盛行风向对西辽河平原西部响水河两岸的河岸沙丘进行样品采集,经室内激光粒度仪测试,研究河岸沙丘的粒度分布规律。结果表明:1响水河东岸沙丘粒径粗于西岸沙丘。东岸沙丘由迎风坡脚到背风坡中下部粒径总体变细,从两侧坡脚到丘顶分选性逐渐变好。西岸沙丘由两侧坡脚到丘顶粒径变细,偏度趋于正偏,分选均较好。河流砂最细,其平均粒径总体细于东、西岸沙丘砂,分选性好于东岸沙丘,差于西岸沙丘。2东岸沙丘受河流与风力作用可以从较深地层获取沙源,西岸沙丘主要受风力作用从较浅地层获得沙源。