格库铁路桥路过渡段风沙流场数值模拟

[目的]为了探究桥梁与路基(桥路)过渡段和路基附近流场、水平风速和积沙特征的分布规律,揭示桥路过渡段沙害形成机理.[方法]通过数值模拟的技术手段对不同来流风速下桥路过渡段和路基附近的流场变化和积沙特征进行研究,并将数值模拟的积沙分布情况与现场实际积沙情况对比,验证数值模拟结果的准确性.[结果]当风沙流运动到桥路过渡段时...     

硬质地HDPE沙障防风效益的风洞试验

目的研究硬质地HDPE网沙障防风效能。方法按照1:10的比例制作不同高度（1、2和3 cm）、不同边长（10、15和20 cm）、不同孔隙度（0.5和0.6）的硬质地HDPE网沙障模型，通过布设测点模拟出不同配置模式下沙障网格纵截面流场图及风速稳定后沙障网格内水平流场图，并运用地统计学的方法进行空间自相关分析。结果空间自相关分析中18种不同配置模式的沙障有16种符合高斯模型，2种符合球状模型，且所有模型R2均高于0.97，空间相关度小于25%，变程大于测点间距，表明不同沙障网格都具有强烈的空间自相关性，且测点间距合理。气流在通过沙障时可顺畅的从沙障孔隙中穿过，不会造成气流的抬升加速作用，因此障后近地表及沙障上方的风速均低于相同高度处的对照风速。硬质地HDPE沙障防风效能在本研究设置的变量梯度范围内与高度呈正相关关系，与边长和孔隙度呈负相关关系，高度和孔隙度对防风效能的影响较大。结论硬质地HDPE材料性质稳定，不会产生塑性变形，抗老化能力强，且防风效果较好，应用前景较好。      

不同类型麦草沙障在治理流动风沙中的作用对比试验

在流动风沙区设置麦草沙障,是一种速效、简捷的固沙措施,选择具有代表性的风沙危害地带,进行不同类型麦草沙障的对比试验,力求找到自然条件相近风沙区的麦草沙障类型,以达到治理风沙的目的。     

风沙环境下防风挡沙墙复变作用规律的风洞模拟

【目的】风沙防护是干旱环境下人类基础设施建设和维护的关键工程问题之一,为探明不透风防风阻沙措施风沙运移的变化规律,筛选特殊风沙区域防护体系构建合适设置参数。【方法】采用风洞模拟对不同风向夹角条件下防风挡沙墙的气流速度场、风沙流结构以及沙粒阻截率/输导率的变化规律进行研究。【结果】(1)迎风侧模型4倍障高处始终为气流急剧变化的拐点,且不随着指示风速的变化而变化;当指示风速小于10 m/s,背风侧弱风区或静风区的范围随着指示风速的增大而增大,大于12 m/s则呈相反规律;同一指示风速作用下,随风向夹角的增大有效防护范围逐渐增加。(2)迎风侧积沙主要集中于近地表0～10 cm,平均占总输沙量的85.31%;45°、60°、75°与90°4种风向夹角条件下背风侧输沙量主要集中在20～30 cm高度范围内,分别占总输沙量的71.25%、88.75%、85.25%、86.00%。(3)背风侧0～10 cm高度层沙粒截留随指示风速的增加而增加,75°夹角时最大,平均为95.64%;10～30 cm高度层沙粒输导随着指示风速的增加有增大趋势,45°夹角时最大,平均为81.09%。【结论】指示风速的变化...     

策勒绿洲—沙漠过渡带风沙前沿风沙流结构研究

通过对2010年5—11月策勒绿洲—沙漠过渡带流沙前沿50 cm高积沙方口和全方位跃移及全方位蠕移、BNSE集沙系统13个阶段积沙数据进行分析,结合大气象站2 m高同步积沙阶段的平均风速进行分析对比,发现策勒流沙前沿方口积沙仪各高度积沙量随高度分布大部分符合对数、指数和多项式函数分布规律,且拟合程度较好,10 cm和30 cm高度范围的积沙量占总输沙量的百分比分别在23.43%～50.40%和64.30%～83.13%,且分别多集中在40%～50%和80%左右。随着每阶段大于起沙风的平均风速的增大或减小,各积沙仪总输沙率也会总体上呈现相应的增大或减小,二者大致呈正相关关系,积沙仪不同高度不同阶段输沙量的变化除了与风速、地形有很大关系外,通过研究发现每次积沙阶段大于10 mm以上的较大的降雨量将会对积沙仪输沙量和风沙流结构产生一定影响。     

民勤绿洲外围不同下垫面条件下风沙流流量的观测

对民勤绿洲外围特定环境背景条件下无盖度流动沙丘、白刺平坦砾质沙地、白刺沙包、梭梭林地、麦草沙障、尼龙网沙障以及粘土沙障的风沙流流量进行了实地观测和对比研究.结果表明.无盖度流动沙丘扣白刺平坦砾质沙地上风速(v)与0～50 cm输沙率Q(g·cm-1·min-1)之间的数学关系曲线都遵循幂函数曲线(p=avb),它们的风沙流总流量分布均为沙丘顶部>沙丘中部>沙丘底部;白刺沙包从全年度风沙流总流量来看:Q 背风坡底部>Q 迎风坡底部>Q 顶部,且白刺沙包上白刺的盖度对风沙流流量影响显著;从防风固沙的效果来看,尼龙网沙障的防沙能力最好,麦草沙障次之,粘土沙障最弱;在梭梭林地上,随着疏透度的增大.风沙流流量成多项式0=1 992L2-6 522.7L+5 914.3(R2=0.976 7)或指数函数Q=412.38e0.7877L(R2=0.912 7)递增;从测定的全年度风沙流总流量看,无盖度流动沙丘>白刺平坦砾质沙地>梭梭林>白刺包>粘土沙障.     

高立式沙柳沙障防风阻沙效益的研究

本文以库布齐沙漠穿沙公路和神东公司巴图塔沙柳基地为试验区,对高立式沙柳沙障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(8.8)软件作出高立式沙柳沙障体系内外的风速流场图,并运用粗糙度(Z0)为物理参数对沙柳沙障的防风效益和阻沙作用进行了系统的研究分析。结果表明:复式带状高立式沙柳沙障体系内外风速变化较明显,2m高风速呈现出在防沙体系的带前增强,带内平缓,带后减弱的趋势,而0.5m高度的风速在防沙体系内更趋向于平缓而稳定的变化;障前4H~10H范围内下垫面粗糙度变化不大,障间粗糙度明显增大,障后3H~4H处的粗糙度比障间粗糙度降低了72%;当旷野风速大于起沙风速时,复式带状沙柳沙障防护体系内外,风速比(V2m/V0.5m)与输沙量的关系呈对数函数;无高立式沙柳沙障存在时,风沙流甚至直接威胁路面,沙丘移动具有前进、后退、又前进,随风向的变化往复式移动的特点。     

风场及光伏电场配置对阵列风沙结构影响的模拟分析

以对比分析不同风场及电站配置模式下光伏阵列对风沙输移的影响差异为研究目的,通过风洞模拟实验对不同风速、风向、电站阵列行距及是否布设麦草沙障时阵列在0~50 cm内的输沙情况进行分析,并对风沙流结构进行了探讨。结果表明:1)在0~50 cm高度范围内,阵列模型的输沙率与风速大小呈正比,与集沙高度呈反比,3个试验风速下输沙率均以多项式拟合关系最佳;2)当风向为南风时阵列输沙率及其风沙流结构特征值(λ)最高,南风(180°)、东北风(45°)、西北风(315°)的输沙最佳拟合函数分别为多项式函数、对数函数和指数函数;3)当阵列行距为20 cm时(以野外电场为原型等比例缩小值)阵列输沙率最高;4)当阵列前端布设麦草沙障后阵列风沙流结构特征值(λ)为1.75,即此时风沙流呈不饱和状态,具有挟沙能力。      

低立式格状土工沙障固沙效果研究

通过在鸟兰布和沙漠东南缘,测定规格为1m×1m、孔隙度为15%、25%、35%的格状土工沙障的输沙量、降低风速比率和障内地表蚀积3个指标,综合分析土工沙障的固沙效果.结果表明,与对照相比,孔隙度为15%、25%、35%土工沙障内近地表0cm-10cm的相对含沙量分别降低14.99%、9.O%、14.5%;15%与25%、25%与35%孔隙度的土工沙障防风效应存在极显著差异,15%与35%的防风效应不显著;就防风效应而言,25%孔隙度沙障的防风效应最好,其次为15%,35%孔隙度沙障的防风效应最差;15%和35%孔隙度的沙障固沙稳定性存在显著差异,25%和35%孔隙度的固沙稳定性差异极显著,孔隙度25%和15%的土工沙障固沙稳定性差异不显著,25%与15%孔隙度的土工沙障固沙稳定性较35%的强.     

秋冬季西柳沟孔兑中游下垫面特征及风沙入黄贡献率

十大孔兑中游横穿库布齐沙漠,是黄河流域典型生态脆弱区,也是黄河上游风沙入黄主要源区,只有掌握区域风沙活动特征,采取科学防沙治沙措施,才能更好协调黄河水沙关系,保障黄河安澜。本研究以十大孔兑中的西柳沟孔兑风沙区为研究对象,利用积沙槽、集沙仪结合HOBO风速仪,结合生态学理论,分析该地区不同下垫面特征及风沙入黄贡献率,为流域保护与治理提供参考依据。结果表明：西柳沟孔兑风沙区下垫面划分为流动沙地、半固定沙地和固定沙地,流动沙地河床面积、长度和宽度均高于固定和半固定沙地;低温期,不同类型下垫面运动沙粒粒径集中于0.15～0.50mm,河道采砂行为增加了细沙粒风蚀量;秋冬季节不同下垫面风蚀沙粒粒径主要集中在0.15～0.50mm,秋季孔兑输沙量是冬季的2倍,流动沙地、半固定沙地和固定沙地风沙入黄贡献率分别为55%、33%和12%。     

青藏铁路措那湖沿岸防风固沙工程效益

青藏铁路格拉段北起青海省格尔木,基本沿青藏公路南行抵至拉萨市,线路全长1140km。铁路沿线遭受轻度以上风力侵蚀的线路长约260km,风蚀严重影响着铁路的安全运营。以西藏安多县境内措那湖沿岸布设的以高立式沙障、石方格沙障、碎石压沙措施相结合的综合防风固沙体系为研究对象,对其降低风速和输沙量的特征进行了研究。结果表明:位于风沙流活动前沿的高立式沙障具有显著的降低输沙率和风速的功效,和对照区相比,第1、2,第2、3排高立式沙障中间的输沙率分别降低了72.00%和99.30%;障后的风速降幅也较大,第1排沙障后降低风速的范围为35.54%～92.82%,第2排沙障后降低风速的范围为8.66%～92.98%,第3排沙障后降低风速的范围为26.84%～90.13%。高立式沙障障后不同距离的石方格和碎石压沙防护区的输沙率降幅更大,在距离第3排高立式沙障50和150m处石方格沙障区,其输沙率分别是0.59%和0.24%。距离第3排高立式沙障100和200m处的碎石压沙区,其输沙率分别是0.53%和0.25%。     

作物残茬覆盖农田地表风沙流分布规律

利用移动式风蚀风洞对秋翻地和作物残茬覆盖农田进行原位测试,探讨作物残茬覆盖农田地表风沙流的分布规律.结果表明:作物残茬覆盖农田地表的单位面积输沙量随风速与距地表高度的增加而明显增大,残茬盖度越大,输沙量越小;风沙流的活动主要集中在直立残茬高度范围内,在距地表300mm高度内的输沙量占输沙总量的86％以上;在高风速下65％以上盖度的残茬覆盖农田,具有更佳的风沙流截留效果.     

以作物残茬为生物篱在裸露农田营建防风带技术的研究

根据农田防护林等生物篱网防治农田风蚀的原理,把作物残茬作为生物篱间隔插入马铃薯裸露农田,形成以残茬为生物篱的农田防护篱网,可以解决北方旱作马铃薯生产基地农田严重风蚀问题,核心技术是利用残茬把连片的裸露农田间隔分成宽7.2m以下的带田,形成留茬带与裸露带间作的农田,不仅使留茬带的风蚀量降低80%以上,其裸露带的风蚀量也降低50%以上,取得防治马铃薯裸露农田的风蚀沙化,保护和提高耕地质量的实效。总结提出在北方旱作区采用麦类/油菜等条播作物留茬与马铃薯等根茎类作物间作轮作营建裸露农田防风篱网的保护性耕作技术。     

基于风洞平台实验的内浮顶罐油气泄漏扩散数值模拟

研究内浮顶罐油气泄漏扩散规律,对于加强环境污染控制、保障罐区安全具有重要意义。建立风洞实验平台,测试小型内浮顶罐风速及浮盘位置对蒸发损耗速率的影响,并考察了风场、浓度场分布规律。基于CFD数值模拟,使用UDF导入环境风,建立了内浮顶罐油气泄漏扩散的数值模型,并通过风洞实验数据验证其模拟的可行性。重点讨论了内浮顶罐外风场及风压分布规律、风速对内浮顶罐油气流场分布及油气扩散浓度的影响。结果表明:浮盘位置越低、风速越大,蒸发速率越快;罐壁的静压力分布规律为迎风侧最大、背风侧居中、罐两侧最小;不同风速下,罐内油气分布整体呈现对称状态;风速越小,油气质量浓度越高,浮盘缝隙处的油气质量浓度最高,并存在安全和环境污染隐患。研究成果对于内浮顶罐设计及运行维护、环保安全管理具有参考价值。     

毛乌素沙地樟子松人工林土壤物理性质的时空变异规律

以毛乌素沙地榆林沙区樟子松人工林土壤为研究对象,分析不同林龄樟子松人工林土壤质量含水量、土壤体积质量、孔隙度时空变异规律。结果表明,土壤质量含水量在流沙地为丘间地>迎风坡>背风坡>丘顶,在樟子松人工林为丘间地>背风坡>迎风坡>丘顶,并随土层深度增加而增加,0～5cm土层质量含水量樟子松人工林高于流沙地,5～25cm和25～50cm土层低于流沙地。土壤体积质量在流沙地为丘顶>迎风坡>背风坡>丘间地,在樟子松人工林为丘顶>中部(迎风坡、背风坡)>丘间地,随土层深度增加而增加,且樟子松人工林对应各层土壤体积质量均小于流沙地。毛管孔隙度均为丘间地>中部(迎风坡、背风坡)>丘顶,土壤孔隙度(总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度)随土层深度增加而降低,樟子松人工林对应各层土壤孔隙度均大于流沙地。随樟子松林龄增加,质量含水量和孔隙度分别增加1.32%～21.82%、2.88%～12.00%,土壤体积质量降低1.16%～7.12%。统计分析表明,所测指标总体上存在显著差异。     

新型生物可降解PLA沙障与传统草方格沙障防风效益

为了解新型材料生物可降解聚乳酸纤维(PLA)沙障防风效益,通过测定PLA沙障样地内不同高度风速,分别研究1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m规格PLA沙障防风效能、地表粗糙度与风速廓线特征,同时以相同坡位同种规格的传统半隐蔽式麦草沙障样地和流动沙丘为对照,对比研究了PLA沙障与传统麦草沙障的防风效益。结果表明,新型生物可降解PLA沙障防风效能显著大于麦草沙障,2种类型沙障最大差值可达10.3%,2种材料沙障不同规格防护效果为1 m×1 m规格较其他2种规格更好;2种材料沙障增加地表粗糙度表现为PLA沙障麦草沙障流动沙丘,且均随规格增大呈逐渐下降趋势,在相同地形条件下,PLA沙障地表粗糙度均值为麦草沙障的1.4倍;2种材料沙障在迎风坡坡底、坡中、坡顶及背风坡4种地形下地表粗糙度差异不明显,其地表粗糙度均值为0.7 cm;1 m×1 m规格的PLA方格沙障和麦草沙障内的风速廓线曲线呈现“S”型曲线特征,而在2 m×2 m和3 m×3 m规格的2种材料沙障内,风速廓线与对照裸沙丘相似,其风速廓线均呈指数函数分布。随着沙障规格的增大,降低风速作用减弱,其风速廓线逐渐由“S”型趋向于指数函数曲线。