高立式尼龙网沙障防风阻沙特征及其合理配置

高立式沙障在线性工程风沙灾害防护中被广泛应用,布置模式直接影响工程防风阻沙效率和成本效益。在乌兰布和沙漠穿沙公路迎风侧,选择上疏下密式尼龙阻沙网分别设计4种高度单行、4种高度3种间距双行沙障来模拟风沙灾害防治观测场,使用阶梯式集沙仪与HOBO风速采集仪对不同风速下防风阻沙效率参数进行观测。结果表明:(1)低风速(12 m·s-1)背景下,高立式尼龙阻沙网沙障障后有效防护距离单行为3H(相同沙障高度的距离)以内,双行为12H。(2)单行高立式尼龙阻沙网沙障的障后3H沙障截留率平均为85.14%,障后5H平均为91.23%;双行障后3H平均为93.53%。(3)在中低风能地区线性工程防护中配置尼龙阻沙网时,不建议使用0.6 m及以下高度沙障;8 m·s~(-1)风速及以下可配置1 m高度单行尼龙阻沙网沙障;8～12 m·s~(-1)风速可配置间距8H、高度0.8～1.0 m双行尼龙阻沙网;在大风速区(12 m·s~(-1))选择拓宽间距至10H、高度1.2 m尼龙网沙障多条带复式配置。此模式可优化治沙工程设计,完善线路工程沙害防治体系。     

两条尼龙阻沙网不同组合间距的积沙量对比分析

在塔克拉玛干沙漠腹地垄间平沙地布设了两条尼龙阻沙网4种水平组合间距(2H、5H、10H、15H,H为阻沙网间距)的防沙实验,分析两条尼龙阻沙网的积沙量大小和空间分布,及其与阻沙网组合间距的关系。实验结果表明:1阻沙网积沙量与组合间距呈弱线性负相关,其中2H和5H积沙量最大,但两者差异不大,10H最小,15H居中,与常规认识不同。2不同组合模式的积沙量空间分配格局也明显不同,2H主要堆积在下风侧,而5H、10H、15H则均位于网间和下风侧,上风侧和下风侧积沙量与组合间距呈线性负相关,而网间积沙量与组合间距呈线性正相关。3两条尼龙阻沙网积沙量及其空间分布差异主要与特殊的近地表流场结构有关,但其分异机制还需要深入研究。     

高立式沙障不同叠加模式的阻沙量对比分析

为了解决尼龙阻沙网在沙埋情况下的防风阻沙,采用不同叠加模式的尼龙阻沙网进行防护。设置3种高立式沙障叠加模式方案,叠加位置分别位于迎风坡、阻沙网、背风坡,迎风坡与背风坡叠加的尼龙阻沙网与原有阻沙障距离和长度均相同,叠加的阻沙网高度为沙埋原有阻沙障的一半,且叠加的尼龙阻沙网需高出原有尼龙阻沙障。选择高1.2 m的沙埋阻沙障进行叠加,迎风与背风坡叠加的位置距原有阻沙障水平距离约45 cm。通过野外观测发现：① 不同叠加模式的高立式沙障阻沙量不同,即阻沙网＞迎风坡＞背风坡;② 3种不同叠加模式的积沙量都随着阻沙网的不断叠加而增加,且增加的阻沙量越来越大;③ 随着阻沙网的不断叠加,3种不同叠加模式的单位阻沙成本不断变化。迎风坡与阻沙网模式的单位阻沙成本不断降低,最后趋于平稳;背风坡模式有所不同,其单位阻沙成本先有所增加,然后再下降,最终趋于平稳。阻沙成本为：阻沙网<迎风坡<背风坡。     

库布齐沙漠机械防沙措施的防护效益

在库布齐沙漠风沙防治试验场,开展了机械防沙措施的防护效益观测。结果表明:防风效益、阻沙效益和表土含水率等随沙障材料、规模和结构发生变化。1 1 m×1 m植物纤维网沙障和高密度聚乙烯(HDPE)网沙障风速降低比(K值)分别为58.5%和55.7%,均高于同规格的沙柳沙障的18.3%,说明同一规格下植物纤维网防风效果要优于其他材料;2 1 m×1 m植物纤维网沙障和1 m×1 m HDPE沙障的K值均小于相同材料8 m×8 m沙障的K值,说明小规格低立式沙障防风效应,低于相同材料较大规格高立式沙障;3月积沙量数据分析表明,阻沙栅栏能有效减小积沙量,而固沙沙障内积沙量受风向和局部地形影响较大;4不同材料与不同规格沙障内的表土含水率均高于对照区裸沙地,说明防沙措施对保持土壤水分也起到了一定作用。     

典型株型沙生灌丛对风沙流场影响的数值模拟

研究典型株型沙生灌丛周围的流场分布,旨在为干旱、半干旱地区合理选择不同株型的防风沙植被提供理论依据。本文利用FLUENT软件对3类典型株型（坛形、梭形、帚形）灌丛周围的流场进行数值模拟,分析不同植株形态对风沙流的影响,并加以风洞试验验证,结果表明：（1）3类株型周围流场可分为5个区,且株后均存在3个涡流。受涡流强度的影响,在积沙初始阶段,梭形、帚形植株主要在株后6～7 H处积沙,而坛形植株在3 H附近积沙。（2）受植株最大侧影面积高度层的影响,3类株型灌丛株后1 H处的风速极小值依次出现在0.3 m、0.4 m、0.8 m高度处,最优防护高度依次为0.2～0.4 m、0.3～0.6 m、0.8～1 m。3类株型株后的空气动力学粗糙度逐渐减小,且坛形的粗糙度明显高于其他株型。（3）3类株型在-2～10 H范围内均可有效降低风速,株后近地表区防风效益表现为坛形>梭形>帚形,而中高空区防风效益均随株距增加而减小。（4）在T=10 s时,3类植株周围总积沙长度分别为8.5 H、6H、4.5 H,梭梭、沙拐枣分别在距入口5～5.5 m、4.5～6 m处存在不同程度的风蚀现象。对比其他...     

巨菌草留茬沙障防风固沙效益及其适宜模式研究

基于对乌兰布和沙漠刘拐沙头黄河沿岸相近株距(10~15 cm)、不同行距(1 m,2 m)、不同留茬高度(10cm,30 cm)巨菌草的防风阻沙试验的观测数据分析。结果表明:(1)巨菌草留茬沙障的防风固沙效益与沙障的高度和行距有直接关系,高度一定,行数越多,带距越小,防护效果越好,但所需材料增加。(2)巨菌草留茬沙障内输沙量主要集中在地表15 cm以下,近地表0~5 cm处沙障对风沙流的阻碍能力较强。沙障行距为1 m、2 m时,高10 cm的沙障分别经9带、12带后风速降至起沙风速以下;高30 cm的沙障对风的阻碍能力增强,分别经7带、9带后地表无流沙运动。(3)沙障的设置应在保证高效的前提下降低成本。行距2 m、高30 cm的巨菌草留茬沙障,气流经过9个条带(18 m宽)后,风速可降至起沙风速以下,此设置模式宜在干旱地区推广。     

黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块状植被区积沙量的空间异质性分析

基于2012-2013年黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块状植被区的野外观测资料,并结合临泽内陆河流域综合野外气象观测站资料,利用空间异质性方法对积沙量进行分析.分析结果表明:1)2012年和2013年各月积沙量均存在着明显的空间异质性,2012年各月(除8月外)的积沙量变异主要为随机变异(83.00％-93.04％),起沙风速、起沙风频率的增加或RDP/DP的减小,有利于积沙量的增加,而降雨及降雨过程对积沙量具有消减作用;2012年8月2013年各月的积沙量变异为结构性变异(88.38％-94.85％),变异主要受到表层土壤干湿状况,植被分布和走向、微地形变化的影响.2)2012年和2013年积沙量分布各有特点,2012年积沙量空间分布呈片状分布,从西北向东南递减;而2013年各月积沙量呈带状分布,临近样地中央的两条样带积沙量较高,与植被和微地形走向较为一致.3)积沙量的变异类型与模型类型具有一致性,2012年各月(除8月外)变异类型为随机变异,变异模型为Linear型;2012年8月2013年各月变异类型为结构性变异,变异模型为Exponential型.这种一致性与积沙过程相关,尤其与风蚀积沙的积累效应(经数月的风沙物质积累,在春季得到放大)有关.     

固沙网沙障积沙凹曲面特征及其固沙效益分析

在塔克拉玛干沙漠垄间平沙地布设了3种固沙网沙障试验,6个风季后对沙障内积沙和破损状况进行了测量和调查.结果表明:在地形平坦、主风向明显的区域,这3种布设模式的固沙网沙障均发挥了良好的固沙效益,在沙障内发育了积沙凹曲面,凹曲面的纵横断面基本呈光滑的抛物线形,积沙厚度和水平距离符合二次函数,蚀积系数k均小于1/12,k值1 m×1 m＞2 m×2 m＞2 m间距行列式;3种固沙网沙障的固沙能力1 m×1 m＞2 m×2 m＞2 m间距行列式,固沙成本2m间距行列式＜2m×2m＜1 m×1 m,破损率2m×2m＞ m×1 m＞2m间距行列式.研究结果可为固沙网沙障在防沙工程中的应用提供科学参考.     

吸沙式挡沙墙设计及防护效益分析

为了解决沙粒掩埋挡沙墙造成挡沙墙防护效果降低,文中基于k-ε湍流模型的RANS方法和多孔介质模型对不同参数的吸沙式挡沙墙进行数值模拟计算,并采用风洞试验验证文中所选湍流模型和网格划分策略的正确性。研究结果表明：风沙流经过挡沙墙会形成速度分区,分别为墙前减速区、墙后墙体结构导致的局部加速区、墙体正上方加速区、墙后涡流区以及恢复区。随着挡沙墙孔隙率减小,背风侧有效遮蔽区域越大,背风侧积沙位置离墙体越近,吸沙式挡沙墙的最优孔隙率在25%～35%,考虑到制造工艺,孔隙率选35%为宜;文中所设计挡沙墙的吸沙功能良好,吸沙量的大小正相关于孔隙率和来流风速;吸沙式挡沙墙周围的水平风速随高度增加逐渐从“U”型转变为“V”型分布,风速廓线在垂直方向上呈现倒“S”形分布。当风速一定时,有效防护距离随着挡沙墙高度的增加而增大,积沙范围增大;当高度一定时,积沙位置随着来流风速的增大逐渐向下风向转移。挡沙墙高度越高,承受的风压越大,工程造价上升,从防护距离和工程造价两方面考虑,四块挡沙板是吸沙式挡沙墙最合理阻沙高度。     

尼龙网方格沙障防风效应复变规律

方格沙障的布设参数直接影响防风效应的复变作用,定量表达其复变规律,对于沙障配置模式的确定具有重要意义。在乌兰布和沙漠机械整平的风沙观测场,铺设9种不同高度、规格的尼龙网方格沙障,观测其在不同风速背景下的风速流场特征,揭示方格沙障防风效应的复变规律。结果表明:尼龙网方格沙障防风效应复合变化受不同指示风速下,沙障高度与规格共同的影响。沙障内部0. 1 m高度的风速随防护宽度的增加呈对数函数递减,指示风速增大1 m·s~(-1),风速衰减率增加0. 07倍;沙障高度增大0. 1 m,风速衰减率增加0. 20倍;方格边长增大1 m,风速衰减率减小0. 07倍。观测的9种规格方格沙障,30 cm高度1 m×1 m规格沙障复变作用最强,15 cm高度2 m×2 m规格沙障复变作用最弱。该结果可为确定沙障合理防护宽度、节约沙障铺设成本、优化沙障布设技术提供基础数据和理论支撑。     

机械沙障抗拉力学特性研究——以临策铁路沿线高立式和平铺式沙障为例

为揭示机械沙障抗拉力学特性,优选合适的阻沙固沙材料,利用TY8000系列伺服控制机对试验对象进行纵向拉伸试验.结果表明:当孔隙度为均一型(全疏型或全密型)时,不同材料沙障的试样宽度与抗拉力均呈幂函数正相关,与抗拉强度呈幂函数负相关,其抗拉力与伸长量变化曲线均为单峰曲线;当材料相同时,不同孔隙度沙障的试样宽度与抗拉力均呈...     

格状沙障内风速波动特征初步研究

通过对不同孔隙度格状沙障内风沙流中风速波动特征研究发现:风沙流中各高度层风速波动具有很好的相关性,其波动幅度随孔隙度的增加而减小;瞬时风速在时间序列上波动的均一性随不同高度间距离增加呈递减趋势;瞬时风速的波动性一方面受下垫面性质及外在环境条件的影响,另一方面与其所在高度层沙粒数量和运动状态有关.     

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.     

Wind tunnel test on the effect of metal net fences on sand flux in a Gobi Desert,China

The Lanzhou-Xinjiang High-speed Railway runs through an expansive windy area in a Gobi Desert, and sand-blocking fences were built to protect the railway from destruction by wind-blown sand. However, the shielding effect of the sand-blocking fence is below the expectation. In this study, effects of metal net fences with porosities of 0.5 and 0.7 were tested in a wind tunnel to determine the effectiveness of the employed two kinds of fences in reducing wind velocity and restraining wind-blown sand. Specifically, the horizontal wind velocities and sediment flux densities above the gravel surface were measured under different free-stream wind velocities for the following conditions: no fence at all, single fence with a porosity of 0.5, single fence with a porosity of 0.7, double fences with a porosity of 0.5, and double fences with a porosity of 0.7. Experimental results showed that the horizontal wind velocity was more significantly decreased by the fence with a porosity of 0.5, especially for the double fences. The horizontal wind velocity decreased approximately 65% at a distance of 3.25 m(i.e., 13 H, where H denotes the fence height) downwind the double fences, and no reverse flow or vortex was observed on the leeward side. The sediment flux density decreased exponentially with height above the gravel surface downwind in all tested fences. The reduction percentage of total sediment flux density was higher for the fence with a porosity of 0.5 than for the fence with a porosity of 0.7, especially for the double fences. Furthermore, the decreasing percentage of total sediment flux density decreased with increasing free-stream wind velocity. The results suggest that compared with metal net fence with a porosity of 0.7, the metal net fence with a porosity of 0.5 is more effective for controlling wind-blown sand in the expansive windy area where the Lanzhou-Xinjiang High-speed Railway runs through.     

塔里木沙漠公路防沙体系的防护效益

塔里木沙漠公路全长５２２ｋｍ,其中有四百余公里在塔克拉玛干沙漠中穿行,风沙危害十分严重。为了研究适合塔里木沙漠公路的防沙体系和防沙措施,从１９９１年起在塔里木水公路两公里试验路段开展了公路防沙试验研究,１９９４年我们对两公里试验路段防沙体系中的各种防沙措施的防护效益进行了调查分析。通过分析可知：ａ．塔里木沙漠公路尽管风沙害严重,如何采用的防护措施得当,建立起外围阻沙,固沙和边坡防护相结合的防沙体系     

巴丹吉林沙漠拐子湖地区贴地层风速廓线和风沙流结构特征

野外监测试验表明：自由风和风沙流廓线拟合虽都以Z=A·exp(-X/T)+Z₁形式分布,但在风沙流中拟合系数更高;风沙流结构中,在20 cm以下随着高度的增加,各高度的输沙率百分比、含沙浓度、运动颗粒能量都呈增大趋势;20 cm以上随高度增加,各高度输沙率百分比变小,输沙率占总输沙率的51%左右,含沙量主要集中在离地面20 cm以内;风沙流在垂直方向上,高度与含沙平均粒径呈负相关,风速与含沙平均粒径变化呈正相关。这些结论对拐子湖地区防风治沙有重要的指导意义。     

民勤沙区沙尘暴的分布特征及前期特征研究

民勤沙区 1 998年以来发生的 44次沙尘暴的观测研究结果表明 :( 1 )在民勤沙区每年春季 4月份是一年当中沙尘暴发生的高峰期 ,下午 1 4时左右和 1 8时左右是在一天当中沙尘暴发生的两个高峰时段 ;沙尘暴持续时间多在 2 h之内 ,最长的超过 6h;能见度 <50 0 m和≥50 0 m的各占一半 ,持续时间长则能见度小 ;沙尘暴的最大风向以 NW和 WNW占绝大多数 ;沙尘暴最大风的风速多在 2 0 m/ s以上 ,最大 2 5.2 m/ s。 ( 2 )沙尘暴的发生存在着一个或长或短的发育过程。在民勤沙区 ,沙尘暴发生前期在气温、气压、风速、风向等气象因子方面表现出明显的预兆 ,根据这些前期气象因子方面的异常特征就可以对沙尘暴进行预测、预报和预防。( 3 )在民勤沙区冬季 1 2～ 1月份的沙尘暴不仅持续时间较短 ,而且在前期气象因子方面与其他季节的沙尘暴有明显不同。 ( 4)沙漠地区主要天气现象的前期特征比较明显 ,但其表现过程比较短促。因此 ,根据沙尘暴前期气象因子的异常特征只适合对沙尘暴的发生时间、能见度和持续时间等进行短期预测