沙漠腹地公路高立式沙障防风阻沙性能研究

通过沙漠腹地现场实测和Fluent软件数值模拟对沙漠腹地公路高立式沙障防风阻沙性能进行研究。采用Fluent软件建立沙障和路基数值模型,基于欧拉双流体模型和多孔介质理论对高立式沙障和路基周围风沙流的运动进行数值模拟。采用三维超声风速仪测量高立式沙障周围气流速度,为数值模拟结果提供验证。通过数值模拟分析不同沙障高度和沙障数量下风沙流的运动规律,确定沙障高度和数量对高立式沙障防风固沙效果的影响。研究结果表明:气流在沙障迎风侧前方区域减速,沙障周围气流速度快速下降导致气流的携沙运动能力减弱,沙粒在沙障周围沉积。在沙障防护下,路基周围风速降低,路基的风蚀风积危害得到缓解。随着沙障的排数或沙障高度的增加,路基沿程的风速逐渐降低。3排及其以上沙障可以较好地阻挡风沙流的运动。5排沙障防护下,路基的迎风侧坡脚离地高度0.5 m处水平风速从11.05 m/s下降至5.37 m/s,风速的降低率达54.13%。在2.0 m沙障的防护下,路基的迎风坡和背风坡的路肩水平风速比1.5 m沙障的相应值低3~5 m/s,降低率最高达61.79%。

羽翼袋沙障的防风阻沙效果与成本效益分析

羽翼袋沙障是一种新型沙障,可增大风沙阻力,减弱风速,达到底袋固沙、羽翼消风的作用,提高了防风固沙效果。通过与传统沙袋沙障对气流速度、风沙流结构及相对阻沙能力的影响比较,分析了羽翼袋沙障的防风固沙效果,为防沙治沙筛选新材料提供依据。研究结果表明:3种风速下,羽翼袋沙障有效防护范围较沙袋沙障增大3.99~7.50倍,减弱风速效能提高10.50%~21.23%;沙袋沙障各点位输沙量均大于羽翼袋沙障,各高度阻沙能力系数反之,羽翼袋沙障相对阻沙能力较沙袋沙障增加1.19~1.36倍。

格库铁路芦苇把阻沙栅栏风沙防护参数优化设计

风沙危害防治是格库铁路安全运营亟须解决的关键问题。南疆地区盛产芦苇,是区域廉价、环保的防沙材料。本研究对芦苇把阻沙栅栏的最佳孔隙度、抗风性能和排间距等防护参数进行了风洞实验研究,并对其阻沙效益进行了实地监测,旨在为芦苇把阻沙栅栏优化设计提供科学依据。风洞实验结果表明,当芦苇把直径为5 cm、把间距为3 cm(孔隙度为37.5%)时,栅栏防护效果较好,阻沙效率在90%以上,且具有较强的抗风性能;当多排芦苇把阻沙栅栏排间距设置为10~15 H时,风沙防护效果较好。实地监测结果得出,2道37.5%孔隙度芦苇把阻沙栅栏阻沙效率达98.9%,障后14 H处仍具有阻沙作用,验证了风洞实验结果10~15 H排间距的正确性。芦苇把阻沙阻沙栅栏适宜在格库铁路风沙防治中推广应用。

提升式阻沙堤的研究与沙害治理

以工程治沙为例 ,介绍了新型阻沙结构的研制和应用 ,对同类型的沙害治理提供了理论依据和借鉴 .

栅栏阻沙机理的数值模拟研究

采用欧拉–拉格朗日方法,数值计算0、40%两种疏透度栅栏周围的气流场和沙粒运动轨迹,对栅栏的阻沙机理进行了更全面的分析。结果表明,对来流风速实现大幅衰减并形成较大区域的低风速区,和确保沙粒运动轨迹流经低风速区是栅栏具有良好阻沙性能的两个必须条件,对进一步理解栅栏防护的动力机制具有参考意义。

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。

绿洲-沙漠过渡带骆驼刺群落的防风阻沙作用

以塔克拉玛干沙漠南缘的策勒绿洲——沙漠过渡带为研究区,从防风阻沙的角度研究该区域主要植物群落-骆驼刺群落的生态学特性,并分别对骆驼刺样地和裸沙样地进行梯度风速和多向输沙的同步对比观测,结合输沙势的季节和方向分布,确定骆驼刺群落的防风阻沙作用。结果表明,多年生木质化草本植物骆驼刺在4月上旬萌发,5～7月为生长旺季,8月以后生长缓慢,以木质化过程为主。4～6月为该区域的强风盛行期,活体骆驼刺植被的盖度并不能有效防止风蚀,但头年生长的骆驼刺地上部分干枯死亡后仍处于直立状态,在翌年风季来临时有效发挥防风阻沙作用。与裸沙地相比,覆盖度在30%左右的骆驼刺样地风速可降低26%～67%,对应的地表输沙通量也仅为裸沙地表的15%。根据实测输沙量与风能的关系推断,如果没有骆驼刺植物的保护,每年从策勒绿洲西部风沙前沿进入绿洲内的单宽输沙量可达到170.24 t.km-1.a-1,而骆驼刺地表单宽输沙量仅为26.43 t.km-1.a-1,可见骆驼刺群落具有极好的阻沙效果。

北京市永定河沙地人工植被防风阻沙效益分析

通过对北京市永定河沙地三种人工植被 (梨园、林带、片林 )不同部位的风速、积沙量及其积沙形态特征进行观测与分析 ,比较了不同人工植被防风效益与阻沙效益的差异 .研究结果表明 ,在迎风面 1～ 1 0H范围内片林的防风效能最大 ,为 2 2 % ;在林内距迎风面 1～ 7H范围内梨园防风效能最大 ,为 6 8.8% ;在背风面 1～ 2 0H范围内林带防风效能最大 ,为 32 % .植被阻沙量大小次序为 :梨园 >片林 >林带 .在植被的作用下 ,积沙形态呈现不同的分布规律 .

毛乌素沙地南缘3种灌草丛形态与阻沙能力的对比研究

灌草丛形态对其沙丘形态塑造具有重要作用。通过对毛乌素沙地南缘典型灌草丛沙堆形态参数的测量,定量分析了针茅、沙蒿、沙柳3种主要灌草丛形态对其沙堆形态的影响,并探讨了不同灌草丛的阻沙能力。对灌草丛及沙堆形态参数之间的相关分析表明,3种灌草丛沙堆的长度、宽度与灌草丛的冠幅长度、宽度存在显著相关;沙堆高度与灌草丛高度微相关、与冠层高度不存在明显相关关系;沙堆水平分量与灌草丛高度也存在较强相关关系,相关性强弱依次为针茅、沙柳、沙蒿;沙堆体积与灌草丛体积相关性显著,相关性强弱依次为针茅、沙柳、沙蒿;研究结果证明,阻沙能力沙蒿最强,其次为针茅、沙柳。

宁夏盐池县3种常见沙生植物群落特征及阻沙能力

植物形态对其阻沙能力大小具有重要意义。通过对盐池县3种常见沙生植物猫头刺(Oxytropis aci-phyllaLedeb)、米蒿(Artemisia dalai-lamaeKrasch)和针茅(Stipa capillataLinn)的野外调查,分析了3种3沙生植物群落的主要形态参数与沙舌长度和拦沙面积的相关关系及与其阻沙能力的拟合关系。结果表明:3种沙生植物群落主要形态参数分别与沙舌长度和拦沙面积呈显著相关,猫头刺、米蒿和针茅的高度与拦沙面积相关系数分别为0.759、0.793、0.988,而冠幅宽度和长度与拦沙面积相关系数均达到0.9以上;猫头刺和针茅的拦沙面积和沙舌长度都随着冠幅面积和植株高度的增加呈线性增加,而米蒿则呈幂指数增加,且猫头刺的阻沙能力大于针茅和米蒿。

塔克拉玛干沙漠腹地阻沙栅栏对垄间新月形沙丘形态的影响

阻沙栅栏是一种重要的机械防沙形式,在发挥阻沙效益的同时也影响了周边的风沙地貌的发育。塔克拉玛干沙漠腹地垄间新月形沙丘的实地测量表明,受阻沙栅栏影响,其迎风侧低矮新月形的几何形体和走向都发生了明显的变化;沙丘形态的变化模式与其自身形体大小、栅栏的水平垂直距离、当地风信、栅栏的设置走向以及栅栏已有的阻沙量大小等因素有关。阻沙栅栏对迎风侧沙丘影响的临界距离是15H(H为栅栏高度),当阻沙栅栏走向与当地的主导风向夹角α<45°时,栅栏对沙丘移动有侧导作用。栅栏迎风侧沙丘的形态变化与栅栏对迎风侧近地表风场的扰动作用有关。

冀北沙漠化土地黄柳生物沙障防风阻沙与土壤改良效益分析

流沙固定及土壤改良是冀北沙漠化土地植被恢复与重建技术体系的关键环节之一。本研究通过对冀北沙漠化土地黄柳生物沙障内与裸露沙地的风速、积沙量及土壤理化性质的观测分析,研究了黄柳生物沙障的防风阻沙效益及土壤改良效益。结果表明：黄柳沙障后1 m,0.5 m高度处的防风效能为28.69%,黄柳沙障内下垫面粗糙度为裸露沙地的4.5倍,黄柳基部积沙量为0.09 m^3。黄柳沙障内0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm土壤极粗砂粒（〉1.0 mm）含量分别比裸露沙地减少了92.84%、95.38%、82.85%,细砂粒（0.25-0.1 mm）含量则分别比裸露沙地增加了57.09%、44.93%、46.37%,土壤非毛管孔隙度较裸露沙地提高了24.85%、41.30%、22.86%。黄柳沙障内表层土壤有机质含量、微生物总量分别比裸露沙地高出30.93%、54.54%,沙障内土壤酶活性亦有增强,其中过氧化氢酶活性变化明显,其活性在0-40 cm土层比裸露沙地高出37.69%。

沙蓬防风阻沙效能初步研究

选取了延庆县官厅湖畔的沙蓬试验地为研究对象,对沙蓬试验地的粗糙度、防风效能、输沙量、起沙风速及单株沙蓬的阻截沙范围进行的系统的观测和研究。结果表明,沙蓬试验地的粗糙度为6.17 cm,比迎风面空旷沙地高出5.37 cm;其防风效能在30 cm和50 cm高度处较好,分别为24.13%和17.07%,当高度达到200 cm时,已几乎没有防风效能;当风速达到7.1 m/s时,沙蓬试验地仍未见起沙现象;20 m in时段内平均风速为5.8 m/s时,沙蓬试验地的积沙量仅为0.62 g;单株沙蓬的阻截沙范围为1.37 m2。

宁夏盐池沙地农田防护林的防风阻沙效益

对宁夏盐池北部沙区典型农田防护林防风效能和阻沙效益的实地观测结果表明，小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）灌木片林防护范围主要在林内和背风面距背风林缘0—3H（H表示树高）内，而背风面有效防护范围较小；沙柳（Salix psammophila）灌丛林带的迎风面和背风面风速均处于起沙风速（4．53m·s^-1）以上，对农田不能形成有效防护；榆树（Ulmuspumila）乔木林带残缺不全，严重影响防风效益。沙柳林带和榆树林带都是林带背风面大量积沙，未能有效地将风沙流中的来沙阻挡在农田以外；小叶锦鸡儿片林阻沙主要分布在林内，表明其能对农田形成有效防护。

沙坡头铁路防护体系阻沙效益风洞实验研究

利用野外风洞 ,对沙坡头铁路风沙防护体系各组成要素的阻沙率和流沙的输沙率进行了模拟实验研究。在同一风速下 ,分别测定了野外、风洞同一项目对应的风速梯度 ,确定了风洞实验数据与野外实测数据的转换系数 ,实现了数据转换。在此基础上 ,分析了防护体系各要素阻沙效益。以输沙率、阻沙率概念为基础 ,确立了风沙防护体系宽度计算公式。根据风洞实验转换数据 ,计算了不同风速下的防护宽度。研究结果对于我国荒漠区铁路、公路风沙防护体系的设计 ,具有一定的借鉴意义。

和田地区绿洲外围防护林体系的防风阻沙效益

通过对2010年和2011年和田地区策勒县、皮山县、和田县吉亚乡3个绿洲外围靠近沙漠边缘的防护林防风阻沙效益进行野外实地调查及对防护林内小气象站和配套积沙仪定点观测数据分析,发现和田地区绿洲外围防护林体系树种较单一,由于垦荒天然防护林面积在日益缩小,导致新的幼小新疆杨防护林防风阻沙效果不是很理想;在相同的水分灌溉条件下,沙拐枣防护林生长较新疆杨、梭梭、柽柳防护林成活率高,并且生长迅速,需水量少,且疏透度较小,防风阻沙效果更为理想。为有效提高和田地区绿洲外围防护林防护效益,应合理垦荒保护好绿洲-沙漠过渡带的天然植被,从流沙前沿至绿洲内部合理设计天然草灌带-人工防护林带-农田小方格防护网,防护林树种的选择不仅需考虑其耐水性、疏透度,还应适当考虑防护林经济效益。通过对和田县吉亚乡防护林示范区BSNE积沙仪不同高度水平输沙量、输沙率及其粒度样分析,表明从流沙前沿进入防护林内不同高度的输沙量都有很大程度的降低,并且风蚀沙粒平均粒径变细,随高度增加输沙沙粒分选性变差,峰态变窄,引起新开垦农田地表风蚀沙粒主要为极细沙。

乌兰布和沙漠天然灌丛防风阻沙效益研究

对乌兰布和沙漠封沙育草带内的天然灌丛周围风速及输沙量的野外观测结果表明，天然白刺灌丛沙堆对风沙流具有阻滞作用，风沙流在迎风面受阻堆积，在背风面风速下降40．3～42．1％，并形成低速区，引起沙粒堆积；沙蒿灌丛对2m高处风速没有影响，但可引起灌丛背风面近地表0．5m处风速下降20．5％。灌丛的迎风面存在一个减速区，灌丛顶部及两侧为加速区，灌丛背风面存在一个静风区和一个尾流区。灌丛侧面的输沙量最大，背风面输沙量最小，迎风面2H处输沙量大于1H处，这与各点的风速变化是一致的。对不同盖度沙地的输沙量进行的观测表明，输沙能力随植被盖度的增加而减小，流动沙地输沙量最大，在5．6～9．4m／s风速范围内输沙量为2．25～21．75g，半固定沙地的输沙量次之，为0．32～13．58g，固定沙地最小，为0．06～2．29g。

不同高度阻沙栅栏蚀积过程及防沙效益研究

通过对不同高度阻沙栅栏蚀积过程的野外观测,结合同时期区域风况资料,分析了阻沙栅栏前后地表蚀积形态、蚀积量以及蚀积强度的时空变化特征。结果表明,在沙源充足条件下,不同高度阻沙栅栏上风向表现为风沙堆积,下风向风蚀与堆积共存,且程度与栅栏高度有关,栅栏总体蚀积量和蚀积强度的变化趋势与下风向变化趋势相近。其中,60和70cm高度阻沙栅栏风沙堆积量最大,防沙效果最佳,但二者积沙方向存在差别。70cm高度阻沙栅栏上风向积沙较多;60cm高度阻沙栅栏下风向积沙较多。在实际应用中,应依据防护对象合理配置阻沙栅栏并适时加高,避免阻沙栅栏过低或过高,进而影响防沙效果。此外,依据断面形态、蚀积量和蚀积强度的变化,将栅栏前后分为风沙堆积区、风蚀区和蚀积平衡区。

毛乌素沙地3种主要植物群落的阻沙效益

[目的]对毛乌素沙地天然沙蒿、沙柳和锦鸡儿这3种主要植物群落的阻沙效益进行分析,为毛乌素沙地沙漠化防治及生态建设提供理论依据。[方法]通过测定标杆风蚀沙埋程度,分析各植物群落的风蚀量与阻沙量,从而对其阻沙效益进行比较分析。[结果](1)植被盖度越大,各植物群落的防风阻沙效果越明显;(2)地形条件相似,风速相同的情况下,3种植物群落在风蚀季节的临界防风蚀盖度不同。沙蒿群落的临界防风蚀盖度最小,约为60%,沙柳群落与锦鸡儿群落的临界防风蚀盖度相对较大,均大于60%,但锦鸡儿群落相对沙柳群落的临界防风蚀盖度小;(3)相同盖度下,3种植物群落的风蚀量与阻沙量之和大小顺序为:沙柳>锦鸡儿>沙蒿。[结论]在毛乌素沙地固定、半固定沙地上,沙蒿群落的防风阻沙效益突出,可作为主要固沙植物进行推广。

半隐蔽式沙柳沙障的防风阻沙效益

对毛乌素沙地15,25和35cm的3个高度,1m×0.5m,1m×1m,1m×2m,2m×2m,2m×3m5种规格的半隐蔽格状沙柳沙障内近地表风沙流的活动过程进行了对比研究,分析了不同规格沙障的防风阻沙效益。结果表明,设置沙柳沙障后地表土壤中细粒物质含量明显增加;与裸沙丘相比,沙柳沙障内的相对输沙率明显减少。根据当地的自然条件和经济状况,认为毛乌素沙地适宜于当地铺设的沙柳沙障规格为2m×2m。