沙障防护效果的气动试验研究

发布时间：2020-06-12 05:53

【摘要】：机械沙障作为防沙治沙的主要工程措施之一,具有布设简便、成本低、见效快、防护时间长的优点,在沙地生态治理和重点建设项目保护中发挥了重要的作用。但目前在实践布设中主要以经验为主,缺少相应的标准来指导,此外现有研究多针对沙障的防风效能,而忽视其积沙能力。针对这些问题,本研究以我国北方典型沙障类型草方格沙障、HDPE透风网沙障、沙柳沙障为研究对象,通过野外试验和风洞模拟试验相结合的方法,分析不同配置模式沙障网格的风速频数、变异函数、风速加速率、有效防护面积、起沙风速、地表粗糙度等,探讨网格大小、孔隙度、障高对沙障防风效能和地表蚀积的影响。基于以上研究结果,进一步提出一种新的防风效益评价指标——附面层位移厚度,以期为风蚀防护工作提供理论依据和实践参考。主要结论如下:(1)草方格沙障的防风效能与网格边长成负相关关系;HDPE透风网沙障的防风效能与孔隙度成负相关关系,与边长、障高之间没有得到一致的规律性;沙柳沙障的防风效能与边长和孔隙度成负相关关系,和障高成正相关关系。不同风速条件下,均展现出沙柳沙障网格防风效能最大,HDPE透风网沙障网格防风效能次之,草方格沙障网格防风效能最小。(2)草方格沙障地表粗糙度随着边长的增大而减小;HDPE透风网沙障和沙柳沙障地表粗糙度随着障高的增加而增大。草方格沙障附面层位移厚度随着边长的增大而减小;HDPE透风网沙障和沙柳沙障附面层位移厚度随着边长和孔隙度的增大而减小,随着障高的增大而增大。和地表粗糙度相比,附面层位移厚度更能准确的反映沙障的防护效果。(3)草方格沙障起沙风速与边长成负相关关系;HDPE透风网沙障起沙风速与障高和孔隙度成负相关关系;沙柳沙障起沙风速在边长2m、障高20cm、孔隙度为0.3时出现极大值。(4)草方格沙障积沙量随着边长的增大而减小:HDPE透风网沙障积沙量在边长为2m、障高20cm、孔隙度为0.3时达到极大值;沙柳沙障积沙量在边长为1m、障高为20cm、孔隙度为0.3时达到极大值。本研究中系统全面的测量了不同配置模式沙障网格的积沙量,并进行可视化处理,同时提出了新的评价指标——附面层位移厚度,是现有研究中所不曾涉及到的。在有效固定沙地后,如何进行沙地生态系统的修复,优化工程措施与生物措施、化学措施的复合配置是接下来要研究的方向。此外,利用空气动力学从微观的角度对风沙运动规律进行探索也是亟需发展的方向。
【图文】：

２研究区概况逡逑２．１地理位置逡逑研宄区选在宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研宄站（图２．１），该站逡逑位于毛乌素沙地西南缘的宁夏盐池县。盐池县（Ｎ３７°邋０４＇邋－３８°邋１０＇邋，邋Ｅ１０６°邋３０＇逡逑－１０７°邋４１＇）位于宁夏回族自治区的正东方向，是宁蒙陕甘所交界的区域，南北长逡逑为１１０邋ｋｍ，东西宽为６６邋ｋｍ。盐池县处在毛乌素沙地和黄土高原相接的位置，属于逡逑典型的过渡地带，在地形上看属于鄂尔多斯缓坡丘陵向黄土丘陵的过渡，从气候上逡逑看属于干旱区向半干旱区的过渡，从植被类型上看属于干草原向荒漠草原的过渡，逡逑这种多重过渡的条件决定了本研究区的区位多样性。逡逑Ｓｔｕｄｙ邋＊ｉｔｃ邋｜逦ｌｕ逡逑Ｉ逦ｕ逦九邋＜逡逑＇，？逦邋■■邋｜邋？逡逑图２．１研宄区地理位置示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．１邋Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｕｄｙ邋ａｒｅａ逡逑２．２气候逡逑盐池县地处西北内陆，离海洋较远，又受秦岭等地形的阻隔，暖湿气流难以到逡逑达并影响该地。而北面和西北向地势较为开阔

（２）试验布置逡逑本研宄在宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研宄站进行，选取平坦裸逡逑沙地作为试验样地。如图３．１所示，沿风向分别布设５列１０行不同配置模式的沙障逡逑网格，并在居中一列设置Ｓ－ＷＳＢ－Ｍ００３三杯风速传感器和Ｕ３０－ＮＲＣ邋ＨＯＢＯ多通道逡逑自记数据采集器（Ｏｎｓｅｔ邋Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂｏｕｒｎｅ，邋ＭＡ，，ＵＳＡ），测量高度为一倍障高和２邋ｍ，逡逑同时在沙障区域前空旷地设置布设便携式小型气象站观测相同高度下的旷野风速作逡逑为对照。风速记录间隔设置为ｌｓ，所有风速仪同步测量风速变化，并由ＨＯＢＯ同步逡逑记录。风速测定季节为春季３－５月，此时研究区主害风向为西北风。逡逑命丨逦逦邋一逡逑＾逦－邋＂Ｔ逦Ｑ逡逑＝＝王＝＝逡逑＝＝王＝＝逡逑ｔ邋ｆｔ逡逑＜：．２ｍ逡逑今逦卞逡逑ｒｉ＿邋一邋１逦一逦测点逦＿逡逑风问逦＞、广）逡逑１倍障高逡逑Ｖ逦Ｖ逡逑丨口邋Ｍ逡逑图３．１沙障布设示意图逦？逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓａｎｄ邋ｂａｒｒｉｅｒ邋ｌａｙｏｕｔ逡逑除了对风速进行测定外，还在不同配置模式的沙障Ｎ格中布设测签。测签为标逡逑有刻度的竹签，－头削尖，便于插入沙地中。测签长度为５０邋ｃｍ，布设时插入沙土逡逑中２０邋ｃｍ，露出高度为３０邋ｃｍ。测签布设在沙障网格各边长的端点、十等分点，以及逡逑对边十等分点连线的交点位置
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S288


本文编号：2709094