不同组合间距的尼龙阻沙网积沙形态特征对比

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水平组合防沙实验,组合间距分别为2H、5H、10H、15H（H为阻沙网高度）,一个风季中对实验设置的地形及纵断面蚀积量进行了动态观测。结果表明：（1）各尼龙阻沙网组合形成有规律的地表蚀积空间分布格局：形成以阻沙网为核心的积沙区,其上下风侧分布有较稳定的风蚀区,两条阻沙网之间存在临时的风蚀区。（2）在阻沙网前后形成与阻沙网高度相近的积沙体,在第一条阻沙网上风侧区域,积沙厚度与水平距离呈指数函数关系,在阻沙网背风侧,积沙厚度与水平距离呈二次函数关系。（3）2H和5H积沙体纵断面呈单峰状,风季中后期形似“几”字形,而10H和15H呈双峰状,风季中后期形似“M”字形。（4）阻沙网组合间距越小,积沙分布就越集中,形体越高大,反之则越分散,风季末阻沙网积沙体地形起伏度、平均坡降、积沙体积比、积沙断面面积轮廓比大小排序均为2H>5H>10H>15H。（5）阻沙网积沙体积具有随阻沙网间距增大而降低的趋势,观测断面最大积沙体积5HH>2H>15H>10H,5H、2H、15H分别较10H大13.20%、12.34%、3.78%,可见,5H防沙效果最优。     

青藏铁路沿线阻沙栅栏防护机理及其效应分析

对青藏铁路沿线阻沙栅栏的流场结构、阻沙效率进行风洞模拟实验,对沱沱河路段阻沙栅栏的野外积沙形态进行观测。结果显示,气流经过栅栏时有遇阻抬升、集流加速、减速沉降区和消散恢复区。在越过栅栏后形成两个减速恢复区和两个加速区,减速区分别距地表3 cm和20 cm处,加速区分别位于近地表和35 cm高度处。随来流风速的增加,栅栏前加速区起始范围向栅栏逼近,而栅栏后恢复区起点向远离栅栏方向发展。当气流越过栅栏后风速急剧降低,导致沙粒减速沉降。随进口风速的增加,栅栏间阻沙量和越过栅栏后输出沙量呈指数关系递增。铁路沿线采用的栅栏阻沙效率达80%以上,且随风速的增加呈线性关系递减。沱沱河路段阻沙栅栏西南侧以风蚀为主,最大风蚀深度达16\^7 cm,其余区域表现为积沙,最大积沙厚度达19\^9 cm。     

青藏铁路北麓河路段风沙防护体系阻沙效益

在分析青藏铁路北麓河路段风沙灾害现状和风沙环境的基础上,将三维激光扫描技术应用于风沙工程防护体系的效益评价中,利用Leica C10三维激光扫描仪精确测量青藏铁路两侧典型防沙措施及防护体系积沙形态特征和风沙堆积量,评估防护效益。百叶窗条形阻沙栅栏单宽积沙体积最大,为18.31 m³,其次为不通风条形阻沙栅栏,单宽积沙体积为13.66 m³。阻沙栅栏最大防护距离为12 H,即上风向-3~0 H范围和下风向0~9 H范围内,双排结构的阻沙栅栏无论积沙范围或积沙量均较单排结构阻沙栅栏好。在栅栏上风向,沙粒自距栅栏5 m处开始沉降堆积,越靠近栅栏,积沙厚度越大。在阻沙栅栏的下风向,单排结构阻沙栅栏积沙范围为15 m,双排结构阻沙栅栏积沙范围可达20 m。     

机械防沙体系防沙功能的衰退过程

作为一种十分有效的防治流沙的方法,机械防沙体系在防止风沙前移显示出很大的优越性,其目的就是要把流沙滞留在体系内,体系在发挥其功能的同时也是逐步丧失其功能的过程。在平坦地形条件下,草方格沙障积沙是从前沿向纵深发展的。在复杂地形地貌条件下,流沙的堆积具有不平衡性,且积沙形式多样。无论积沙形式如何,都有整体向前推进的趋势。阻沙栅栏的积沙形式因材料及孔隙度的大小而异,阻沙栅栏在初期时,可以拦截较多的沙量（75%）,草方格固沙带只承担25%的积沙量,随着时间推移,阻沙栅栏的效益逐渐降低,草方格固沙带则要承担较多的积沙量。从阻滞的沙量来看,一道栅栏阻拦的沙量至少等于40行草方格滞留的沙量,在工程实践中应优先考虑栅栏的应用。     

复膜沙袋阻沙体与芦苇高立式方格沙障防沙机理风洞模拟实验

模型按1:10比例尺设计,在u_∞=7.0 m·s^-1、u_∞=10.0 m·s^-1和u_∞=15.0 m·s^-1实验风速下,先在纯气流作用下测定流场结构,然后在风沙流作用下测定蚀积状况。实验结果表明:紧密型、疏透型和通风型3种不同结构的复膜沙袋阻沙体前近处分布有拐角阻滞绕流区、阻沙体顶下方抬升加速区、阻沙体后回流区、阻沙体后贴地层低速回流区等流场特征结构,紧密型、疏透型两种类型复膜沙袋阻沙体防风阻沙效果显著;2.5 m×2.5 m、5 m×5 m和10 m×10 m的高立式芦苇方格前沿流速逐渐增大,最大值出现于迎风第一格上空,而后逐渐阻滞减速,至15~20 m处趋于稳定,区内积沙均匀。复膜沙袋阻沙体与原状芦苇高立式方格沙障适宜于流动性沙漠地区各种设施的沙害防治工程。     

青藏铁路沿线不同类型挡沙墙阻沙率

基于风洞试验对青藏铁路沿线不同类型防沙措施防沙效果进行模拟研究，探讨了不同类型挡沙墙的防沙效果。结果表明：挂板式、轨枕式和箱式挡沙墙输沙率随高度基本呈递增缓变型趋势，最大输沙率低于20%；铃铛式和高立式聚乙烯（PE）网挡沙墙随高度呈递减陡降型趋势，距地表6~8 cm处为转折点，转折点以上输沙率随高度增大急剧减小，转折点以下输沙率随高度变化较为平缓，最大输沙率低于50%。随着风速的增大，各挡沙墙的阻沙率呈递减趋势：挂板式和轨枕式挡沙墙对风速的敏感性最弱，整体阻沙效果较优，可大范围推广；箱式挡沙墙对风速的敏感性较弱，建议在风速18 m·s^-1以下的地区使用；PE网挡沙墙防沙效果对风速的敏感性最强，建议在风速10 m·s^-1以下的地区使用。     

植物阻沙能力研究进展

植物单株与群落的阻沙能力可以用植物周围沉积的积沙体体积与输沙率来衡量,其受植物地上形态结构、粗糙元密集度以及群落配置等多种因素影响.相同区域环境下不同种类的植物以及同种植物在与风沙活动季节相对应的不同物候期内,阻沙能力受冠层形态、茎枝的柔韧性、叶面积以及由此导致的地上生物量分配模式等因素影响较大.因此,植物的阻沙能力应...     

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.     

乌兰布和沙漠周边典型植物群落防风阻沙效果北大核心CSCD

为揭示荒漠生态系统典型群落样地对近地层风沙活动规律,阐明荒漠生态系统中不同植被类型的防风阻沙效果,在乌兰布和沙漠东北缘荒漠-绿洲过渡带选择油蒿(Artemisia ordosica)、霸王(Sarcozygium xanthoxylon)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、四合木(Tetraena mongolica)4种典型植物群落,以裸沙丘作为对照样地(CK)开展群落风沙活动观测研究。结果表明:群落内风速廓线符合对数分布规律;相对于裸沙丘地,4个样地的地表粗糙度显著增加,防风效果随距地高度增加而减小;在植物高度范围内,植物防风效果较好,植物高度范围外的防风效果减小,但仍有一定防风作用。植被的防风阻沙效果差异性来源于植被构型的差异。群落样地的输沙率符合指数Q=a+e^(bH)(a>0,b<0),且显著小于对照样地,植被可以有效减少近地表层输沙。4种群落距地面0—100 cm高度范围阻沙效果梭梭>霸王>四合木>油蒿。植被的防风固沙效果与植被高度、盖度和侧盖度线性关系显著。群落高度、盖度和侧盖度作为植物构型量化的一种形式,在其中起到关键作用。油蒿、霸王、梭梭及四合木群落在该地区具有良好的防风阻沙效果。     

不同沙源供给条件下砾石床面的风沙流结构与蚀积量变化风洞实验研究

通过对不同沙源供给条件下各种砾石床面的风沙流结构、床面风蚀及堆积沙量变化的风洞实验,结果表明,风沙流结构是判断戈壁风沙流饱和与不饱和的一个重要途径,不同的戈壁风沙流结构对床面输、阻沙特性具有不同的指示意义。近地表0～6 cm高度内的风沙流结构决定了床面的输、阻性质,而6 cm以上的风沙流结构反映了风力对沙物质的输送状况。沙源供给的丰富与否,决定了风沙流的饱和程度,以及风沙流在砾石床面产生的蚀积状况。同等风速条件下,饱和风沙流的输沙率是非饱和风沙流输沙率的2～8倍。在饱和风沙流情形下,床面过程总体以积沙为主,且随风力的增强,床面积沙量急剧增加。在不饱和风沙流情形下,砾石床面总体以风蚀和输送沙物质过程为主,风沙流结构在0～2 cm高度内反映出砾石床面具有明显的阻沙功能,在2～5 cm高度上出现最大输沙值。     

HDPE功能性固沙障防风效应试验

根据仿生学原理,按照普遍使用并取得显著防护效益的草方格上疏下密式孔隙结构,采用抗紫外线性能强、耐极端气温和抗老化性强的HDPE材料制作出相似孔隙结构的功能性固沙障。通过风洞模拟试验,对比分析HDPE均一型与功能性固沙障的防风效应。结果表明：（1）均一型和功能性固沙障的有效防护距离随着风速的增大呈现指数衰减。（2）在低风速（<14 m·s^-1）条件下,均一型固沙障的总有效防护距离比功能性固沙障大;而在高风速（>14 m·s^-1）条件下,均一型固沙障的总有效防护距离比功能性固沙障小。无论风速大小,功能性固沙障网间的有效防护距离都远大于均一型。（3）均一型和功能性防沙网均可用于替代传统的防沙材料,具有极大的应用价值和推广前景。功能性防沙网适宜作较矮的半隐蔽式格状沙障,而均一型防沙网更适宜作高立式阻沙沙障。     

不同结构的尼龙网和塑料网防沙效应研究

通过不同结构的尼龙网和塑料网对风沙流减弱作用的风洞实验研究,旨在为探求各种防沙新材料的防护功能,并为防沙新材料的开发、野外工程防沙的优化设计及其应用提供理论依据。笔者在前人研究的基础上,以平均净阻沙率、网后平均输沙率和风沙流动态变化趋势为参考指标,初步证实了尼龙网和塑料网与常规的防沙材料,在防沙功能上具有同等的作用,且当孔隙度β在40%左右时防护效益最佳。     

包兰铁路沙坡头段不同编制结构的枝条阻沙栅栏防护效应风洞模拟

对包兰铁路沙坡头段枝条阻沙栅栏流场结构进行风洞模拟试验。结果表明:气流在经过横向、竖向阻沙栅栏时均出现了明显的流速分区。气流在经过阻沙栅栏时速度会减弱,但是竖向枝条阻沙栅栏的综合阻风防沙效果明显优于横向阻沙栅栏,同时竖向枝条阻沙栅栏制作上具有工序简单、原材料广泛及不受枝条长度限制的特性,因此,在防沙治沙应用中,竖向枝条阻沙栅栏更适合推广。虽然孔隙度是阻沙栅栏设计的重要技术参数,但栅栏结构对风沙流场产生直接影响,是决定着其对风沙活动防护效应高低的关键因子。     

不同防沙措施的风沙流及其携沙粒度垂直分异特征

为揭示不同防沙措施影响下风沙流结构及其携沙粒度变化规律,采用木质和尼龙网2种材料制作方格沙障、单行沙障、双行沙障与挡沙墙4种防沙措施模型,利用风洞实验对防沙措施前后风沙流结构进行测定,并结合Mastersizer3000激光粒度分布仪对沙样进行粒度组成分析。结果表明：（1） 不同防沙措施迎风侧风沙流垂直分布与未设置防沙措施时基本相似,输沙量随高度的增加而减小,88%以上的输沙量集中在0~10 cm高度层;而背风侧输沙量随高度表现为先增大后减小的变化规律,且随着沙障规格的减小、高度的增加、行间距的变窄、孔隙度的降低输沙量集中范围逐渐向上偏移,输沙量峰值出现的位置由高度较低的透风型方格沙障（7 cm）上移至高度较高的不透风型挡沙墙（26 cm）,且近地表0~10 cm高度层积沙量越少。（2） 受不同防沙措施影响,不同高度层沙粒粒度特征差异显著,整体表现出随着高度的增加沙粒的平均粒径逐渐减小的变化规律,细沙和中沙主要分布在近地表5~25 cm层,而近地表0~5 cm层则分布有细沙、中沙和粗沙,峰值出现在0.300 mm附近,平均含量约为12.09%;粒度参数变化受防沙措施规格变化影响较小,更多表现在高度层的差异,不同防沙措施各高度层沙粒分选性较好、极正偏,峰度随防沙措施参数的密集化由宽平向中等、尖窄变化,由方格沙障（0.990）、单行沙障（0.990）、双行沙障（0.996）向挡沙墙（1.086）变化,且上述变化规律随指示风速的增大逐渐增强。     

塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治

塔克拉玛干沙漠公路447 km路段穿越新月形沙丘与沙丘链、复合横向沙垄以及高大复合纵向沙垄区,风沙危害极为严重,被誉为“世界公路建筑的奇迹”。为解决沙漠公路风沙防护体系构建的一系列科学与技术问题,沙漠学界随之开展了风沙运动规律,风沙危害的成因、强度、时空分异及其机械、化学、生物防治的理论与应用研究。本文对风沙危害及其防治研究的主要内容及研究进展进行了全面总结,认为塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治的理论研究成果与实践应用水平取得突破性进展。     

不同类型林带防护效应的数值模拟

分别对紧密、疏透、通风型林带绕林流场进行了数值模拟,分析了林带结构特征对绕林带流场的影响,比较了不同林带结构在同一高度上的沿流相对风速变化情况,并指出了它们各自的适用范围和在防沙治沙中的作用。     

污泥沙障对流动沙区植被恢复的作用

利用城市生活污水处理厂脱水污泥制成成本低、吸水保湿性强和环境友好的污泥方格沙障、沙面上污泥平板沙障和沙面下污泥平板沙障,用于帮助恢复生态极端恶劣的流动沙区植被。调查撒播黄蒿（Artemisia scopara ）种子后试验区沙丘植物的种类、覆盖度、生长状况等植被恢复指标。结果表明：污泥沙障处理下,人工播种的黄蒿、天然的沙米（Agriophyllum squarrosum ）盖度、高度（除沙米）和生物量均显著高于裸沙区（对照）（p <0.05）,雾滨藜（Bassia dasyphylla ）、碱蓬（Suaeda glauca ）和猪毛菜（Salsola ollina ）的盖度、高度、多度、生物量（除雾滨藜）均高于对照;污泥方格沙障区的植物物种丰富度最高,沙面上污泥平板沙障区次之,沙面下污泥平板沙障及对照区较小;Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数均为污泥方格沙障>沙面上污泥平板沙障>沙面下污泥平板沙障>对照;Pielou均匀度指数为污泥方格沙障>沙面下污泥平板沙障>沙面上污泥平板沙障>对照。综合考虑混合污泥成本、用量、植被恢复效果等诸因素,我们推荐采取污泥方格沙障治沙措施,使其在沙地植被恢复工作中发挥作用。     

高立式沙障处的风沙沉积及其表征的风沙运动规律

对高立式沙障处的风沙沉积情况与风沙活动强度之间的对应关系进行探讨。结果表明,在一定条件下,两者对应关系明显,相互间可进行换算。据此对应关系,在塔克拉玛干沙漠公路支线上选取合适路段,在不同地貌类型及不同地貌部位上,通过量测高立式沙障处的积沙量,得知风沙活动强度在不同区域的变化情况,从而进一步推断出塔克拉玛干沙漠腹地风沙运动的某些规律或特征:如最大输沙量可达17m³·m^-1·a^-1左右;在垄间低地中,一些小纵向沙垄可成为输送风沙的主要通道;在复合型纵向大沙垄中,沙垄体自身的运动形式与单个沙丘的运动形式相类似,等等。     

Overall efficiency of a V-shaped nylon net fence in preventing sand damage to the Mogao Grottoes

A V-shaped nylon net fence installed in 1990 on top of the Mogao Grottoes is shown to be effectively resisting aeolian sand damage to the grottoes. The structure guides and causes deposition of sand from westerly wind (the primary hard wind), but to some extent hinders the inverse function of easterly wind carrying sand away from the grottoes toward Mount Mingsha. The gobi side by the fence experiences higher wind speed, so that on which are easily formed undercutting pits, and the deposited sands on it generally form double-peak structures due to abundant sand sources. If the earth surface characteristics in gobi areas by both sides of the fence are quite varied, the erosion and deposition features of the accumulating sand section are similar in different seasons; however, if the earth surface characteristics are similar, the features become irregular in different seasons. Sand depositions with long slope feet are formed along the south and north sides of V-shaped nylon net fence. Disrupted by strong westerly wind and northwesterly wind, sand accumulations by north of the fence are in form of single peaks. Although the operation duration of the V-shaped nylon net fence has exceeded its design life (10 years), our observations indicate that it is still effective in reducing wind-driven sand damages to the Mogao Grottoes, so it should not be withdrawn.     

风沙危害防治的主要工程措施及其机理

对风沙危害防治的主要工程措施及其物理机理进行了深入研究,从理论上得出格状沙障内最大风蚀深度与方格边长之间的解析关系,利用流体力学理论计算了不同草头高度h₀所对应的最大间距L_max,得出格状沙障中心沙粒的起动风速随沙障规格和深宽比h/L的增加而减小,建立了栅栏下风侧风速为来流风速的百分率与栅栏下风向距离的关系,并对不同孔隙度尼纶网栅栏的风沙阻导效应、直立植物及戈壁砾石覆盖防沙措施的粗糙特征、化学工程固沙措施等进行了广泛研究。通过对已有研究成果的综合评述,剖析了风沙工程学面临的主要问题与任务,指出与生态环境治理、资源开发及可持续发展问题紧密结合,是风沙危害防治研究发展的方向,并亟待加强与生态环境恢复-资源高效开发一体化的风沙危害防治措施的理论研究与技术示范。