两种形状镁水泥板沙障防风积沙效益的风洞试验

对一种镁水泥新型材料制作的沙障的防风固沙效益进行了风洞模拟试验,对蜂巢形与正方形的镁水泥板沙障的流场结构、输沙量和蚀积情况进行对比。结果表明：（1）正方形和蜂巢形镁水泥板沙障均形成减速区,蜂巢形沙障减速区范围更小,沙障上方形成加速射流,蜂巢形沙障内部更容易形成气旋。（2）最明显的减速发生在第1个障格内,第2个障格内风速降低幅度减弱,第3个障格内风速降低幅度增强,在第3个障格后,风速降低幅度继续增强,直至到达一定距离,风速降低幅度开始减弱,随着距离增加趋于稳定。随着风速增加,沙障的减速区域并无明显减少。（3）布设镁水泥板沙障后,蜂巢形沙障总输沙量减少率低于正方形,风速≥12 m·s-1时,沙面上方输沙量分布规律归纳为2个部分：低于沙障高度时,输沙量分布遵循指数衰减函数分布;高于沙障高度时,输沙量分布遵循高斯分布。（4）蜂巢形沙障障格内沙面较正方形更为平稳,结合野外观测和材料成本方面,蜂巢形镁水泥板沙障在防风固沙领域有广泛的应用前景。     

浑善达克沙地黄柳活沙障防风固沙效益的研究

通过研究浑善达克沙地流动沙地上黄柳活沙障的防风固沙效益,对设置3 a后的不同类型的活沙障进行测定和分析,得出如下结论:沙障设置3 a后,沙地趋于固定,障内植物种类明显增多;设置黄柳活沙障的区域内下垫面粗糙度显著增大,风速明显减弱,而且黄柳网格沙障降低风速的能力较带状沙障强,其顺序为:4 m×4 m黄柳网格沙障>6 m×6 m黄柳网格沙障>间距4 m的黄柳带状沙障>间距6 m的黄柳带状沙障﹥流沙;当旷野平均风速为7.86 m·s-1时,只有流沙和间距6 m的黄柳带状沙障起沙,其他几类活沙障内均不起沙。     

低覆盖度羽翼袋沙障防风积沙效应的风洞试验

羽翼袋沙障是按照底袋固定流沙和袋上的羽翼片在风中波动削弱风速而设计出来的组合沙障,已获得专利授权。本试验针对羽翼袋沙障,在4种风速条件下,模拟了风速流场和阻沙固沙效果。结果表明：（1）与袋状沙障（对照）相比,羽翼袋沙障防风效果平均增加了48%,且风速越大降低风速效果越明显,说明羽翼片的波动能够显著消弱风速。（2）与对照相比,羽翼袋沙障的输沙量分别降低81.44%（翼高10 cm）、88.92%（翼高20 cm）。（3）同样是直径10 cm的袋,翼高20 cm的羽翼袋沙障风蚀量比翼高10 cm的降低风速13.6%,减少风蚀量19%。羽翼袋沙障具备固沙与削弱风速的作用,显著提高沙障的防风固沙效果,为防沙治沙开拓了新途径。     

半隐蔽格状沙障的综合防护效益观测研究

半隐蔽格状沙障,特别是麦草和碾压芦苇方格沙障,是近地风沙流边界层防止风沙危害的一种经济实用、功能独特、效果显著而应用最为广泛的固沙措施。它增大了下垫面的粗糙度,明显降低了底层风速,进而减弱了输沙强度,使流沙表面得以稳定。在格状边框内,由于气流的涡旋作用,使格内原始沙面充分蚀积最后达到平衡状态,即稳定的凹曲面形成。这种有规则排列的凹曲面,对不饱和风沙流具一种升力效应,而形成沙物质的非堆积搬运条件,这是格状沙障作用的关键。试验证明1m×1m,1.5m×1.5m和2m×2m草方格防沙效果都是显著的,0.5m×0.5m的方格不仅费工费料,而且防风固沙效果很不理想,并很快地被沙堤失去防护功能。同一规格的格状沙障往往由于设置的地形部位不同,其防护作用可能产生很大的差异。因此,应该根据一个地区的风沙流场性质和沙障功能综合评价半隐蔽沙障防护效益。     

库布齐沙漠HDPE网和植物纤维网沙障防沙试验效应

在库布齐沙漠流动沙丘区建立HDPE网和植物纤维网工程沙障试验区,采用MetOne 014A/024A型8通道风速仪、8方位集沙仪、风蚀插钎,观测试验沙障影响下的风速、输沙量和地表侵蚀堆积,对比分析不同规格HDPE网、植物纤维网方格沙障和HDPE网前沿高立式阻沙沙障的防风固沙效应。结果表明：（1）一定孔隙度（50%）的方格沙障中心风速垂直变化幅度与变化规律,仅与沙障平面规格和高度（h）密切相关,与试验材料基本无关。相同平面规格的方格沙障,高度（h）大者降风效应显著;相同高度的方格沙障,小规格降风效应较为显著;（2）试验沙障及其防沙体系对风沙流输沙产生明显影响,相近地貌部位,5.0m×5.0m（h=100cm）植物纤维网方格中心输沙量远小于1.0m×1.0m（h=20cm）HDPE网方格和流动沙丘区,大规格高立式沙障固沙效应优于小规格低立式沙障;（3）试验沙障的地表侵蚀堆积状态仅与沙障规格有关,沙障材料的影响不明显。     

沙柳沙障的防风固沙效益研究

研究测定了1m×1m,1m×2m,2m×2m,2m×3m,2m×4m,2m×5m,3m×3m,3m×4m,4m×4m,4m×5m,3m×6m等11种规格沙柳沙障内的风沙活动过程和分布规律。结果说明,不同规格沙障内输沙率随着风速的变化其变化趋势不同,小规格沙障内输沙率与风速呈对数曲线关系,大规格沙障内输沙率与风速之间呈指数曲线关系。沙柳沙障中近地表0～4cm范围内,风沙流中的相对含沙量沙丘下部明显大于沙丘中部和上部,说明沙障导致了近地表风沙流结构发生变化。面积等于或小于1m2的沙障可以完全控制地表风蚀,当沙障面积增加到一定程度后,风蚀深度增加很快。不同规格沙障的防护效益,在大风条件下,小规格沙障的成本效益高于大规格的沙障;在小风情况下,大规格沙障的成本效益大于小规格沙障。     

生物基可降解聚乳酸(PLA)沙障对沙丘表层沉积物粒度特征的影响

以吉兰泰盐湖北部流沙区铺设8 a的不同规格聚乳酸（PLA）沙障内沉积物为研究对象,利用激光衍射技术分析了沙丘表层0~3 cm沉积物粒度组成,计算并分析平均粒径、标准偏差等粒度参数,探讨了影响障内沉积物相对粗细的关键组分,分析PLA沙障的防沙效益。结果表明：PLA沙障内沉积物以细沙、中沙、极细沙为主。中沙、极细沙、细沙是障内沉积物的关键组分。PLA沙障的阻滞作用使得中沙、粗沙含量百分比升高,细颗粒含量百分比降低,障内沙粒分选性逐渐变差,峰态偏离正态分布,向负偏方向发展,频率分布曲线分布范围变宽,累积频率曲线变缓,表层颗粒组成趋于粗化。1 m×1 m规格PLA沙障内均以积沙为主;沙丘迎风坡和背风坡的2 m×2 m、3 m×3 m沙障内均为积沙状态,丘顶则为风蚀状态。综合考虑沙障铺设成本和防护效果,得出研究区域内2 m×2 m规格PLA沙障整体防沙效益最佳。     

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。     

高密度聚乙烯(HDPE)蜂巢式沙障对土壤水分的影响

先以机械沙障固沙、再进行生物固沙,是常见的治沙模式。近年来传统材料沙障与新型材料沙障的固沙效果差异一直引人关注。用中子水分仪分别测定流沙、高密度聚乙烯（HDPE）蜂巢式沙障和半隐蔽草方格沙障内的土壤含水量,通过对比流沙和两种机械沙障铺设下的土壤含水量、土壤蓄水量对降雨的响应关系以及在植物不同生长时期下的不同土层土壤含水量变化,评价其固沙效果。结果表明：（1）两种机械沙障对土壤水分都有较好的蓄积效果,且HDPE蜂巢式沙障蓄水量高于草方格沙障（P < 0.001）;（2）在较长的干旱时间里,草方格沙障的土壤蓄水量变化比新型HDPE蜂巢式沙障滞后;（3） HDPE蜂巢式沙障和草方格沙障都有较好的保水效果,但HDPE蜂巢式沙障因高度持久的优势,保水效果更高;（4） HDPE蜂巢式沙障60~110 cm土层的土壤含水量明显高于草方格沙障土壤含水量且固沙时间越长效果越明显,从铺设中期开始HDPE蜂巢式沙障60~110 cm土层土壤含水量为7%的情况连续出现,有时部分土层会出现土壤含水量在8%以上的情况;（5） HDPE蜂巢式沙障对植物个体生长的间接作用比草方格沙障大。     

粘土沙障及麦草沙障合理间距的调查研究

确定机械沙障障间距的基本原理是障间风蚀沙量等于积沙量。障间凹曲面面积与障间距及沙面坡度之间存在着显著的回归关系,运用这种回归关系就可以建立障间风蚀沙量等于积沙量的等式方程。在民勤沙区取样分别建立粘土沙障和麦草沙障的风蚀沙量等于积沙量的等式方程,计算出沙面坡度0°~8°和0°~10°的粘土沙障和麦草沙障间距分别是253.1~185.9 cm和261.4~155.0 cm;粘土沙障高度应为适宜高度范围内的最小值;粘土沙障在障高为15 cm、沙面坡度>8°时障间没有风蚀。麦草沙障在坡度>10°时障间没有风蚀;15 cm高的粘土沙障和固沙有效高度13 cm的麦草沙障的最小间距分别是185.9 cm和155.0 cm;若需要在固定就地沙面的基础上接纳外来流沙或者需要风蚀部分就地沙粒时,可将接纳沙量或风蚀沙量的平均厚度作为参数之一计算障间距;按照风蚀沙量≤积沙量的障间距设置的沙障,其方格形式只适合在害风方向多变的地段设置。     

临哈铁路典型防沙工程区阻风效率与积沙量特征

为掌握临哈铁路沿线风沙防护措施的防护效果,优化布设方案,选择临哈铁路K217、K585、K745及其支线天策线K16典型防沙工程区,采用样带同步观测法和测钎法,测定了每个区域的阻风效率和积沙量特征.结果表明:由铁路外侧向内侧,防沙工程对风的抑制效应逐渐增强.1.5 m高沙障积沙带、2.5 m深路堑、10 m和16 m高...     

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。     

库布齐沙漠北缘不同作物秸秆平铺式沙障的防风效能

本研究以七星湖沙漠风景区沙丘上的芦苇秸秆、向日葵秸秆和玉米秸秆平铺式沙障为研究对象,通过测定各沙障障格内以及裸沙丘近地表不同高度处的风速,对比研究了各沙障的防风效益。结果表明,①3种沙障在10 cm高度处均具有明显的防风效能,且随着高度的增加,防风效能减小,从10 cm到100 cm高度,3种沙障的防风效能平均降幅达63%。②在沙丘迎风坡,芦苇秸秆沙障的防风效能和地表粗糙度分别是向日葵秸秆沙障的1.36倍和2.34倍,是玉米秸秆沙障的1.76倍和1.88倍;在沙丘坡顶和背风坡,玉米秸秆沙障的防风效能及地表粗糙度均显著高于另外两者（P<0.01）。③3种沙障的风速廓线均呈现出一种类似于“S”型的变化特征,而作为对照的裸沙丘风速廓线则服从典型指数函数分布。     

沙障对流沙地植被和土壤养分的影响

机械沙障是风沙防治的重要工程措施。以设置在腾格里沙漠东南缘的沙坡头和吊坡梁不同年份的高密度聚乙烯(HDPE)沙障和麦草沙障为研究对象,分析沙障对植被生长和土壤养分的影响。结果表明:2012年和2010年布设的HDPE沙障中植被的物种数大于同期草方格沙障中的物种数;两种沙障内植被的物种多样性指数较低,且随沙障布设时间增加而增高,同期布设的HDPE沙障比草方格沙障的多样性指数高。沙障使土壤pH值总体呈降低的趋势,草方格沙障内的土壤pH值低于HDPE沙障内的土壤pH值;沙障内表层土壤(0~5 cm)的全氮、有机碳、速效钾、速效磷含量高于裸沙表层,呈增加的趋势,两种沙障间的表层土壤养分含量差异不显著。     

半干旱区不同类型沙丘风沙流结构特征

采用两种阶梯式集沙仪和小型气象站于2017年4—5月对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘0~75 cm气流层风沙流的总输沙量、输沙率、粒径组成分布和风蚀特征值进行了观测。结果表明：（1）随着高度增加,总输沙量下降,随着风速增加,总输沙量上升;92.20%~95.60%的输沙量发生在0~21 cm高度。（2）总输沙率（Q）流动沙丘>半固定沙丘>固定沙丘,将Q与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘幂函数最佳（R²=0.986）,半固定（R²=0.990）和固定沙丘（R²=0.956）指数函数最佳。（3）将各高度的输沙率与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘（R²≥0.905）和半固定沙丘（R²≥0.968）拟合度幂函数好于指数函数,固定沙丘（R²≥0.923）指数函数优于幂函数。（4）在一定高度下,3类沙丘输沙率均随着风速的增加而增加;在一定风速下,输沙率随着高度的增加而逐渐递减。（5）3类沙丘的特征值随着风速的增加呈现出逐渐递增的趋势;流动沙丘以λ>1为主,表现出持续侵蚀输送沙粒的能力;半固定沙丘当风速>9.0 m·s^-1时逐渐出现侵蚀状态;固定沙丘以λ<1为主,近地表风沙以堆积状态为主。（6）3类沙丘主要由粒径为0.1~0.25 mm的细沙构成,在0~30 cm高度,细沙占输沙量的50.09%~85.11%,在30~75 cm高度,细沙占输沙量的43.53%~75.53%。     

聚乳酸（PLA）沙障凹曲面及沉积物粒度特征研究

在乌兰布和沙漠平坦沙地布设1 m×1 m 、1.5 m×1.5 m和2 m×2 m规格的聚乳酸(PLA)沙袋格状沙障,在风季后利用插钎法和激光衍射法分别测量障格内部凹曲面形态、测定表面0~3 cm沉积物粒度组成,分析不同规格沙障内部凹曲面形态特征、蚀积效应,计算平均粒径、标准偏差等粒度参数。结果表明：3种规格PLA沙障内部均能发育成稳定凹曲面,凹曲面深度随着规格的增大而逐渐增加,蚀积系数则逐渐减小,保持在1/12~1/10之间;障格内不同方位蚀积剖面曲线基本符合二次函数,但蚀积强度差异较大;1 m×1 m和1.5 m×1.5 m规格沙障处于堆积状态,堆积强度分别是侵蚀强度的50.1倍和5.6倍,易发生沙埋;2 m×2 m 规格障内单位体积蚀积量为0.02 g·cm^-3,接近蚀积平衡状态,有利于长期发挥沙障防护效益;各规格障内沉积物均以极细沙和细沙为主,除1 m×1 m规格外,PLA沙障的阻滞作用使得极细颗粒含量百分比迅速下降。综合考虑沙障铺设成本和防护效果,得出在平坦沙地或者弱风区域内适合布设2 m×2 m 规格PLA沙障,研究结果可为PLA沙障在防沙工程中的合理应用提供科学参考。     

布古里沙漠部分地区风沙环境特征分析

布古里沙漠位于喀什绿洲和叶尔羌河绿洲之间,具有独特的地貌特征和风沙环境特征。通过对布古里沙漠部分地区的气象资料分析和野外实地风沙观测,对其风沙环境特征进行了分析。结果表明：布古里沙漠的沙粒平均粒径是0.16 mm,起沙时间集中在每年的4～9月,风向主要是西北风和东北风,偏西北风略强;在2 m高处测量的裸露沙面起动风速的是3.0 m/s,植被覆盖率为7%,起动风速为5.2 m/s,植被覆盖率为14%,起动风速为6.8 m/s;当平均风速为6.7 m/s时,气流输运沙子主要在近地表面0～10 cm,,风沙流中含沙量随垂直高度呈指数衰减,给出了风沙流的含沙量随垂直高度分布的相关方程和参数。     

吉兰泰盐湖防护体系阻沙效应及输沙粒度特征

风沙危害是制约荒漠盐碱湖区资源开采的重要因素,研究盐湖防护体系风沙运移规律及其颗粒运动方式对实现盐湖资源可持续开采具有重要意义。以吉兰泰盐湖防护体系为研究对象,通过野外定位监测结合室内分析的方法,逐月对防护体系不同部位输沙通量进行观测,探究吉兰泰盐湖防护体系沙粒运动方式及各月输沙通量变化规律,以期为吉兰泰盐湖防护体系效果评估提供数据支撑。结果表明：（1）从流动沙垄至盐湖湖心风速表现为先减小后增加的趋势,除白刺灌丛外,其余样地风速基本不受风向影响。（2）除防护林带外,季节变化对防护体系50 cm高度以上输沙通量影响较大。（3）防护体系各样地0—40 cm高度的输沙通量占总输沙通量的53.43%—96.63%,区域内沙粒运动方式以跃移为主。（4）从流动沙垄至盐湖湖心,沙物质粒径分布曲线整体呈双峰型,且沙物质颗粒粒径表现为先增大,至盐碱滩地时达到最大,后略减小的趋势。吉兰泰盐湖防护体系50 cm高度以上输沙通量受季节影响较大,但整体仍可拦截95.79%—99.93%的沙粒,从而有效避免盐湖湖面积沙。