中国天山艾肯达坂透风式下导风防雪工程

据艾肯达坂风雪流形成条件，提出了贴地气层分离是公路吹雪堆积的机理，通过对密闭式下导风能量转换和流场结构的剖析，创造了透风式下导风防雪工程。其实施后，改变了公路因冬半年严重雪阻而不能通车的状况，经济效益和社会效益俱佳；     

斜插板挡沙墙设计参数优化数值模拟

本文基于FLUENT欧拉双流体非定常模型,对不同设计参数的斜插板挡沙墙周围风沙两相流运动特性进行了数值模拟。结果表明：挡沙墙透风率越小,积沙量越大,但沉积的沙堆越靠近挡沙墙,越容易被埋,透风率宜设计为25%～40%;插板倾角小于90°,背风侧沉沙区紧靠挡沙墙,大于90°,背风侧沉沙区与挡沙墙存在一定的距离;插板倾角在90°～135°时,大部分沙粒沉积在挡沙墙周围,防沙效果最佳,结合工程造价,倾角宜取110°～135°;背风侧有效影响范围区内,风速在水平方向与垂直方向风速轮廓线分别呈左“V”形分布与倒“S”形分布;风速一定时,背风侧空气动力有效阴影区范围随挡沙墙高度的增加而逐渐增大;挡沙墙高度一定时,背风侧沉沙区随风速的增大向下风向移动;挡沙墙高度越大,承受的风压越大,工程造价越高,综合考虑工程造价及防沙效果的基础上,挡沙墙高度建议采用1.5～2.0 m。     

脉动风场下跃移沙粒对风的响应时间

风沙流是大气边界层的典型气固两相流,输沙率对风速的响应滞后时间,被称为风沙流响应时间。通过野外测量发现风沙流响应时间与风速测量高度成正比,通过对瞬时风速进行信号分解并计算近地表输沙率与不同时间尺度风速信号之间的相关性,发现响应时间随风速频率的减小而增加。为进一步得到定量的规律,采用数值模拟的方法分析了周期来流风场中,风沙流响应时间随各种参数(周期,湍流强度,来流摩阻风速和测量高度等)的变化规律。模拟结果显示:响应时间与风速变化周期、来流摩阻风速成正比,与湍流强度和边界层高度成反比,输沙强度对跃移层外风速变化的响应时间沿高度先增加后减小。     

以计算流体动力学模型（CFD）模拟的戈壁地表风沙两相流运动特征

尘暴过程中沙砾质戈壁地表的风沙两相流运动,一直是风沙物理学关注的问题。但由于技术限制,野外观测及风洞实验难以捕捉大规模颗粒运动。为此,本文通过构建流体-颗粒碰撞互馈模型进行三维场域数值模拟,分析了不同砾石盖度下尘暴来流中的风沙两相流运动规律。结果表明：基于三维场流体-颗粒碰撞互馈模型修正后的求解结果能够较为准确地模拟戈壁地表风沙两相流运动过程。(1)不同来流尘暴过程,风相速度均会随砾石盖度的增大而减小,并在砾石盖度大于40%的戈壁近地表形成拜格诺焦点。相较于风相,沙相降速不明显。此外,距砾石床面4 cm以上,风沙两相速度基本保持一致。(2)当尘暴速度大于10 m·s^-1时,在距地1.5～2.1 m高度形成风沙两相流速度交点,交点上下表现为“风快沙慢”及“风慢沙快”现象。(3)尘暴过程中近地表沙尘浓度沿均值线呈“脉动”规律,表现为地表粉尘沉降与再释放循环过程,同时砾石盖度大小会直接影响沙尘沉积分布,当盖度大于40%时能够有效抑制沙尘释放。     

脉动风场下风沙流结构的数值模拟

 基于野外观测实验和Langevin方程对风场脉动的描述, 研究了脉动风场下沙粒的跃移运动以及风沙流结构特征。结果表明,脉动风场对沙粒的跃移运动有着显著的影响,沙粒粒径越小,脉动风场对跃移运动轨迹的影响越大;考虑风场脉动时给出的风沙流结构具有明显的分层特征,并与实验测量结果吻合得更好。     

基于MATLAB图像处理算法的风沙两相流PIV图像的分割方法

为了深入理解沙粒起动的力学机制,需要从风洞实验中同步地获得风沙边界层中沙粒群和气流的瞬时速度信息。基于MATLAB平台的风沙两相流PIV图像分割的方法,利用沙粒群和气流示踪粒子特征粒径的显著差异,对风沙两相流PIV图像中的气固两相流进行图像分割,可分别获得沙粒群和气流示踪粒子的图像,并进一步对分离后的两相粒子按粒径进行分级分离,得到各级粒径粒子PIV图像,为进一步恢复气固两相流的流场奠定了基础。     

台特玛湖干涸湖盆两种典型风蚀坑的三维流场特征及对风蚀的影响

台特玛湖干涸湖盆区风蚀沙漠化快速发展,发育了以新月形沙丘和风蚀坑（主要为槽状坑和碟状坑）为主的风沙地貌。风蚀坑的发育不仅受来流风影响,还与坑内三维流场有关。基于风洞实验和计算机流体力学（Computational fluid dynamics, CFD）数值模拟,对风蚀坑三维流场进行了探究。结果表明：（1） 从入风侧到出风侧,槽状风蚀坑和碟状风蚀坑底面的风速均呈减速—加速—减速—加速的变化模式,上口所在水平面的风速变化呈加速—减速—加速变化模式,上口气流压强也相应地发生变化,槽状风蚀坑和碟状风蚀坑整体呈低压—高压—低压变化模式,其中槽状坑变化更为明显。（2） 两种形状风蚀坑对气流均具有一定的吸附效应,使坑外一定范围的风沙流被吸入坑内,聚集能量和风沙流,加剧风蚀坑风蚀发育。（3） 风蚀坑加剧了地表侵蚀,侵蚀程度与风蚀坑尺度有关,风蚀坑尺度越大,对地表侵蚀越强。本文直观展示了两种典型风蚀坑中的三维速度、压力、风沙流流向分布,揭示了风蚀坑的风沙流吸附机制,研究结果可加深对风蚀坑形态动力学的理解,也可为内陆干涸湖盆沙漠化防治提供理论指导。     

风沙流中不同粒径组沙粒的输沙量垂向分布实验研究

在非均匀沙床面上, 风沙流中不同粒径组沙粒的输沙量垂向分布, 是非均匀风沙运动研究的重点。研究首先通过风洞实验, 收集了风洞中垂线垂向输沙量分布沙样, 然后对集沙沙样进行了沙粒粒度分析实验, 实验分析结果得出了不同粒径组沙粒的输沙量垂向分布规律, 基于稳定平衡风沙跃移运动模型和本文实验结果, 最后数值模拟研究了不同粒径组沙粒输沙量垂向分布, 与沙粒起跳速度和角度之间的关系。本文研究结果得出, 在非均匀风沙流中, 粗粒径组沙粒垂向输沙量上部符合指数递减分布但近床面区偏离指数分布, 呈现为偏大型分布, 粗粒径组对应的沙粒起跳速度和角度分布均为指数函数; 细粒径组沙粒垂向输沙量在整 个高度上均符合指数递减规律, 细粒径组沙粒对应的起跳速度分布为指数函数, 起跳角度分布为高斯函数。沙粒的平均起跳速度, 在0.4u*~2.2u* 之间变化, 随着气流风速(u*) 和沙粒粒径的增加而减小。     

基于多时相冠层结构参数对冠层光谱的敏感性分析

遥感反演的前提需对模型的输入参数进行敏感性分析.该文选取冬小麦返青期、拔节期、孕穗期和抽穗期,考虑输入参数之间的相关性,以辐射传输模型(PROSAIL)为研究对象,对比分析了局部敏感性和全局敏感性方法在模型不确定性和LAI敏感性上的差异.结果表明,随着冬小麦的生长,模拟光谱与实测光谱吻合度提高,模型模拟的不确定性降低;与局部敏感性方法相比,全局敏感性方法的模型不确定性降低,模拟精度提高,冠层光谱对LAI的敏感性有明显变化,植被指数对LAI的敏感性则相对稳定;与NDVI相比,TGDVI对LAI更敏感.     

基于流域系统模拟一情景优化的精细治理决策支持方法

面向美丽中国生态文明建设所需,亟待有效实现流域精细治理的科学决策,以根据流域综合治理愿景目标,优化流域管理措施(BMP)的空间布局方案(即BMP情景)、制定符合实际需求的实施路线图.对此,\"流域系统模拟—情景优化\"方法框架近年展现出广阔应用前景.本文介绍了该框架在应对实际应用需求中尚存的一系列问题,开展了体系性的方法研究:①提出新的流域过程建模框架,以兼顾建模灵活性和高性能计算、高效实现流域系统模拟;②提出以坡位单元作为BMP空间配置单元、并在情景优化过程中可进行单元边界动态调整的BMP情景优化方法,可有效考虑流域综合治理的经验知识,保障优化结果合理性;③提出考虑分阶段投资约束的BMP情景实施次序优化方法,可推荐出符合实际落地需求的实施路线图;④设计研发用户友好的参与式流域规划系统,供各方利益相关者协商决策.通过典型小流域应用案例验证了上述新方法、工具和原型系统的有效性和实用价值.     

基于缓解沙漠高速公路风沙危害的路基参数优化——以榆靖高速公路为例

在沙漠地区修筑高速公路时,风沙对公路路基的危害是公路安全和运营的最大影响因子之一。为了寻求最适合沙漠地区高速公路风沙危害最经济的理论路基断面形式,通过对榆（林）靖（边）沙漠高速公路各种路基实测数据应用数学模型进行定量分析,查明了影响路基沙害程度的主要参数,提出了减少路基沙害程度的设计理念,并对不同路基形式的沙害程度进行了比较,给出了路基沙害程度较小的路基断面形式及参数值。研究成果对今后在沙漠地区修筑高速公路设计及施工具有一定的指导意义。     

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...     

沙尘起动初期近地面浓度分布数值模拟研究

对沙尘事件发生初始阶段近地面空间的风沙运动进行了数值模拟研究。考虑固相的剪切黏性、总体黏性、气固相间动量交换、升力等,建立了一个二维气固两相流动数学模型。采用Fluent流体力学软件,进行数值计算。对一组风洞实验数据进行了模拟计算,验证了本模型和计算方法的正确性。研究区域高500 m、长1 000 m。近地层风速廓线采用指数式。沙尘粒度分布用R-R分布;粒径5~150 μm。模拟计算得出近地层内不同风速、沙粒直径的风沙速度及沙尘体积浓度空间分布。结果表明,沙尘起动初期分为发展壮大、回落、稳定3个阶段。沙尘卷起的发展段长度、沙尘卷扬高度及浓度分布曲线形状,均随沙粒和入口风速而明显变化。到达稳定阶段,沙尘浓度沿高度的分布表现为,近地面存在一个均匀的浓度层,即饱和层,其浓度、高度取决于风速和沙粒粒径;饱和层以上沙尘浓度呈指数衰减。     

青藏铁路格拉段风动力环境及其对铁路沙害的影响

以青藏铁路格拉段沿线主要气象站点1955—2014年的气象数据及部分野外观测数据为基础,从风向、大风沙尘暴日数、输沙势和年均风速变化等方面阐述了青藏铁路格拉段风动力环境特征,并揭示了其对铁路沙害的影响。格拉段铁路沿线风向单一、风能环境较高、铁路沙害可能进一步发展。本研究在青藏铁路沙害监测和防沙体系完善方面具有指导意义,同时也为其他沙区公路、铁路防沙设计提供借鉴。     

古尔班通古特沙漠风沙活动特征与线形工程安全研究

古尔班通古特沙漠是我国第二大沙漠，沙丘类型以固定和半固定纵向沙垄为主。垄间和坡中下部沙面较为稳定，仅在沙垄顶部存在10—40m宽度不等的流动带，风沙活动规律独特。近年来在沙漠腹地修筑的公路、引水渠等线形工程，不可避免地造成沙垄切剖和保护层破环，所引发的工程安全问题引起了人们的普遍关注。通过风况分析和实地观测，对沙漠腹地风沙活动特征进行了初步研究，同时对线形工程风沙危害进行监测，在此基础上提出现有防护体系存在的主要问题与对策。     

风沙跃移运动发展过程的离散动力学模拟

采用类似分子动力学的离散方法对二维风沙跃移过程运用高性能并行计算进行理论模拟。在本模拟模型中,考虑了沙粒与床面的碰撞、跃移沙粒与气流的相互作用等基本力学过程组成的复杂系统。通过并行运算技术使计算沙粒数达到72000的巨量计算得以实现。初步结果显示：自然跃移运动的基本特征如风沙流层内输沙率廓线可以较为成功的得以模拟。     

海平面上升对广东沿海工程设计参数的影响

参照广东沿海6个岸段2030年相对海平面上升的预测值,建议提高沿海工程的设计基准面。根据高潮位升幅的数值模拟,建议提高工程的设计高潮位。在计算不同频率风暴潮潮位重现期变化的基础上,提出各岸段重现期的设防标准。在计算波高增幅的基础上,提出各岸段设计波高的增大值。