敦煌莫高窟顶尼龙网栅栏防护效应研究

野外监测和风洞模拟实验结果表明,孔隙度为20%~25%的尼龙网栅栏,其保护范围达23.5H~29.5H,栅栏前后的积沙范围主要集中在2H(栏前)~3H(栏后)。砂砾质戈壁区尼龙网栅栏直接阻止了偏西风向洞窟搬运沙量的80%以上,但其侧导能力微弱,外围栅栏对来自主风向的外侧积沙的侧导率平均达到35%;对其内侧的侧导作用,在偏东风时为57.51%,偏西风时平均为15.89%,反映了防护效益的季节变化特征。在网后1H处,20cm、50cm、100cm和150cm高处的风速分别降到网前3H的48.6%、38.6%、40.7%和66%。在NW风作用下,网后10m、2m的输沙量分别是网前10m、2m的1/29和1/43,并受栅栏设置等因素的影响。流沙区尼龙网栅栏的防沙效益亦表现出在三组不同风向上的差异。栅栏的阻沙效益与沙源供给关系密切,沙源充足时以风积为主,相反,则出现较强的风蚀作用。3~5月间,对比分析前方沙源充足(1992年)、基本控制(2002年)和较好控制(2003年)3种情况,窟前栈道不同部位洞前积沙分别减少39.4%~83.3%、75.4%~95.2%和94.0%~98.7%。尼龙网栅栏是比其他材料更优的一种防沙材料,不仅价格便宜,施工简单,而且在沙障被埋后容易移动重设,在阻止沙丘前移和防止过境风沙流具有优势。目前在网栅周围形成的局部积沙,在综合防护体系逐渐建立,前方沙源截留的前提下,利用窟顶输沙能力的季节变化特别是偏东方的反向搬运功能,局部积沙可以得到较好的输导。同时建议维护调整现有砂砾质戈壁区尼龙网栅栏防护体系。     

青藏铁路错那湖段沙害防治措施研究

通过分析青藏铁路错那湖段气候特征、地质地貌、植被、沙丘分布及特征的基础上,分析了该地段铁路沙害的类型与成因,并对近年来在青藏铁路错那湖段采用的固沙和阻沙工程防沙措施进行了评价。从工程性价比、风沙流成因和防护效果的综合角度出发,提出了采用尼龙网沙障、混凝土沙障、活动板挡沙栅栏、截沙沟等阻沙措施和卵（碎）石覆盖沙面、覆膜沙袋沙障等固沙措施以及植物措施相结合防沙措施的建议,这种防沙体系的结构配置对该地段铁路沙害防治具有重要的指导意义,对青藏高原其他地区的铁路、公路防沙也有一定的借鉴意义。     

塔里木沙漠公路沿线机械防沙体系效益分析

野外实测和室内风洞实验的数据分析表明,塔里木沙漠公路沿线高立式沙障和半隐蔽式沙障发挥了较大的防沙效益,平沙地上高立式沙障的防护距离在18H左右。3种高立式沙障防沙效益各不相同,以芦苇栅栏最佳,抗紫外线尼龙网栏次之,白尼龙网栏最差。随设置路段、地貌部位、风沙活动强度不同,各种高立式沙障使用年限有差异。沙漠腹地半隐蔽式沙障的掩埋速度为2.0~14.4m·a^-1左右,并随时间推移有一个加速的过程。     

新疆S214公路台特玛湖干涸湖盆段风沙危害及防治

新疆S214（考干-米兰,考米线）公路位于库鲁克塔格沙漠东南缘,穿越台特玛湖干涸湖盆。由于该区气候干旱,风力强劲,沙源丰富,流动沙丘广布且快速移动,风沙危害对公路运输构成严重威胁。通过对风沙环境和风沙危害定位观测和土壤水盐特征系统调查,确定了风沙危害极为严重的公路区段,提出了合理的风沙防护措施及防沙体系结构。结果表明：该区具有明显的单风向风况,主要盛行ENE和NE风,偶有反向风沙活动,起沙风频率、输沙势、输沙率极高,属于高能-大比率风能环境;受土壤水分、盐分含量影响,地表紧实度差异较大,部分地段为极疏松的沙层,部分地段为紧实的盐壳;S214公路风沙危害防护区段为K4+900~K18+200,设计建造的阻-固-输相结合的机械-植物复合防沙体系,防沙效果明显,保障了道路安全运营。这一强风沙、高盐区公路防沙体系建设模式可为类似环境地区工程防沙提供借鉴。     

尼龙网栅栏防沙效应的风洞模拟实验

通过尼龙网栅栏防风沙效应的风洞模拟实验,发现采用尼龙网制成的栅栏,其作用兼有疏透和通风两种形式,是一种比木质栅栏更优良的新材料,其最佳孔隙度为40%~45%,保护区达30H以上。其积沙效率在中速时超过70%,在特大风时也超过50%。同时,尼龙网栅栏具有一定的导沙性能,其临界角约为45°。如果超过45°,导沙效率将降低。     

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。     

粒子图像测速(PIV)技术在风沙环境风洞中的应用

粒子图像测速技术是一种全新的非接触、瞬时、全场流速测量方法,广泛应用于流体力学实验中。笔者将其引入风沙运动研究是一个尝试,旨在为风沙物理和防沙工程研究提供新的测量手段。通过分析一系列的风洞实验结果,我们认为,在风沙流中颗粒速度分布、浓度分布、风沙地貌形成演化、防沙工程原理及应用方面,粒子图像测速技术具有一定优势,可以克服传统测量手段的某些不足。     

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。     

新疆S214省道防沙体系对近地表风沙流的影响

对新疆S214省道台特玛湖干涸湖盆段防沙体系内外的风沙流输沙和风速进行了同步观测,数据分析表明：观测时防沙体系中阻固沙带已拦截了大量风沙,虽近地表风速被削弱程度不大,但风沙流输沙的43.26%仍可被防沙体系所拦截和固定,而剩余部分则可借助路侧输沙带的较大风力输移到公路下风侧,且不产生路面沙害,表明阻-固-输结合型防沙体系非常适宜单风向强风沙环境。S214省道防沙实践可为其他强风沙环境公路防沙提供重要借鉴经验。     

平口式集沙仪的研制

研究风沙地貌的形成、变化以及设置人为防沙措施,均与风沙流结构有关。而要了解风沙流结构特征必须借助于集沙仪在野外和室内风洞中进行风沙流观测。因此,集沙仪质量的好坏,是直接影响风沙流研究水平高低的关键问题之一。多年来国内外在这方面做了许多工作。但在我国从事风沙研究工作却长期使用高20厘米的阶状式集沙仪大家知道,这种集沙仪的设计是以风沙流中的沙量主要甚至全部分布于20厘米以下这一高度为依据的。     

青藏铁路西格段戈壁风沙流防治体系研究

青藏铁路西宁至格尔木段(西格段)日照冻融变化强烈、风力强劲,为了解决该环境下戈壁风沙流对路基的危害,以PE(polythene)固沙网为平面防治并结合高立式沙障为立面防治措施,组成了戈壁风沙流防治体系,通过现场观测及室内风洞实验,验证了该防治体系的防风固沙效果和工程可靠性。工程应用表明,该防治体系具有抗风蚀性能强、可重复利用、寿命长及绿色环保等特点,能够有效防治铁路戈壁风沙流的危害,并对养护工作量的减少起到了重要作用,可以替代传统石方格、竹栅栏等防风固沙措施。对类似于西格段这种戈壁风沙流速较大、海拔高、生态脆弱、传统防沙材料贫乏和工程防沙措施失效的地区,新型防治体系具有借鉴和示范作用。     

考虑沙粒带电情形下的单宽输沙率经验公式

 单宽输沙率是风沙流研究的一个重要参数。基于考虑跃移运动沙粒带电的风沙流演化过程理论模型,对单宽输沙率进行了大量详细的数值模拟,在此基础上,拟合得到一个便于实际应用的单宽输沙率经验公式。该公式包含来流风速、沙粒粒径和平均荷质比等影响风沙流演化过程的重要可测参数。与已有模型相比较发现,通过对公式中参数沙粒荷质比赋予（-160 μc·kg-1, 0 μc·kg-1）范围内的值,预测的输沙率与现有许多输沙率预测公式的预测结果都能符合,意味着静电作用可能是导致众多输沙率公式预测结果不统一的原因之一。     

野外近地表风沙流脉动特征分析

基于风沙流实时测量系统对流沙地表的输沙强度以及不同高度风速进行实时测量所获得的数据,分析野外实际风场中的风沙流脉动特征。结果表明:沙粒的存在削弱平均流场,但对风速的高阶统计矩和分布形式影响不大,不同高度、不同来流平均风速条件下,风沙流中风速仍近似符合高斯分布;瞬时输沙强度服从指数分布,滞后风速约1 s,脉动强烈;30 min输沙强度平均值和脉动标准差均随平均风速的增大而呈幂函数增加,但随风速脉动强度的变化呈先增大后减小的趋势。这意味着脉动风速对输沙率具有重要影响,需要在输沙率预测公式中予以考虑。     

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。     

风沙静电场对植物茎秆液流传输过程影响的理论分析

风沙流对植物生理过程具有非常重要的影响,但是对其影响机理目前并无相关理论模型给予解释。本文基于植物茎秆的刚性导管模型讨论了风沙静电场对植物茎流速率的影响。结果表明:随着外部电场增强,茎流速率指数增加,即外部电场越强,水分输运速度越快;植物茎秆导管半径越大,水分输运速度越快,且电场的影响越明显。本文结果在一定程度上解释了风沙流胁迫对植物的影响远大于净风影响的实验结果,可为沙化地区的植被保护提供一定的帮助。     

华南沿海风沙危害防护体系及其效益分析

海岸风沙危害防治是一项涉及海洋工程、风沙地貌和空气动力等多学科交叉的难题。由于风水两相耦合作用,海岸风沙活动较内陆沙漠地区有其独特的地域环境特征,加之潮汐作用、海浪的冲刷和台风的严重威胁,以及海水对防沙材料的浸蚀作用,使海岸风沙危害防治与实践更加复杂和困难。根据海岸风沙活动规律及潮汐作用特点,借鉴包兰铁路沙坡头段风沙危害防治体系的经验,提出了以阻为主、阻固结合、以工程措施为先导、最终以生物措施替代工程措施的综合防治思路,建立海岸风沙危害综合防护体系,并对其防护效益进行了分析。     

高立式阻沙网的阻沙效果对比

设计了高120cm的4种结构HDPE阻沙网：均匀结构阻沙网（a）、大条带上疏下密式阻沙网（b,60cm宽条带）、小条带疏密相间式阻沙网（c,20或10cm宽条带）和中条带上密下疏式阻沙网（d,40cm宽条带）,布设在塔克拉玛干沙漠腹地的垄间平地。阻沙试验结果表明：（1）4种结构阻沙网积沙纵断面的蚀积形态均呈单峰,但积沙宽度和高度不同,3种非均匀结构的阻沙网积沙高度均高于均匀结构阻沙网,积沙高度c> b> d> a。（2）4种结构阻沙网积沙量c> a> b> d,积沙量均集中在下风侧分布,但b和c阻沙网积沙在上风侧的积沙量高于a和d阻沙网。（3）不同结构阻沙网积沙量及其空间分布差异主要与阻沙网结构的特殊风场结构有关。     

中国沙区公路风沙危害及防治研究进展

本文聚焦公路风沙问题,回顾了中国沙区公路的发展历程、现状与特点,围绕公路沿线风动力环境、沙害特征、致灾机理、风沙防治措施、防护体系结构组成和防护效益等,系统总结了中国沙区公路风沙防治取得的成果以及存在的问题。针对公路沿线流沙和戈壁地表以及区域自然特征的差异,兼顾风沙防治、绿色廊道建植与景观功效,确保沙区公路防护体系持续稳定和效能发挥,系统梳理了中国沙区公路3种典型风沙防治模式。基于中国公路网络骨架体系日益完善的切实需求和沙区公路安全运营面临的挑战,侧重加强高速公路风沙防治工程技术的提升,提出了中国沙区公路未来的研究重点和发展趋势。