双层网盾状沙障防风固沙效益的风洞试验

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00114

摘要/Abstract

摘要：

双层网盾状沙障具有较高的阻沙和固沙效应。对不同孔径单双层网盾状沙障进行风洞模拟试验，对比其流场特征、风沙流结构和蚀积状态。结果表明：（1）网盾状沙障内部形成明显的减速区（0~44 cm），并在后端产生更强的减速区（44~130 cm）。其中孔径2 mm的双层沙障减速效果最显著，比单层沙障形成更大的减速区域，且在不同风速条件下均表现出良好的适应性。（2）网盾状沙障输沙量分布普遍遵循指数衰减规律，双层沙障比单层阻沙效果更优，2 mm孔径的平均阻沙率最大。（3）网盾状沙障内部积沙高度随距离增加而上升，在后端达到最大值，沙障后方积沙高度逐渐降低直至与沙床相平。2 mm孔径双层沙障积沙更集中，积沙高度和区域也随着风速增加而增大。（4）孔径2 mm双层网盾状沙障兼具气流减速、积沙集中等优势，适应不同风速，防风固沙效果最佳。

关键词: 网盾状沙障, 孔径, 单双层, 防风固沙效益

Abstract:

The double-layer net shield sand barrier had high sand-blocking and sand-fixing benefits. Wind tunnel simulation tests were carried out on single-layer and double-layer net shield sand barriers with different apertures to compare their flow field characteristics， wind-sand flow structure and state of erosion and deposition. The results showed that：（1） A significant deceleration zone （0~44 cm） was formed inside the net shield sand barrier， and a stronger deceleration zone （44~130 cm） was generated at the rear end. Among them， the double-layer sand barrier with an aperture of 2 mm had the most significant deceleration effect. Compared with the single-layer sand barrier， it can form a larger deceleration area， and showed good adaptability under different wind velocity conditions. （2） The distribution of sediment discharge in the net shield sand barrier generally followed the exponential decay law. The double-layer sand barrier had more advantages than the single-layer sand barrier in the sand resistance effect， and the average sand resistance rate of the 2 mm aperture was the largest. （3） The height of sediment accumulation inside the net shield sand barrier increased with the increase of distance， and reached the maximum at the back end. The height of sediment accumulation behind the sand barrier gradually decreased until it was equal to the sand bed. The sediment accumulation of 2 mm aperture double-layer sand barrier was more concentrated， and the height and area of sediment accumulation also increased with the increase of wind velocity. （4） The double-layer net shield sand barrier with an aperture of 2 mm had the advantages of both airflow deceleration and sediment accumulation concentration. It adapted to different wind velocities and had the best windbreak and sand-fixing benefit. It provided theoretical basis and technical support for the sand control project of sandy islands and turtle spawning grounds in the South China Sea.

Key words: net shield sand barrier, aperture, single or double layer, windbreak and sand-fixing benefit

中图分类号:

S775

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图/表 15

图1 野外网盾状沙障

Fig.1 Net shield sand barrier in the field

图2 单层（A）和双层（B）网盾状沙障

Fig.2 Single-layer （A） and double-layer （B） of the net shield sand barrier

图3 风速测点（A）、集沙仪（B）和插钎位置（C）

Fig.3 Wind velocity measuring point （A）， sand sampler （B） and insertion position （C）

图4 无沙障时风速廓线

Fig.4 Inflow profile without sand barrier

图5 吹蚀风速为18 m·s-1时不同类型网盾状沙障流场分布

Fig.5 Flow field around different types of the net shield sand barrier

图6 不同风速下孔径2 mm网盾状沙障流场分布

Fig.6 Flow field around the net shield sand barrier under different free-stream wind velocities

图7 不同风速条件下无沙障时输沙量分布

Fig.7 The distribution of sediment discharge without sand barrier

表1 3种风速条件下无沙障时输沙量拟合结果

Table 1 Fitting results of sediment discharge without sand barrier

风速/(m·s^-1)	c	d	f	R²	P
10	0.002	2.156	2.512	0.990	<0.001
14	0.064	14.941	2.979	0.992	<0.001
18	-0.089	23.085	6.216	0.903	<0.001

图8 不同类型网盾状沙障输沙量分布

Fig.8 Distribution of sediment discharge in different types of net shield sand barrier

表2 不同类型网盾状沙障输沙量拟合结果

Table 2 Fitting results of sediment discharge in different types of net shield sand barrier

孔径 /mm	风速 /(m·s^-1)	单层					双层
孔径 /mm	风速 /(m·s^-1)	c	d	f	R²	P	c	d	f	R²	P
2	10	0.001	0.277	2.786	0.989	<0.001	-0.001	0.161	5.157	0.645	<0.001
	14	0.042	2.147	3.476	0.976	<0.001	0.034	2.238	2.964	0.984	<0.001
	18	0.287	13.571	3.338	0.979	<0.001	0.235	9.369	3.332	0.980	<0.001
3	10	0.003	0.442	2.652	0.991	<0.001	0.002	0.275	2.924	0.985	<0.001
	14	0.055	2.356	3.871	0.966	<0.001	0.077	1.548	4.693	0.928	<0.001
	18	0.324	10.958	4.811	0.962	<0.001	0.264	6.180	6.337	0.962	<0.001
4	10	0.003	0.487	2.652	0.989	<0.001	0.002	0.336	2.950	0.987	<0.001
	14	0.034	1.449	5.892	0.967	<0.001	0.062	2.029	3.605	0.966	<0.001
	18	0.238	7.212	4.351	0.960	<0.001	0.297	7.907	4.768	0.973	<0.001
8	10	0.002	0.401	2.440	0.991	<0.001	0.001	0.265	2.899	0.993	<0.001
	14	0.052	2.301	3.541	0.959	<0.001	0.033	1.371	4.429	0.973	<0.001
	18	0.271	8.769	4.426	0.956	<0.001	0.197	6.187	5.375	0.965	<0.001

表3 不同类型网盾状沙障阻沙率（%）

Table 3 Reduction percentage of total sediment discharge in different types of net shield sand barrier （%）

孔径 /mm	层数	风速/(m·s^-1)			平均
孔径 /mm	层数	10	14	18	平均
2	单层	83.8	78.4	55.8	72.7
2	双层	84.8	81.6	67.8	78.1
3	单层	74.7	72.6	47.3	64.9
3	双层	82.3	73.1	59.1	71.5
4	单层	71.8	75.8	66.8	71.5
4	双层	78.2	75.6	59.3	71.0
8	单层	80.0	75.3	60.0	71.8
8	双层	84.0	82.0	66.9	77.7

图9 障内和障后积沙形状

Fig.9 The status of sediment accumulation inside and behind the net shield sand barrier

图10 不同类型网盾状沙障障后蚀积分布

Fig.10 Status of erosion and deposition behind different types of the net shield sand barrier

图11 不同风速下网盾状沙障障后蚀积分布

Fig.11 Status of erosion and deposition behind the net shield sand barrier under different wind velocities

图12 不同类型网盾状沙障障内蚀积分布

Fig.12 Status of erosion and deposition inside different types of the net shield sand barrier

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