刷状沙柳沙障固沙性能风洞模拟

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00113

摘要/Abstract

摘要：

与传统的沙柳沙障人工逐根布设不同，刷状沙柳沙障采用机械编织形成，有类似拒马的外形，布设后稳定性好，也便于施工。对一种以沙柳枝条为原料的刷状沙障固沙性能进行了风洞模拟。结果表明：（1）在第1道沙障前风速略有降低，在第1、2、4道沙障处，风速增加较大。在经过每道沙障后，风速下降较大，形成一个降速区。（2）沙障正下方沙面多表现为侵蚀状态。迎风的第1道沙障，侵蚀现象最严重，随着时间推移，甚至发生掏蚀现象。沙障之间多处于堆积状态，第1格堆积最严重，其后堆积程度减弱。（3）沙障设置后，风沙流结构呈复杂的指数下降曲线。8、12、16、20 m·s^-1风速下的集沙量分别减少86.8%、81.6%、53.4%、67.8%。这表明刷状沙柳沙障有较好的固沙性能。由于沙障的扰动，沙物质向上飘散，使地表10~14 cm高度以上进沙口的集沙量有所增加。

关键词: 沙柳, 刷状沙障, 风洞模拟, 固沙

Abstract:

Compared to traditional Salixpsammophila sand barriers which should be manually inserted one by one， brush shaped S.psammophila sand barriers use mechanical weaving to form bottle brush barriers， which have a shape similar to horse resistance. This kind of barriers are easy to construct and have good stability after setup. Wind tunnel experiments were conducted to study sand fixation function of a brush shaped sand barrier made from S.psammophila branches. The results show that：（1） The wind speed slightly decreases in front of the first row of barrier， and increases significantly at position of the first， the second and the forth row of barrier. After pass through each row barriers， wind speed reduced greatly and formed deceleration zone. （2） The sand surface directly below the barrier often exhibits erosion effect. The erosion phenomenon is the most severe right under the first row barrier， and excavation occurs with time lapse. Between the sand barriers， the sand surface showed a state of accumulation， the first checkerboard accumulated the most severe， followed by a decrease in the degree of accumulation. （3） After setting up the barrier， the structure of the wind-sand flow exhibits a complex exponential decline curve. The sediment collection at wind speeds of 8 m·s^-1， 12 m·s^-1， 16 m·s^-1， and 20 m·s^-1 decreased by 86.8%， 81.6%， 53.4%， and 67.8%， respectively. This indicates that the brush shaped sand barrier has good sand fixation performance. Due to the disturbance of barriers， sand material drifts upwards， resulting in an increase in the amount of sand collected at the sand inlet above a height of 10-14 cm.

Key words: Salix psammophila, brush shaped sand barrier, wind tunnel simulation, sand fixation

中图分类号:

S288

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图/表 11

图1 沙柳沙障风洞布设

Fig.1 Layout of brush shaped sand barrier in wind tunnel

图2 流沙表面蚀积特征测点布置及集沙仪

Fig.2 Layout of measurement points for erosion and accumulation characteristics on surface of mobile sand in the wind tunnel and sand trap for collecting sands

图3 不同风速下刷状沙柳沙障流场（条框表示沙障位置）

Fig.3 Low field of brush shaped sand barrier under different wind speeds

图4 不同风速下流沙表面蚀积状况（虚线表示沙障位置）

Fig.4 Erosion and accumulation characteristics on surface of mobile sand under different wind speeds in the wind tunnel （dashed lines indicate the location of sand barriers）

图5 刷状沙柳沙障对流沙表面蚀积的影响（箭头所示为风向）

Fig.5 Impact of brush shaped sand barrier on surface erosion and accumulation of quicksand（the arrow shows the wind direction）

图6 风洞内无沙障风沙流结构特征

Fig.6 Characteristics of the wind-sand flow structure without barriers in the wind tunnel

图7 风洞内刷状沙柳沙障风沙流结构

Fig.7 Wind-sand flow structure with brush shaped sand barriers in the wind tunnel

表1 刷状沙柳沙障风沙流结构参数

Table 1 Parameters of the wind sand flow structure with sand barriers in the wind tunnel

参数	风速/(m·s^-1)
参数	12	16	20
q₀	-0.05134	-0.49579	-1.38037
z₀	1.14592	1.11136	1.03418
a₁	0.04914	0.57152	1.8804
b₁	1.60492	1.32901	1.08722
a₂	0.09282	0.40067	1.05406
b₂	1.63818	1.37296	1.11176
a₃	0.09032	0.89532	2.40472
b₃	74.88796	95.61356	113.33693
R²	0.98778	0.9806	0.97412
P	<0.01	<0.01	<0.01

图8 风沙流通过直立式沙柳沙障示意图（根据文献［18］绘制）

Fig.8 Schematic diagram of wind-sand flow passing through an upright sand barriers

图9 刷状沙柳沙障机械化生产过程

Fig.9 Mechanized production process of brush shaped sand barrier

图10 风沙流通过刷状沙柳沙障示意图

Fig.10 Schematic diagram of wind-sand flow passing through a brush shaped sand barriers

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