集束平铺式沙柳（ Salix psammophila ）沙障固沙性能风洞模拟

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00231

摘要/Abstract

摘要：

对一种以沙柳（Salix psammophila）枝条为原料的集束平铺式沙柳沙障防风固沙效益进行了风洞模拟。结果表明：（1）在每道沙障后形成效果明显的降速区，第一道沙障上方形成明显的喷流区，1 m×1 m沙障、1 m×1.5 m沙障的防风效果较好。（2）沙柳沙障在不同风速下的沙面多呈现出侵蚀状态，风速越大，沙柳沙障下的沙面侵蚀变化越大；在沙柳沙障所构成的网格状中，第一格的侵蚀最为严重，随后侵蚀程度逐渐减弱。（3）风洞无沙障风沙流结构呈现指数下降曲线；风洞沙障风沙流结构则呈现动态分布，这主要是因为沙障形成阻挡，使得风洞沙障风沙流结构不同于无沙障风沙流结构。（4）1 m×1 m、1 m×1.5 m、1 m×2 m沙障在8、12、16、20 ms^-1风速下，集沙量分别减少100%、79%、72%、51%，100%、94%、89%、74%，100%、78%、76%、78%，表明沙柳沙障具有较好的固沙性能，其中1 m×1.5 m沙障的固沙效果最好。

关键词: 沙柳, 集束平铺式沙障, 风洞模拟, 固沙效益

Abstract:

This study evaluates the sand fixation efficiency of clustered and horizontally laid sand barriers made from Salix psammophila branches through wind tunnel simulations. The results show that：（1） A distinct deceleration zone formed behind each sand barrier， while a pronounced jet flow region developed above the first barrier. The 1 m×1 m and 1 m×1.5 m barrier configurations demonstrated superior windbreak effectiveness.（2） Under varying wind velocities， the sand surface protected by S. psammophila sand barriers generally exhibits an erosional state. The degree of sand surface erosion beneath these barriers increases significantly with higher wind speeds. Within the grid system formed by S. psammophila sand barriers， the foremost section experiences the most severe erosion， with the intensity gradually diminishing in subsequent sections.（3） The wind-sand flow structure in a wind tunnel without sand barriers exhibits an exponential decay curve. In contrast， the wind-sand flow structure in the presence of sand barriers demonstrates a dynamic distribution， primarily due to the obstruction formed by the barriers， which alters its characteristics compared to the barrier-free scenario.（4） The 1m×1m， 1 m×1.5 m， and 1 m×2 m sand barriers showed sediment accumulation reductions of 100%，79%， 72%， and 51%； 100%， 94%， 89%， and 74%； and 100%， 78%， 76%， and 78% at wind speeds of 8 m·s^-1， 12 m·s^-1， 16 m/s， and 20 m/s， respectively， This suggests that S. psammophila sand barriers exhibit significant sand-fixing potential， with the 1 m×1.5 m configuration showing optimal performance.

Key words: Salix psammophila, clustered and horizontally laid sand barriers, wind tunnel simulation, sand fixation efficiency

中图分类号:

Q151

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图/表 12

图1 沙柳沙障风洞布设

Fig.1 Layout of Salix psammophila sand barrier in wind tunnel

图2 风洞试验图示

Fig.2 Schematic diagram of the wind tunnel experiment

图3 风洞空洞风速

Fig.3 Wind speed profile of the wind tunnel

表1 风洞观测参数

Table 1 Wind Tunnel Measurement Parameters

	高度/cm	风速/（m·s^-1）
风速流场观测	0.3、0.6、1.1、1.6、3.1、6.1、12、20、35、50	8、12、16、20（持续时间为30 s）
输沙量观测	0~60（取50 cm以下数据）	8、12、16、20（持续时间分别为10、10、10、5 min）

图4 流沙表面蚀积特征测点布置与2 cm×60 cm风洞专用集沙仪

Fig.4 Arrangement of measurement points for sand erosion and accumulation characteristics and the 2 cm × 60 cm sand trap

图5 1 m×1 m集束平铺式沙障流场

Fig.5 Flow field of 1m×1m clustered and horizontally laid sand barriers

图6 1m×1.5m集束平铺式沙障流场

Fig.6 Flow field of 1m×1.5m clustered and horizontally laid sand barriers

图7 1m×2m集束平铺式沙障流场

Fig.7 Flow field of 1m×2m clustered and horizontally laid sand barriers

图8 沙柳沙障在不同风速下流沙表面蚀积状况（虚线表示沙障位置）

Fig.8 Surface erosion conditions of moving sand in Salix psammophila sand barriers under different wind speeds （dashed lines represent the position of the barriers； A：1m×1m sand barriers；B：1m×1.5m sand barriers；C：1 m×2 m sand barriers）

图9 不同风速下集束平铺式沙柳沙障对流沙表面蚀积的影响

Fig.9 Influence of clustered and horizontally laid Salix psammophila sand barriers on sand erosion and accumulation under different wind speeds

图10 不同规格沙柳沙障影响下的风沙流结构

Fig.10 Structure of wind-sand flow impacted by different scale Salix psammophila sand barriers

图11 内蒙古鄂尔多斯造林总场万太兴分场野外实地沙柳沙障景观

Fig.11 The Salix psammophila sand barriers in the field at Wantaixing Branch of Ordos General Afforestation farm， Inner Mongolia

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