高立式沙障风沙流场对积沙过程的动态响应

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阻沙栅栏是一种重要的机械防沙形式,具有很好的阻沙效益,它对近地表流场和沙面蚀积过程产生了很大扰动,并导致了周边的风沙地貌的不断变化,而且风沙流场特征也随地表风沙地貌的发育而动态变化。本文通过室内风洞模拟和野外实地观测,研究了高立式尼龙网沙障前后风积地貌发育过程,分析了近地表风沙流场对沙障积沙的动态响应,探讨了高立式沙障的防护效益对积沙的变化过程。主要结论如下:  (1)阻沙网积沙断面形态为单峰形,积沙主要在阻沙网的下风侧。阻沙网的积沙高度和宽度逐渐增加,积沙初期和中期峰尖窄,后期峰较宽,稳定时期积沙范围主要在上风侧7H到下风侧的12H之间,积沙最高点距阻沙网下风侧的2H处。阻沙网积沙量随时间逐渐增加,上风侧积沙量占整个断面积沙量的20%,下风侧的积沙量占整个断面积沙量的80%。  (2)阻沙网极大改变局地近地表的风沙运动过程,造成风沙流饱和程度的剧烈空间变化,产生了地表蚀积交替变化。阻沙网布设初期和稳定期输沙率的变化趋势不一致,布设初始时,输沙率在阻沙网的上风侧逐渐减小,在下风侧H处输沙率最大,而稳定时期在3H处输沙率最大。  (3)随着沙障逐渐积沙,近地表风沙流场也相应发生适应性变化规律,不同时期风速廓线、平均风速加速率、风场都在变化。在布设初期,中期和中后期,平均风速和加速率逐渐减小,在5H处最小,从5H开始,又逐渐增大。而在稳定时期,平均风速和加速率H处最大,在3H处平均风速最小。从布设部位来看,在-5H处,加速率依次为:初期>中期>中后期>稳定期,-2H处,加速率依次为:中期>中后期>稳定期>初期,H处,加速率依次为:稳定期>中后期>中期>初期,3H处,加速率依次为:中期>中后期>初期>稳定期,5H和10H处加速率依次为:稳定期>期中期>中后期>初期。随着风速的增大,防风效益减小。防风效果随时间的推移而逐渐减弱,中后期防风效果增强,稳定期减弱。  (4)随着阻沙网积沙量的增多,防护效益逐渐减低。不同时期防风效益表现为:初始>中期>中后期>稳定期,阻沙网在积沙的过程中,防风效益是逐渐递减的。阻沙网的出露高度与防护效益呈线性相关,随着阻沙网出露高度逐渐减小,防风效益也逐渐降低。而上风侧积沙量、下风侧积沙量和总积沙量与防护效益均呈负线性相关。随着阻沙网积沙量的增多,防护效益也逐渐减低。
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