孔隙率及空间分布格局对防护带防风效能的影响

发布时间：2020-04-05 21:01

【摘要】：我国西北干旱区生态环境严酷,沙漠及沙漠化土地广布,风沙危害严重。通过构建生态防护体系、建设防沙治沙工程实现降低地表风速、削弱地表风沙运动是控制、治理沙漠化的主要措施之一。本文借助于风洞实验,对7种孔隙率及2种生物量空间分布格局的防护带防风效能进行测量,分析了孔隙率及地上生物量空间分布格局对防护带防护效能的影响,并探讨了研究结果在防风固沙实践中的应用。研究得出如下主要结论:(1)带后2h处、0-30cm范围内,以防护带高度为临界值分为两个完全不同的区域:即有效防护区(1cm-13cm,风速削减率为正)和加速区(20cm-30cm,风速削减率为负)。在这两个区域内,防护带对气流产生截然不同的影响,且影响强度随孔隙率增加逐渐减弱。(2)受模型为纵条型结构的影响,带后2h处1cm-13cm范围内相同孔隙率防护带的风速消减率沿高度变化不大;随距离增加,地表5cm高度处防护带风速消减率逐渐降低,孔隙率越小,风速消减率极大值越大,且出现位置越靠近4h处,风速消减率随距离增加而降低越明显。带后30cm高度处、2h-12h范围内风速均不同程度出现加速,且越靠近防护带、孔隙率越小,风速加速趋势越明显。(3)防护带带后2h-24h范围内各位置处平均风速消减率随防护带孔隙率增加呈递减趋势,且在孔隙率自1%至100%的变化过程中,风速消减率出现三个明显的变化区间。孔隙率自1%至40%,平均风速消减率缓慢减小;从孔隙率45%开始至66%,平均风速消减率急剧减小;从孔隙率为66%左右开始,平均风速消减率随孔隙率增加而呈缓慢减小趋势。(4)入口风速从6m/s增加至12 m/s,1%、40%和66%三种孔隙率防护带带下风速消减差值会随孔隙率及距离的变化发生明显改变,且孔隙率越小,越靠近防护带,风速消减差值随入口风速的变化越明显,在超过防护带高度后孔隙率为1%和40%的防护带上方风速消减差值会随高度增加迅速减小,至30cm高度处三种入口风速影响下的风速消减差值趋于一致,而孔隙率为66%的防护带对此的响应要明显的弱于前两种。(5)生物量空间分配格局的改变会对其影响区域内风速消减率产生明显影响。改变原低孔隙率防护带的空间排列方式,增加孔隙率为33%林带的横向孔隙率及纵向厚度(横向及纵向以主风方向为标准界定)后,与原有的低横向孔隙率及纵向厚度生物量空间分配格局相比,0-13cm风速消减率明显降低,5cm高度处2h-24h范围内风速消减率明显降低,但高于单条高横向孔隙率、低纵向厚度生物量空间分配格局(孔隙率66%),介于两者之间。(6)在维持一定区域内地上生物量及总盖度不变的情况下,将小间隔、多条带、分散分布的大孔隙率防护体系配置模式调整为单条、集中分布的小孔隙率条带可以在相同的资金投入和水分消耗前提下取得更好的防护效益。在考虑资金投入与效能最大化的前提下,单条条带式防护带的最佳孔隙率应控制在45%左右,将孔隙率从66%降低至45%期间,单笔资金投入的效能收益最大。
【图文】：

风沙环境,风洞实验室,实验段

甘肃农业大学 2017 届硕士学位论文风洞结构符合低速风洞设计要求，，可以在实验段生产稳定流动的度为±3%-±0.5%，最大测试风速达 35m/s。洞体总长度 38.9m，由进、整流段、收缩段、实验段、可调实验段和扩散段组成。实验段 1.2 m×1.2 m，可调节实验段长 2.5m，截面 1.2 m×1.3m。为加速风洞育，在实验段的前端铺设粗糙元(如图 2-2 所示)，粗糙元由20cm×5cm 水泥预制砖按规则铺设而成，铺设长度为 3.6m，实验初粗糙元铺设方式的调整实现对风洞实验段测量区域风场的合理调节实验涉及 0-30cm 高度内的风场结构满足自然条件下的稳定对数廓

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粗糙元铺设方式的调整实现对风洞实验段测量区域风场的合理调节实验涉及 0-30cm 高度内的风场结构满足自然条件下的稳定对数廓图 2-1 风沙环境风洞实验室
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S718.5

【参考文献】