不同外形粗糙元覆盖沙床面抗风蚀效益的风洞模拟实验.pdf

第32卷　 第1期 地球科学进展 Vol.32　 No.1 2017年1月 ADVANCES IN EARTH SCIENCE Jan. ,2017 樊瑞静,李生宇,周杰,等.不同外形粗糙元覆盖沙床面抗风蚀效益的风洞模拟实验[J].地球科学进展,2017,32(1):83-89,doi:10.11867/ j. issn.1001-8166.2017.01.0083. [Fan Ruijing,Li Shengyu,Zhou Jie,et al. Wind tunnel experiment of anti-erosion efficiency on the sand bedscoverd by different shapes of roughness-elementes[J]. Advances in Earth Science,2017,32(1):83-89,doi:10.11867/ j.issn.1001-8166.2017.01.0083. ] 不同外形粗糙元覆盖沙床面抗风蚀效益的 风洞模拟实验∗ 1,2 1∗ 1,2 1 樊瑞静 ,李生宇 ,周　 杰 ,王海峰 (1. 中国科学院新疆生态与地理研究所,新疆　 乌鲁木齐　 830011;2. 中国科学院大学,北京　 100049) 摘　 要:为了探明沙面粗糙元覆盖物的几何外形对地表风沙活动的抑制作用关系,用球形、三棱锥 形、圆柱形、正方体形、饼形和半球形6 种外形的粗糙元(自制,保持单颗粒等质量)覆盖(盖度 10%)流沙面,分别在净风和挟沙风条件下进行风洞模拟实验。 结果表明:①净风条件下,球形、三 棱锥形、圆柱形和正方体形粗糙元覆盖床面的风蚀量明显小于饼形和半球形覆盖床面,正方体形、 圆柱形、三棱锥形和球形的抗风蚀效率也较饼形和半球形好;②挟沙风条件下,随着风速的增加,球 形、三棱锥形、圆柱形覆盖沙面由风积向风蚀转化,风蚀量随风速增大而增大,当风速大于10 m/ s, 床面均表现为强烈侵蚀,其中饼形和半球形阻沙功能较弱,两者风蚀率最大;③无论是净风,还是挟 沙风条件,床面风蚀量均受粗糙元的方向比率、高度和间距等因素的影响,相同覆盖度下,细高、有 明显边界的粗糙元防护效果好于粗矮的粗糙元。 关　 键　 词:几何外形;粗糙元;风蚀;风洞实验 中图分类号:P931.3　 　 　 文献标志码:A　 　 　 文章编号:1001-8166(2017)01-0083-07 学粗糙度和粗糙元几何参数间的定量关系,量化了 1　 引　 言 砾石形状参数,并通过对床面临界摩阻速度来研究 我国西北沙区植被稀疏,土壤结构松散,地表风 地表风蚀情况,发现粗糙元的几何外形、盖度、直径、 蚀强烈,风沙灾害是制约当地社会经济发展的主要 高度和间距比等都直接影响了床面的空气动力学粗 [1] [8~11] [12] 障碍。 邹学勇等 对土壤风蚀模型中的影响因子 糙度和风速廓线 。 梅凡民等 研究了床面空 进行研究概述得出,粗糙元因子可分离地表的剪切 气动力学性质对沙粒能量传递和跃移起动的影响, 力,减缓地表风力。 目前国内外对采用砾石覆盖床 以及粗糙元几何参数的交互作用对空气动力学粗糙 面的方法来抑制风沙运动已有较多研究,地表覆盖 度的影响,并建立了几何参数(高度h、高度间距比、 [13] 砾