CN102261061A - 一种用于戈壁风沙防治的尼龙网栅栏 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于戈壁风沙防治的尼龙网栅栏，其结构特征是栅栏为“Λ”形尼龙网栅栏，在“Λ”形中，设置两个“一”字形平行横向栅栏，呈

字形栅栏。栅栏高1.8m，孔隙率为20％，阻力系数为1.5，栅栏施工采用45^#角钢作为立柱，间距为3m，立柱下端铸20cm×30cm×60cm的水泥墩，埋于地下，并有45°钢丝绳斜拉加固在尼龙网框架上。本发明既能在次风向上截断沙源，又能在主风向上起到导沙功能和控制流沙的作用，一改以往栅栏仅作为阻沙作用的单一功能。与未设栅栏前的月际积沙相比，减少了60％左右。其对于稳定沙砾质地表和保护石窟与壁画的重要作用。

Description

一种用于戈壁风沙防治的尼龙网栅栏

技术领域

本发明涉及一种用于戈壁风沙防治的栅栏，具体地说是一种应用A字形尼龙网防沙栅栏拦阻和输导戈壁风沙流的防护体系。 

背景技术

敦煌莫高窟素有“墙壁上的博物馆”、“世界艺术画廊”之称，窟顶鸣沙山为一高大沙山，沙源丰富，风沙活动强烈。莫高窟从创建至今经历了1600多年，石窟、壁画都不同程度地遭受到了风沙的毁损。一方面，严重积沙造成栈道积沙，洞窟埋没；另一方面沙尘物质对壁画、塑像的磨蚀相当严重，洞窟前室和露天壁画因此大量腿色，甚至大面积脱落。风沙对莫高窟的危害早在五代时已引起人们的重视，并有清沙记载。20世纪50年代起文物研究所就把防沙作为石窟保护的重要工作。60年代初，制订过防沙规划，同时开展过小规模的防沙治沙试验，在崖面上修建防沙墙，采取上堵下清″的方法，但后因积沙量大，造成墙体坍塌，危及窟区，被迫拆除。随后又在崖面开挖防沙沟，设置部分红柳条栅栏，结果造成大量沙物质积聚，沟很快被填平，沙障被压埋，形成新的隐患。 

发明内容

基于莫高窟窟顶保护区为戈壁、具有多路风向的环境条件，本发明的目的在于设计和建立了一种用于戈壁风沙防治的尼龙网栅栏，并开展了防沙效应的野外监测和风洞实验，探讨了其防沙机理，从而为尼龙网栅栏防沙工程的结构优化设计及其应用提供理论与实践依据。防沙效应研究结果表明，“A”字形尼龙网栅栏防沙体系已经起到控制流沙、稳定沙砾质地表和保护石窟与壁画的重要作用。它不仅扩展了栅栏的应用范围，而且为沙砾质戈壁风沙流的防治提供了成功的经验。 

本发明的目的是通过以下措施来实现： 

一种用于戈壁风沙防治的尼龙网栅栏，栅栏为“Λ”形尼龙网栅栏(1)，在“Λ”形中，设置两个“一”字形平行横向栅栏，呈 

字形栅栏。栅栏高1.8m，孔隙率为20％，阻力系数为1.5，栅栏采用45^#角钢作为立柱，间距 为3m，立柱下端铸20cm×30cm×60cm的水泥墩，埋于地下，并有45°钢丝绳斜拉加固在尼龙网框架上。 

本发明的优点和产生的有益效果是： 

本发明从野外监测和风洞模拟实验两方面出发，研究了 

字形尼龙网栅栏防沙体系在防护莫高窟风沙中产生的效果和较普通栅栏的优点。 

1尼龙网栅栏防沙效应的野外监测 

针对莫高窟窟顶保护区为戈壁、具有多路风向的环境条件，本发明的技术方案是基于莫高窟窟顶保护区为戈壁、具有多路风向的环境而产生的： 

(a)“Λ”形尼龙网栅栏是在窟顶戈壁上，根据莫高窟具有稳定的3组风向的特点，设计、实施了“Λ”字形的尼龙网防沙栅栏，“Λ”字形顶点指向主风向(W)，其目的即能在次风向(SSW)上截断鸣沙山的沙源，又能在主风向(W)上使栅栏具有导沙功能，而一改以往栅栏仅作为阻沙作用的单一功能。 

(b)、在“Λ”字形栅栏内设置的两个“一”字形平行横向栅栏，主要用于阻拦戈壁就地起沙，并与“Λ”形尼龙网栅栏组合而成 

字形尼龙网栅栏，起到阻沙、导沙作用。 

2监测结果 

2.1莫高窟窟顶断面积沙形态监测 

莫高窟窟顶断面积沙形态监测结果见图3，断面-Ⅰ和断面-Ⅱ的阻沙功能见图3a、3b。在图3a中积沙形态是不断增长(自东向西)，增长速度逐渐减缓。表明主体风沙流是自东向西的，反映了强东风对崖面和崖顶伏沙的反向搬动作用。图3b积沙形态不仅变化不大，而且绝对值也很小。说明两点事实：一是栅栏G、E的东西两侧均有效地阻挡了外来的风沙流；二是表明保护区内，沙砾质地表较为稳定，可供搬运的沙物质有限。断面-Ⅲ可分为两种情况，即1990年12月～1992年1月24日间三角形顶角为73°时的积沙断面-Ⅲ(1)和1992年3月3日～1993年5月4日顶角改为83°之后的积沙形态断面-Ⅲ(2)。在断面-Ⅲ(1)中，栅栏外侧风蚀作用明显，栅栏基部和内侧积沙较多。其蚀积过程表现为偏南风积沙和偏西风侧导。断面-Ⅲ(2)不同于前者，特别是南栅栏外侧积沙范围明显增大，积沙强度超过风 蚀作用。在偏西风作用下，其外侧导沙率为35％，内侧为15.89％，断面-Ⅳ用于监测偏西风的积沙过程。计算表明：在FA一侧，偏西风的年最大可能输沙量为10.483m³·m^-1·a^-1。如果以此速度积沙，现有栅栏早在1年内被完全埋掉。鉴于该地区3组风向具有不同频率、不同强度和持续时间，而且具有明显的季节变化。因此，沙物质的搬运与堆积过程，无论是在时间或空间上都具有相互的交替作用特征。由图3e断面-Ⅳ可见，其积沙范围和高度在几组断面中均占首位。栅栏前后20m范围内都有明显的风蚀现象，特别是栅栏内侧，几乎始终都处于风蚀状态。因为，该段栅栏(图1)走向为NE→SW，由于陡崖地形的特殊作用，致使NNE和NE两个风向上无足够的沙源，而且风力较强，对栅栏外侧积沙的侧导率平均为34％左右，每年4～5月间平均可达56.33％。这种侧导作用在栅栏内侧就更为显著，平均可达57.51％，其中较强的EN E风起了重要的作用。侧导作用亦可从栅栏前后沙纹的走向得到进一步证实，即沙纹走向与栅栏走向互相垂直。 

2.2洞窟栈道积沙量监测 

“A”字形尼龙网防沙栅栏体系于1990年11月底完成，对比栈道积沙盒沙量的月际变化(图4)，可以看出自尼龙网栅栏建成后，洞窟栈道积沙明显减少。与未设栅栏前的月际积沙相比，大约减少了60％左右。在崖面没有得到化学固沙之前，窟前积沙量的变化并不能真正反映栅栏的防护效益。因为东风的强烈风蚀，仍可以使崖面的多年积沙下滑，造成洞前积沙，其显著变化表现为崖顶和崖面的黄色伏沙减少或消失，窟前积沙盒样品中粗砾增多。 

3“A”字形尼龙网栅栏防沙效益的风洞模拟实验 

3.1实验内容 

根据防沙工程的需要，着重进行不同孔隙度栅栏与主风向成不同夹角的风沙阻导作用模拟实验。孔隙度B分别为50％～55％，40％～45％，30％～35％和20％～25％；与主风向夹角分别为30°，45°，60°和90°(与风垂直)。风速仅取v∞＝11m/s一种。 

3.2实验结果与讨论 

实验结果见图5～图8，图5～图8网栅孔隙度逐渐减少，由50％～55％减 到20％～25％，并与主风向具有30°，45°，60°和90°情况下的流场纵剖面。在测定的范围内，贴地有加—减—加(网栅后)—减—加5个新能区，网栅空中前后有两个阻减区和涡流减速区，网顶下方有一抬升集流加速区，计8个重新分布的新能区。它们与紧密型及通风型栅栏之差仅在材料柔韧性好和沙粒的穿透性较强及栅栏后加速区很弱这3个方面。由表1可见，尼龙网制成的栅栏与普通栅栏相比具有更强的防风沙效应。 

表1  有效防护距离 

随着“Λ”形尼龙网栅栏与主风交角α的减少，以上各能区均逐渐在减弱，从而反映出侧导作用的加强。而从网栅后贴地保护区的大小来看(图5～图8)，应以孔隙度40％～45％为大。如按一般减速20％计算，它的贴地保护区可达30H以上(H为网栅高度)。这比由石膏、水泥或木质硬质材料构成的栅栏效果更好，因为硬质材料构成的栅栏保护区仅为27H。实验还表明，侧导作用则以紧密型和小倾角、如孔隙度β为20％～25％(α＝30°)为佳。 

综上所述，“A”字形栅栏与单一功能栅栏相比，除具有阻沙功能外，还具有明显的导沙功能，在风与栅栏的夹角较小的情况下，尤其是小于45°时，被拦阻在栅栏前后的积沙可在反向风作用下自行输导，并减少了栅栏前后清理积沙的工作。实验表明，侧导作用以紧密型和小倾角的，如孔隙度β为20％-25％(α＝30°)为佳。它的贴地保护区可达30H以上(H为网栅高度)，这比由硬质材料构成的栅栏的效果更好，因为后者仅达27H。另外，由于“A”字形栅栏与刚性栅栏在其柔性、变形及穿透性上存在很大区别，对普通网栅，在常见风速条件下，阻沙效率为70％，而 字形栅栏能够达到90％以上。 

本发明已在莫高窟窟顶戈壁风沙危害防治中得到应用，实践表明：本技术措施已经起到控制流沙、稳定砂砾质地表和保护文物的重要作用，不仅扩展了栅栏的应用范围，而且为西北极端干旱条件下沙砾质戈壁风沙流的防治和我国重要文物古迹及经济设施的保护提供了成功的经验。 

附图说明

图1为本发明示意图，其中：1是“Λ”形尼龙网栅栏。 

图2是图1栅栏施工示意图。 

图3表示栅栏防护体系不同部位积沙形态图。 

图4表示洞窟栈道积沙量月际变化图。 

图5为尼龙网栅栏孔隙度为50％～55％的流场纵剖面图。 

图6为尼龙网栅栏孔隙度为40％～45％的流场纵剖面图。 

图7为尼龙网栅栏孔隙度为30％～35％的流场纵剖面图。 

图8为尼龙网栅栏孔隙度为20％～25％的流场纵剖面图。 

具体实施方式

敦煌莫高窟风沙灾害严重，多年来，一直未能有效地阻止流沙的危害。为确保莫高窟免受风沙危害，本发明实施一种用于戈壁风沙防治的“A”字形尼龙网栅栏。 

如图1-2所示：一种用于戈壁风沙防治的尼龙网栅栏，栅栏为“Λ”形尼龙网栅栏1，在“Λ”形中，设置两个“一”字形平行横向栅栏，呈 

字形栅栏。栏高1.8m，孔隙率为20％，阻力系数为1.5，栅栏施工采用45^#角钢作为立柱2，间距为3m，立柱下端铸20cm×30cm×60cm的水泥墩4，埋于地下，并有45°钢丝绳3斜拉加固在尼龙网框架上。 

在实施中， 

字形尼龙网栅栏是根据风向的特点。首先，“Λ”字形顶点应指向主风向，其目的即能在次风向上截断沙源，又能在主风向上使栅栏具有导沙功能，而一改以往栅栏仅作为阻沙作用的单一功能。 

两个“一”字形平行横向栅栏在“Λ”字形栅栏内设置的两个平行横向栅栏，主要用于阻拦戈壁就地起沙，并与“Λ”形尼龙网栅栏组合而成 

字形尼龙网栅栏。 

本发明因地制宜对莫高窟窟顶戈壁风沙进行了综合治理。实践证明：“A”字形尼龙网栅栏已经起到控制流沙、稳定沙砾质地表和保护石窟与壁画的重要作用。它不仅扩展了栅栏的应用范围，而且为沙砾质戈壁风沙流的防治和我国重要文物古迹及经济设施的保护提供了成功的经验。 

Claims (1)

1.一种用于戈壁风沙防治的尼龙网栅栏，其特征是栅栏为“Λ”形尼龙网栅栏(1)，在“Λ”形中，设置两个“一”字形平行横向栅栏，呈

字形栅栏，栅栏高1.8m，孔隙率为20％，阻力系数为1.5，栅栏采用45^#角钢作为立柱(2)，间距为3m，立柱下端铸20cm×30cm×60cm的水泥墩(4)，埋于地下，并有45°钢丝绳(3)斜拉加固在尼龙网框架上。

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