CN1667371A - 利用高立式沙障测定输沙强度 - Google Patents

Abstract

一种在风沙流活动区测定输沙强度的方法，它是利用高立式沙障(俗称阻沙栅栏或栅栏)阻拦风积沙，一段时间后，通过量测高立式沙障所在处及其附近的积沙量，再结合气象资料，尤其是风速、风向、风时等风况资料，推算输沙强度。用这种方法，确定输沙强度之数据，来自于规模较大且可长时间及多次进行观测的工程实践(试验工程)，因而可更为有效地减少误差，并在实际工作中应用也不会有较大问题。

Description

利用高立式沙障测定输沙强度

技术领域

本发明涉及一种在风沙流活动区测定输沙强度的方法，尤其是涉及一种利用设置障碍阻沙来测定输沙强度的方法。

背景技术

在风沙研究领域，输沙强度也称输沙率，是指气流在单位时间内通过单位宽度或面积所搬运的沙量。这一概念除理论意义外，还因与风沙害强度关系密切，而广泛地应用在工程实践中，如沙漠地区公路防沙工程设计等。

目前，在风沙研究领域，公知的输沙强度测定方法有两种。

第一种是利用前人研究得出的风速与输沙强度的关系式，再结合气象资料，尤其是风速、风向、风时等风况资料，通过计算而得到输沙强度。但，已有的研究表明，输沙强度并不完全取决于风况；除了受风况影响外，还受风积沙的粒度组成、矿物成分、颗粒形状、含水量、植被等多种因素影响。正因为如此，国内外的不同研究者虽然在理论、实验和野外观测的基础上提出了许多理论或经验公式，但这些理论或经验公式却因在不同的沙漠地区风积沙的粒度组成、矿物成分、颗粒形状、含水量、植被等因素有所不同而各不相同，有的公式表明输沙强度与风速的三次方成正比，有的公式表明输沙强度与风速的两次方成正比，有的公式表明输沙强度与风速超过沙粒起动速度的三次方成正比，有的公式表明输沙强度与风速超过沙粒起动速度的两次方成正比，等等。这种情况不仅不利于该方法在实际工作中应用，而且其计算结果一般也都与试验结果，特别是野外观测结果有不小的差距，并在精度等方面难以满足工程建设需要，因而在实际工作中很少采用。

第二种是利用集沙仪在野外直接观测，然后运用相关分析方法，求得特定条件下的风速与输沙强度的关系式(这种关系式在不同的沙漠或同一沙漠的不同地区等均有所不同，因而可以说其已比较综合地考虑了风积沙粒度组成、矿物成分、颗粒形状、含水量、植被等多种因素的影响)；有了风速与输沙强度的关系式，再结合气象资料，尤其是风速、风向、风时等风况资料，通过计算而得到输沙强度。这种方法的计算结果自然要比第一种方法的计算结果更接近于实际。但，这种方法也有不足。首先，在野外现场，风速、风向等具有较强的脉动性，再加上集沙仪在集沙时也具有方向性，即使观测的时间很短，集沙仪中的集沙也往往不能严格地对应于某一风速风向的输沙强度，而是以某一风速风向为主条件下的多种风速风向的输沙强度；以此多种风速风向的输沙强度来表征某一风速风向的输沙强度，将不可避免地导致误差的存在，而且这种误差难以控制，有时也是很大的。其次，因多种条件限制，利用集沙仪在野外进行直接观测的时间一般都较短，常常是在几天之内，测得几种风速风向条件下的输沙强度，能够满足数理统计分析的需要即可；但，前已述及，影响输沙强度的并不完全是风速，还有其他因素，而有些因素，如地表风积沙的含水量等，会较长时间内不停地变化，且这种变化有时会对输沙强度产生明显地影响(如下雨时浸湿，大风也难吹来，尔后慢慢变干，容易被吹起)；因无法考虑这些因素的影响，用这种方法测定的输沙强度也还是有较大误差的。

发明内容

为了克服现有输沙强度测定方法误差较大等不足，本发明利用高立式(俗称栅栏或阻沙栅栏)沙障阻拦风积沙，一段时间后，通过量测高立式沙障所在处及其附近的积沙量，再结合气象资料，尤其是风速、风向、风时等风况资料，推算输沙强度。用这种方法，确定输沙强度之数据，来自于规模较大且可长时间及多次进行观测的工程实践(试验工程)，因而可更为有效地减少误差，并在实际工作中应用也不会有较大问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在需要测定输沙强度的区域，沿与当地的合成主风方向(沙丘落沙坡之倾向)相垂直或近于垂直之方向(交角70°～120°)布设高立式沙障，高立式沙障主要起阻沙作用，可为目前在防沙工程中常用之类型，高立式沙障由芦苇、尼龙网等材料制作，露出沙面的高度一般在1～2m左右，孔隙度0～40％，多在20％～40％间，但隙缝的宽度一般不得大于1cm，长度可视其所在沙丘大小取值在10～30m左右。设置好高立式沙障后，立即用与公路测量中的横断面测量相同之方法进行第一次测量，测量高立式沙障附近10～20倍高立式沙障高度以内的地形起伏，测量时纵向间距视具体情况控制在0.5～5m左右。再在一段时间后，如一个风季或一年后，或在风季开始与结束时，再进行第二次测量、第三次测量等，测量方法相同于第一次测量。然后，依据几次测量所得数据，进行输沙强度计算；输沙强度计算时，以前面的某次测量而得的地形线为基准，后面的某次测量而得的地形线为堆积线，可用数学方法计算出由这两条线及高立式沙障构成图形的面积，再用此面积乘以纵向间距，就可算出在高立式沙障所在处及其附近堆积的风积沙数量。这些堆积在高立式沙障所在处及其附近的风积沙，实际为前后两次测量时段间在输沙强度测定区域内不同风速与风向的风所携之风沙流受高立式沙障的影响而使风积沙沉积在高立式沙障所在处及其附近。考虑到风流活动的方向性，并不是所有方向的起沙风均能在高立式沙障所在处及其附近引起风沙沉积，或者是同样强度的风带来同样多的风沙沉积。野外调查表明，逐渐被沙埋的高立式沙障，外露高度在20cm以上时，就基本上能使外侧来沙全部停积在高立式沙障所在处及其附近；在这种情况下，高立式沙障所在处及其附近的积沙量为：

$Q=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(q_i\sin {\mathrm{\α}}_i\right)---\left(1\right)$

式1中：i＝1，2，…，n，为不同的起沙风向；q_i为第i个风向的输沙强度；α_i为第i个风向与高立式沙障走向之间的夹角。已知当地的起沙风情况，包括起沙风的作用时间、风速及方位分布等，则可由式1得到式2。

$Q=q_a\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(r_i\sin {\mathrm{\α}}_i\right)---\left(2\right)$

式2中：q_a为输沙总强度，为各个风向上的输沙强度之代数和；r_i＝q_i/q_a，为第i个风向上的输沙强度与输沙总强度之比。

式2表明，若已知各个方向上的输沙强度所占比例(r_i)，则可由高立式沙障所在处及其附近的积沙量计算出输沙总强度(q_a)，再由输沙总强度计算各个方向上的输沙强度(q_i)。至于各个方向上的输沙强度所占比例(r_i)，可由各个方向上的起沙风作用时间及风速算出。

需要说明的是，设置高立式沙障的费用并不高，如在塔克拉玛干沙漠中已有的实践表明，其费用一般在10元/米左右。此外，用此方法虽然所需时间较长，多在一年左右，却还明显地低于大型工程的设计周期。如在正常情况下，一条公路从预可行性研究、可行性研究、初测、详测到开工一般需时三年或更长。

本发明的有益效果是：高立式沙障施工简便、费用不高；测量高立式沙障所在处及其附近堆积的风积沙数量方法简单，易于掌握；确定输沙强度之数据，来自于规模较大且可长时间及多次进行观测的工程实践(试验工程)，因而可更为有效地减少误差，并且在实际工作中应用也不会有较大问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的高立式沙障平面布设图。

图2是本发明第一个实施例的高立式沙障立面图。

图3是本发明第二个实施例的高立式沙障所在处及其附近风积沙堆积图。

图中1.高立式沙障，2.原地面线(虚线)，3.前一次测量之地形线(短划线)，4.风积沙堆积线(点划线)，5.后一次测量之地形线(实线)，6.合成主风方向。

具体实施方式

在图1中，在需要测定输沙强度的区域布设高立式沙障(1)，高立式沙障(1)的走向与当地的合成主风方向(6)垂直。

在图2所示实施例中，在高立式沙障设置好后，立即用与公路测量中的横断面测量相同之方法进行第一次测量，测量高立式沙障附近10～20倍高立式沙障高度以内的地形起伏，也即原地面线(2)。在一段时间后，如一个风季或一年后，或在风季开始与结束时，再用同样方法进行测量得到风积沙堆积线(4)。然后，依据测量数据，计算高立式沙障所在处及其附近堆积的风积沙数量，进而进行输沙强度计算。

在图3所示的另一个实施例中，可不必在高立式沙障设置好后立即进行测量，测量高立式沙障附近10～20倍高立式沙障高度以内的地形起伏，也即原地面线(2)，而是过一段时间后，在某一特定时间点，如风季开始时等，进行测量而得到前一次测量之地形线(3)。过一段时间后，在另一特定时间点，如风季结束时等，再进行测量而得到后一次测量之地形线(5)。然后依据测量数据，计算高立式沙障所在处及其附近堆积的风积沙数量，进而进行输沙强度计算。

Claims (7)

1、一种在风沙流活动区测定输沙强度的方法，结合气象资料，尤其是风况资料，包括风速、风向、风时，计算输沙强度，其特征是：利用高立式沙障阻拦风积沙，一段时间后，量测高立式沙障所在处及其附近(10～20倍高立式沙障高度以内)的积沙量。

2、根据权利要求1所述的测定输沙强度方法，其特征是：在需要测定输沙强度的区域，沿与当地的合成主风方向(沙丘落沙坡之倾向)相垂直或近于垂直(交角70°～120°)之方向布设高立式沙障。

3、根据权利要求1所述的测定输沙强度方法，其特征是：起阻沙作用的高立式沙障可由芦苇材料制作。

4、根据权利要求1所述的测定输沙强度方法，其特征是：起阻沙作用的高立式沙障可由尼龙网材料制作。

5、根据权利要求1所述的测定输沙强度方法，其特征是：起阻沙作用的高立式沙障露出沙面的高度为1～2m。

6、根据权利要求1所述的测定输沙强度方法，其特征是：起阻沙作用的高立式沙障孔隙度0～40％，并多在20％～40％间，但隙缝的宽度一般不得大于1cm。

7、根据权利要求1所述的测定输沙强度方法，其特征是：起阻沙作用的高立式沙障布设长度可视其所在沙丘大小取值10～30m。

Images