风速对草方格沙障防沙效果的影响研究

王佳斌，崔言晨，张庆宇，李天宇，侯 宁，董 笛

(山东交通学院 交通土建工程学院，山东 济南 250357)

土地荒漠化的加剧对沙漠地区及沙漠边缘地区的农田和基础设施造成了严重的危害[1]，沙漠地区公路工程长久以来面临着沙埋和风蚀的难题[2-3]。在防沙治沙斗争中，人们探索出了一批成效显著的防沙固沙措施，主要包括工程防沙、化学固沙、植物固沙等。

在上述的三种防沙固沙措施中，以草方格沙障为代表的工程防沙措施见效快，对环境污染小。草方格沙障的工作原理是通过改变沙床粗糙程度、削弱风流场的能量来实现防风固沙[4]，因其施工快捷、工艺简单、效果显著，故被作为一种普遍高效的沙漠公路防沙固沙措施[5]。郑晓静等[6]通过单排理想涡列模型模拟风沙流场，分析出障间距离与出露草头高度之间的对应关系；刘绍中等[7]采用数值分析的方法计算了近地面湍流边界层的速度分布和跃移轨迹，得到了跃移的运动要素；刘贤万[8]基于颗粒运动分析了初始沙粒起跳问题。然而由于草方格内风沙流场的复杂性，现场草方格规格的选取大多采用经验法[9]，因此势必造成材料的浪费和阻沙效果的不确定性。

为此，本研究拟通过数值仿真模拟分析风速对草方格沙障防沙效果的影响，研究风速对不同规格(草方格高度、间距)草方格沙障风沙跃迁率的影响关系，以期为沙漠地区草方格沙障的设计与施工提供参考依据。

1 数值仿真模型

1.1 模型参数

沙粒在床面受重力和摩阻力作用，风可以给沙粒带来拖曳力[10]，当拖曳力大于沙粒所受的重力和摩阻力时，即风速大于沙粒本身的起动风速时，沙粒受表面拖曳力作用进入空中。……