硬质地HDPE沙障防风效益的风洞试验

张帅; 丁国栋; 高广磊; 孙桂丽; 赵媛媛; 于明含; 丛智杰; 包岩峰

doi:10.12171/j.1000-1522.20180282

硬质地HDPE沙障防风效益的风洞试验

张帅^1,2,,
丁国栋^1,2, ,,
高广磊^1,2,
孙桂丽³,
赵媛媛^1,2,
于明含^1,2,
丛智杰¹,
包岩峰⁴

1.
北京林业大学水土保持学院，水土保持国家林业和草原局重点实验室，北京 100083
2.
宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站，宁夏盐池 751500
3.
新疆农业大学林学与园艺学院，新疆乌鲁木齐 830052
4.
中国林业科学研究院荒漠化研究所，北京 100091

基金项目: 中央高校基本科研业务费项目（2019GJZL11），国家自然科学基金项目（31270749和31600581）

详细信息

作者简介:
张帅，博士生。主要研究方向：荒漠化防治研究。Email：xxwoshizsxx@163.com 　地址：100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学水土保持学院

责任作者:
丁国栋，教授，博士生导师。主要研究方向：荒漠化防治。Email：dch1999@263.net 　地址：同上

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出版历程
- 收稿日期: 2018-09-14
- 修回日期: 2018-11-17
- 网络出版日期: 2020-03-12
- 发布日期: 2020-03-30

Wind tunnel test on windproof benefit of horniness HDPE sand barrier

1.
School of Soil and Water Conservation, Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration on Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China
2.
Yanchi Ecology Research Station of the Mu Us Sandy Land, Yanchi 751500, Ningxia , China
3.
Forestry and Horticulture Department, Xinjiang Agriculture University, Urumqi 830052, Xinjiang , China
4.
Institute of Desertification, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China

摘要

摘要:
目的研究硬质地HDPE网沙障防风效能。
方法按照1:10的比例制作不同高度（1、2和3 cm）、不同边长（10、15和20 cm）、不同孔隙度（0.5和0.6）的硬质地HDPE网沙障模型，通过布设测点模拟出不同配置模式下沙障网格纵截面流场图及风速稳定后沙障网格内水平流场图，并运用地统计学的方法进行空间自相关分析。
结果空间自相关分析中18种不同配置模式的沙障有16种符合高斯模型，2种符合球状模型，且所有模型R²均高于0.97，空间相关度小于25%，变程大于测点间距，表明不同沙障网格都具有强烈的空间自相关性，且测点间距合理。气流在通过沙障时可顺畅的从沙障孔隙中穿过，不会造成气流的抬升加速作用，因此障后近地表及沙障上方的风速均低于相同高度处的对照风速。硬质地HDPE沙障防风效能在本研究设置的变量梯度范围内与高度呈正相关关系，与边长和孔隙度呈负相关关系，高度和孔隙度对防风效能的影响较大。
结论硬质地HDPE材料性质稳定，不会产生塑性变形，抗老化能力强，且防风效果较好，应用前景较好。
- 硬质地 /
- HDPE沙障 /
- 空间自相关 /
- 风速流场
Abstract:
ObjectiveThe objective of this study was to research the benefit of horniness HDPE sand barrier on windproof.
MethodWe have made horniness HDPE sand barrier model of different heights (1, 2 and 3 cm), lengths (10, 15 and 20 cm), and porosity (0.5 and 0.6) according to the 1:10 ratio. We simulated the vertical flow field map and the horizontal flow field map of stable wind speed grid under different configuration modes by laying out the measuring points, and used the geostatistical method to carry out spatial autocorrelation analysis.
ResultIn the spatial autocorrelation analysis, there were 16 kinds of sand barriers in 18 different configuration patterns conforming to the Gauss model, 2 conformed to the spherical model, and the R² of all the models was higher than 0.97, the spatial correlation was less than 25%, and the change range was larger than the distance between the measuring points. It showed that the different sand barriers all had strong spatial autocorrelation, and the distance between measuring points was reasonable. The airflow can smoothly cross the pores when passing through the sand barrier, which will not cause the lifting and acceleration of the air flow. Therefore, the wind speed near the surface and above the barrier was lower than the control wind speed at the same height. The wind-proof performance of the horniness HDPE sand barrier was positively correlated with the height within the variable gradient range set in this study, and negatively correlated with the side length and porosity.
ConclusionThe horniness HDPE material has stable properties, no plastic deformation, strong anti-aging ability, good windproof effect and good application prospects.
- horniness texture /
- HDPE sand barrier /
- spatial autocorrelation /
- wind speed flow field

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图 1 不同类型高密度聚乙烯（HDPE）塑料网

Figure 1. Different types of high-density polyethylenehdpe （HDPE） plastic net

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图 2 边长为10 cm的沙障中线纵截面流场图

H. 沙障高度。下同。H, height of sand barrier. The same below.

Figure 2. Flow field diagram of the middle line longitudinal section with a side length of 10 cm

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图 3 边长为15 cm的沙障中线纵截面流场图

Figure 3. Flow field diagram of the middle line longitudinal section with a side length of 15 cm

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图 4 边长为20 cm的沙障中线纵截面流场图

Figure 4. Flow field diagram of the middle line longitudinal section with a side length of 20 cm

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图 5 不同边长沙障风速流场图

Figure 5. Wind flow field diagram of sand barrier with different side lengths

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图 6 不同沙障风速频数累积曲线

10-1表示边长为10 cm，高度为1 cm的沙障；10-2表示边长为10 cm，高度为2 cm的沙障，以此类推。10-1 represents the sand barrier with 10 cm side length and 1 cm height, 10-2 represents the sand barrier with 10 cm side length and 2 cm height, and so on.

Figure 6. Frequency accumulation curves of wind speed for different sand barriers

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表 1 不同布设模式沙障空间自相关分析

Table 1 Spatial autocorrelation analysis of sand barrier in different layout modes

孔隙度 Porosity	边长 Side length/cm	高度 Height/cm	模型 Model	块金值 Nugget (C₀)	基台值 Sill (C + C₀)	SCD/%	变程 Range (A)	R²	RSS
0.5	10	1	高斯 Gaussian	0.000 01	0.015 8	0.06	14.9	0.998	0.38 × 10^{− 7}
		2	高斯 Gaussian	0.002 40	0.069 5	3.45	27.2	0.992	2.07 × 10^{− 7}
		3	高斯 Gaussian	0.000 01	0.028 7	0.03	17.0	0.986	1.96 × 10^{− 7}
	15	1	球状 Spheroidal	0.000 01	0.027 3	0.04	13.5	0.979	2.63 × 10^{− 7}
		2	高斯 Gaussian	0.000 45	0.054 8	0.82	16.9	0.982	3.65 × 10^{− 7}
		3	高斯 Gaussian	0.000 16	0.031 4	0.51	20.2	0.991	0.30 × 10^{− 7}
	20	1	高斯 Gaussian	0.000 02	0.024 7	0.08	21.5	0.972	2.83 × 10^{− 7}
		2	高斯 Gaussian	0.000 27	0.016 5	1.64	15.6	0.989	3.15 × 10^{− 7}
		3	高斯 Gaussian	0.000 13	0.035 2	0.37	19.2	0.968	2.37 × 10^{− 7}
0.6	10	1	高斯 Gaussian	0.000 19	0.026 4	0.72	17.8	0.984	1.47 × 10^{− 7}
		2	高斯 Gaussian	0.000 32	0.017 9	1.79	20.1	0.978	2.35 × 10^{− 7}
		3	高斯 Gaussian	0.000 18	0.032 5	0.55	16.7	0.982	0.26 × 10^{− 7}
	15	1	高斯 Gaussian	0.000 24	0.031 8	0.75	18.3	0.993	1.78 × 10^{− 7}
		2	球状 Spheroidal	0.000 53	0.026 5	2.00	17.7	0.985	3.24 × 10^{− 7}
		3	高斯 Gaussian	0.000 37	0.014 7	2.52	18.2	0.975	1.64 × 10^{− 7}
	20	1	高斯 Gaussian	0.000 42	0.013 2	3.18	19.3	0.982	0.67 × 10^{− 7}
		2	高斯 Gaussian	0.000 21	0.035 7	0.59	15.7	0.994	2.12 × 10^{− 7}
		3	高斯 Gaussian	0.000 01	0.015 3	0.07	16.3	0.974	2.45 × 10^{− 7}
注：SCD. 空间相关度。Note: SCD, spatial correlation degree.

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表 2 不同沙障防风效能

Table 2 Windbreak efficiency of different sand barriers

孔隙度 Porosity	边长 Side length/cm	高度 Height/cm	防风效能 Windbreak efficiency
0.5	10	1	0.46
		2	0.62
		3	0.64
	15	1	0.58
		2	0.61
		3	0.60
	20	1	0.50
		2	0.57
		3	0.61
0.6	10	1	0.43
		2	0.45
		3	0.49
	15	1	0.44
		2	0.44
		3	0.48
	20	1	0.46
		2	0.46
		3	0.50

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