閆 敏， 左合君， 賈光普， 席 成

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院/內(nèi)蒙古自治區(qū)風(fēng)沙物理與防沙治沙工程重點(diǎn)實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011）

風(fēng)沙流是指風(fēng)及其所攜帶的沙物質(zhì)組成的氣固兩相流，是風(fēng)沙物理學(xué)的核心內(nèi)容，研究其變化規(guī)律對于風(fēng)沙防治工程學(xué)具有重要的實踐指導(dǎo)作用［1］。不同的防沙措施對荒漠地區(qū)固有能量和物質(zhì)運(yùn)移規(guī)律具有強(qiáng)烈的擾動作用，通過對近地面流場和地表沙物質(zhì)運(yùn)移過程的影響，造成風(fēng)沙地貌形態(tài)的變異和沙物質(zhì)的再分選［2-3］。粒度不僅可以反映風(fēng)力對沙源物質(zhì)的搬運(yùn)能力和分選性質(zhì)，也可以記錄風(fēng)沙地貌在形成過程中的風(fēng)力強(qiáng)度［4-6］。研究氣流搬運(yùn)的沙粒在不同高度層上的分布規(guī)律對于沙粒的運(yùn)動形式、地表蝕積狀況，掌握風(fēng)成地貌的形態(tài)發(fā)育以及演變規(guī)律，在風(fēng)沙防治工程理論與實踐中均具有重要價值［7］。

目前，關(guān)于沙物質(zhì)粒度特征的研究主要集中于沙床面沙粒粒度的水平分異和風(fēng)沙流攜沙粒度的垂直分異2 個方面，馮大軍等［8］通過風(fēng)洞實驗研究了沙粒粒度的垂直分布特征，認(rèn)為平均粒徑在垂直方向上呈指數(shù)函數(shù)遞減分布規(guī)律；王翠等［9］選取流動沙地和半流動沙地為研究對象，對其風(fēng)沙流攜沙粒度的垂直分布進(jìn)行了探究，結(jié)果同樣顯示沙粒的平均粒徑隨著高度的上升而逐漸減小。風(fēng)沙流攜沙粒度的分布特征反應(yīng)了下墊面的風(fēng)沙環(huán)境，下墊面的環(huán)境也會影響到風(fēng)沙活動的劇烈程度及其釋放沙源的潛力［10］。已有學(xué)者通過野外觀測得出不同地貌部位的風(fēng)成沉積物粒度特征也會受到風(fēng)沙流、沙丘形態(tài)、植被以及沉積物等因素的影響［11-14］；加之在野外觀測時易受地形、天氣等因素影響，如攜沙風(fēng)方向的不確定性，而使得實驗結(jié)果具有一定的局限性。隨著風(fēng)洞在風(fēng)沙運(yùn)動研究中的廣泛應(yīng)用，很多學(xué)者利用風(fēng)洞模擬實驗開展對風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)及其攜沙粒度特征的研究［15-16］。在風(fēng)洞實驗中，多數(shù)學(xué)者將研究重點(diǎn)放在風(fēng)沙流粒度垂直分布上，然而對于不同防沙措施、以及不同防沙措施規(guī)格參數(shù)對風(fēng)沙流攜沙粒度變化規(guī)律的影響亟待確定。例如，當(dāng)指示風(fēng)速和防沙措施類型一定時，隨著防沙措施規(guī)格、高度、間距、孔隙度、風(fēng)向夾角等參數(shù)的變化，風(fēng)沙流垂直分布特征及其攜沙粒度又將如何變化？同一防沙措施下指示風(fēng)速的變化風(fēng)沙流挾沙粒度又會發(fā)生怎樣的改變？這使得研究不同防沙措施影響下各高度層輸沙量和攜沙粒度特征顯得尤為重要。目前防治沙害的根本措施還在于通過工程措施或生物措施來抑制或消弱風(fēng)沙流強(qiáng)度，也只有準(zhǔn)確確定了風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)及其影響因素才能有效地制定防治措施。

因此，本文擬在不同指示風(fēng)速作用下，選擇不同規(guī)格、高度、行間距、孔隙度等防沙措施為研究對象，通過風(fēng)洞模擬分析其風(fēng)速廓線變化規(guī)律、風(fēng)沙流垂直分布及其攜沙粒度特征，探討不同防沙措施對風(fēng)沙流及其攜沙粒度分布的影響，揭示風(fēng)沙兩相流在垂直方向的分布規(guī)律，準(zhǔn)確提出影響風(fēng)沙流及其挾沙粒度分布的規(guī)格參數(shù)，旨在為荒漠地區(qū)合理布設(shè)防沙措施、精準(zhǔn)治沙提供數(shù)據(jù)支撐與參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗設(shè)備

風(fēng)洞實驗在中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院沙漠與沙漠化重點(diǎn)實驗室完成。該風(fēng)洞為直流閉口吹氣式風(fēng)洞，由動力段、整流段、實驗段和擴(kuò)散段組成，該風(fēng)洞洞體全長37.78 m，實驗段長度為16.23 m，截面積為0.6 m×1.0 m，測量風(fēng)速范圍為1～40 m·s-1，邊界層厚度約為120 mm，測試過程中通過調(diào)速控制組件達(dá)到測試的同步性［17］。

1.2 實驗材料及相似性

實驗設(shè)計既考慮模擬精度，也考慮實驗的可操作性，結(jié)合雷諾數(shù)值確定模型相似比為1:10，風(fēng)洞實驗?zāi)Ｐ筒牧嫌心举|(zhì)和尼龍網(wǎng)2 種（圖1）。根據(jù)相似性原理，對象流動狀態(tài)達(dá)到紊流狀態(tài)時，并進(jìn)入自?；癄顟B(tài)，能夠滿足模型與實物流場分布相似。同一模型在不同雷諾數(shù)值時測得的氣動性有一定的差別，但當(dāng)模擬流動的雷諾數(shù)值大于臨界雷諾數(shù)值（3×105～1×107）時，此時的平均風(fēng)速剖面、湍流度、表面摩擦阻力等邊界層流動特征參數(shù)與雷諾數(shù)的大小無關(guān)［18-19］。因此，本文采用雷諾數(shù)值判斷風(fēng)洞氣動特性的相似性，以此來確定實驗設(shè)計模型是否符合要求，實驗?zāi)Ｐ蛥?shù)及相似性計算結(jié)果顯示能夠滿足相似性（表1）。

圖1 風(fēng)洞實驗布設(shè)Fig.1 Layout of wind tunnel experiment

表1 風(fēng)洞實驗?zāi)Ｐ瓦x擇和實驗設(shè)計依據(jù)Tab.1 Selection of wind tunnel experimental model and basis of experimental design

1.3 實驗方法

（1）模型前后風(fēng)速廓線測定

在凈風(fēng)條件下測定不同防沙措施的風(fēng)速廓線，選擇8 m·s-1、10 m·s-1、12 m·s-1和14 m·s-14 個指示風(fēng)速梯度，凈風(fēng)穩(wěn)定后吹刮2 min。風(fēng)速值利用皮托管壓差系統(tǒng)測定值換算而來，測風(fēng)高度為：0.2 cm、0.5 cm、1 cm、2 cm、4 cm、8 cm、12 cm、16 cm、20 cm和24 cm；測點(diǎn)位置為：模型前——1.5H、2H、4H、8H，模型內(nèi)部——因防沙措施不同均勻分布觀測點(diǎn)位，模型后——0.5H、1H、2H、4H、8H、10H、12H、15H，其中，H 表示模型的高度，即2H 表示距離為2倍的模型高度。

（2）模型前后風(fēng)沙流測定

在攜沙風(fēng)條件下測定不同防沙措施的風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)，選擇8 m·s-1、10 m·s-1、12 m·s-1和14 m·s-14個指示風(fēng)速梯度，對應(yīng)各個指示風(fēng)速，攜沙風(fēng)穩(wěn)定后吹刮時間分別為6 min、4 min、2 min、1 min。選用連續(xù)等高階梯式積沙儀測定風(fēng)沙流，模型迎風(fēng)側(cè)（-3H）和背風(fēng)側(cè)（3H）風(fēng)沙流測點(diǎn)均在3H 處，積沙儀高度為30 cm（15層），單一積沙口斷面為2 cm×2 cm。

（3）沙物質(zhì)粒度分析

采用Udden-Wentworth 劃分標(biāo)準(zhǔn)確定粒度組分，利用Kumdein算法對其進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)化，并將土壤粒徑由真數(shù)轉(zhuǎn)化為有利于作圖和計算的Ф；并采用Folk、Ward提出的公式分別對平均粒徑、分選系數(shù)、偏度和峰態(tài)表征粒度的參數(shù)進(jìn)行計算，公式如下：

式中：d為顆粒直徑（mm）；MZ為平均粒徑；σI為分選系數(shù)；SK 為偏態(tài)值；KG為峰態(tài)值；Ф5、Ф16、Ф25、Ф50、Ф75、Ф84、Ф95表示粒徑累積曲線中對應(yīng)的顆粒直徑所轉(zhuǎn)換的Ф。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同防沙措施垂向氣流速度廓線特征

不同防沙措施（方格沙障、單行沙障、雙行沙障、擋沙墻）迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)氣流速度廓線變化曲線如圖2所示，由圖可知，在不同指示風(fēng)速（8 m·s-1、10 m·s-1、12 m·s-1、14 m·s-1）梯度下，方格沙障（圖2a）、單行沙障（圖2b）、雙行沙障（圖2c）以及擋沙墻（圖2d）的迎風(fēng)側(cè)氣流速度廓線變化規(guī)律基本相似，風(fēng)速均隨著高度的增加而增大。而背風(fēng)側(cè)受防沙措施的影響較大，對近地表的風(fēng)速控制作用出現(xiàn)顯著差異。其中，不同規(guī)格方格沙障對氣流速度廓線變化影響較小，更多表現(xiàn)為對近地表（0～5 cm）風(fēng)速的有效控制，平均較迎風(fēng)側(cè)風(fēng)速降低了42.52%，且隨著規(guī)格的減小，對近地表風(fēng)速的控制作用更為明顯，10 cm×10 cm 防風(fēng)效果最佳。在高立式沙障影響下，背風(fēng)側(cè)氣流變化規(guī)律基本同方格沙障相似。單行沙障隨著高度的增加，風(fēng)速降低作用越明顯；當(dāng)沙障疊加為雙行沙障時，控制作用明顯增強(qiáng)，平均較同一高度單行沙障風(fēng)速降低了19.66%，同時隨著行間距的減小風(fēng)速減小趨勢逐漸增強(qiáng)，4H行間距對風(fēng)速的影響最大，且近地表（0～5 cm）風(fēng)速的控制作用表現(xiàn)為方格沙障＞雙行沙障＞單行沙障，近地表（5～12 cm）風(fēng)速的控制作用表現(xiàn)為雙行沙障＞單行沙障＞方格沙障，而12 cm以上高度的高立式沙障風(fēng)速表現(xiàn)為抬升作用。當(dāng)防沙措施為不透風(fēng)型擋沙墻時，在背風(fēng)側(cè)0～12 cm 高度范圍內(nèi)出現(xiàn)了明顯的靜風(fēng)區(qū)或弱風(fēng)區(qū)，但對于12 cm 高度以上的風(fēng)速表現(xiàn)為明顯的抬升作用，平均較迎風(fēng)側(cè)增加了17.32%，且隨著風(fēng)向夾角的增加，這種變化規(guī)律逐漸增強(qiáng)，90°時達(dá)到最大。從各氣流速度廓線來看（圖2e），除擋沙墻外，不同指示風(fēng)速作用下迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)的氣流速度廓線變化特征基本相似，僅隨著指示風(fēng)速的增大近地表（0～12 cm）風(fēng)速降低作用越明顯、12 cm以上抬升作用越明顯，這也進(jìn)一步說明指示風(fēng)速的變化僅僅反映在氣流變化尺度上。

圖2 不同防沙措施垂向氣流速度廓線特征Fig.2 Vertical airflow velocity profile characteristics under different sand control measures

2.2 不同防沙措施風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征

在8 m·s-1、10 m·s-1、12 m·s-1和14 m·s-14 個指示風(fēng)速作用下，不同防沙措施迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)變化特征如圖3所示，由圖可知，不同指示風(fēng)速下，迎風(fēng)側(cè)風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)變化特征基本相似，近地表輸沙主要集中在0～10 cm高度層內(nèi)，方格沙障、單行沙障、雙行沙障和擋沙墻4種防沙措施迎風(fēng)側(cè)0～10 cm的輸沙量分別占總輸沙量的87.32%、89.04%、91.82%、84.63%；但不同防沙措施對迎風(fēng)側(cè)總輸沙通量的影響有差異，整體表現(xiàn)為雙行沙障（16.19 g·m-1·s-1）＞方格沙障（14.90 g·m-1·s-1）＞單行沙障（14.44 g·m-1·s-1）＞擋沙墻（3.07 g·m-1·s-1）。受防沙措施的影響，背風(fēng)側(cè)輸沙量隨著高度的變化規(guī)律不再遵循風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)定律，表現(xiàn)為近地表0～10 cm 范圍內(nèi)輸沙量隨高度逐漸增加，10～30 cm輸沙量逐漸減少；且因防沙措施規(guī)格、高度、行間距、孔隙度等參數(shù)的影響，輸沙量峰值出現(xiàn)的位置及含量差異顯著，整體表現(xiàn)為沙障規(guī)格越大、高度越低、行間距越大輸沙量峰值也越大，其中雙行沙障對輸沙的影響最大，峰值最小，方格沙障次之，而單行沙障對背風(fēng)側(cè)輸沙量的影響較小。當(dāng)防沙措施為不透風(fēng)型擋沙墻時，背風(fēng)側(cè)近地表（0～15 cm）輸沙量幾乎為0，由于擋沙墻對風(fēng)力的抬升作用，使得更多的沙粒被吹蝕到15～30 cm范圍內(nèi)，且主要集中在20～30 cm高度層，約占總輸沙量的90.28%。同時分別采用指數(shù)、對數(shù)、冪函數(shù)、正太分布等模型對風(fēng)沙流通量進(jìn)行擬合，迎風(fēng)側(cè)輸沙通量隨高度的變化呈顯著的指數(shù)函數(shù)變化規(guī)律（決定系數(shù)R2＞0.9），而背風(fēng)側(cè)受不同防沙措施的影響，呈現(xiàn)出高斯函數(shù)分布模型，也因防沙措施類型、規(guī)格的不同函數(shù)系數(shù)及擬合結(jié)果有一定的差異，但整體效果較好。不同防沙措施迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)風(fēng)沙流變化規(guī)律基本不受指示風(fēng)速的影響，但隨著指示風(fēng)速的增大，每層平均輸沙量顯著增加，且這種作用過程逐漸增強(qiáng)，同樣說明指示風(fēng)速的變化僅僅反映在輸沙變化尺度上。

圖3 不同防沙措施風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)變化特征Fig.3 Variation characteristics of wind-sand flow structure under different sand control measures

2.3 風(fēng)沙流攜沙粒度頻率分布特征

由不同防沙措施的風(fēng)沙流攜沙粒粒度頻率分布曲線（圖4）可知，實驗沙樣粒徑范圍為0.001～1.000 mm（CK），且主要分布范圍為0.100～1.000 mm，以細(xì)沙（0.125～0.250 mm）和中沙（0.250～0.500 mm）為主，峰值出現(xiàn)在0.300 mm附近。不同防沙措施風(fēng)沙流中各高度層粒度頻率分布曲線形狀基本相似，均表現(xiàn)為單峰分布特征，但受不同防沙措施的影響，不同防沙措施各高度層峰值出現(xiàn)位置略有差異（0.250～0.350 mm），且峰值含量也不相同，多數(shù)峰值含量介于9%～14%。隨著高度的增加，沙粒粒度頻率分布曲線有向右上偏移趨勢，但不管防沙措施規(guī)格、高度、行間距、風(fēng)向夾角如何變化，對不同高度層的顆粒物頻率分布規(guī)律影響較小，只是對曲線峰值出現(xiàn)的位置及含量有所影響，且隨著指示風(fēng)速的增大有增強(qiáng)趨勢，這符合沙粒在風(fēng)沙運(yùn)動過程中垂直分布特征，由此也可以證明，在指示風(fēng)速一定的條件下，風(fēng)沙流中沙粒粒度分布隨高度的變化受防沙措施參數(shù)影響較小。

圖4 不同防沙措施風(fēng)沙流攜沙粒粒度頻率分布曲線Fig.4 Requency distribution curves of grain in wind-sand flow structure under different sand control measures

2.4 風(fēng)沙流攜沙粒度參數(shù)空間變化特征

同一指示風(fēng)速作用下不同防沙措施風(fēng)沙流中沙粒粒度參數(shù)（平均粒徑、分選系數(shù)、偏度與峰態(tài)）的空間變化特征如圖5所示，由圖可知，不同防沙措施在近地表0～30 cm高度范圍內(nèi)風(fēng)沙流攜沙顆粒物粒度隨高度的增加呈逐漸變細(xì)的趨勢，平均粒徑在垂向變化上表現(xiàn)為0～8 cm 高度層逐漸變細(xì)，8～20 cm高度層逐漸趨于穩(wěn)定，部分高度層平均粒徑有所波動，但整體在向細(xì)的方向發(fā)展。且不同防沙措施的平均粒徑曲線基本相似，整體表現(xiàn)為：隨著沙障規(guī)格的減小、高度的增加、行間距的變窄沙物質(zhì)顆粒平均粒徑逐漸減小。不同防沙措施風(fēng)沙流中沙粒的分選系數(shù)均在0.300～1.000，平均值分別為擋沙墻（0.595）＞方格沙障（0.532）＞單行沙障（0.500）＞雙行沙障（0.466），可以看出擋沙墻對其影響最大；而在20～25 cm范圍內(nèi)分選性降為中等（0.710～1.000），分選系數(shù)隨著高度的上升呈現(xiàn)為先增大后減小然后逐步趨于平緩的變化趨勢，其中擋沙墻影響下波動較大，但也符合上述變化規(guī)律，其余防沙措施影響下分選系數(shù)隨高度的變化曲線基本相似。從方格沙障、單行沙障、雙行沙障到擋沙墻，風(fēng)沙流顆粒物粒度的偏態(tài)值隨著高度的增加趨于增大趨勢，4種防沙措施風(fēng)沙流中沙粒的偏度系數(shù)分布范圍呈現(xiàn)近對稱-正偏-極正偏的變化規(guī)律，表明平均值向中位數(shù)較細(xì)的方向移動，平均粒徑變小，這符合平均粒徑在不同防沙措施影響下的變化規(guī)律。鋒態(tài)主要有寬平-中等-尖窄3種，其中，方格沙障鋒度值變化范圍為0.887～1.209，平均值為1.035；單行沙障鋒度值變化范圍為0.891～1.189，平均值為0.990；雙行沙障鋒度值變化范圍為0.901～1.150，平均值為0.996；而擋沙墻鋒度值變化范圍為0.897～1.413，平均值為1.086。

圖5 不同防沙措施風(fēng)沙流中粒度參數(shù)空間分布特征Fig.5 Spatial distribution characteristics of grain size parameters in wind-sand flow under different sand control measures

3 討論

風(fēng)沙運(yùn)動是沙物質(zhì)貼近地面的搬運(yùn)過程，采取不同防沙措施來改變近地層的氣流及風(fēng)沙流運(yùn)動能夠有效削弱風(fēng)沙活動的強(qiáng)度。已有研究表明，風(fēng)沙流受障礙物阻擋后，其運(yùn)動能力開始下降，在其迎風(fēng)側(cè)與背風(fēng)側(cè)一定范圍內(nèi)造成挾沙顆粒的跌落、沉降，從而影響不同位置輸沙量，導(dǎo)致風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)與障礙物周圍積沙發(fā)生變化［20-22］。本研究通過對透風(fēng)型方格沙障、單行沙障、雙行沙障和不透風(fēng)型擋沙墻前后風(fēng)沙流垂直分布特征的分析，得出其迎風(fēng)側(cè)風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)與未設(shè)置防沙措施時基本相似，輸沙量仍隨著垂向高度的增加而減少，這符合Bagnold風(fēng)沙流垂直分布規(guī)律［23］。而受不同防沙措施的影響，背風(fēng)側(cè)不再遵循風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)定律。影響風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征的因素較多，主要受下墊面狀況、植被因素、土壤因素以及風(fēng)沙環(huán)境等影響［24-27］，因此導(dǎo)致擬合函數(shù)存在一定差異。本文為盡可能控制參數(shù)變量，選擇風(fēng)洞實驗，考慮指示風(fēng)速和防沙措施參數(shù)本身帶來的影響，結(jié)果顯示因防沙措施的不同輸沙總量及各層變化差異顯著，整體呈現(xiàn)出防沙措施規(guī)格越小（密度越大）、高度越高、行間距越窄、孔隙度越小、風(fēng)向夾角越接近90°，輸沙總量越少的變化規(guī)律，且隨防沙措施規(guī)格越小、高度越高、行間距越窄、孔隙度越小、風(fēng)向夾角越接近90°，輸沙量的峰值越向上移動，近地表0～10 cm 高度層積沙量也越少；而在不透風(fēng)型擋沙墻措施影響下，背風(fēng)側(cè)近地表0～10 cm高度層積沙量幾乎為0，且指示風(fēng)速的變化僅僅反映在輸沙變化尺度上。同時也采用指數(shù)、對數(shù)、冪函數(shù)、正太分布等模型對風(fēng)沙流通量進(jìn)行擬合，篩選了最佳擬合模型，發(fā)現(xiàn)迎風(fēng)側(cè)輸沙通量隨高度的變化呈顯著的指數(shù)函數(shù)變化規(guī)律，這與沙漠中近地層1 m范圍內(nèi)的風(fēng)沙流通量可以用指數(shù)函數(shù)表示，該研究結(jié)果與張正偲等［28］的研究結(jié)果相似；本文也進(jìn)一步分析了不同防沙措施影響下背風(fēng)側(cè)輸沙通量的變化規(guī)律，結(jié)果顯示受防沙措施類型規(guī)格的影響，輸沙通量隨高度呈現(xiàn)出高斯函數(shù)分布模型，也因防沙措施類型、規(guī)格的不同函數(shù)系數(shù)及擬合結(jié)果有一定的差異。

同樣，粒度作為反映風(fēng)力對沙源物質(zhì)的搬運(yùn)能力和分選性質(zhì)的重要指標(biāo)［29］，在不同防沙措施影響下，在垂直高度上也出現(xiàn)了一定程度的分異現(xiàn)象。如王翠等［9］對流動、半流動沙地上風(fēng)沙流攜沙粒度的垂直分布特征研究時發(fā)現(xiàn)，沙粒的平均粒徑隨高度的增加而減??；馮大軍等［16］也通過風(fēng)洞模擬證明了沙粒粒度的平均粒徑在垂直方向和水平方向上均呈指數(shù)遞減；且在非均勻床面上各粒徑段沙粒的起跳率并不相同，粗顆粒沙粒的起跳率大于細(xì)沙粒，粗顆粒沙粒對細(xì)沙粒有一定的遮擋作用，而在6～8 cm 高度層以上時，粗砂顆粒受躍移高度的限制，含量逐漸減小，而細(xì)砂含量逐漸開始增加；黎小娟等［5,30］在對尼龍網(wǎng)方格沙障中風(fēng)沙流挾沙粒度的空間分異特征中發(fā)現(xiàn)，在方格沙障后風(fēng)沙流中平均粒徑減小、分選性變差、偏度增大、峰態(tài)值減小。本文研究結(jié)果也驗證了上述結(jié)論，并進(jìn)一步探討了不同防沙措施參數(shù)對這種分布規(guī)律的影響，如防沙措施的規(guī)格、高度、行間距、孔隙度、風(fēng)向夾角等參數(shù)，并從平均粒徑、分選系數(shù)、偏度、峰態(tài)等參數(shù)進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明：不同防沙措施風(fēng)沙流中粒度特征隨高度的增加平均粒徑逐漸減小，中高層（5～25 cm）主要由中沙組成，而近地表層（0～5 cm）分布有細(xì)沙、中沙和粗沙；平均粒徑在垂向變化上表現(xiàn)為0～8 cm 高度層逐漸變細(xì)，8～20 cm 高度層逐漸趨于穩(wěn)定，不同防沙措施各高度層沙粒分選性較好、極正偏，峰度隨防沙措施參數(shù)的密集化由寬平狀態(tài)向中等、尖窄狀態(tài)變化；粒度參數(shù)變化受防沙措施規(guī)格變化影響較小，更多表現(xiàn)為在高度層的差異；且上述規(guī)律變化程度隨指示風(fēng)速的增大逐漸增強(qiáng)。

4 結(jié)論

本文采用風(fēng)洞模擬方法對不同防沙措施的風(fēng)沙流及其攜沙粒度垂直分布特征進(jìn)行了詳細(xì)解析，主要得到如下結(jié)論：

（1）不同防沙措施迎風(fēng)側(cè)輸沙量均隨高度的增加而減小，符合指數(shù)函數(shù)模型，輸沙量主要集中在0～10 cm高度層，約占總輸沙量的88.20%，而背風(fēng)側(cè)表現(xiàn)為先增大后減小的變化趨勢，呈高斯函數(shù)分布規(guī)律。隨著防沙措施規(guī)格的減小、高度的增加、行間距的變窄、孔隙度的降低，輸沙量集中范圍逐漸向上偏移，峰值出現(xiàn)的位置由高度較低，的方格透風(fēng)型沙障（7 cm）上移至高度較高的不透風(fēng)型擋沙墻（26 cm）；且近地表0～10 cm 高度層積沙量越少，在不透風(fēng)型擋沙墻措施影響下，背風(fēng)側(cè)近地表0～10 cm 高度層積沙量幾乎為0，上述變化規(guī)律隨指示風(fēng)速的增大而逐漸增強(qiáng)。

（2）不同防沙措施風(fēng)沙流中粒度特征隨高度的增加平均粒徑逐漸減小，中沙主要分布在近地表（5～25 cm），而近地表（0～5 cm）層粒度分布范圍更廣（0.100～1.000 mm），粒度參數(shù)變化受防沙措施規(guī)格變化影響較小，更多表現(xiàn)為在高度層的差異，不同防沙措施對風(fēng)沙流中不同高度層粒度參數(shù)的影響隨指示風(fēng)速的增大、規(guī)格參數(shù)的密集化影響程度顯著增強(qiáng)。