不同结构单排林带防风效应的风洞模拟

７５．２９
７３．９３
６８．８５
６８．６３
６３．２７
林带
６＃
７＃
８＃
９＃
１０＃
疏 透 度／％
５９．６３
５８．７５
５５．９１
３５．９２
０
收 稿 日 期 ：２０１１－１０－２９；改 回 日 期 ：２０１１－１２－１１ 基金项目：国家科技支撑计划项目（２００９ＢＡＣ５４Ｂ０１－１）和中国科学院“西部之光”项目（２９Ｙ１２８８４１）以及 铁 一 院 科 研 项 目（院 科 ０８－２０）共 同
唐玉龙１，安志山２，张克存２，谭立海２
（１．兰州铁道设计院有限公司，甘肃 兰州 ７３００００；２．中国科学院寒区旱区环境 与 工 程 研 究 所 敦 煌 戈 壁 荒 漠 生 态 与 环 境 研 究站／沙漠与沙漠化重点实验室，甘肃 兰州 ７３００００）
摘 要：风速大小、林带疏透度及高度都会对林带周围气流产 生 影 响，使 气 流 在 林 带 两 侧 发 生 分 离 或 积 聚 ，从 而 形
本次 实 验 风 洞 指 示 风 速 设 定 为 ６ ｍ·ｓ－１、１０ ｍ·ｓ－１ 和 １５ ｍ ·ｓ－１，风 速 廓 线 采 用 皮 托 管 测 定 ，测 ［１０－１１］ 定高度分别为 ０．３ｃｍ、０．６ｃｍ、１．２ｃｍ、 ２．４ｃｍ、４ｃｍ、８ｃｍ、１２ｃｍ、１６ｃｍ、２０ｃｍ 和 ２５ｃｍ。 在实验过程中，林带 上 风 向 和 下 风 向 观 测 点 分 布 见 表２，其中 Ｈ 代 表 林 带 的 高 度，负 值 代 表 林 带 上 风 向。
进行实验研究，且每种林带模型有 ２ｃｍ、５ｃｍ 和１０ ｃｍ ３种高度，并 参 考 空 洞 条 件 下 的 流 场，林 带 疏 透 度 见 表 １。
表 １ 不 同 林 带 疏 透 度
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ ｓｈｅｌｔｅｒ ｂｅｌｔｓ ｓｔｕｄｉｅｄ
林带
１＃
２＃
３＃
４＃
５＃
疏 透 度／％
第 ３２ 卷 第 ３ 期
中 国 沙 漠
Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．３
２０１２年０５月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＥＳＥＲＴ ＲＥＳＥＡＲＣＨ Ｍａｙ ２０１２
文 章 编 号 ：１０００－６９４Ｘ（２０１２）０３－６４７－０８
不同结构单排林带防风效应的风洞模拟
该闭 口 直 流 式 风 洞 全 长 ３７．７８ ｍ，其 中 实 验 段 长 １６．２３ｍ，实验段横断面积为０．６ｍ×１．０ ｍ，风速 １
中测量了不同覆盖度防护林带水平和垂直的风速变 化，并按影响 大 小 划 分 为 ４ 个 变 化 层。 孙 宏 义 等［７］
～４０ ｍ·ｓ－１连 续 可 调 。 为 准 确 计 算 林 带 疏 透 度 ，参 考王元等 用 ［５］ 金属筛网替代林带模型进行研究 的 方
世纪５０年代开始进行相当规模的防护林实践，并且 不同结构单排林带 的 防 风 效 应 尚 未 研 究，笔 者 在 前
开展防护林的各种研究和试验工作，如：“三北”防护 人研究基础上，通过风洞模拟实验，探讨林带结构对
林体系、绿化太行山工程、沿海防护林体系以及沙漠 防风效应的影响规 律，为 中 国 的 防 护 林 带 建 设 提 供
成不同的防护功能区。为探求林带结构对防风效应的影响机理，选取１０组高 度 和 疏 透 度 不 同 的 林 带 模 型 ，对 其 防
风效应进行了风洞模拟实验，通过绘制加速率等值线图及其变化趋势线、防风效 应 图，并 计 算 不 同 结 构 单 排 林 带 的
有效防护距离，进而揭示风速、林带疏透度和高度对林带上风向和下风向风速、防 风 效 应 和 有 效 防 护 距 离 的 影 响 规
资助 作 者 简 介 ：唐 玉 龙 （１９７１— ），甘 肃 武 威 人 ，高 级 工 程 师 ，主 要 从 事 道 路 与 铁 道 工 程 的 勘 察 设 计 与 研 究 。Ｅｍａｉｌ：ｔａｎｇｙｕｚｈｉ９９９９＠１２６．ｃｏｍ
６４ ８ 中 国 沙 漠 第３２卷
公路防护林工程 等。 迄 今，中 国 防 护 林 研 究 日 渐 成 ຫໍສະໝຸດ Baidu 。 ［３］ 关文彬等 在 ［４］ 大 量 野 外 调 查 基 础 上，用 数 码 相 机 拍 摄 林 带 结 构 ，经 过 图 像 处 理 ，得 出 林 带 在 有 叶 期和无叶期疏透度的数学表达式。王元等 选 ［５］ 用 不
通过对比分析民勤 绿 洲 内 外 小 麦 产 量 数 据，得 出 有 法，选取１０种不同疏透度的物理网格替代实物林带
防护林的小麦单产量比无防护林小麦产量高 ４．７％。Ｚｈａｎｇ等 将 ［８］ 防 护 对 象 纳 入 到 林 带 防 护 效 应大小的计算模型 中，将 防 护 效 应 计 算 模 型 进 一 步
科学依据。
１ 实验设备、材料和方法
实验在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
同疏透度的工业金属筛网，在风洞中模拟紧密型、疏 沙漠与沙漠化重点 实 验 室 的 室 内 环 境 风 洞 中 完 成。
透性和透风性３种 典 型 防 护 林 带 的 流 场 结 构，得 出 疏透性防护林带防护效果最佳。董慧龙等 在 ［６］ 风 洞
修正和补 充。Ｚｈａｏ 等 通 ［９］ 过 测 量 河 西 走 廊 不 同 防 护 体 系 下 的 输 沙 率 、风 速 等 数 据 ，分 析 得 出 由 秸 秆 草 方格、植被固沙带和 农 田 防 护 林 共 同 组 成 的 防 护 体
较早营造人工防护林并进行研究 的 国 家，中 国 在 ２０ 系降风效应达７０％，并阻挡９６％的流沙。但目前对
律。
关 键 词 ：疏 透 度 ；林 带 模 型 ；防 风 效 应 ；有 效 防 护 距 离
中 图 分 类 号 ：Ｘ１６９
文 献 标 识 码 ：Ａ
森林 具 有 改 善 局 部 小 气 候、涵 养 水 源、保 持 水 土、防风固沙、改善 生 态 环 境、提 供 动 植 物 生 存 环 境 等多种生态功能 。 ［１－２］ 俄国、美 国、奥 地 利 和 日 本 是
表 ２ 测 量 点 距 离 分 布 表 Ｔａｂｌｅ ２ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ａｒｏｕｎｄ ｓｈｅｌｔｅｒ ｂｅｌｔｓ