丁錄勝， 程建軍， 陳柏羽， 葛 云， 丁泊淞

(1.中鐵一院新疆鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 新疆 烏魯木齊 830011； 2.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子832003； 3.石河子大學(xué) 機(jī)械電氣工程學(xué)院， 新疆 石河子832003)

風(fēng)沙災(zāi)害防治一直是中國(guó)西部戈壁、沙漠地區(qū)鐵路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)期所面對(duì)的棘手工程技術(shù)問(wèn)題，鐵路沿線風(fēng)沙治理通常有機(jī)械防沙、植物防沙以及化學(xué)防沙3類形式。其中機(jī)械防沙是最有效，也是最快捷的方式。但機(jī)械防沙由于工程量巨大，且因防沙材料與種類的選擇，關(guān)系到其使用壽命問(wèn)題[1]。目前在鐵路沿線所采用的機(jī)械防沙主要有混凝土式、PE網(wǎng)式以及其它形式的土工材料[2]。在鐵路沿線整個(gè)防沙工程體系中，位于最前沿的高立式阻沙沙障其作用最重要，目前在建庫(kù)格鐵路沿線高立式阻沙沙障采用蘆葦沙障為主要沙障形式之一。

蘆葦沙障因?yàn)榫哂性靸r(jià)低，來(lái)源廣泛、就地取材、施工便捷、后期更替修補(bǔ)方便等特點(diǎn)被列為庫(kù)格鐵路沿線高立式阻沙沙障所采用的主要防護(hù)形式之一，然而對(duì)于采用蘆葦沙障進(jìn)行風(fēng)沙防護(hù)的研究較少，韓致文等[3]對(duì)不同間距蘆葦方格進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速最大值出現(xiàn)在蘆葦方格迎風(fēng)側(cè)第一格的上空，且方格內(nèi)積沙均勻。馬學(xué)喜等[4]通過(guò)野外實(shí)地觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在不同地形條件下蘆葦方格沙害類型均表現(xiàn)為半埋危害。這些研究?jī)H針對(duì)低立式蘆葦方格進(jìn)行了初步研究，而針對(duì)高立式蘆葦沙障的防沙的文獻(xiàn)尚未見到報(bào)道，高立式蘆葦沙障設(shè)置高度為2 m，蘆葦采用質(zhì)地優(yōu)良水生干蘆葦，用鍍鋅鐵絲捆扎成直徑為8 cm的蘆葦束，蘆葦束間距為5 cm，每隔2 m設(shè)置圓木立柱，立柱直徑15 cm，根部埋入地基中不少于1m。為了調(diào)查高立式蘆葦沙障的防風(fēng)阻沙性能以及蘆葦沙障的流場(chǎng)分布特征，本文采用鐵路沿線的阻沙現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值計(jì)算手段對(duì)高立式蘆葦沙障阻沙防風(fēng)性能進(jìn)行研究，以期為風(fēng)沙災(zāi)害防治提供相關(guān)的科學(xué)依據(jù)。

1 高立式蘆葦沙障阻沙現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬方法

1.1 阻沙現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)

為了調(diào)查高立式蘆葦作為阻沙沙障的防風(fēng)阻沙性能，在庫(kù)格鐵路沿線進(jìn)行了蘆葦沙障的阻沙測(cè)試試驗(yàn)與防風(fēng)測(cè)試試驗(yàn)。試驗(yàn)在蘆葦沙障的迎風(fēng)側(cè)50 m范圍之外布設(shè)第一套風(fēng)沙采集系統(tǒng)，風(fēng)沙采集系統(tǒng)由1 m高的地表集沙儀與3 m高的梯度風(fēng)速儀組成。其中地表集沙儀采集高度范圍為1 m，50個(gè)高度層次，每2 cm為一個(gè)采集高度。當(dāng)有風(fēng)沙來(lái)流時(shí)，需要人工調(diào)整方向，使來(lái)流對(duì)準(zhǔn)采集口。梯度風(fēng)速儀為4檔高度，分別為0.2，0.8，2，3 m。此套風(fēng)沙采集系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)為風(fēng)沙來(lái)流參照值。第2道風(fēng)沙采集系統(tǒng)布設(shè)在蘆葦沙障的背風(fēng)側(cè)沙障防風(fēng)影響范圍之外，通過(guò)2套采集系統(tǒng)的對(duì)照，能摸清蘆葦沙障截留的過(guò)境風(fēng)沙流，用阻沙率及大風(fēng)遮蔽效應(yīng)系數(shù)表示蘆葦沙障的防風(fēng)阻沙性能[5]。

1.2 風(fēng)沙流場(chǎng)數(shù)值模擬方法

1.2.1 幾何建模 利用AutoCAD建立計(jì)算區(qū)域模型。蘆葦沙障模型的計(jì)算域長(zhǎng)80 m，寬6 m，高20 m，計(jì)算域尺寸的選取主要考慮計(jì)算對(duì)象阻塞率的要求，為使模型阻塞率小于6%，取計(jì)算域高度為10H(H為蘆葦沙障的高度，文中取H=200 cm)。蘆葦沙障每隔2 m設(shè)置一個(gè)直徑15 cm的立柱，研究對(duì)象取具有對(duì)稱性的3段蘆葦沙障，總長(zhǎng)6 m，故計(jì)算域?qū)捜? m；為滿足氣流在蘆葦沙障附近充分發(fā)展的條件，將蘆葦沙障布設(shè)在距計(jì)算域入口10H位置處，沙障后保留30H的距離以分析氣流在其后的發(fā)展情況，故計(jì)算域長(zhǎng)度取80 m。本文中以直徑為8 cm的圓柱體代替實(shí)際防風(fēng)沙工程中的蘆葦束，為考慮蘆葦沙障穩(wěn)定性設(shè)備如捆綁鐵絲等對(duì)氣流的影響，在蘆葦束高度方向上每隔30 cm設(shè)置一長(zhǎng)6 m，直徑為0.2 cm的圓柱體。為盡可能真實(shí)的反映實(shí)際工程阻沙蘆葦沙障的阻沙效果，設(shè)置蘆葦束間距均為5 cm。

1.2.2 網(wǎng)格劃分 采用ANSYS ICEM CFD的Meshing模塊對(duì)建立的幾何模型和計(jì)算域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格(TETRAHEDRONS)劃分方法并設(shè)定合適的網(wǎng)格尺寸，其中網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)(Nodes)176 435個(gè)、網(wǎng)格面(Faces)1 973 444個(gè)、網(wǎng)格單元(Cells)969 777個(gè)，計(jì)算域模型網(wǎng)格平均質(zhì)量為0.837，網(wǎng)格質(zhì)量?jī)?yōu)良。

1.2.3 計(jì)算參數(shù)設(shè)置 為從沙粒的起動(dòng)風(fēng)速方面考慮沙粒在蘆葦沙障附近的沉積分布，分別進(jìn)行流場(chǎng)和風(fēng)沙兩相流的數(shù)值計(jì)算。流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算過(guò)程較為簡(jiǎn)便，主要涉及入口廓線風(fēng)速的設(shè)定，對(duì)于兩相流計(jì)算參數(shù)設(shè)定，為體現(xiàn)自然工況下沙源充分的情況，模擬中采用風(fēng)攜沙模型計(jì)算蘆葦沙障作用下積沙分布規(guī)律，即在考慮風(fēng)沙流自平衡機(jī)制下，在計(jì)算域入口處設(shè)置源源不斷的沙粒。設(shè)置求解器為能反映風(fēng)沙兩相流的瞬間變化的瞬態(tài)、基于壓力的求解方式，其中壓力—速度耦合方法選擇用于求解不可壓縮流場(chǎng)的相間壓力耦合方程的半隱方法(Phase Coupled SIMPLE)，湍流模型選擇對(duì)邊界層湍流方程進(jìn)行改進(jìn)的可實(shí)現(xiàn)k-ε模型(Realizablek-ε模型)。由于該部分涉及風(fēng)沙兩相流問(wèn)題，定義沙顆粒密度和粘度分別為ρs=2 600 kg/m3，μ=0.004 7 kg/(m·s)，并在沙相屬性中選擇沙物質(zhì)形狀為顆粒狀，根據(jù)沙物質(zhì)不同粒徑下的運(yùn)移方式定義沙顆粒直徑ds=0.1 mm[6]；為保證計(jì)算結(jié)果能夠收斂，動(dòng)量、各相體積分?jǐn)?shù)、湍動(dòng)能以及湍流耗散率等的空間離散化方式均選擇一階迎風(fēng)格式，并保證殘差監(jiān)視的絕對(duì)收斂標(biāo)準(zhǔn)不大于10-3。

設(shè)置模型入口為風(fēng)沙流的速度入口，分別設(shè)定為6，12，20，25 m/s，通過(guò)定義地表粗糙度來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)沙流速度在不同高度上的分布規(guī)律，由于采用風(fēng)攜沙模型，沙相的體積分?jǐn)?shù)設(shè)置考慮當(dāng)顆粒的容積份額小于5%時(shí)，顆粒的自由沉降就會(huì)受阻，并且自由沉降速度也不再遵循斯托克斯定律[6]。因此根據(jù)多次數(shù)值模擬結(jié)果，并考慮提供合適的沙源而設(shè)置入口沙相體積分?jǐn)?shù)為10%；計(jì)算域出口由于無(wú)法預(yù)測(cè)風(fēng)沙流的湍流發(fā)展情況，故采用壓力出口邊界條件，湍流具體表示方法選擇湍流強(qiáng)度和水力直徑來(lái)描述，并根據(jù)模型尺寸分別定義兩者為5%和4.6 m。計(jì)算域左右兩側(cè)采用對(duì)稱邊界條件，上邊界采用滑移壁面條件，地面采用無(wú)滑移壁面條件(Wall)[7]，根據(jù)實(shí)測(cè)梯度風(fēng)速數(shù)據(jù)根據(jù)公式(2)所得的地表粗糙度來(lái)進(jìn)行設(shè)定，模擬計(jì)算時(shí)間統(tǒng)一為30 s。

2 結(jié)果與分析

2.1 阻沙現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

在高立式蘆葦沙障前后同時(shí)布設(shè)風(fēng)沙采集系統(tǒng)，一場(chǎng)大風(fēng)后，記錄分析布設(shè)在沙障前后的集沙儀集沙量。從圖1可見，庫(kù)格沿線沙漠邊緣風(fēng)沙來(lái)流的風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為沙通量主要在1 m高度范圍以下，這與戈壁地表的風(fēng)沙流運(yùn)動(dòng)規(guī)律有所不同[8]，且貼近地表輸沙量最大，在20 cm以下是輸沙量的主體部分，20 cm高度以上輸沙量呈規(guī)律性的逐漸遞減。由于沙障迎風(fēng)側(cè)的集沙儀采集的沙量是自然地表未經(jīng)擾動(dòng)的過(guò)境風(fēng)沙流量，而沙障后的集沙儀采集的沙量是經(jīng)過(guò)了蘆葦沙障降速風(fēng)沙流卸載后的過(guò)境風(fēng)沙流。則沙障阻沙率的公式如下[5]：

(1)

式中：K——阻沙率(%)；Q1——不受沙障影響的來(lái)流總過(guò)境風(fēng)沙流量值(g/min)；Q2——經(jīng)過(guò)沙障過(guò)濾后不能被截留的過(guò)境風(fēng)沙流量值(g/min)；具體測(cè)試時(shí)，Q1的量值來(lái)自布設(shè)在蘆葦沙障迎風(fēng)側(cè)10H(H為蘆葦沙障高度)以外，考慮到透隙式沙障的控風(fēng)影響范圍在沙障背風(fēng)側(cè)的距離為10～20H左右，Q2的量值來(lái)自布設(shè)在沙障背風(fēng)側(cè)25H距離處的集沙儀。將本次測(cè)試的數(shù)值帶入(1)式得：

即第一道高立式蘆葦沙障的阻沙率為93.85%。

注：集沙層每層厚度為2 cm。圖1 高立式蘆葦沙障沙障前后集沙量對(duì)比

圖2為梯度風(fēng)速儀實(shí)測(cè)的來(lái)流風(fēng)速廓線，通過(guò)在蘆葦沙障前后布設(shè)多套梯度風(fēng)速儀，在有風(fēng)時(shí)同時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠采集大風(fēng)經(jīng)過(guò)沙障的流場(chǎng)風(fēng)速變化數(shù)據(jù)，但是由于沙障對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)，沙障背風(fēng)側(cè)風(fēng)速變化大，僅靠幾套梯度風(fēng)速儀難以捕捉到整個(gè)流場(chǎng)的風(fēng)速變化規(guī)律。但是沙障迎風(fēng)側(cè)布設(shè)的梯度風(fēng)速儀所采集的風(fēng)速數(shù)據(jù)仍然具有重要的作用。根據(jù)普朗特—馮·卡門的速度對(duì)數(shù)分布規(guī)律，可利用任何2層風(fēng)速量值來(lái)求取地表粗糙系數(shù)z0，地表粗糙系數(shù)是風(fēng)速為零的高度(m)，在后續(xù)的數(shù)值計(jì)算中是一個(gè)必須的參數(shù)。根據(jù)兩層風(fēng)速推求地表粗糙系數(shù)的公式如下：

(2)

式中：ux2，ux1——高度為z2與z1高度處的風(fēng)速值，未知數(shù)是Z0，因此該公式可以進(jìn)一步表示為：

(3)

將本次采用梯度風(fēng)速儀監(jiān)測(cè)所得同一時(shí)間的2個(gè)梯度風(fēng)速值代入(3)式，即可得到該地域的地表粗糙度，為后續(xù)計(jì)算提供依據(jù)。

圖2 沙障迎風(fēng)側(cè)風(fēng)速廓線

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果

2.2.1 蘆葦沙障的流場(chǎng)分布及防風(fēng)效益 由于2種入口風(fēng)速下，蘆葦沙障附近流場(chǎng)分布相似，故該部分主要提取12 m/s入口風(fēng)速下的計(jì)算結(jié)果具體分析蘆葦沙障附近不同位置處的流場(chǎng)變化規(guī)律(如圖3所示)。

從圖3中可以看出，12 m/s的入口風(fēng)速下，蘆葦沙障周圍流場(chǎng)變化明顯，經(jīng)過(guò)蘆葦?shù)目v斷面上流場(chǎng)分布規(guī)律與經(jīng)過(guò)蘆葦間隙的縱斷面上流場(chǎng)的分布規(guī)律相似，主要是因?yàn)樘J葦沙障間隙相對(duì)于蘆葦沙障來(lái)說(shuō)屬于次要因素，對(duì)氣流的干擾在宏觀上的體現(xiàn)微弱[9]。圖3a中，入口廓線風(fēng)速在經(jīng)過(guò)蘆葦沙障時(shí)，由于實(shí)體蘆葦對(duì)來(lái)流的阻礙，氣流在障前約3.97H范圍內(nèi)出現(xiàn)減速區(qū)；蘆葦沙障等間距布設(shè)存在的空隙，透隙率為36.5%，使得因蘆葦和其他氣流團(tuán)的擠壓而從蘆葦沙障頂部越過(guò)的氣流較少，故在蘆葦沙障頂部偏后方位出現(xiàn)的擠壓上揚(yáng)區(qū)范圍小，湍流強(qiáng)度弱；氣流在蘆葦沙障后形成的減速區(qū)較為均勻，且沒(méi)有渦流區(qū)的出現(xiàn)。圖3b的流場(chǎng)分布規(guī)律在整體上與圖3a的相似，局部區(qū)域的速度變化將在圖4中分析，而從z=30 cm高度上的速度分布云圖可以看出，氣流得到較大程度的削弱區(qū)間在障后1.8H～5.7H內(nèi)，其他區(qū)域的風(fēng)速值仍大于4 m/s，即沙粒仍具有一定的動(dòng)能保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；從圖3c中還可以看出，蘆葦沙障對(duì)來(lái)流的干擾作用分布于蘆葦沙障的整個(gè)布設(shè)長(zhǎng)度。

注：H為蘆葦沙障高度，H=200 cm，下同。圖3 蘆葦沙障不同斷面的流場(chǎng)分布云圖

從圖4中可以看出不同斷面上局部位置處流場(chǎng)分布的差異性。在圖4a中，由于蘆葦束的阻礙作用，氣流僅在每株蘆葦束后形成貼近蘆葦束的微小離散渦流單元，渦流區(qū)單元微小，氣流通過(guò)沙障后則不存在大的渦流區(qū)；圖4b中，由于所選取縱斷面經(jīng)過(guò)兩束蘆葦之間空隙，該部分氣流因受到兩側(cè)蘆葦束的擠壓而出現(xiàn)速度增加的紊流區(qū)，速度變化梯度較大；圖4c中可以明顯看出蘆葦束和蘆葦束之間氣流的交替變化，由于兩側(cè)立柱離最近的蘆葦束只有40 mm的距離，小于蘆葦束之間的間距50 mm，所以在兩側(cè)立柱附近出現(xiàn)與蘆葦沙障后不同的流場(chǎng)分布規(guī)律。

采用風(fēng)速遮蔽效應(yīng)系數(shù)計(jì)算公式來(lái)計(jì)算蘆葦沙障的防風(fēng)效益：

η=(v0-vx)/v0

(4)

式中：η——風(fēng)速遮蔽效應(yīng)系數(shù)；v0——入口風(fēng)速(m/s)；vx——蘆葦沙障前后x位置處的風(fēng)速(m/s)。取z=0.3，1.0，2.0 m這3個(gè)特征高度處中心縱斷面上的速度值進(jìn)行數(shù)值分析，得到相應(yīng)的遮蔽效應(yīng)系數(shù)特征(如圖5所示)。

注：圖a和b為蘆葦沙障前0.5H至障后1H范圍內(nèi)1.2H高度內(nèi)的風(fēng)速云圖；圖c為蘆葦沙障前0.2H至障后0.8H范圍內(nèi)局部風(fēng)速云圖

圖4 蘆葦沙障周圍風(fēng)速特征云圖

圖5 不同風(fēng)速(V)時(shí)遮蔽效應(yīng)系數(shù)特征

從圖5中可以看出，不同高度處中心縱斷面上風(fēng)速的遮蔽效益系數(shù)隨水平距離的變化趨勢(shì)與入口風(fēng)速的大小無(wú)關(guān)[10]，即特定的防風(fēng)沙構(gòu)筑物對(duì)氣流的控制規(guī)律相同，不受風(fēng)速影響。圖5a中，由于風(fēng)沙兩相流中，沙顆粒主要在離地面30 cm范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，故該部分選擇Z=0.3 m高度處風(fēng)速值，分析其對(duì)沙粒運(yùn)動(dòng)的影響。在該高度上，風(fēng)速的遮蔽效應(yīng)系數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小而后穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。在計(jì)算域入口至蘆葦沙障區(qū)間內(nèi)，由于受到蘆葦沙障的阻礙和因阻礙而湍動(dòng)能降低的氣流團(tuán)的影響，氣流速度呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)，即遮蔽效應(yīng)系數(shù)先減小后增大；隨著水平距離的增加，氣流在蘆葦沙障的作用下將不斷得到削弱，即遮蔽效應(yīng)系數(shù)從蘆葦沙障位置處向后逐漸增大并達(dá)到最值47.9%，該位置位于蘆葦沙障后6H附近；隨著水平距離的增加，蘆葦沙障的影響逐漸減小，障后氣流速度逐漸得到恢復(fù)，遮蔽效應(yīng)系數(shù)逐漸減小，在障后17H處，氣流已基本恢復(fù)至與入口相同的湍動(dòng)能，而后將保持不變。其中在障前3.5H和障后17H的主要影響區(qū)間內(nèi)，蘆葦沙障對(duì)來(lái)流的平均削弱能力為29.7%。z=1.0 m高度上和z=2.0 m高度上風(fēng)速的遮蔽效應(yīng)系數(shù)變化趨勢(shì)相似，僅在蘆葦沙障后1～30 m范圍內(nèi)，z=2.0 m高度上風(fēng)速的遮蔽效應(yīng)系數(shù)比z=1.0 m高度上的整體上下降了29.1%。

2.2.2 蘆葦沙障的積沙分布與控沙特征 如圖6所示，隨著入口風(fēng)速的增加，沙粒在蘆葦沙障附近的沉積分布規(guī)律相似，均集中分布在蘆葦沙障前，障后沙粒的分布相對(duì)較少且較為均勻，只是不同的入口風(fēng)速下對(duì)應(yīng)的沙粒沉積分布區(qū)的沙相體積分?jǐn)?shù)有所不同。圖6a中，由于入口風(fēng)沙流速較小僅有6 m/s，比直徑為0.1 mm的沙粒對(duì)應(yīng)的的起動(dòng)風(fēng)速4 m/s略大，加之蘆葦沙障對(duì)來(lái)流平均29.7%的削弱作用，使得風(fēng)沙流的湍動(dòng)能得到一定程度的削減后其速度值接近并低于沙粒的起動(dòng)風(fēng)速，所以沙粒在障前0.2H范圍內(nèi)出現(xiàn)大量的沉積，沙相體積分?jǐn)?shù)達(dá)最大值60%。障后，由于蘆葦沙障豎向均勻透隙存在，使得未經(jīng)削弱的風(fēng)沙流在障后不斷緩和湍動(dòng)能偏小的風(fēng)沙流，從而導(dǎo)致沙粒的沉積量減小[11]。

圖6 不同風(fēng)速(V)時(shí)蘆葦沙障周圍的積沙分布特征

為分析蘆葦沙障對(duì)過(guò)境風(fēng)沙流的控制作用，尤其是在沙障障后減速區(qū)范圍內(nèi)沙顆粒物質(zhì)的沉積與運(yùn)動(dòng)規(guī)律，參考流場(chǎng)分布特點(diǎn)，提取蘆葦沙障前3.5H至障后17H范圍內(nèi)的沙粒質(zhì)量流率以定量分析蘆葦沙障的控沙特點(diǎn)，其中沙相質(zhì)量流率為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)計(jì)算域目標(biāo)截面的沙粒質(zhì)量。結(jié)果如圖7所示。

從圖7中可以看出，在不同的入口風(fēng)沙流速下，蘆葦沙障前3.5H至障后17H范圍內(nèi)的沙粒質(zhì)量流率變化有一定的差異性，在水平距離X=14～19 m(X=20 m為蘆葦沙障的布設(shè)位置)范圍內(nèi)保持穩(wěn)定；越過(guò)蘆葦沙障后，沙通量急劇減小，在X=20～54 m范圍內(nèi)波動(dòng)差異大，這種波動(dòng)正是由于沙障對(duì)障后風(fēng)沙流場(chǎng)的擾動(dòng)所造成的，但該區(qū)間內(nèi)沙粒質(zhì)量流率明顯小于蘆葦沙障前7 m范圍內(nèi)的沙通量，這種變化趨勢(shì)與沙粒的沉積分布情況是吻合的。

3 結(jié) 論

針對(duì)在建庫(kù)格鐵路沿線大量使用的高立式蘆葦沙障進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與數(shù)值計(jì)算分析，采用高立式蘆葦沙障作為阻沙沙障的系統(tǒng)研究尚未見文獻(xiàn)論述，本文基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了蘆葦沙障的阻沙性能、控風(fēng)性能，流場(chǎng)分布以及整體控沙規(guī)律。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)在建庫(kù)格鐵路沿線采用的高立式蘆葦沙障的阻沙效果明顯，單道蘆葦沙障的阻沙率為93.85%，雖然當(dāng)風(fēng)級(jí)增大時(shí)，阻沙率會(huì)發(fā)生變化，但由于鐵路沿線通常設(shè)置多道阻沙沙障，可以推測(cè)風(fēng)沙流經(jīng)過(guò)多道阻沙沙障后，基本被凈化。

在單道蘆葦沙障的作用下，來(lái)流在其周圍的速度分布明顯，障后形成的減速區(qū)較為均勻且沒(méi)有渦流區(qū)的出現(xiàn)；蘆葦沙障的透隙率為36.5%，蘆葦沙障對(duì)來(lái)流的削弱影響區(qū)主要在分布障前3.5H和障后17H水平距離范圍內(nèi)，對(duì)來(lái)流的平均削弱程度為29.7%，最大值為48%，對(duì)蘆葦沙障風(fēng)沙兩相流的計(jì)算結(jié)果分析可知，當(dāng)風(fēng)速大于起沙風(fēng)速后，沙顆粒主要分布在蘆葦沙障前0.2H范圍內(nèi)，風(fēng)沙流經(jīng)過(guò)沙障后沙通量急劇降低。

圖7 不同風(fēng)速(V)時(shí)沙障前后減速區(qū)范圍內(nèi)沙粒質(zhì)量流率變化特征

以上研究結(jié)果表明，高立式蘆葦沙障對(duì)障前3.5H和障后17H范圍有較好遮蔽效果，可可為多道高立式蘆葦沙障的合理布置間距提供參考，此外，高立式蘆葦沙障具有類似網(wǎng)式沙障的優(yōu)良控沙特征，也可為該型沙障在庫(kù)格鐵路沿線的推廣使用提供理論依據(jù)。