基于風向自轉式分層分級風沙顆粒采集裝置

穆哈西 奴爾依婭 阿墾里白

摘 要：新疆吐魯番地區是有名的風庫之城，大風對人類活動及農作物的影響最大，如：沙塵掩埋農田、影響作物生長，導致作物死亡。該文以多風地區氣象、環境等特征以及沙塵顆粒的運移規律進行了研究，為解決野外試驗工作中風沙顆粒采集問題，研制了不同高度風沙運移顆粒分層分類采集裝置。該裝置不同高度分別可采集直徑0.19、0.125、0.074 mm的顆粒，為野外風沙運動顆粒研究和采集提供依據。

關鍵詞：流沙 風沙 篩分顆粒 采集裝置

中圖分類號：TV142 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0161-02

The Wind Rotation Type Sand Particle Collection Device Based on Hierarchical

Mu Haxi Nu Eryiya A Kenlibai

（College of Water Hydraulic and Civil Engineering of Xinjiang Agricultural university，Wulumuqi Xinjiang，830052，China）

Abstract：Xinjiang turpan area is a famous city of library wind，the wind of the influence of human activity and crops is the largest，such as dust buried farmland，affect crop growth，led to the deaths of crops.Based on the windy regional meteorological and environmental characteristics and migration regularity of dust particles are studied，to solve the problem of sand particles collected in field test，developed different heights sand particles migration classification collection device.The device different height can be collected respectively 0.19，0.125，0.074 mm in diameter of particle， provide the basis for field sand particles movement research and acquisition.

Key Words：Quicksand；Sandwind；Particle size；Acquisition device

大風天氣是半干旱地區的災害性天氣，由于新疆吐魯潘地區沙型土壤，蒸發強烈，降水量少，干旱缺水，導致土壤沙漠化。同時大風天氣平凡出現，因此吐魯潘屬于大風區域。大風天氣對新疆經濟和社會的可持續發展造成了巨大威脅。不同級別的風吹揚不同地面時，所產生的風蝕類型、沙物質的風力搬運、沉積過程和所產生災害的類型也不同：（1）風吹揚沙地（或沙丘）時，沙地顆粒形成風沙流，從物理學角度分析是風與沙兩種物質相互作用的物理介質。從流體力學角度講，風沙流是一種氣體及其搬運的固體顆粒群（沙粒團體）的混合流。它的形成依賴于空氣與沙質地表兩種不同密度的物理介質的相互作用，有效控制沙塵天氣是亟待決絕的科學問題。（2）風吹揚疏松缺乏物理黏粒的沙質地表時，由于風力作用沙粒脫離地表進入氣流中而被搬運，導致沙地風蝕的發展，產生風沙運動和風沙流。通過風沙的沉積，風沙的蔓延等形式造成災害，對風沙流特性的研究是當前風沙運動理論、防風固沙與防沙工程實踐的重大課題之一。（3）風吹揚無植被的荒漠地時，吹揚顆粒的大小的不同浮塵、沙塵、揚沙、沙塵暴等類型分布在不同的空中，同時一部分顆粒與大氣霧滴和霾粒混在一起形成氣溶膠顆粒。高空形成層結穩定、逆溫和靜風條件下易出現霧霾天氣。（4）風吹揚疏松無黏粒的鹽堿地時，鹽堿地吹揚顆粒與空中污染物顆粒間發生碰撞、凝聚而粒徑增大，形成酸雨或土塵等不同類型降落在地面，粘在植被葉面，作物的代謝功能降低，植被失去自然繁殖能力[1-4]。因此，不同顆粒物的來源以及形成過程進行分析，采取不同措施預防和控制是全世界人關注的科學問題[5-8]。

1 研究目的

近幾年來沙化土地面積不斷擴展，大氣惡化，災害性沙塵天氣頻繁。由于沙塵天氣地表層土壤風蝕、促進沙漠化的加劇、埋壓農田和草場等給農業生產帶來重大損失：（1）沙塵天氣出現時空氣中彌漫大量塵土、使空氣混濁、直接危害人體健康，導致呼氣道及腸胃疾病的發生，控制沙塵天氣是亟待解決的問題。（2）沙塵天氣引起土地沙漠化的蔓延和加劇，對我國經濟和社會的可持續發展形成了巨大威脅。以沙塵顆粒的形成、類型、起源需要進行研究，不管在野外做試驗，還是在風洞試驗集沙儀是不可缺少的工具[9-11]。

沙塵天氣一旦出現研究工作人員無法進行觀測相關數據，野外進行研究工作的難度劇增。為解決野外采集不同高度沙塵顆粒，從風沙顆粒的物理運動和流動規律著手，研制風向自轉式分層分級集沙儀[12]。根據試驗需要可調節集沙儀的顆粒采集位置，該裝置隨風而旋轉，不同高度（0～1.0 m）的風沙顆粒全靠自然風力進行篩分、分級采集的裝置。為野外風沙運動顆粒研究和采集提供理論依據。

2 設計方案

2.1 結構設計

根據新疆博樂和吐魯番地區8級以上的沙性天氣，研制了風向自轉式分層分級集沙儀。該裝置由風向導向板、圓桶、軸承、集沙桶、風車、固定板、擺動軸組成，如圖1所示（只繪制一層結構圖）。

2.2 工作原理

固定板13埋在地下與地面垂直安裝儀器。起風時風口導向板1帶動圓桶3，從而圓桶3隨風轉動，進沙箱8的進沙口9朝風向。進沙口9進入的沙子顆粒通過進沙箱8的出沙口10進入帶有篩網的篩網箱內。篩網箱內設目數不同的篩網11，篩網由風車2帶動下來回擺動，顆粒通過篩網11按大小分類進入到集沙箱12內。集沙箱12充滿沙子后拉圓桶側面的把子14取出集沙箱分別稱顆粒重量。

2.3 技術適應范圍

（1）沙塵暴是沙暴和塵暴兩者兼有的總稱，是指強風把地面大量沙塵物質吹起并卷入空中，使空氣特別混濁，水平能見度小的風沙天氣現象。其中沙暴系指大風把大量沙粒吹入近地層所形成的挾沙風暴；塵暴則是大風把大量塵埃及其他細顆粒物卷入高空所形成的風暴，該裝置分別采集直徑0.19、0.125、0.074 mm的顆粒，能滿足有限高度顆粒的采集要求。

（2）戈壁風沙流的總體高度遠大于流沙地面風沙流，且其風沙流中平均約80%以上的沙量分布在距地面200 cm高度的氣流層內（吳正等，參考文獻4）。風與接觸地面的不同所產生沙塵的厲害程度也不相同。自然界中不能沒有風，把風造成的災害損失降低到最低為目標，也就是盡可能地降低風帶動顆粒含量。該裝置不同高度（0～1.0 m）的風沙顆粒全靠自然風力進行篩分、分級采集，為野外風沙運動顆粒研究和采集提供條件。

3 結語

（1）風向自轉式分層分級集沙裝置不僅小型輕便，而且投資少。根據試驗需要可調節顆粒采集位置，可持續利用，隨風而旋轉，不同高度（0～1.0 m）的風沙顆粒全靠自然風力進行篩分、分級采集的裝置。

（2）該裝置可采集沙塵顆粒直徑0.19、0.125、0.074 mm。根據試驗要求挑選篩網直徑可繼續使用。以沙塵顆粒的分布特性來設計防風固沙林的樹形、結構、密度以及整體規劃提供方便，為野外風沙運動顆粒研究和采集提供依據。

參考文獻

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