基于风向自转式分层分级风沙颗粒采集装置

穆哈西 奴尔依娅 阿垦里白

摘 要：新疆吐鲁番地区是有名的风库之城，大风对人类活动及农作物的影响最大，如：沙尘掩埋农田、影响作物生长，导致作物死亡。该文以多风地区气象、环境等特征以及沙尘颗粒的运移规律进行了研究，为解决野外试验工作中风沙颗粒采集问题，研制了不同高度风沙运移颗粒分层分类采集装置。该装置不同高度分别可采集直径0.19、0.125、0.074 mm的颗粒，为野外风沙运动颗粒研究和采集提供依据。

关键词：流沙 风沙 筛分颗粒 采集装置

中图分类号：TV142 文献标识码：A 文章编号：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

大风天气是半干旱地区的灾害性天气，由于新疆吐鲁潘地区沙型土壤，蒸发强烈，降水量少，干旱缺水，导致土壤沙漠化。同时大风天气平凡出现，因此吐鲁潘属于大风区域。大风天气对新疆经济和社会的可持续发展造成了巨大威胁。不同级别的风吹扬不同地面时，所产生的风蚀类型、沙物质的风力搬运、沉积过程和所产生灾害的类型也不同：（1）风吹扬沙地（或沙丘）时，沙地颗粒形成风沙流，从物理学角度分析是风与沙两种物质相互作用的物理介质。从流体力学角度讲，风沙流是一种气体及其搬运的固体颗粒群（沙粒团体）的混合流。它的形成依赖于空气与沙质地表两种不同密度的物理介质的相互作用，有效控制沙尘天气是亟待决绝的科学问题。（2）风吹扬疏松缺乏物理黏粒的沙质地表时，由于风力作用沙粒脱离地表进入气流中而被搬运，导致沙地风蚀的发展，产生风沙运动和风沙流。通过风沙的沉积，风沙的蔓延等形式造成灾害，对风沙流特性的研究是当前风沙运动理论、防风固沙与防沙工程实践的重大课题之一。（3）风吹扬无植被的荒漠地时，吹扬颗粒的大小的不同浮尘、沙尘、扬沙、沙尘暴等类型分布在不同的空中，同时一部分颗粒与大气雾滴和霾粒混在一起形成气溶胶颗粒。高空形成层结稳定、逆温和静风条件下易出现雾霾天气。（4）风吹扬疏松无黏粒的盐碱地时，盐碱地吹扬颗粒与空中污染物颗粒间发生碰撞、凝聚而粒径增大，形成酸雨或土尘等不同类型降落在地面，粘在植被叶面，作物的代谢功能降低，植被失去自然繁殖能力[1-4]。因此，不同颗粒物的来源以及形成过程进行分析，采取不同措施预防和控制是全世界人关注的科学问题[5-8]。

1 研究目的

近几年来沙化土地面积不断扩展，大气恶化，灾害性沙尘天气频繁。由于沙尘天气地表层土壤风蚀、促进沙漠化的加剧、埋压农田和草场等给农业生产带来重大损失：（1）沙尘天气出现时空气中弥漫大量尘土、使空气混浊、直接危害人体健康，导致呼气道及肠胃疾病的发生，控制沙尘天气是亟待解决的问题。（2）沙尘天气引起土地沙漠化的蔓延和加剧，对我国经济和社会的可持续发展形成了巨大威胁。以沙尘颗粒的形成、类型、起源需要进行研究，不管在野外做试验，还是在风洞试验集沙仪是不可缺少的工具[9-11]。

沙尘天气一旦出现研究工作人员无法进行观测相关数据，野外进行研究工作的难度剧增。为解决野外采集不同高度沙尘颗粒，从风沙颗粒的物理运动和流动规律着手，研制风向自转式分层分级集沙仪[12]。根据试验需要可调节集沙仪的颗粒采集位置，该装置随风而旋转，不同高度（0～1.0 m）的风沙颗粒全靠自然风力进行筛分、分级采集的装置。为野外风沙运动颗粒研究和采集提供理论依据。

2 设计方案

2.1 结构设计

根据新疆博乐和吐鲁番地区8级以上的沙性天气，研制了风向自转式分层分级集沙仪。该装置由风向导向板、圆桶、轴承、集沙桶、风车、固定板、摆动轴组成，如图1所示（只绘制一层结构图）。

2.2 工作原理

固定板13埋在地下与地面垂直安装仪器。起风时风口导向板1带动圆桶3，从而圆桶3随风转动，进沙箱8的进沙口9朝风向。进沙口9进入的沙子颗粒通过进沙箱8的出沙口10进入带有筛网的筛网箱内。筛网箱内设目数不同的筛网11，筛网由风车2带动下来回摆动，颗粒通过筛网11按大小分类进入到集沙箱12内。集沙箱12充满沙子后拉圆桶侧面的把子14取出集沙箱分别称颗粒重量。

2.3 技术适应范围

（1）沙尘暴是沙暴和尘暴两者兼有的总称，是指强风把地面大量沙尘物质吹起并卷入空中，使空气特别混浊，水平能见度小的风沙天气现象。其中沙暴系指大风把大量沙粒吹入近地层所形成的挟沙风暴；尘暴则是大风把大量尘埃及其他细颗粒物卷入高空所形成的风暴，该装置分别采集直径0.19、0.125、0.074 mm的颗粒，能满足有限高度颗粒的采集要求。

（2）戈壁风沙流的总体高度远大于流沙地面风沙流，且其风沙流中平均约80%以上的沙量分布在距地面200 cm高度的气流层内（吴正等，参考文献4）。风与接触地面的不同所产生沙尘的厉害程度也不相同。自然界中不能没有风，把风造成的灾害损失降低到最低为目标，也就是尽可能地降低风带动颗粒含量。该装置不同高度（0～1.0 m）的风沙颗粒全靠自然风力进行筛分、分级采集，为野外风沙运动颗粒研究和采集提供条件。

3 结语

（1）风向自转式分层分级集沙装置不仅小型轻便，而且投资少。根据试验需要可调节颗粒采集位置，可持续利用，随风而旋转，不同高度（0～1.0 m）的风沙颗粒全靠自然风力进行筛分、分级采集的装置。

（2）该装置可采集沙尘颗粒直径0.19、0.125、0.074 mm。根据试验要求挑选筛网直径可继续使用。以沙尘颗粒的分布特性来设计防风固沙林的树形、结构、密度以及整体规划提供方便，为野外风沙运动颗粒研究和采集提供依据。

参考文献

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