沿海防護(hù)林防風(fēng)效應(yīng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、本研究以上海浦東新區(qū)沿海水杉防護(hù)林體系為研究對(duì)象，通過野外調(diào)查水杉防護(hù)林網(wǎng)群落結(jié)構(gòu)特征，采用Wilson提出的動(dòng)量匯原理對(duì)水杉群落各項(xiàng)結(jié)構(gòu)特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)值化處理，并利用計(jì)算流體力學(xué)（Computional Fluid Dynamics,CFD）FLUENT軟件包，分別對(duì)不同寬度、不同復(fù)層結(jié)構(gòu)、不同布灌方式水杉林帶和水杉林網(wǎng)防風(fēng)效能進(jìn)行數(shù)值模擬，探討各種不同結(jié)構(gòu)林帶防風(fēng)效能差異，分析氣流在經(jīng)過多條林帶組成的水杉林網(wǎng)時(shí)變化規(guī)律，以期為沿海防

2、護(hù)林體系構(gòu)建與經(jīng)營管理提供一定的理論依據(jù)。研究結(jié)果表明：
　?。?）不同寬度水杉林帶的防風(fēng)效能差異
　　通過對(duì)不同寬度（0.75H與2.5H）水杉林帶防風(fēng)效應(yīng)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，氣流從林帶前10H至林帶前4H流速衰減比較緩慢，之后林帶對(duì)氣流的影響逐漸顯現(xiàn)，風(fēng)速下降趨勢(shì)加快。0.75H帶寬林帶在林帶后出現(xiàn)回流的位置比2.5H帶寬林帶遠(yuǎn)，且0.75H帶寬林帶回流峰值小于2.5H林帶。在回流減弱后風(fēng)速恢復(fù)過程中，2.5H帶寬林帶后氣流恢

3、復(fù)速率比0.75H林帶快，且0.75H帶寬林帶有效防護(hù)距離（本文中以風(fēng)速減低至入口來流百分之70％以內(nèi)區(qū)域?yàn)橛行Х雷o(hù)區(qū)域，簡(jiǎn)寫為d70）在各個(gè)高度水平上均比2.5H林帶長(zhǎng)約2H左右。
　?。?）不同群落結(jié)構(gòu)水杉林帶防風(fēng)效能差異
　　通過對(duì)水杉純林與水杉-構(gòu)樹復(fù)層林帶（帶寬均為2.5H）防風(fēng)效能進(jìn)行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，氣流在林帶前表現(xiàn)與其他類型的林帶類似，而主要差異發(fā)生在林帶后，純林與復(fù)層林在林帶后1H高度水平以下均出現(xiàn)回流，且水杉

4、純林林帶后回流稍強(qiáng)于復(fù)層林。另外在回流削弱與風(fēng)速回升的過程中，復(fù)層林的恢復(fù)慢于水杉純林，且其有效防護(hù)距離稍長(zhǎng)于水杉純林。
　?。?）不同布灌方式的水杉林帶的防風(fēng)效能差異
　　通過對(duì)不同布灌方式水杉林帶（帶前布灌與帶后布灌）防風(fēng)效能進(jìn)行數(shù)值模擬分析得出，由于布置的灌草生長(zhǎng)高度有限（約0.1H），因此對(duì)林帶防護(hù)效應(yīng)造成的影響也主要是在這個(gè)高度水平上，帶前布灌的林帶前緣風(fēng)速由于灌木的影響幾乎降至為0，而帶后布灌林帶由于下層枝下高部

5、分透風(fēng)性較好，因此風(fēng)速在林帶前緣并未減為0。在其他高度上氣流在接近林帶時(shí)其流速均保持下降的趨勢(shì)。1H高度以下的林帶在林帶后均有回流出現(xiàn)，在帶后回流區(qū)的垂直斷面上，越接近林帶底部其回流越激烈，且?guī)安脊嗔謳Щ亓鞣逯稻缘陀趲Ш蟛脊?。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)帶后布灌林帶林后風(fēng)速恢復(fù)快于帶前布灌林帶，即帶前布灌林帶其有效防護(hù)距離（d70）稍大于帶后布灌的林帶。
　?。?）水杉林網(wǎng)的防風(fēng)效能分析
　　通過對(duì)勝利塘、軍墾塘、人民塘部分水杉林帶組成的

6、水杉林網(wǎng)進(jìn)行防風(fēng)效能模擬發(fā)現(xiàn)，水杉林網(wǎng)對(duì)來流動(dòng)能有明顯的削弱作用，風(fēng)速下降明顯。根據(jù)三條林帶的模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，來流在林帶前4H左右處逐漸開始明顯下降。各林帶基本上在林帶后都有回流，回流區(qū)的激烈程度除了與林帶疏透度等結(jié)構(gòu)因子有關(guān)以外，也與回流所在的斷面垂直高度有關(guān)。疏透度越小，帶后回流越激烈，越接近地面回流也會(huì)更加激烈。此外，本研究中各林帶的有效防護(hù)距離（d70）一般都在林帶后10H左右。因此，我們認(rèn)為林網(wǎng)中林帶間距設(shè)置在15H左右比較合適