工程防沙措施作为生物措施的基础和必要条件,被广泛应用于公路、铁路及城镇等地区的沙害防治,不同防沙措施复合作用机制及有效防护范围的确定对防护体系结构设计的优化具有重要意义。本文通过对不同防沙技术措施的风洞实验,研究了单一防沙措施和叠加防沙措施在不同指示风速梯度作用下的水平气流速度场变化规律与垂直气流速度廓线变化特征,分析了措施前后风沙流的垂直分布及其周围阻沙效果,探讨了不同防沙措施的复合作用机制,并对其复合作用规律进行野外实地验证,结合经济成本优化了不同沙害防治模式。主要研究结论如下:(1)不同防沙措施近地表气流随水平距离均呈现出“先降低、逐渐稳定、后增加”的变化趋势,且这种变化规律不受指示风速干扰,但其气流变化拐点差异显著。方格沙障迎风侧-10H始终为气流波动的点位,-5H为风速降低的拐点,沙障内气流趋于稳定的拐点不同,整体表现为规格越小、高度越高气流稳定速度越快,拐点位置越靠前,而背风侧有效防护距离较短,气流穿过沙障区域后很快恢复。单行沙障迎风侧-4H始终为气流波动的点位,-2H为风速降低的拐点,气流趋于稳定的距离较短。双行沙障迎风侧气流变化拐点与单行沙障相同,气流进入沙障间后逐渐趋于稳定,在背风侧一定距离后开始恢复。当沙障经不同方式叠加后,没有改变气流在迎风侧的变化规律。“前窄后宽”与“前阻后固”模式增加了气流稳定区域的距离,延长了气流恢复点的位置,“前高后低”模式与双行沙障差异不显著。(2)不同防沙措施迎风侧不同位置气流速度廓线受障碍物影响不显著,背风侧气流速度廓线变化拐点差异显著。方格沙障与单行沙障背风侧近地表0～4cm高度内气流显著降低,4～16cm气流抬升明显,4cm高度为风速急剧变化的拐点。双行沙障增强了对近地表气流的控制作用,8cm高度为风速急剧变化的拐点。当不同防沙措施叠加后,不同高度风速的降低和抬升作用出现分异,4cm高度为“前阻后固”模式风速急剧降低的拐点,8cm高度为“前高度低”和“前窄后宽”模式风速急剧降低的拐点,且呈现出随防沙措施高度的增加拐点向上移动的变化规律。所有模式中指示风速的变化只影响风速变化的尺度,不影响气流速度廓线的变化规律。(3)风洞放置模型后,迎风侧风沙流结构特征与空洞时基本相似,90%的输沙量主要集中在0-10cm高度层,背风侧输沙量随垂直高度的变化不再遵循风沙流结构定律,且不同位置不同高度层输沙量与风速呈显著幂函数关系。因措施的不同每一高度层输沙量发生变化,整体表现为高度越高、叠加数量越多输沙总量越少,且输沙量集中范围逐渐向上移动,峰值由8cm移至16cm高度,10～20cm与20～30cm高度层输沙量所占比例也逐渐增加。(4)防沙措施二维空间积沙表面积直接反映措施对风力的干扰范围和积沙的潜在范围,间接反映防沙措施的阻沙效果;防沙措施三维空间阻沙量直接反映一定沙源、风况条件下防沙措施的阻沙效果,两者共同反映防沙措施的阻沙效果。0.15m高度1.5m×1.5m规格和0.15cm高度2m×2m规格、单行沙障以及12H行间距的双行沙障阻沙效果均较差。经不同措施相互组合后阻沙效果明显增强,不同指示风速条件下,三行沙障阻沙范围约为双行沙障的1.51倍,阻沙量约为双行沙障的2.18倍;“前阻后固”型叠加模式较同规格方格沙障阻沙范围平均增加了 32.18%,阻沙量增大了 17.12%。(5)复合作用模型及预测结果显示,不同防沙措施近地表风速的有效防护距离差异显著,规格越小、高度越高、防沙措施数量越多复合作用越明显。不同单一措施经过叠加后,其有效防护范围成倍增加,双行沙障较单行沙障有效防护距离约增加了 13H,三行沙障较单行沙障约增加了 28H;而合理的“前高后低”叠加模式与等高模式差异不显著,“前窄后宽”模式显著增加了高立式沙障的有效防护距离、“前阻后固”模式显著增加了方格沙障的复合作用,近地表气流趋于稳定的速度明显加快。结合阻沙特征及野外实测结果,0.15m高度1.5m×1.5m和2m×2m规格,0.8m高度以下单行沙障以及12H行间距双行沙障防风效应较弱,0.2m高度1m×1m规格、0.3m高度1m×1m规格沙障与4H行间距双行沙障与相近规格防风效应差异不显著,经济成本较高,均不推荐使用,其它措施均可根据实际情况相互叠加选择使用。(6)乌兰布和沙漠沙害防治体系中应建立工程防沙与植物防沙相结合的综合防沙体系,其中,工程防沙体系中应结合当地风沙环境特征选择“吕”字型前密后疏配置模式、“回”字型外密内疏配置模式、“前高后低”型两行一带以及“前窄后宽”型三行一带等沙害防治模式,根据沙害程度相互叠加建立成由“前沿阻沙带、固阻结合带、固沙带”组成的“前阻后固、固阻结合”的综合防护体系。