一种减少公路上积雪的生态调治方法与流程

1.本发明属于雪害的生态调治技术领域，涉及一种减少公路上积雪的生态调治方法。


背景技术：

2.公路雪害是我国北方边境省份公路的灾害之一，通常会导致交通中断、客货运输受阻和人员出行困难。公路积雪属于一个比较严重的问题，车辆通过碾压将原本松软的积雪压实，进而提高了除雪的难度。为了在雪害形成后，及时进行除雪和维护交通秩序，人们需要设置和维护各类除雪机械，采取应急交通管理预案，或者出动大量人力进行人工清雪作业与交通疏导，这些措施都增大了整个社会和用户的运输不便与成本投入。如果可以实现雪在降落的过程中被吹到公路两侧，实现公路无落雪，就从根本上解决了公路积雪的问题。


技术实现要素：

3.本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述技术问题的减少公路上积雪的生态调治方法，具体技术方案如下。
4.一种减少公路上积雪的生态调治方法，包括以下步骤：
5.s101、获取环境信息，根据环境信息生成栽种树木种类的集合；
6.s102、获取路基信息，根据路基信息对树木的种类进行初步筛选；
7.s103、获取土壤信息，根据初步筛选后的树木的种类和土壤信息生成栽种树木的最小株距；
8.s104、根据风场信息、降雪信息、路基信息、最小株距要求和树木的种类生成多个栽种树木备选方案；
9.s105、根据所述栽种树木备选方案，利用流体动力学计算各个备选方案减少公路上积雪的水平，确定最终栽种方案。
10.在上述技术方案的基础上，所述环境信息包括：目标路基所在地的经纬度信息、环境温度和环境湿度；
11.所述经纬度信息为选择适于当地生长的栽种树木提供参考，所述环境温度和环境湿度为选择阔叶林，还是针叶林提供参考。
12.在上述技术方案的基础上，所述路基信息包括：路基形式和路基参数；
13.所述路基形式包括：路堤和路堑两种形式，所述路基参数包括：路面高度和边坡坡度。
14.在上述技术方案的基础上，当路基形式为路堑时，不对树木的种类进行初步筛选；
15.当路基形式为路堤时，如果路面的高度大于3.5m，灌木类树木被筛选为栽种树木，如果路面的高度大于10m，小乔木被筛选为栽种树木，如果路面的高度大于20m，中乔木被筛选为栽种树木。
16.在上述技术方案的基础上，所述风场信息包括：常年降雪时的风速和风向。
17.在上述技术方案的基础上，所述降雪信息包括：常年降雪的粒径和沉降的速度。
18.在上述技术方案的基础上，所述利用流体动力学计算各个备选方案减少公路上积雪的水平，通过构建目标路基的流体动力学数值模型实现。
19.在上述技术方案的基础上，所述流体动力学数值模型的入口边界采用速度入口，以10m高度处的实测风速为依据，建立指数型风速剖面；
20.所述流体动力学数值模型的顶面采用速度入口，流体由空气和雪两相组成，速度设置为降雪的沉降速度，设置重力加速度为
‑
9.8m/s2；
21.所述流体动力学数值模型的出口边界采用自由出流，两侧边界采用镜面对称边界，流体动力学数值模型的剩余边界采用壁面边界，，路基采用简化刚性模型进行表示；
22.所述流体动力学数值模型的参数包括：栽种树木高度、透风率、株距和排数，降雪的粒径以及沉降的速度。
23.在上述技术方案的基础上，流体动力学数值模型采用realizable k
‑
ε湍流数值模型；
24.所述流体动力学数值模型中的栽种树木采用附加源项法模拟，将树木树冠等效为多孔介质，通过附加源项对realizable k
‑
ε湍流数值模型的控制方程进行修正；
25.空气和雪的模拟采用mixture两相流模型。
26.在上述技术方案的基础上，所述减少公路上积雪的水平的评价通过积雪系数c
s
进行评定；
27.所述积雪系数c
s
如公式(1)所示，
[0028][0029]
其中，a
积雪路面
为：近地面上顺风向的风速梯度小于0部分的面积，a
总路面
为：近地面的总面积。
[0030]
在上述技术方案的基础上，综合考虑美观度、经济成本和减少公路上积雪的水平后，确定最终栽种方案。
[0031]
本发明的有益技术效果如下：
[0032]
本发明方法可显著减小公路上积雪，实现雪在降落的过程中被吹到公路两侧，实现公路无落雪，从根本上解决了公路积雪的问题。并且由于该方法是树木调治方案，可以与公路旁景观树相结合，实现功能性与美观性的统一。
附图说明
[0033]
本发明有如下附图：
[0034]
图1为本发明实施例提供的减少公路上积雪的生态调治方法的流程示意图；
[0035]
图2为本发明实施例中栽种树木和路基在流体动力学数值模型中的示意图；
[0036]
图3为本发明实施例中不同树冠透风率时的积雪系数对比示意图。
具体实施方式
[0037]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚和完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]
如图1
‑
3所示，其中，图1为本发明实施例提供的减少公路积雪的生态调治方法的流程示意图，包括以下步骤：
[0039]
s101、获取环境信息，根据环境信息生成栽种树木种类的集合。
[0040]
需要说明的是，环境信息包括：目标路基所在地的经纬度信息、环境温度和环境湿度。经纬度信息能够为选择适于当地生长的栽种树木提供参考，环境温度和环境湿度能够为选择阔叶林还是针叶林提供参考。
[0041]
s102、获取路基信息，根据路基信息对树种(即树木的种类)进行初步筛选。
[0042]
路基信息包括：路基形式和路基参数，优选地，路基形式包括：路堤和路堑两种形式，路基参数包括：路面高度和边坡坡度。路基信息可以通过树木高度必须高于路面高度这一标准，对树种进行初步筛选。例如，当路基形式为路堑时，由于路面低于公路两侧树木栽种的位置，不对树种进行初步筛选，当路基形式为路堤时，如果路面的高度大于3.5m，灌木类树木被筛选为栽种树木，如果路面的高度大于10m，小乔木被筛选为栽种树木，如果路面的高度大于20m，中乔木被筛选为栽种树木。
[0043]
s103、获取土壤信息，根据初步筛选后的树木的种类和土壤信息生成栽种树木的最小株距。
[0044]
根据筛选后的树木的种类和土壤信息，生成栽种树木的最小株距，确保树木可以正常存活，同时也需要达到汽车尾气沉积效果和栽种树木经济性的平衡。此处应按照园林布置绿化的经验与要求来布置，根据经验，乔木间距在3米以上，灌木间距在1米以上。
[0045]
s104、根据风场信息、降雪信息、路基信息、最小株距要求和树木的种类生成多个栽种树木备选方案。
[0046]
需要说明的是，风场信息包括：常年降雪时的风速和风向。降雪信息包括：常年降雪的粒径和沉降的速度。需要说明的是，栽种树木备选方案包括：树木种类、树木株距和树木排数。需要说明的是，不同树木的种类会生成不同的栽种树木备选方案，因为在步骤s101中根据环境信息生成栽种树木种类的集合，经过步骤s102的初步筛选后的树木种类，会在步骤s103中生成最小株距集合，之后在步骤s104生成多个备选栽种方案。根据风场信息、降雪信息、路基信息和树木的种类生成多个栽种树木备选方案，使风在经过适当规模的树木后，速度降到合适的大小，将降雪吹到公路两侧。树木排数并非越多越好，经过适当排数的树木后的风速也并非越小越好。
[0047]
s105、根据所述备选栽种方案(即栽种树木备选方案)，利用流体动力学计算各个备选方案减少公路积雪的水平，确定最终栽种方案。
[0048]
需要说明的是，利用流体动力学计算各个备选方案减少公路上积雪的水平，需要构建目标路基的流体动力学数值模型。
[0049]
此处流体动力学数值模型采用realizable k
‑
ε湍流数值模型，空气和雪的模拟采用mixture两相流模型。具体地，所述流体动力学数值模型的入口边界采用速度入口，以10m
高度处的实测风速为依据，建立指数型风速剖面。流体动力学数值模型的顶面采用速度入口，流体由空气和雪两相组成，速度设置为降雪的沉降速度，设置重力加速度为
‑
9.8m/s2。出口边界采用自由出流，两侧边界采用镜面对称边界，流体动力学数值模型的剩余边界采用壁面边界，所述流体动力学数值模型中的栽种树木采用附加源项法模拟，路基采用简化刚性模型进行表示，所述流体动力学数值模型的参数包括：栽种树木高度、透风率、株距和排数，降雪的粒径以及沉降的速度。
[0050]
需要说明的是，利用流体动力学计算各个栽种树木备选方案减少公路上积雪的水平，减少公路上积雪的水平的评价通过积雪系数c
s
体现。
[0051]
积雪系数c
s
如公式(1)所示，
[0052][0053]
其中，a
积雪路面
为：近地面上顺风向的风速梯度小于0部分的面积，a
总路面
为近地面的总面积。
[0054]
需要说明的是，本发明实施例的所有步骤的执行是存在先后顺序的，不可以并行。
[0055]
图2为本发明实施例中栽种树木和路基在流体动力学数值模型中的示意图。
[0056]
图3为不同树冠透风率时公路区域的积雪系数对比示意图。
[0057]
需要说明的是，迎风侧树木
‑
边坡为：迎风一侧的树木与边坡之间的近地面；迎风侧边坡为：迎风一侧边坡的近地面；公路：为公路近地面；背风侧边坡为：背风一侧边坡的近地面；背风侧树木
‑
边坡为：背风一侧的边坡与树木之间的近地面。
[0058]
实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
[0059]
本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。