风蚀水蚀交错区小流域的风沙输移特性及其影响因素

通过对河北坝上地区典型小流域风沙输移特性及其影响因素的研究，得到了风蚀水蚀交错区风沙流的几方面典型特征，主要包括：（1）高效农田、草地、灌木丛3种不同下垫面风沙流风速随高度增加均呈递增趋势，其垂向分布与下垫面的性质密切相关；（2）3种不同下垫面输沙量垂向分布差异明显，其中高效农田的输沙量与垂直高度有较好的负指数函数关系；（3）高效农田风蚀物中粒径在0．1～0．075mm之间的极细颗粒和粒径在0．075～0．019mm之间的粉砂颗粒的含量较高，占输沙总量的80％以上，说明近地表层沙粒的运动以跃移为主；（4）输沙量与下垫面特性密切相关，植被盖度越大，输沙量越小；（5）气象因子和人为因子等环境因子对小流域风水两相侵蚀具有决定性的影响。     

半湿润区农田风蚀物垂直分布特征

通过两种观测手段对半湿润区农田风蚀物垂直分布特征进行了研究.结果表明,半湿润区农田风蚀强度较弱,风蚀物颗粒较细,主要由极细沙和粉沙组成.风蚀物含量垂向分布遵循幂函数递减规律.反映了以悬移质为主的风沙流结构特征.农田地表特征、风速和粒级等因索均对风沙流结构具有显著影响.农田风蚀强度大小影响风蚀物在近地表的分布规律.风速增大使相对输沙量在近地表增加,上层减少.风蚀物粒级越大,则输沙量沿垂直方向递减的幅度愈大.随着高度增加,风蚀物各粒级含量中砂级组分含量减少,粉砂及粘土组分含量增加,风蚀物粒径变细,粒径范围不断收窄.最大粒径和平均粒径沿垂直方向的变化都服从指数函数递减规律.     

干枯植被覆盖对公路沿线地表风沙流结构的影响

[目的] 以内蒙古S105草原公路沿线地表为研究对象,探讨挟沙风作用下干枯植被覆盖度对风沙流结构的影响,旨在为防治公路两侧土壤风蚀提供理论参考依据。[方法] 采用风洞模拟试验,在0%,20%,40%和50%覆盖度水平下测定输沙率。[结果] 在挟沙风作用下,输沙率随干枯植被覆盖度的增大而递减,最大输沙率点的高度层不断上升。覆盖度为0%时,输沙率随高度的增加呈指数函数规律降低;覆盖度为20%,40%和50%时,输沙率随高度的增加呈递减→递增→递减→趋于平缓的变化规律;在85 mm高度以下符合多项式函数关系,85 mm高度以上符合指数函数关系。随覆盖度的增大总输沙量递减,最大抗风蚀效率达65.73%。[结论] 干枯植被覆盖显著影响地表风沙流结构,可削弱挟沙风侵蚀力,是抑制公路沿线地表土壤风蚀沙化的有效措施。     

民勤荒漠-绿洲过渡带不同下垫面条件的土壤风蚀特征

为了研究不同下垫面对土壤风蚀特征的影响,根据2009年4月19日、4月22-23日及4月30日3次沙尘事件的实际观测数据,对民勤荒漠-绿洲过渡带不同下垫面土壤风蚀特征进行了试验研究。试验结果表明,民勤荒漠绿洲过渡带各地表挟沙气流中输沙量沿垂线分布呈上段符合传统的指数递减分布规律,而近床面区35cm以下的输沙量较对应的指数分布函数预测值偏大;流沙地表90%以上的输沙量集中在近地表15cm以内,白刺灌丛沙包地带、草方格固沙带及草方格前沿芦苇荒漠带输沙量的80%左右集中在距表35cm高度范围内;不同下垫面条件对风蚀物颗粒大小分布规律的影响主要集中在近地表气流层15cm范围内,而对35～125cm高度范围内风蚀物颗粒粒径大小的影响主要在各粒径颗粒的体积分数上。风在草方格固沙带的搬运能力最弱,白刺灌丛沙包带其次,再次为芦苇荒漠带,在沙丘顶部的搬运能力最强,输沙量最大。     

科尔沁沙地不同下垫面风沙流结构与变异特征

对流动、半流动、半固定和固定沙地 4种不同下垫面 0～ 2 0 cm气流层的风沙流结构与变异特征研究表明 :(1 )不同退化沙地在总输沙量及各层输沙量上存在明显的差异 ,在 5月 1 5日的测定中 ,流动沙地的总输沙量是 83 .1g/ cm2 .h,分别是半流动、半固定和固定沙地的 2 .1倍、9.2倍和 33 .9倍 ;而在 5月 1 5日的测定中 ,流动沙地的总输沙量 1 0 5.7g/ cm2 .h,分别是半流动、半固定和固定沙地的 5.6倍、1 4.1倍和 75.6倍。(2 )总输沙量的 60以上分布在 1 0cm的高度内 ,随高度的增加 ,输沙量呈负指数函数下降。(3)风蚀物中粗粒 (粒径 1 .0～ 0 .5mm )与极细颗粒 (粒径0 .1～ 0 .0 5mm)和粉、粘粒 (<0 .0 5mm)的含量均很低 ,而细颗粒 (粒径 0 .2 5～ 0 .1 mm)的含量很高 ,占风蚀物的73 %～ 91 %,说明近地表层沙粒的运动以跃移为主。随高度的增加 ,风蚀物中中颗粒 (粒径 0 .5～ 0 .2 5mm)的含量下降 ,而极细颗粒和粉、粘粒含量增加 ,但其增幅因下垫面不同而异。(4) 0～ 2 0 cm总输沙量及各层输沙量与植被盖度呈显著负相关 ,与植株高度、地表紧实度和地表粗糙度长度呈微弱负相关     

保护性耕作农田和柠条带状配置草地防风蚀效果的风洞测试

为比较分析保护性耕作农田与柠条带状配置修复退化草地的防风蚀机理和防风蚀效果,利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对内蒙古乌兰察布寒旱区的保护性耕作农田、传统旱作农田和退化草地、柠条带状配置草地进行风蚀风洞原位测试,研究其风速廓线、输沙通量等风沙运动规律,分析保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀情况。结果表明:保护性耕作农田、柠条带状配置修复草地的输沙通量随地表高度的变化呈"C"字形分布,有别于传统耕作农田和退化草地的输沙通量随地表高度的增加按指数规律迅速衰减;保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀机理,主要在于保护性耕作农田的直立残茬和柠条带状配置可对近地表风速产生阻挡、分解、疏散作用,从而使近地表风速造成不同程度削弱;当风洞中心风速为11 m/s时,在距地表50 mm处保护性耕作农田相比传统耕作农田的风速降低率达86.44%,柠条带状配置草地相比退化草地的风速降低率为70.69%,近地表风速的降低是保护性耕作农田和柠条带状配置草地有效防治土壤风蚀的根本原因;保护性耕作农田和柠条带状配置草地的风沙流主要活动在距地表40 cm高度以下,占总输沙量的90%左右,而对照传统耕作农田和退化草地的风沙流则主要活动在距地表20 cm以下,占总输沙量的85%以上。     

乌兰布和沙漠不同下垫面风沙流结构与变异特征

对乌兰布和沙漠流动、半固定、固定沙丘3种不同下垫面0—40 cm气流层内的风沙流结构的研究表明:（1）0—40 cm高度层,输沙量随风速的增加而增加;在不同的风速下,流动沙丘的总输沙量大于半固定沙丘,半固定沙丘的输沙量大于固定沙丘,且呈指数函数关系。（2）在同一风速下,0—40 cm高度层,三种不同下垫面的相对输沙量随高度的增加呈幂函数递减趋势。（3）随高度的增加,中沙粒基本呈递减趋势,细沙粒呈现递增趋势,但增幅因下垫面的不同而异。（4）三种不同下垫面近地表0—10 cm层风沙流结构特征数S值均小于3.8,而特征值λ均大于1,表明三种下垫面均处于风蚀或搬运状态。     

植被盖度对典型草原区地表风沙流结构及风蚀量影响

选择内蒙古锡林郭勒盟典型草原为研究区域,通过风洞模拟试验开展典型草原植被盖度对土壤风蚀的定量化分析研究,旨在探明不同植被盖度下起动风速、地表风沙流结构及风蚀量影响的规律,从而为该地区制定合理的防风固沙技术提供理论依据。结果表明:起动风速随植被盖度的增加而增大;受植被的影响风沙流结构呈跳跃式分布,近地层的输沙率随植被盖度的增加而减小,最大输沙率的高度层随植被盖度的增加不断上移;不同植被盖度下,风速与总输沙量之间均呈幂函数关系,各风速下总输沙量随着植被盖度的增加而减少。     

彰武农田土壤风蚀物垂直分布规律的研究

利用自制沙尘采集器,通过对3种自然风速天气下所收集风蚀物的分析,研究了农田土壤风蚀物近地表1.5 m的垂直分布规律。结果表明:土壤输沙量随着高度的增加呈下降的趋势,且输沙量随高度变化的规律可以用幂函数近似描绘;风沙流中沙粒的粒径在垂直分布中,随高度的增加,气流中粒径大的颗粒含量逐渐减少,粒径小的颗粒含量逐渐增加,相关分析表明粒径>0.1 mm的颗粒含量与高度在0.05水平呈显著负相关,粒径≤0.1 mm的颗粒含量与高度在0.05水平呈显著正相关;风速在4.8~12.2 m/s范围内,与农田土壤输沙量之间呈指数函数的变化规律;不同耕作方式对输沙量有较大影响,其中,输沙量最大的是花生茬深翻,其次是秋翻地、春浅旋灭茬、秋浅旋灭茬,最小的是旋耕覆盖。     

和田地区主要地表类型风蚀研究

为了解沙尘暴多发区和田地区主要地表类型的土壤风蚀量情况,利用集沙仪进行了中、小尺度条件下的沙尘暴实地测定,结果表明:在中尺度下,主要地表类型沙漠、过渡带和绿洲土壤输沙量、降尘量具有显著性差异,并与覆盖度存在明显的相关性。在小尺度下观测的结果表明,不同地表类型输沙量也存在显著差异,相同高度下平均覆盖度82%的农田输沙量不足沙漠输沙量的10%,沙漠观测点下风口输沙量比上风口增长2.39%,弃耕地下风口输沙量比上风口增长7.90%,而覆盖农田下风口输沙量比上风口减少2.24%,说明提高植被覆盖对减少当地土壤风蚀的重要性。     

高寒灌区风沙吹蚀对农业水利工程混凝土抗冻耐久性的影响

针对内蒙古引黄灌区农业水利工程混凝土实际服役环境,同时加大风积沙资源化利用效率,配制满足农业水利工程设计要求的风积沙混凝土,并研究风沙吹蚀作用对风积沙混凝土抗冻耐久性的影响。结果表明:相对动弹性模量可准确表征风积沙混凝土受风沙吹蚀影响下的冻融破坏,且风沙吹蚀影响下混凝土冻融循环后的内部损伤是未受风沙吹蚀影响下混凝土冻融循环后的2倍;在风沙吹蚀影响下的冻融过程中,风积沙混凝土水泥浆体在冻融过程发生"酥化",同时在风沙流的持续撞击、削切下,"酥化"的水泥浆体进一步剥落,迫使破坏表面水泥浆体与骨料连接处的界面过渡区较光滑;风积沙替代率为40%可以配制满足抗冻性要求的风积沙混凝土,但风积沙混凝土气泡间距系数不能准确评价其抗冻性,气泡盒维数与细骨料细度模数可反映气泡结构特征和细骨料颗粒级配,且二者呈负相关趋势,二者结合可对风积沙混凝土抗冻耐久性优劣进行初步判定。     

天然灌草植被防治土壤风蚀机理

通过对毛乌素沙地不同下垫面上风速、地表粗糙度、临界起沙风速、风沙流结构的观测,发现植被覆盖可以有效防止地表风蚀。植被盖度为40％的固定沙地近地表0．2m高度平均风速比流动沙地降低43％,侵蚀风的持续时数降低85％,临界起沙风速提高70％,地表粗糙度提高180倍;当风沙流速度相同时,20％覆盖度的半同定沙地较流动沙地可平均降低输沙62．33％;而植被盖度为40％的同定沙地较流动沙地可平均降低输沙93．07％。实验证明,单株植物同样可以降低风速。疏透结构和透风结构的单株沙蒿分别可以使植株后0．5m高度的风速较植株前方平沙地同高度的风速下降59．4％和19．8％。     

风沙土开垦中的风蚀研究

针对以往对土壤风蚀与土地开垦的关系缺乏定量研究，本文以野外实地采集的风沙土样为实验材料，对土地开垦过程中影响风蚀的两个主要因素－地表破坏与植被破坏分别进行风洞实验，结果表明，土壤风蚀率随地表破坏率的增大呈二次幂函数增加；随植被盖度的减少呈指数增加。综合地表破坏及植被盖度对土壤风蚀的影响，最后得出，土壤风蚀率随土地开垦率的增大呈指数增大。在此基础上提出了风沙土开垦中，有效地防止土壤风蚀需要掌握的临界     

风沙吹蚀与干湿循环作用下风积沙混凝土抗氯盐侵蚀机理

针对风蚀区盐湖及盐渍土环境下服役的混凝土,配制满足特殊环境下工程要求的风积沙混凝土.分析风沙吹蚀与干湿循环耦合作用下风积沙混凝土抗氯盐侵蚀的损伤过程,借助超景深三维显微镜、X射线衍射物相分析、核磁共振孔隙分析等手段探讨风积沙混凝土抗氯盐侵蚀耐久性机理.研究表明风沙吹蚀对混凝土表面产生破坏,干湿循环对混凝土内部造成损伤;风沙吹蚀对混凝土表面造成的“吹蚀坑”可为盐离子入侵混凝土内部提供“通道”;氯盐侵蚀后生成以Friedel盐为代表的腐蚀结晶物,可填充1～4 nm胶凝孔,消耗Ca(OH)2等有效物质,迫使4～10nm小毛细孔增多,随盐蚀损伤程度加剧,10～20 nm中毛细孔和20～100 nm大毛细孔向＞100 nm非毛细孔发展,非毛细孔彼此贯通产生裂纹,致使混凝土加速破坏.该研究可为风积沙混凝土在风蚀区氯盐环境下农业水利工程建设与应用提供依据.     

京津风沙源区生态保护与建设工程对防风固沙服务功能的影响

[目的] 评价京津风沙源生态保护与建设工程自2000年启动实施近20 a以来的防风固沙效应，以指导工程二期的实施。[方法] 选取植被覆盖度、风蚀量和防风固沙服务功能保有率等指标进行分析。[结果] 京津风沙源区以草地为主，其次为林地和农田；工程实施以来，多年平均土壤风蚀量为7.87×10⁸ t，以微度和轻度侵蚀为主；一期工程实施期间的土壤风蚀量总体呈逐年减小趋势，二期工程实施以来，风沙源区遭受风蚀危害又逐渐加重，尤其是沙化草原亚区，该区风蚀模数变化趋势达到了8.96 t/（hm²·a）；就防风固沙服务功能保有率而言，整个风沙源区均值达到了0.82，低值区主要分布于沙化草原亚区（0.743）和晋北山地丘陵亚区（0.752）；二期工程实施以来，大部分区域保有率均显著提升，这与二期工程实施期间全年及冬春季的植被覆盖度变化情况一致。[结论] 京津风沙源的风蚀防治区重点在保有率下降区域和以草地和沙地为主的沙化草原亚区、浑善达克沙地亚区和科尔沁沙地亚区。     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭固沙林土壤粒度的分异规律

[目的]分析梭梭林地的防风固沙效果,为当地的沙漠化防治提供基本的资料,为生态建设提供可靠的依据。[方法]以古尔班通古特沙漠南缘莫索湾地区的梭梭(Haloxylon ammodendron)林地为研究区,按照距离沙源远近,分别选取了4种典型的梭梭样地,进行土壤样品采集,分析其粒径分布特征。[结果]位于沙源处的梭梭林由于沙尘来自古尔班通古特沙漠,沙源均一性以及分选性良好。土壤粒径主要受植被盖度的影响,使得沙地表层细粒成分增加;在一定的植被覆盖下,随着沙源距离的增大,表层土壤平均粒径依次减小,主要是因为植被拦截沙尘物质,使得表层土壤粒径产生差异;表层土壤平均粒径相对于下层呈增大趋势,且距离沙源越近变化幅度越大,但是土壤粒径峰度、偏度差异不大。[结论]表层土壤粒度特征存在差异反映了各梭梭林在不同的植被覆盖下风沙活动强度对其的影响,自然植被带与人工梭梭林能够有效拦截和固定大量的风蚀物质,但由于自然植被生长状况不如人工林,在植被大量衰退和强风蚀作用下对风沙的拦截作用较弱,因此,在自然植被带外围人工造林对当地风沙的阻挡作用起到至关重要的作用。     

神府煤田风沙区采煤塌陷对风蚀的影响

[目的]探究神府煤田风沙区采煤塌陷对风沙活动的影响,为矿区防治风蚀危害和植被恢复提供科学依据。[方法]以塌陷区扰动地表为研究对象,通过野外定位观测,研究塌陷1~2a沙丘典型位置及不同的地表破损率对风蚀/风积量影响。[结果]塌陷1a、塌陷2a和对照(非塌陷)沙丘不同典型位置的风蚀/风积深度分别达到-28.2,-45.6和-2.8cm,其整体的风蚀概率达60%以上,90%以上和10%以下。地表破损率越大,其地表风积过程越显著,且随着地表破损率的减小,风沙运动状态逐渐由风积填缝过程转化为风蚀过程,其风蚀/风积深度(Q)与地表破损率(V)呈多项式函数关系。[结论]采煤塌陷有效地促进了风沙运动,改变了局部的风蚀/风积深度,可能引起固定半固定沙丘重新活化。     

挟沙风对土壤风蚀的影响研究

风沙流的危害是多方面的,不仅破坏地表结构,削弱土壤的抗风蚀性,而且影响到植物的生长,损坏工农业设施。通过在便携式风洞内模拟挟沙气流,研究了风沙流对土壤风蚀的影响。结果表明,风沙流可不同程度地降低土壤地表结构的临界起沙风速,使土壤变得更易风蚀。风沙流因子对于土壤风蚀的影响,在不同的风速段具有不同的特征。在较低风速段,风蚀量随风速增加缓慢,当风速进一步加大,风蚀量则急剧增加,其差异最多可达4倍之多;而当风速增大到10m/s以上时,风蚀量反而有所减小,说明随着风速的加大,更多的沙粒具有了更大的动能,其运行高度增加,对土壤表面的影响作用减小,但风蚀量仍大于净风时的风蚀量。由于风沙流的磨蚀和撞击作用,削弱了土壤的抗风蚀性,使土壤变得更易风蚀。因此,采取综合措施对风沙源进行彻底治理,是控制沙漠化发展,改善生态环境的关键。     

西北风积沙区采煤扰动下土壤侵蚀与养分演变特征

为更好地理解西北风积沙矿区生态环境演变规律,以神东哈拉沟与上湾矿区为例,利用~(137)Cs示踪法分析了未采区、自恢复沉陷区(1、2、4、8 a沉陷区)与植被修复区(13 a沉陷区)的土壤侵蚀与养分特征,研究了矿区土壤侵蚀与养分的演变规律。结果表明:采煤扰动可以导致未采区土壤侵蚀强度增大与有机碳、微生物量碳、全氮、全磷、碱解氮养分明显损失。开采沉陷后,沉陷区土壤侵蚀强度随着时间的推移呈现出先增加后降低的趋势;其中,地表沉陷后的最初2 a是土壤侵蚀急剧增大的时段。采煤扰动下,土壤有机碳、微生物量碳、全氮、全磷、碱解氮养分的演变规律与土壤侵蚀演变密切相关。植被修复可以有效降低沉陷区土壤侵蚀强度与提高土壤养分含量。西北风积沙区采煤沉陷地表的生态恢复应该及时开展地表沉陷后的早起侵蚀防治,兼顾考虑植被修复与土壤微生物联合修复,以此促进土壤、植被正向演替。     

永定河沙地播草盖沙效果的风洞试验研究

利用野外移动式风洞试验装置,对永定河不同植被覆盖率河滩农地在不同风速下的风蚀量进行了测定,结果表明:播草盖沙可以提高起沙风速,有效减少河滩地的土壤流失。客土地表植被覆盖率达到30%时可比裸露地表减少风蚀量34.55%~58.0%,覆盖率60%时可减少70.48%~84.0%。河滩土植被覆盖率达到30%时即可将风蚀控制在轻微侵蚀范围内。客土有利于植被建设,相同覆盖率和风速下的风蚀量小于河滩土。