不同农垦地下垫面对风蚀起沙风速的影响分析

以新疆塔里木盆地垦区为例,研究不同地表粗糙度下垫面对风蚀起沙的临界摩擦速度和起沙风速的影响。根据Shao的方法计算不同下垫面起沙风速,结果表明:塔里木盆地垦区所选的小麦、棉花、红枣这3种地类2m高度临界摩擦速度(u*t)分别为棉花地0.40m/s,红枣地0.43m/s,小麦地1.85m/s;2m高度临界起沙风速(ut)分别为棉花地5.3m/s,红枣地5.7m/s,小麦地7.5m/s,小麦地较其他2种地类更具有抵抗风蚀的作用。     

吉林省西部沙地土壤风蚀机理分析

风蚀危害是吉林省西部沙地的主要自然灾害之一.通过典型样地调查和室内风洞试验,分析了该区沙地土壤风蚀机理.结果表明,土壤风蚀随地表粗糙度、土壤含水量和有机质含量的增加而减小,其风蚀量与地表粗糙度、土壤含水量近似地呈负指数关系,与土壤有机质含量呈负相关.风是吉林省西部沙地产生风蚀的主要源动力,当风速超过临界起沙风速时,土壤侵蚀量与风速的3次方成正比,其风蚀性气候因子为155.2,春季最大(76.2).在空间分布上,该区风蚀性气候因子和侵蚀性风能均自东向西递增,西北 部的通榆县为最大.     

位山灌区沉沙池清淤高地风蚀规律研究

引入先进的风蚀监测设施,首次在位于山东风沙区的位山灌区沉沙池清淤高地开展了24 h不间断监测试验,对风蚀量监测结果及风蚀规律进行了分析,计算了起沙风速,并建立了风蚀量与起沙风速的指数关系,即:起沙风速大于3.71 m/s的情况下,风蚀量与起沙风速之间的指数关系为y=0.001e~(1.206 x),R~2=0.885;起沙瞬时风速大于5.94 m/s的情况下,风蚀量与起沙瞬时风速之间的指数关系为y=0.003e~(0.65 x),R~2=0.600。这说明风蚀量很大程度上取决于风速的大小和持续时间,特别是有作物覆盖条件下大于4.82 m/s的起沙风速和无作物覆盖条件下大于3.71 m/s的起沙风速对侵蚀量贡献最大。根据山东风沙区大风产生风蚀主要集中在3、4月份,持续达到3 h以上起沙风速的天数平均为10 d/a左右的特点,建议在风蚀区种植小麦,以减少春季整地产生的风蚀。     

黑龙江省西部风蚀荒漠化特性与防治技术

通过对黑龙江省西部风蚀荒漠化特性的研究,得出在粗糙度(Z0)为0.41cm,0-5cm土壤含水量为3.76%条件下,距地面2m和0.5m的起沙风速分别为6.04m/s和4.69m/s。地表植被盖度与风蚀强度呈负相关关系,盖度越大,风蚀强度越小。在防治技术研究中,轻度风蚀采取植物措施与栽培措施相结合的办法;中度风蚀区采用复合式沙障治理流动式沙丘,网格沙障治理固定沙丘的防治技术研究;重度风蚀区则根据不同类型不同荒漠化程度,采取"前挡后拉",行列式沙障等防治技术,防治效果明显。     

新疆托克逊县不同配置防护林的防风蚀效能

[目的] 对比分析不同配置防护林迎风林缘与背风林缘的防风蚀效能,为干旱区绿洲城市防护林建设、防沙治沙以及生态环境改善工作提供理论依据。[方法] 以新疆托克逊县城郊区不同配置防护林为研究对象,通过观测近地表风速、起沙风速、近地表粗糙度、输沙量、风沙流结构等指标,对比研究混交林1（胡杨68%+柽柳32%）、混交林2（柽柳65%+胡杨35%）、梭梭林迎背风林缘的防风蚀效能。[结果] 不同配置防护林的地表粗糙度、起沙风速、风速廓线、防风阻沙效能都有差异。不同配置防护林地面粗糙度从高到底依次为：混交林2（0.569 cm）>混交林1（0.378 cm）>梭梭林（0.123 cm）。起沙风速从高到低依次为：混交林2（6.17 m/s）>梭梭林（6.02 m/s）>混交林1（5.98 m/s）。防风效能从强到弱依次为：混交林2>混交林1>梭梭林。阻沙效能依次为：梭梭林（48.2%）>混交林2（45.6%）>混交林1（37.1%）,各林地0—10 cm,10—20 cm垂直高度上的集沙量所占比例较高。[结论] 混交林2有效降低不同垂直高度的风速及输沙量,混交林2的防风蚀效能较高。     

北京郊区农地起沙起尘与防治的初步研究

京郊农用地土壤风蚀而发生的起沙起尘是造成北京市大气环境中、重度污染的重要原因之一.为有效地防治北京郊区农业用地的起沙起尘,在2003年和2004年对京郊不同土地利用类型地表粗糙度和起沙情况进行了多次重复的野外观测.地表粗糙度观测结果表明,不同土地利用类型地表粗糙度明显不同,即使是同一地类,地表状况不同,粗糙度也有很大差异,这为通过调整土地利用结构来防止起沙起尘提供了依据.在2 m高风速为8.6 m/s时,玉米低留茬地上观测到的输沙率高达0.597 kg/(m·h),表明在大风条件下,留荐高度过低时防风蚀作用不明显.依据上述风沙观测结果,结合北京市土地资源特点和利用现状,提出调整土地利用结构,完善平原区防护林体系,全面实行保护性耕作,硬化乡间道路等控制京郊农地起沙起尘的措施.     

乌珠穆沁沙地生物基可降解聚乳酸(PLA)沙障防风固沙效益

为了探究PLA沙障对乌珠穆沁沙地沙化治理的效果,以方格状铺设不同规格(方格边长0.5 m×0.5 m, 1 m×1 m, 2 m×2 m和3 m×3 m)PLA沙障,以不同规格沙障影响的风蚀特征为研究对象,裸沙地设置对照(CK),采用美国HOBO便携式风速采集仪观测距地表10,20,50,100,200 cm高度的风速,同时使用自动旋转集沙仪收集近地表0—30 cm高度输沙量,分析了防风效能、固沙效益和风沙流挟沙粒径的变化特征。结果表明：(1) PLA沙障规格小于3 m×3 m时,风速廓线呈“S”型变化趋势;PLA沙障平均的地表粗糙度为0.64 cm, CK的平均粗糙度为0.51 cm,粗糙度提高了25.48%。(2)铺设PLA沙障后输沙量降低了38.72%～75.69%;PLA沙障输沙率随高度呈现良好的指数关系(R²>0.77);1 m×1 m和2 m×2 m沙障的固沙效益高于其他2种规格沙障,3 m×3 m规格的固沙效益最低,基本接近CK。(3)乌珠穆沁沙地风蚀物颗粒大小介于2～500μm,且大部分颗粒为100～250μm的细沙;铺设PLA沙障后,障格内...     

不同植被覆盖防治土壤风蚀对比研究

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0.2 m高度平均风速比流动沙地降低45%,侵蚀风的持续时数降低83%,临界起沙风速提高70%,地表粗糙度提高190倍;当风沙流速度相同时,20%覆盖度的半固定沙地较流动沙地可平均降低输沙79.4%;而植被盖度为40%的固定沙地较流动沙地可平均降低输沙95.6%。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0.5 m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%。     

冀北坝上地区3种人工灌木林地防风蚀效果的比较

选取冀北坝上地区防风固沙林为研究对象,通过观测风速、地表粗糙度、临界起沙风速、输沙量、风沙流结构等指标,对比分析3种人工灌木林地(沙棘林地、柠条林地、沙柳林地)防风蚀效果。结果表明:人工植被能够增加地表粗糙度,改变近地表风场和风沙流结构,降低风速,减少输沙量,有效防治土壤风蚀。不同人工灌木林地防风蚀效果存在较大差异。从主要观测指标来看,粗糙度和临界起沙风速为柠条林地>沙棘林地>沙柳林地;输沙量为柠条林地<沙棘林地<沙柳林地;防风效应为沙棘林地>沙柳林地>柠条林地;固沙效应为柠条林地>沙棘林地>沙柳林地。冀北坝上地区应充分发挥林木防风固沙、保持水土的特性,采用生物治沙技术与措施,合理配置人工植被开展生态建设,防治土壤风蚀,改善生态环境。     

土壤凝结剂沙障防风固沙实验研究

 在7m/s、15m/s和20m/s的实验风速下,对不同浓度土壤凝结剂处理的沙障模型进行风洞吹蚀实验。实验结果表明:抗风蚀强度以40%浓度处理最强,20%最弱,但30%浓度防风蚀效果较为实用。在乌兰布和沙漠东北缘绿洲边缘的流动沙丘,采用较为适用的30%浓度的土壤凝结剂进行1m×1m,1.5m×1.5m,2m×2m等3种不同规格沙障喷洒实验,通过对风速、粗糙度、风沙流结构特征值,以及沙障的蚀积状况进行调查,其结果表明,各种规格的沙障中,1m×1m的沙障性能最好,1.5m×15m次之,2m×2m最差。沙丘不同部位沙障的抗蚀力不同,迎风坡受损程度和风蚀率最高。     

结皮量与含水率对尾矿风蚀影响的风洞模拟研究

尾矿风蚀是影响周边环境空气质量和人体健康的重要原因。以喀拉通克铜镍矿加乌尔尾矿库尾矿为研究对象,通过风洞实验,在不同风速条件下对不同含水率和结皮量尾矿的风蚀率、输沙结构和输沙率、颗粒碰撞数和能量进行研究。结果表明：尾矿风蚀率、输沙率、颗粒碰撞数和能量随着实验风速的增加而增加,随着尾矿含水率和结皮量的增加而减小。首次出现颗粒碰撞的风速随着尾矿含水率和结皮量的增加而增加。尾矿输沙主要集中在3cm高度内,占总输沙的50%以上。在结皮不被吹破的情况下,结皮的抗风蚀效果要优于含水率,因此,对于不同的风速,达到较好抗风蚀效果所需结皮量不同,10m/s以下风速任何结皮量均能有效降低地表风蚀,12m/s需25g以上结皮量,14m/s需要50g以上结皮量,而尾矿含水率在实验风速下需达到2.72%以上才有较好的抗风蚀效果。     

风水两相侵蚀对坡面产流产沙特性的影响

为了研究黄土高原风蚀水蚀交错区两相侵蚀的交互作用,该试验采用风洞和模拟降雨相结合的方法,探讨了风水两相侵蚀条件下坡面降雨入渗、产流产沙特征。结果表明:相对于未风蚀处理,中度风蚀处理(风速14m/s)使坡面产流时间延长,轻度风蚀处理(风速11m/s)对产流时间影响不大(P>0.05);风蚀处理(风速11m/s、14m/s)使坡面入渗率降低2.9%～10.0%,径流强度增加4.5%～21.7%,侵蚀率增加7.3%～39.0%,不同风速间差异不显著(P>0.05),且影响程度均随雨强的增大而降低;风力、水力两种侵蚀营力相互促进导致坡面糙度增大,风速14m/s、雨强100mm/h时,坡面糙度是风速11m/s、雨强60mm/h时的3倍。研究结果为评价风水两相侵蚀效应提供理论依据。     

京郊延庆康庄地区不同土地利用类型对土壤风蚀的影响

在2005～2006年冬春大风季节，对北京市郊区延庆康庄地区不同土地利用类型（疏林地．乔灌草．林草．翻耕地，免耕地，菜地，果菜间作）进行了风速、粗糙度、风蚀量的实地观测。得出的初步结论为：不同防护林模式中乔灌草模式与疏林地和林草两种模式相比，地表粗糙度最大，削弱近地面风速和降低土壤风蚀量的效果也最为明显；农田中果菜间作地表粗糙度最大，免耕地次之，翻耕地最小；在削弱近地面风速方面，果菜间作效果最为明显．菜地次之，翻耕地最差；在降低土壤风蚀量方面，免耕地降低幅度最大，果菜间作次之，翻耕地最差；在不同防护林模式中．乔灌草防风蚀效果最好．在农田中，免耕与果菜间作防风蚀效果较好。     

作物残茬与生物篱组合对减轻土壤风蚀的作用

为了探究中国北方农牧交错带冬春风蚀季节生物篱与作物残茬组合对间作裸露秋翻地的防护作用,采用风蚀圈和野外移动式风洞试验的方法对研究区土壤风蚀情况进行监测,利用PC-3型自动气象站进行风速测定。结果表明,油葵秆生物篱减小了间作裸地近地面风速,提高了地表粗糙度;从防风蚀效果看草谷子茬优于油葵秆生物篱;在距油葵秆生物篱或草谷子茬下风向裸地不同位置处,土壤风蚀量基本呈先增加后减小的单峰曲线变化趋势,在4 m左右土壤风蚀量最大,在篱和茬的双重保护下,距茬5 m处发生了风积现象;土壤风蚀量降低率基本呈“V”字型分布;土壤风蚀模数随风速增大而增加,在生物篱的保护下5～15 m/s风速时土壤风蚀降低率为5.03%～20.53%。因此,油葵秆生物篱具有防风蚀作用,而且与草谷子残茬组合对间作裸地会起到更好的固土防蚀作用。     

干旱区土壤结皮对风蚀影响的风洞模拟研究

土壤结皮在干旱半干旱地区广泛分布,是影响风蚀的重要因素。以准葛尔盆地东部矿区周边表层土壤为对象,通过控制土壤结皮率和结皮分布,利用风洞试验结合土壤风蚀传感器,对不同土壤结皮和风速条件下土壤风蚀量、风沙流结构、土壤颗粒释放的变化特征进行了研究。结果表明：(1)风蚀量随风速增加显著上升,随土壤结皮率增加显著下降。均匀分布的结皮风蚀量整体低于集中分布的结皮；(2)风沙流高度随风速增加而增加,高度在0-3cm的收集物占总的80%左右。14m/s的风速能够使土壤发生跃移,而土壤结皮率达到50%能够有效抑制土壤颗粒跃移现象；(3)颗粒碰撞的数量与能量随风速的增加而增加,随结皮率增加而减少；首次出现颗粒碰撞时的风速随结皮率的增加而增加；颗粒碰撞的数量和能量在风速持续增加的时间段内增加至最大值,在风速稳定后开始下降,120s左右降低至稳定值,随后不再发生明显起伏,在风速下降时间段内不发生颗粒碰撞。     

延怀盆地不同土地利用类型土壤风蚀物特征

研究延怀盆地典型土地利用类型地表土壤风蚀物分布特征,可为了解该区域风蚀过程、改善生态环境提供数据支撑。以怀来县为研究对象,采用野外监测和室内分析相结合的方法,分析了葡萄、果桑、欧李、玉米免耕、玉米翻耕5种土地利用类型在冬季休耕期(上年11月—次年2月)和春季备耕期(3—5月)风蚀物质量、粒径及碳氮含量随高度的变化特征。结果表明:(1)欧李与玉米翻耕地土壤风蚀物质量分数垂向分布遵循幂函数递减规律; 果桑、葡萄与玉米免耕地土壤风蚀物质量分数在监测高度范围内随高度增加无规律性变化。(2)春季备耕期5种土地利用类型输沙通量均高于冬季休耕期。(3)冬季休耕期5种土地利用类型风蚀物的粒径范围集中分布在500～2 μm; 春季休耕期5种土地利用类型风蚀物的粒径范围集中分布在250～2 μm。(4)5种土地利用类型冬季休耕期风蚀物碳氮含量高于春季备耕期。风蚀物质量、碳氮含量及粒径的垂直分布受土地利用类型和人为活动的影响,其中人为活动对输沙通量影响较大,因此在该区域土壤风蚀防治过程中可以采用构建防风草篱、合理调整土地利用布局的方式,达到降低近地表风速、拦截风沙的作用。     

风沙区马铃薯高垄栽培技术的防风阻沙效果

为了探讨高垄栽培技术防风阻沙效果,对高垄栽培下的马铃薯耕地的上风向、耕地上边缘、耕地中心、耕地下边缘、下风向的近地层风流场和输沙通量等风沙运动指标进行监测与分析。结果表明:气流自上风向至下风向运动过程中,受高垄栽培技术的影响,风速降低幅度、空气动力学粗糙度、摩阻风速均呈现先增加后降低的变化规律,其中在耕地下边缘处达到最大,其10,30,50,100,200 cm高度的防风效能分别为34.96%,46.59%,38.37%,26.68%,18.31%,空气动力学粗糙度与摩阻风速分别为2.15 cm和0.91 m/s,分别是上风向的4.56,1.19倍;垂直方向看,高垄栽培技术对于30 cm高度的风速削弱作用最为明显。风沙流自上风向至下风向运输过程中,其总单宽输沙率呈现先减小后增大的变化规律,在耕地下边缘的总单宽输沙率降至最低,为0.02 g/(cm·min),较上风向减小207.97倍,并且在耕地内部时,风沙流结构发生变异,各层输沙率不再满足指数递减规律。研究结果可为高垄栽培技术在防风阻沙应用中提供一定的理论依据。     

土壤含水率及物理性砂粒含量对风蚀模数影响的风洞模拟

为了探究土壤含水率及物理性砂粒含量对土壤风蚀模数的影响,在室内风洞中在5、6、9、12、15和18m/s风速下对不同含水率(0,1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%和10%)的7种土壤(物理性砂粒质量分数的分别为20%、30%、40%、50%、60%、70%和80%)进行了10min吹蚀,在风洞轴线距出口1.2m处放置旋风式集沙仪分别测定垂直方向上10个不同高度的风蚀物收集量(高度分别为20、60、120、180、240、300、400、500、600和700mm),并利用MATLAB7.4.0(R2007)软件采用3次样条插值拟合法对旋风式集沙仪不同高度的风蚀物收集量进行积分,通过换算计算土壤风蚀模数E。结果表明,物理性砂粒质量分数低于40%的土壤在各种水分条件下集沙仪不同高度风蚀物收集量均很小。物理性砂粒质量分数≤20%时,风蚀物收集量在空间上符合指数函数变化规律;20%<物理性砂粒质量分数<40%风蚀物收集量在空间上利用指数函数和幂函数拟合相关性均很好,物理性砂粒质量分数高于40%后,风蚀物收集量在空间上呈现幂函数曲线变化规律。9m/s风速基本上是风蚀物空间动态发生变化的临界点;低于临界风速,风蚀物收集量与高度符合指数曲线变化规律;高于临界风速,二者符合幂函数曲线变化规律。集沙仪不同高度的总输沙量随风速的增加而增大,二者符合指数曲线变化关系。物理性砂粒质量分数低于40%的土壤,不会有风蚀现象发生;当物理性砂粒质量分数大于40%后,土壤容易发生风蚀,而且风蚀程度随物理性砂粒含量的增加而增大,尤其当土壤含水率低于3%时,极易发生风蚀。风速越大土壤风蚀模数越大,风蚀模数与风速按照指数曲线规律进行变化。阴山北麓旱作区冬春季节土壤地表含水率一般维持在3%～4%,土壤的物理性砂粒质量分数基本在50%～80%;单纯从土壤水分和土壤物理性砂粒含量考虑,阴山北麓旱作区大部分地区是沙尘暴的发生源。