民勤绿洲外围不同下垫面条件下风沙流结构的观测研究

对民勤绿洲外围特定环境背景条件下不同下垫面的风沙流结构进行了实地观测和对比研究.结果表明:相同条件下无盖度流动沙丘输沙率顶部>中部>底部,白刺平坦砾质沙地上输沙率的大小与地表粗糙度成反比,与沙丘盖度成反比.且这两种下垫面风沙流结构(0～30 cm)都遵循负指数曲线(Q=aebh);白刺沙包不同部位风沙流结构遵循幂函数规律(Q=ahb)变化;不论梭梭疏透度如何变化,风沙流结构都遵循幂函数规律(Q=ahb);从防风固沙的效果来看.尼龙网沙障的防沙能力最好,麦草沙障次之,粘土沙障最弱;而从整个研究时段总的输沙率来看,流动沙丘＞丘间砾质沙地＞梭梭林＞白刺包＞黏土沙障＞麦草沙障＞尼龙网沙障.     

塑料网方格沙障对新月形沙丘迎风坡的风沙流影响

位于干旱区的甘肃省民勤县水资源缺乏,沙障为该地区防风固沙的措施之一,对于区域风沙灾害防治具有重要意义。在流动的新月形沙丘迎风坡设置塑料网方格沙障,观测沙丘迎风坡下部、中部和上部的沙障内不同高度风速、输沙量、沙面形态变化和风蚀深度以及沙障破损量。分析结果表明：设置塑料网方格沙障降低了风速,沙丘下部是沙障内同一高度的风速降低幅度最大部位;在沙障内,高度20cm以下的风速为对照的75%以下;风蚀深度和积沙量最大的部位也是沙丘下部。沙障内风速随高度变化呈对数分布,40cm高度处为风速变化拐点;沙丘中部和上部的风速相对沙丘下部的较大,沙丘中上部的风速为沙丘下部的1.18～2.01倍。在沙障内,10～20cm高度范围的输沙率较大,在沙丘下部占总输沙率的60.57%,沙丘中部占69.11%,而沙丘上部则达91.20%。沙障内的沙面稳定后形成了凹曲面,但形成过程与麦草方格沙障不同。塑料网方格沙障是一种积沙型沙障。沙丘中上部的沙障破损率相对较大,在设置沙障时应注意加强。     

不同结构类型棉秆沙障防风固沙效应研究

棉秆沙障具有原材料丰富,设置形式灵活多样,无污染等优点。在流沙上设置了植入式、栅栏式、集束式3种结构类型、6种规格的棉秆沙障,观测各沙障对近地表风速的影响,以及沙障内沙粒运动及沙面形态变化。结果表明:各种结构和规格的棉秆沙障均可在一定程度上增大地表粗糙度,降低近地表风速,减缓障内沙粒运动,降低输沙量。其中,带枝叶植入式行列沙障防风固沙效果最好,但稳定性较差,易于倒伏;栅栏式格状沙障防护效果次之,从100cm到10cm的风速降幅为75%,近地表10cm处风速仅为流沙上风速的33%,沙障稳固,维护量小。具体设置棉秆沙障时,其结构与规格的选择可根据当地的风沙流强度确定。     

3种不同机械沙障设置后期对沙丘植被和土壤粒度与水分的影响

选择设置了12年的塑料网格沙障、麦草沙障和黏土沙障进行长期定位观测,以流动沙丘作为对照,对机械沙障内的植被、土壤机械组成及土壤水分特征进行研究,结果表明:机械沙障内的植被盖度显著增加,多样性指数麦草沙障和黏土沙障显著增加、塑料网格沙障减小,群落结构由耐旱植物向短命植物演替;不同的机械沙障均能增加表层土壤中的黏粒含量,但塑料网格沙障与黏土沙障内土壤的黏粒含量增加显著,麦草沙障增加不显著;不同机械沙障的建立均使得土壤的含水量下降,塑料网格沙障、麦草沙障和黏土沙障内的土壤含水量比流动沙丘分别降低了41.29%、5.05%、31.78%,沙障内土壤水分的季节性变化更加稳定;受机械沙障的影响,降水的入渗深度及入渗速率均减小,使得土壤水分的再分配过程产生明显的滞后性。机械沙障设置后期虽然引起土壤水分含量减少,但它带来的防风固沙效益不容忽视。综合考虑其成本、效益及时效性等因素,认为在沙区应该推广塑料网格沙障。     

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...     

几种不同材料类型带状沙障防风阻沙效益对比研究

对不同材料类型带状沙障的风速、地表粗糙度及近地表输沙率进行对比研究,结果表明:3种材料带状沙障风速减弱百分比和粗糙度随着与沙障距离的加大逐渐减小,地表输沙率随着与沙障距离的加大逐渐增加。3种材料沙障的防护效益均达不到10倍带高处,且沙柳和四翅滨藜的防风阻沙效益显著大于尼龙网。     

沙袋沙障对流动沙丘地表风沙及植被恢复的影响

为了解沙袋沙障对风沙及植被生长的影响,通过野外观测和样方调查法对铺设沙袋沙障沙丘风速、植物种数、植株密度、高度和盖度进行了调查,测定了对0—30cm输沙量。对1m×1m,2m×2m,3m×3m方格沙袋沙障防风效能、地表粗糙度、输沙特征值及植被生长情况进行了研究。结果表明,沙袋沙障能够有效地提高防风效能和增加地表粗糙度,且随着规格的增大防风效能与地表粗糙度均减小;1m×1m,2m×2m和3m×3m规格沙袋沙障地表粗糙度为5.79,2.38和2.12cm,分别比对照高91.31%,78.88%和76.26%;沙袋沙障能够有效降低输沙量,使0—30cm各层输沙率均显著小于对照,3种规格沙袋沙障对输沙率的影响顺序为:1m×1m2m×2m3m×3m;沙袋沙障铺设1a后,植物种类比对照多出一种,平均高度、密度和盖度分别比对照高91.5%,71.1%和125.4%,并且随着沙袋沙障规格的增大,植被平均高度、密度和盖度均呈现逐渐增大的趋势。     

不同沙埋程度下带状沙障的防风固沙效果研究

沙障在防护过程中,易发生沙障沙埋现象。为了对比分析不同沙埋程度下沙障的防风固沙效果差异,该文通过风洞模拟和野外试验相结合的方法,研究了沙袋沙障在裸露、浅埋、深埋3种状态下,防护区近地层风流场、输沙通量等风沙运动规律,并以未设置沙障的流沙区作为对照,明确了沙埋过程中沙障的防风固沙效果变化规律。结果表明,沙障在经历裸露至深埋过程中:1)对过境气流的防护距离、防护高度逐渐减小,近地层风速廓线变化趋势与对照相同,并逐渐服从对数函数;2)沙障防护区输沙分布高度显著降低(P0.01),输沙分布高度由42 cm(裸露)降低至34 cm(浅埋),最终降至28 cm(深埋),而对照的输沙分布高度为24 cm;3)近地层输沙率分布曲线逐渐服从对数函数,0～50 cm高度范围输沙量也呈现递增趋势;4)3种埋设深度野外试验说明,经过两个风季后,裸露、浅埋、深埋的沙袋沙障防护区土壤风蚀呈现降低趋势,风蚀深度分别比对照降低了18.53%、72.97%、80.40%。研究可以为沙障高度优化及应用技术提升提供理论依据。     

塑料方格沙障的固沙原理及其推广应用前景

塑料方格沙障以高密度的聚乙烯(HDPE)为主要原料人工合成,透风系数为30%～45%,固沙机制同麦草、粘土沙障不同,具有防风固沙作用效果好,操作技术简单,使用期限长,运输方便等优点,但同时存在投入相对较高,容易沙埋、掏蚀,使推广大受限制。研究认为适宜在干旱地区退化植被的恢复重建中推广应用,与退化植被共同作用下,在实现防风固沙目标的同时避免或减轻了沙障固定桩和迎风网下的掏蚀,能促进退化植被的恢复。     

库布齐沙漠含水率对风沙运动影响的风洞模拟

采用室内分析和风洞模拟试验的方法,研究了不同风速下库布齐沙漠沙丘沙含水率对粗糙度、风速廓线和风沙流结构变化的影响。根据风洞实际动力情况,确定试验进口风速为6,8,10,12,14,16m/s;除干沙外,人工配制了含水率为0.25%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%6组不同湿度的沙样,分别开展了风洞模拟试验。结果表明,地表粗糙度随着风速的增加而增大,但随湿度的增加整体呈减小趋势;试验所包含的湿度范围内,其风速廓线均随高度呈对数分布,随风速的增大,风速廓线的对数规律越好,风速梯度逐渐减小;湿度越大输沙率随风速增加的绝对量变小,但相对量有所增加;随着湿度的增加输沙率呈整体下降趋势;不同湿度输沙率都出现随高度增加而减少的趋势,当湿度达到2.5%时,不管任何高度风蚀过程几乎停止;干沙输沙量80%集中于近地表5cm内,但随着湿度增加,5cm以上输沙率所占比重呈增加趋势,当湿度介于0.25%~1.5%时,地表5~8cm之间输沙量占总输沙率的30%以上。说明在地表含水率较高的库布齐沙漠,采用格状沙障等增加地表粗糙度的机械防沙措施能收到比西部沙漠和戈壁地区更为理想的效果,而且采用固沙措施的高度也应高于干沙地区。     

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。     

3种植物基固沙剂固土性能及其对植物生长影响的试验研究

植物基固沙剂是以植物材料提取物为主成分的环保型固沙剂，为研究其应用于沙质耕地是否具有可行性，以3种植物基固沙剂(刺槐型、亚麻型和向日葵型)和沙土为研究对象，喷施等量清水处理为CK,开展不同用量植物基固沙剂对沙土形成的固结层抗压、抗风蚀及其植物种子萌发、幼苗生长的比较试验研究。结果表明：(1)刺槐型、亚麻型、向日葵型固沙剂喷施于风沙土地表，均可形成1～14 mm厚度固结层，其平均抗压强度较CK分别提高206.21%,147.51%,72.74%。(2)3种植物基固沙剂均具有显著的固沙效果，随用量增加土壤抗风蚀能力均显著增强，在5 g/m²用量下风蚀量最低，较CK分别减少65.92%,58.33%和69.55%。(3)刺槐型、亚麻型固沙剂对小麦种子萌发及芽生长有促进作用，向日葵型固沙剂有抑制作用，且随用量增加抑制效果明显，在3 g/m²用量时种子发芽受到显著抑制，发芽率较CK降低62.50%;在4 g/m²用量时，根系萌蘖受到显著抑制；在2 g/m²用量时，芽生长受到显著抑制。(4)固结层对幼苗破土有一...     

沙障对不同林龄雨养梭梭林冠下浅层土壤含水量的影响

[目的]分析不同林龄雨养梭梭林冠下浅层土壤含水量在布设沙障后的变化,为沙障生态功能的评价及梭梭生长发育状况的预测提供理论依据。[方法]对5年生幼年林和25年生中年林在布设沙障后冠下0—50cm的土壤含水量、表层结皮厚度、近地表风速等因子进行测定分析。[结果]沙障通过降低近地表气流流速,加速结皮形成等方式提高了梭梭冠下0—50cm的浅层土壤含水量。沙障对5年生梭梭冠下土壤含水量的空间分布格局影响不大,但使25年生梭梭冠下土壤含水量随着与主干距离的增加而单调增加,表现为"干岛效应"。在垂直分布上,25年生梭梭冠下土壤含水量在塑料网沙障区与对照区间呈显著相关(p0.05),而在麦草沙障区与对照区间相关性不显著,其最大土壤含水量的出现深度下降至30—40cm处。[结论]布设机械沙障对退化梭梭林的恢复将起到一定的促进作用,且对中年林梭梭土壤水分的影响大于对幼年林。     

乌兰布和沙漠流动沙丘纱网沙障防风效能研究

为了选择适宜规格的纱网沙障进行流动沙地治理,在乌兰布和沙漠流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m,6 m×6 m网格或2 m,4 m,6 m带宽的带状纱网沙障,采用美国HOBO全自动风速风向仪测定其风速变化,并分析了地表粗糙度、相对风速和防风效能。结果表明:2 m×2 m网格纱网沙障地表粗糙度随着风速增加而呈现出线性降低的规律;纱网沙障主要是降低近地表30 cm以下高度的风速,并提高近地表粗糙度;随着风速增加,纱网沙障防风效能变化总体呈现出降低的趋势。在流动沙丘设置2 m×2 m,4 m×4 m网格或2 m,4 m带状纱网沙障可有效降低近地表风速、增加地表粗糙度,总体防风效能较好。