我国沙障固沙技术研究进展及展望

利用文献荟萃法,对我国沙障的类型及其固沙技术进行了研究。目前,沙障固沙技术的理论尚有待完善,沙障的规格、材料选取没有相应的规范,沙障固沙体系布局不合理,沙障对沙地生态系统的影响研究不充分,重大工程中的沙障效益评价困难。随着科学技术的不断进步和材料科学的发展,我国沙障治沙技术研究趋势为:(1)重大工程沙障效益评价指标体系研究;(2)在现有沙障设施内,开展沙障—沙生植物—微生物相互作用的研究;(3)防风固沙体系模式的优化研究。     

沙袋沙障凹曲面特性研究

按不同规格,不同坡位,对设置一年后、总面积近25 000 m2的沙袋沙障内凹曲面特性进行了调查研究.结果表明,沙障规格和设置部位对沙障凹曲面的特征均有显著影响.通过3种规格的对比,1 m×1m规格沙袋沙障更利于稳定凹曲面的形成;3个坡位相比,坡顶处形成的凹曲面较为稳定.不同规格及不同坡位沙障凹曲面的N-S和W-E两个走向垂直剖面轮廓曲线都基本符合一元二次函数,且N-S剖面较W-E剖面陡,表明凹曲面特性受风力及风向影响较大.沙袋沙障稳定凹曲面的障间蚀积系数在1/10左右.障内植物对凹曲面形态特征影响较大,植物具有明显的灌丛堆效应,可进一步增强沙丘的稳定性.大规格的沙障若一定时间内无植被生长,会导致沙障很快失去防护作用.     

沙柳沙障防风效益模拟试验研究

研究设定了2组试验,用沙柳柳条人工插成方格沙障,一组方格沙障高度1 m,规格分别为4 m×4 m,5 m×5m,6 m×6 m;另外一组方格沙障高度1.5 m,规格分别为6 m×6 m,7.5 m×7.5m,9 m×9 m。测定了每种规格沙障的地表粗糙度,防风效益。试验结果表明:在宽高比相同的情况下,1 m高的沙柳沙障的粗糙度大于1.5 m高的沙障,防风效益也好于1.5 m高的沙障;而在沙障高度一定的情况下,随着沙障面积的增大,沙障的防风效益在逐渐减弱。     

高立式尼龙网沙障周围风沙运动特性的数值模拟与试验

为探究沙障影响下的风沙运动规律,明晰不同情况高立式尼龙网沙障周围的风速变化和积沙分布,补充野外试验数据不足的问题。该研究以磴口-乌斯太的穿沙公路为研究背景,基于FLUENT数值模拟的方法,对不同障排数量、沙障高度及入口风速下高立式尼龙网沙障周围的风速和积沙分布进行数值模拟,并通过野外试验进行验证。结果表明：不同情况高立式沙障沿水平方向的流场形式均以\     

高寒沙区沙障固沙效益与生态功能观测研究

采用样地调查法对共和盆地设置的沙障进行连续3 a风积风蚀以及土壤水分观测.结果表明,粘土沙障取材廉价方便,保水、抗风蚀性能强,是适合高寒沙区的较理想的沙障,同时在沙丘坡度4%～12%之间容易形成水蚀沟,最大水蚀沟密度达到14%,破坏沙障的整体稳定性;麦草方格沙障施工简单,防护期较短,由于高寒沙区麦草资源匮乏,推广使用受到限制;近年来小区试验的尼龙网格沙障风蚀沙埋严重,防护效果并不理想.     

花棒带状沙障防风固沙试验研究

流沙地迎风坡上部及丘顶为风沙运动强烈区域,在其上种植花棒带作为植物沙障,可使地表粗糙度由0.014cm提高到0.642cm,地表起沙风速由8.8m/s提高到10.1m/s,可改变风沙流输沙率随高度的分布结构.实验测得0～20cm高度范围内风沙流输沙量较流沙地减少了80.2%,小气候及土壤等生态条件明显改善;在沙障带间栽植刺槐,成活率提高了58.4%,且生长情况良好.     

3种沙障防风固沙效益比较的风洞实验研究

通过风洞实验,研究了土工格室、石方格、不同盖度植被3种不同沙障的防沙机理,分析了各种沙障下的风速廓线、风速流场及风沙流结构特征,比较了3种不同沙障的防沙效果。结果表明:植被具有显著的防风作用,随着盖度的增加其防风作用逐渐增强,同时,风速的变化还与植株的茂密程度有关。对于石方格沙障,由于构成石方格的石块不规则,计算结果与总体变化规律有一定差异。总的来讲,植被沙障的防护效果远较土工格室和石方格沙障为优,对于低风速地区,采用土工格室和石方格沙障治沙是有效的,而对于高风速地区,只能采用植被沙障防护才有良好效果。相比较土工格室和石方格沙障,石方格沙障的防护效率又略优于土工格室。     

斜插板式沙障插板倾角影响下风沙流特征的数值模拟

[目的]优化既有沙障的结构形式,以发挥最大挡沙功效,揭示铁路沿线斜插板式沙障的风沙流特征和规律,为风沙灾害防治提供相关的设计参考和科学依据.[方法]基于欧拉双流体非定常模型对具有不同插板倾角(15°,30°,45°和60°)但孔隙率均为30％的斜插板式沙障进行数值模拟.[结果]①随插板倾角逐渐增大,沙障迎风侧减速区范围...     

选沙对水力侵蚀比尺模拟试验侵蚀过程相似的影响

针对坡面水力侵蚀比尺模拟试验存在的选沙困难、侵蚀过程相似验证不充分的问题,在前人研究的基础上.就降雨条件下选沙对黄土坡面水力侵蚀比尺模拟试验侵蚀过程相似的影响进行了研究.结果表明,无论选用何种模型沙,当雨强比尺满足λi=λ1l/2,土壤含水量比尺满足λθ=1,径流过程都满足相似;依据悬浮相似选择的模型沙,需检验其是否满足起动相似,利用经检验不满足起动相似的模型沙进行的试验,侵蚀过程也不满足相似;利用依据起动相似选择的模型沙进行的试验,侵蚀过程满足相似要求.黄土坡面水力侵蚀比尺模拟试验宜选用依据起动相似为主的选沙方法选择模型沙.     

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。     

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...     

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...     

平坦沙质地表蚀积量计算模型研究

通过对平坦沙质地表蚀积动态的野外观测,结合同时期区域风况资料,分析了平坦沙质地表蚀积过程。在输沙势和最大可能输沙量计算公式基础上,调整参数提出了平坦沙质地表蚀积量的计算模型,弥补了两者不能直观准确表示区域风沙活动的缺点。通过对比野外实测值与输沙势、模型预测值和最大可能输沙量之间的变化趋势得出它们存在同期波动特征。进一步比较回归方程可知,模型预测值回归方程更加显著,预测值更加接近实测值,能够更好地表示区域风沙活动特征和强度,可为沙漠的扩张和收缩提供量化预测依据。     

科尔沁沙地防风固沙林踏郎稳定性研究

以科尔沁地区半流动沙丘地上6a生踏郎人工灌木防风固沙林为对象,选取立地质量相近的撂荒地作为对照,通过样地种群结构统计、土壤理化性质测定、群落物种多样性测度等研究.对踏郎稳定性进行了综合评价.研究表明:不同生境下的踏郎人工灌木防风固沙林的各项指标存在差异,坡下踏郎人工固沙林土壤的物理性质、化学性质、种群结构、群落物种多样性及稳定性均达到最好,其中物种丰富度S达到8;Simpson多样性指数D为0.58;Shannon多样性指数H'为1.35;Pielou均匀度指数Jw为0.74;Alatalo均匀度指数Eα为0.64;M指数达到0.666 7.撂荒地的立地质量、物种多样性均最差,物种丰富度为4;Simpson多样性指数D为0.29;Shannon多样性指数H'为0.67;Pielou均匀度指数Jw为0.36;Alatalo均匀度指数Eα为0.32.综合评价不同生境的踏郎人工灌木防风固沙林稳定性结果为:坡下>坡上>坡中撂荒地.     

嫩江沙地人工防风固沙林立地质量变化研究

对嫩江沙地不同发育阶段的小黑杨人工防风固沙林土壤水分、土壤理化性质进行了测定与分析。结果表明:随着种植年限的增长,小黑杨人工防风固沙林土壤的立地质量发生了很大的变化,土壤容重降低,孔隙度增加,土壤的持水能力和土壤肥力都有所提高,土壤理化性质均得到不同程度的改善。随着人工防风固沙林的建立,土壤水分呈下降的趋势,成为嫩江沙地植被恢复和人工固沙林群落稳定发展的一个重要的限制因子。     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工固沙区土壤理化性质的变化

选取科尔沁沙地不同年龄的小叶锦鸡儿固沙林为研究对象,研究了在人工固沙林发育过程中土壤的颗粒组成、容重、孔隙度、持水性、透水性、养分和水分含量以及土壤酶活性等理化性质的变化。结果表明,随着林龄的增长,固沙林内土壤理化性质均得到较好的改善,土壤粘粒含量增加,表层容重变小,孔隙度增大,土壤持水性和渗透性能均有所提高,有机质、速效N、P、K的含量大幅度增加,但土壤水分含量却出现了下降的趋势。同时,随着林龄的增长小叶锦鸡儿固沙林土壤酶活性逐渐提高,20年生的土壤酶活性基本接近于天然群落,表明小叶锦鸡儿是本地区优良的固沙树种。固沙林内结皮层的酶活性总体上不高,但均高于其毗邻下层土壤,其中转化酶活性高出近20倍。     

2种沙障内积砂粒径特征及其空间格局观测研究

土壤粒径分布是研究其沙化的重要物理指标之一,通过研究沙障方格内不同方位砂粒粒径特征对其微地貌蚀积状况进行分析,确定粒度特征对地貌形态的指示作用,为选取适宜沙障类型提供技术保障.在腾格里沙漠西缘流动沙丘布设的植物纤维网和土工编织袋沙障内不同区域取样并利用马尔文激光粒度仪测定砂粒径,对比分析障内与障间不同区域沙物质粒配组成...     

和田—若羌铁路戈壁盐碱区高立式“Z”字形沙障配置的风洞试验

[目的] 探究多排“Z”字形沙障的合理配置模式,为和田—若羌铁路沿线戈壁盐碱区的风沙防护提供科学参考。[方法] 在风洞中模拟当地的风沙环境,对孔隙率为40%的多排“Z”字形高立式沙障的防沙效果进行试验。 [结果] 多排沙障的迎风面与风向的夹角为钝角时,沙障后积沙出现分离现象;沙障的迎风面与风向的夹角为锐角时,沙障后积沙出现聚集现象。防沙效率随着风速增加都有所下降,当风速为12 m/s(7级风)时,设置两道高立式沙障和三道高立式沙障的防沙效率分别为74.0%和100%,当风速增加至15 m/s(9级风)时,设置两道高立式沙障和三道高立式沙障的防沙效率分别为72.7%,88.9%。[结论] 鉴于该研究区风沙条件,建议采用三道沙障,沙障的迎风面与风向尽量呈钝角布置。     

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。     

西藏自治区土壤风力侵蚀与沙地变化研究

根据遥感调查的土壤风力侵蚀数据和用主成份分析法得出的土壤风力侵蚀动力指数,对西藏自治区土壤风蚀进行宏观分析。根据中国资源环境数据库中近10年来遥感调查的土地利用时空变化数据,对西藏沙地变化进行空间分析,发现沙地总体上没有明显扩展,处于缩小的过程。沙地主要变化为人工林地,表明了人为因素对沙地的减少做出重要贡献。将地貌数据与沙地的空间分布数据进行叠加,发现西藏的沙地主要分为3种类型:湖积平原型、洪积平原型和河流谷地型。每种类型有着较为独特的沙地成因、分布格局和变化方式,成为西藏风力侵蚀的特点。70年代以来的沙漠化气候因子值偏小,表明了气候因素所导致的土地沙化趋势在减弱。