植物网格沙障防风固沙试验研究

植物网格沙障防风固沙试验研究修竹奇，刘明义，刘艳军，张利（吉林省水土保持科学研究所，辽源市１３６２００）郑秀文，于德和（吉林省松源市扶余区水利局）吉林是我国沙漠化土地较多、风沙危害较严重的省份之一。吉林西部风蚀面积为１５７８４．５ｋｍ２，其中流动沙丘...     

带状沙柳沙障的防风固沙效益研究

研究测定了不同高度、不同规格的9种带状沙柳沙障对风速、地表粗糙度和近地表输沙率的影响。结果表明:带状沙柳沙障的防护效益与沙障的高度和规格有直接关系。行数越多、带距越小,防护效果越好,但是成本也越大。发挥最大成本效益的带状沙柳沙障规格为三行一带,带高1.5 m,行距1.5 m,带距10.5 m;其次为两行一带,带高1.5 m,行距1.5 m,带距7.5 m;再次为三行一带,带高1 m,行距1 m,带距7 m。一行一带的沙障,不管高度如何,成本效益都不理想。     

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。     

乌兰布和沙漠典型沿黄段格状沙障防风固沙效应

[目的] 探究乌兰布和沙漠典型沿黄段机械沙障的固沙效果,为沙区沿黄段的沙障合理配置及应用提供理论支撑和科学参考。 [方法] 以2 m×2 m规格的纱网沙障、聚乳酸(PLA)沙障、麦草沙障为研究对象,通过测定格状沙障近地表10,20,50,100和200 cm处的风速,同步收集近地表0—50 cm处的风蚀物颗粒,对3种格状沙障在形成稳定障面后的防风固沙效应进行研究。 [结果] ①纱网沙障、PLA沙障和麦草沙障均有效降低了近地表风速,尤以距地表10 cm高度处最为明显。在10.32 m/s风速下,其防风效能分别达到了49.73%,39.92%和38.33%。 ②PLA沙障的风速廓线呈现S形曲线特征,3种沙障的粗糙度均较裸沙丘有较大提升。 ③与裸沙丘相比,3种沙障降低了近地表10 cm处风的扰动度。 ④纱网沙障、PLA沙障和麦草沙障的输沙率随高度均呈指数关系,固沙效应分别为94.37%,44.80%和53.16%。3种沙障相较于裸沙丘有效抬升了沙粒的平均跃移高度,纱网沙障提升为对照的5.35倍。 [结论] 结合乌兰布和沙漠沿黄段风沙活动程度及材料获取度,沿岸向流动沙丘垂向上依次为麦草沙障固沙、PLA沙障固沙促生、纱网沙障防风固沙优化配置,可以实现3种格状沙障防风固沙效益的最大发挥。     

3种机械沙障防风固沙功能的时效性

对设置在民勤治沙综合试验站固定沙丘地带的3种机械沙障(麦草沙障、粘土沙障、塑料网格沙障)在不同时期进行破损率、输沙率、风速等指标的测定,研究经过不同时间后各类沙障的防风固沙效益。试验结果表明:各类沙障设置初期(2002-2004年)均具有良好的防风固沙效果,但是随着时间的推移,各类沙障破损率均有所增加,6年后麦草沙障的破损率最大,平均为53%,塑料沙障最小,为11%,粘土沙障介于二者之间;沙障破损导致地表粗糙度均发生明显的变化,麦草沙障由设置初期粗糙度最大降到了最低,其近地表层0～20cm处的输沙率由2003年占裸地(CK)的0.11%上升为2009年的44.47%;粘土沙障顶部掏蚀严重,其输沙率也随时间的延长呈增加趋势,由19.32%上升为30.87%,这两类沙障表面由固定向流动沙丘发展的趋势明显。塑料沙障中下部沙面稳定而顶部很少被掩埋,平均粗糙度最大,其输沙率随时间的延长呈减少趋势,由2003年占裸地(CK)的2.73%下降为2009年的0.64%,表明沙障内沙面稳定,沙丘基本固定住,沙障仍具有固沙效应。从设置成本和实际的防护效益等方面综合考虑,塑料沙障相比其他机械沙障具有长期、稳定的生态和经济效益。     

煤矸石障蔽防风固沙效益研究

通过调查分析采用煤矸石搭设沙滩的防风固沙效益,证明煤矸石沙障在增大地表粗糙度,降低风速,减轻风蚀等方面的作用显著。既为沙地煤矿区矸石的处理和利用开辟了新途径,又为沙地煤矿区的治理提供了依据。     

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。     

草基高立式葵花秸秆沙障的压制方法及防风固沙效能研究

以葵花秸秆为原材料制作机械沙障,可以将葵花秸秆变废为宝,具有良好的防风固沙效能。通过对单条草基高立式葵花秸秆沙障背风侧地表10cm风速,多条沙障背风侧1m,4m处0~2m高度内的风速廓线,风沙流流量及积沙量进行了测定,结果表明:1m高的草基高立式葵花秸秆沙障可以明显的降低沙障背风侧15m范围内地表0.1m高度处的风速,风速消减率随距离的增加而逐渐减小。随着草基高立式葵花秸秆沙障条带数目的增加,风速消减率明显增加,同时风速消减率随高度增加逐渐减小,变化幅度先增加后减小。在地表0.14m以下,单条草基高立式葵花秸秆沙障对其背风侧1m处风沙流流量的消减率均大于98%,单条沙障就可以非常明显拦阻上风向沙物质向下输运并抑制沙障背风侧就地起沙。沙障设置后会在其两侧出现明显的积沙,积沙量最大点位于沙障附近,随着离沙障距离的增加,积沙量逐渐减低,变化趋势遵循二次多项式函数。     

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。     

不同铺设形式对固沙砖沙障防风沙效果影响的风洞试验

[目的] 研究带孔沙砖的铺设形式对风场特性和防风沙效果的影响,旨在为选择新型防风固沙材料提供理论依据。[方法] 通过风洞试验,探究净风条件下方格沙障、梯度行列式沙障的风压分布及平均风压系数波动情况;重点对比分析了风沙条件下这2种不同沙障形式的障后风速、防风效能和积沙效果。[结果] 相比于梯度行列式沙障,方格沙障内部平均风压系数均为负值,内部风流循环产生涡旋使其受压更稳定,且障后平均风速衰减率更高;防风效能沙障高度出现了先升高后下降的趋势,在10 cm高度方格沙障的防风效能为64.3%,比梯度行列式沙障高4.2%;方格沙障第1排、第2排后方格内总沙粒沉积率分别是梯度行列式沙障的1.14,1.66倍,且方格沙障的障后沉积沙粒量、障后沉积范围均要小于梯度行列式沙障。[结论] 方格沙障具有使风流明显衰减的功能,阻沙率大于梯度行列式沙障,沙粒主要沉降在方格内部,其防风沙效果最好,为最优铺设形式。     

基于土地利用的三峡库区生态屏障带生态风险评价

[目的]揭示三峡库区生态屏障带生态风险,为库区生态风险评估及土地利用优化提供理论依据。[方法]基于遥感影像数据,运用RS与GIS技术,计算土地利用相对合理性指数,同时构建生态风险评价模型,划分高程/坡度带定量评价三峡库区生态屏障带的生态风险情况,划分生态风险等级,并对生态风险进行空间自相关分析。[结果]较低生态风险区占比例最大,为36.77%,高生态风险区及较高生态风险区主要分布在沿长江两岸建设用地及耕地较为集中的区域,土地利用相对合理性指数随高程增高逐渐变大,随坡度增大逐渐减小,研究区生态风险空间自相关分析呈现出十分显著的局部自相关性。[结论]研究区内生态风险总体呈现较低值,沿江高值区需对土地利用进行重点优化。     

库布齐沙漠光伏电站内芦苇沙障的防风固沙效益

[目的] 研究光伏电站内芦苇沙障对风沙流的风速、输沙量及其沙粒分布的影响,为中国北方风沙区光伏电站沙害防治提供理论依据。[方法] 通过野外观测库布齐沙漠200 MWp光伏电站铺设芦苇沙障后的风速（20,50,100,200,310 cm）和近地表0—30 cm高度输沙量,分析风速廓线、地表粗糙度、摩阻风速、平均跃移高度、防风作用、固沙效益等指标的变化规律。[结果] ①芦苇沙障风速廓线呈对数函数分布,相关系数在0.99以上,芦苇沙障相对于裸沙地表粗糙度提高了3.47~3.79倍,摩阻风速增加了1.39~1.54倍,防风作用最大值出现在20 cm高度处,为21.72%。②总输沙量芦苇沙障仅为裸沙的6.95%,总体固沙效益为93.05%,裸沙90%以上的输沙量集中于0—8 cm范围,而芦苇沙障在此高度范围内输沙量占总输沙量的51.39%,芦苇沙障的风沙流结构有向上层移动的趋势。[结论] 铺设芦苇沙障降低了近地表风速,有效拦截了风沙流,达到了防风固沙目的,是沙区光伏电站有效的防护措施。     

沙漠公路不同固沙措施防风固沙效益和成本比较研究

对腾格里和库布齐沙漠公路不同固沙措施的防风固沙作用和运行成笨进行综合比较,结果表明,受沙障材料、设置规格、使用寿命的影响,不同沙障的防风固沙作用不同;沙障的防护作用随着沙障的破损而减弱;人工植被的防护作用随着建植时间的延长而增长。从运行成本分析,沙柳和柴草沙障成本低,土工材料和土壤凝结剂沙障运行成本较高,人工植被运行成本最高,实践中宜因地制宜采取不同的固沙措施。     

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。     

挡沙堤—固沙砖综合型体系防风固沙效果的数值模拟

[目的] 针对河北省张家口市坝上地区风沙流对公路造成的沙埋问题,建立了挡沙堤—固沙砖综合型防风固沙体系,并对其防风固沙效果进行分析,以期为公路风沙灾害防治提供相关技术参数。[方法] 利用ANSYS软件对挡沙堤周围流场变化、沙粒运动轨迹、固沙砖沙障间距以及固沙砖沙障周围积沙情况进行数值模拟研究,评价挡沙堤—固沙砖综合体系的防风固沙效果。[结果] ①风沙流经过挡沙堤时,会在其周围形成减速区、加速区、紊流区和恢复区,通过风沙流减速区流场分析得到,边坡率为1∶1.2的挡沙堤防风固沙效果最佳。②利用离散相模型(DPM)模拟了沙粒跃移挡沙堤的运动轨迹。当风速为12～20 m/s时,沙粒落点在距挡沙堤11～21 m的位置,进而确定铺设固沙砖沙障的相对位置。③当固沙砖起始位置距离挡沙堤11 m,铺设成11排,1 m×1 m的方格形式时,固定地表流沙效果最佳。[结论] 挡沙堤—固沙砖综合体系通过“远阻近固”的方式来降低风速,阻挡地表流沙,固沙砖沙障能有效防止翻越挡沙堤沙粒的再次起动,改善公路沙埋现象,保证风沙灾害区域的行车安全。     

GS-3生态固沙剂性能及其浓度对植物生长的影响

该文研究试验一种高效、环保、较低廉的生态固沙剂,为沙漠化防治和生态修复提供新材料与技术储备。该文对GS-3生态固沙剂理化性能及其对植物生长影响进行试验,结果表明:GS-3生态固沙剂固结层渗透性良好,抗压强度均高于2.0MPa,硬度大于40.0mm,质量变化较为小,抗风蚀性能良好;GS-3生态固沙剂对夏季地表高温有显著的抑制作用,并有效保持土壤水分,4.0%浓度乳液的固结层7月份0～5cm土壤温度比对照组降低8.1℃,降幅达31%,8月份0～5cm土壤含水量比对照组高2.8倍;GS-3生态固沙剂的保温、透气、保湿及隔离地表风沙流等特点,对提高植物出苗和促进植物生长作用显著;4.0%GS-3乳液试验区固沙效果最好,但3.0%浓度区植被盖度和生物量最大(是对照组的2.4倍和4.1倍)。综合成本和实际效果,3.0%浓度GS-3生态固沙剂具有较好的环境适应性,是库布齐沙漠及周边地区沙漠化防治如沙漠公路两侧防护、沙漠中基础设施周边沙害防护等的可选固沙材料之一。     

仿真固沙灌木防风积沙效应的风洞模拟研究

仿真固沙灌木是一种由抗老化的高分子化合物聚合而成并具有与油蓠、沙蒿等沙生灌木相似外部形状的新型防风固沙材料.在风洞内对不同疏透度(β)的仿真固沙灌木,在7,9,12,15 m/s的实验风速下进行模拟研究,测定其防风与积沙效应,探讨输沙量与风速和疏透度之间的关系.结果表明:仿真固沙灌木在不同风速条件下,整个风速流场过程可分为灌木前部、灌木内部、灌木后部3个区域,形成6个减速区和4个加速区,共10个新能区.其中,障前H、0.5H区域和障后0.5H～3H区域为主要的风速削减区.不同疏透度的仿真固沙灌木在不同风速条件下其水平风速降低趋势一致,平均降幅在35%～46%之间,其中,枝条数20根、疏透度(β)为36%～41%的仿真固沙灌木降幅最大.不同疏透度仿真固沙灌木障后输沙量随风速增加而增大,但其阻沙效益差异显著,疏透度(β)为36%～41%的仿真植物在不同风速下阻沙效益稳定,表现好.从仿真植物的构型设计与生产成本、防护效应及实际设置等方面综合考虑,初步确定仿真固沙灌木最佳疏透度(β)应在30%～40%之间,枝条数量在16～20根之间较为合适.     

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。