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。     

沙袋沙障对沙丘植被特征的影响

为了解铺设沙袋沙障沙丘植被生长情况及其与麦草沙障对植被影响的差异,采用样方调查法对乌兰布和沙漠实验地铺设沙袋沙障沙丘植物种数、植株密度、平均高度和平均盖度进行了连续3a的调查,并与铺设麦草沙障沙丘及未做任何处理的裸沙丘作对比,研究了不同规格、不同铺设位置和不同铺设时间的沙袋沙障和麦草沙障对植被生长的影响。结果表明,沙袋沙障和麦草沙障铺设时间越长,所在沙丘植被生长情况越好。随着沙障布设时间增大,2种沙障的植被种数、平均高度无显著变化,植被平均密度能够增加到35%以上,植被盖度也分别能够达到36.8%和33.0%。2种沙障对植被的促进作用排序依次是3m×3m方格沙障最大,2m×2m方格沙障次之,1m×1m方格沙障最小;沙障设置部位不同植被生长情况也存在差异,2种沙障植被最好的位置均是在背风坡底,其次是背风坡中和迎风坡,坡顶植被长势最差。通过方差分析认为,沙袋沙障和麦草沙障对植被生长的影响均无显著差异（p=0.14）,但是2种沙障与对照相比差异显著（p〈0.005）。     

PLA沙障对土壤硬度的影响

 为了解新材料聚酯纤维(PLA)沙障对沙丘土壤硬度的影响,通过测定铺设PLA沙障沙丘表层的土壤硬度,并以铺设麦草沙障沙丘及裸沙丘为对照,对比研究各种规格、迎风坡、坡顶及背风坡土壤硬度的差异。结果表明:铺设PLA沙障沙丘表层土壤硬度显著高于麦草沙障沙丘(P<0.001),且2者土壤硬度均显著高于未铺设沙障的裸沙丘(P<0.001);2 m×2 m和1 m×1 m PLA沙障土壤硬度比较接近,均显著小于3 m×3m规格的(P<0.01),而麦草沙障3种规格的土壤硬度差异较小;2种沙障所在沙丘不同部位土壤硬度变化趋势相似,均是迎风坡的最大,坡顶次之,背风坡的最小;PLA沙障及麦草沙障单个障格内的土壤硬度分布都是不均匀的,并且二者的土壤硬度分布规律存在差异。     

高立式格状沙障防风效益

针对在风沙危害严重地区,半隐蔽式格状沙障容易遭沙埋,且其防护年限短等问题,提出了一种新型的防沙措施——高立式格状沙障(高1m,长×宽=8m×8m),并对该沙障的防风效益进行了观测。结果表明:(1)高立式格状沙障对风速具有显著削弱作用;且越接近地表,风速被削弱的程度越大;沙障内5个观测点2m高处风速平均减弱了33.0%,而0.2m高处风速平均减弱了81.5%。(2)高立式格状沙障使沙障顶部高度(1m)以下的风速廓线偏离对数曲线;沙障顶部以上风速和高度继续呈对数关系,且风速梯度明显大于对照点。(3)高立式格状沙障使地表粗糙度增大了44倍。     

可降解聚乳酸沙障降解性能研究

按不同坡向和不同坡位,对乌兰布和沙漠铺设3.5a的聚乳酸(PLA)方格沙障的降解性能进行了研究。通过单根纱线拉伸试验研究了沙障的力学性能变化,利用天平称重测定了失重率变化,并利用环境扫描电镜观察了障体表面形态变化。结果表明,与未使用的PLA沙障相比,随坡位的上升,障体4个部位的单纱断裂强度呈现出不同程度的降低,各部位的单纱断裂强度由小到大排序依次为:迎风面、顶部、背风面、贴地面。从坡底到坡顶,障体的失重率整体呈现出逐渐增大的变化特点。沙障暴露部分的降解现象较贴地部分的明显。风沙流吹蚀磨蚀是影响PLA沙障材料性能的最主要因素,光照的影响其次,沙区土壤微生物的作用最小。     

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。     

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。     

高立式沙柳沙障防风效益研究

 通过鄂尔多斯市伊金霍洛旗纳林陶亥镇境内毛乌素沙地边缘沙区的高立式沙柳沙障风速野外观测,利用Surfer（8.8）软件绘制了高立式沙柳沙障体系内外的风速流场图,分析高立式沙柳沙障的防风效益。结果表明:当旷野风速大于起沙风速时,复式带状高立式沙柳沙障体系内外风速变化较明显,防沙带2m高处风速呈现带前增强,带内平缓,带后减弱的趋势;而防沙带0.5m高处风速带内更趋向于平缓、稳定。此外,对沙柳沙障的粗糙度进行了研究。结果表明:障前212H（障高）范围内下垫面粗糙度变化不大;障间粗糙度明显增大;障后212H处的粗糙度比障间粗糙度降低了33.3%,但还是高于旷野对照点粗糙度,为旷野粗糙度的29倍。     

不同配置参数下立式葵花秆沙障防护效果研究

[目的]揭示障高(H)、孔隙度(P)与行距(R)3个沙障参数对立式葵花秆沙障防护效果的影响,为优化立式葵花秆沙障的参数配置及立式沙障防风治沙工程的开展提供理论依据。[方法]基于风速与输沙的野外观测数据,开展不同梯度参数配置下沙障的粗糙度、防风效果、阻沙效果变动特征研究。[结果](1)0—50 cm高度内是沙障的主要防风区,相比裸沙丘沙障样地内的粗糙度提高了7.70～214.45倍,各规格沙障的防风效果在11.74%～59.45%范围内,阻沙效果在33.06%～92.23%范围内。(2)沙障的防风阻沙效果随障高增加而增加,随孔隙度和行距增加而降低,其障高对防风效果的影响大于孔隙度,孔隙度对阻沙效果的影响大于障高。(3)H(30 cm)-P(40%)-R(2 m),H(30 cm)-P(50%)-R(1 m),H(40 cm)-P(40%)-R(2 m),H(40 cm)-P(50%)-R(2 m)这4种规格沙障的防风效果与阻沙效果达到了35%与75%以上。[结论]立式葵花秆沙障能有效降低风速和输沙量,沙障参数是影响其防护效果的关键,其中影响沙障防风效果和阻沙效果的最主要参数分别是障高和孔...     

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。     

黄河中游多沙粗沙区粗泥沙输沙模数区域分布及产沙量分析

通过对黄河中游多沙粗沙区中d≥0.05 mm和d≥0.10 mm不同粗泥沙年输沙模数级的区域分布及产沙量的分析,得出d≥0.05 mm粗泥沙年输沙模数大于等于2 500、5 000和10 000 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.82万、1.97万和0.22万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的80.0%、35.6%和5.9%;d≥0.10mm粗泥沙年输沙模数大于等于350、700、1 400和2 800 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.80万、3.94万、1.88万和1.17万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的79.8%、58.3%、34.5%和24.2%。研究不同输沙模数级的区域分布、面积及产沙量,为粗泥沙集中来源区界定提供支撑。     

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.     

不同规格可降解沙障铺设5年后土壤粒度及有机质特征

为了探究可降解沙障铺设5 a后土壤粒度及有机质含量特征,采集库布齐沙漠东南缘铺设5 a后不同规格(0.5 m×0.5 m,1 m×1 m和2 m×2 m)、不同坡位(坡底、坡中、坡顶)的PLA沙障内近地表层(0—3 cm)土壤样品,通过激光粒度仪测试并分析了土壤粒度、有机质含量的变化情况及二者的相关性。结果表明:(1)PLA沙障内主要以细砂和粗砂为主,随着铺设规格的增加细砂含量逐渐增加,2 m×2 m(80.66%)>1 m×1 m(75.8%)>0.5 m×0.5 m(45.15%),每种规格坡顶处细砂含量最高分别为23.39%,31.73%,41.17%,坡中粗砂含量最高分别为44.91%,36.42%,42.88%。(2)障格内分选性均变差,峰态偏离正态分布,沉积物颗粒频率分布曲线部分波段变窄,表层颗粒逐渐细粒化。(3)土壤有机质含量表现出1 m×1 m>0.5 m×0.5 m>CK>2 m×2 m的规律; 3种规格有机质含量均表现为坡底>坡中>坡顶; 且极细砂与有机质含量呈现显著正相关,与中砂呈现显著负相关。上述结果说明,对于本研究区内,铺设5 a后1m×1m规格PLA沙障防护效益更优,且1 m×1 m规格和坡底处有利于有机质的积累,极细砂和中砂是有机质积累的关键粒级。     

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。     

双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障的优化配置及防沙效益

[目的]针对双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障联合应用,开展风洞试验研究,以优化联合沙障中尼龙网阻沙障孔隙度配置及探究各孔隙度下联合沙障的防沙效益。[方法]基于风洞模拟试验数据,开展不同孔隙度(40%,45%,55%)联合沙障,在不同风速下的风速流场、空气动力学粗糙度、摩阻风速、输沙率随高度和阻沙率方面的变化特征研究。[结果](1)相同风速下尼龙网阻沙障孔隙度40%时,联合沙障弱风区面积最大;(2)随着尼龙网阻沙障孔隙度的增大,空气动力学粗糙度和摩阻风速减小,相同风速和相同位置时,40%孔隙度下联合沙障空气动力学粗糙度和摩阻风速值最大;(3)风速增加地表输沙率也增加,联合沙障内部与背风侧输沙率随高度增加呈指数型递减,输沙主要集中在0～12 cm高度内;(4)风速大小与沙障阻沙率呈现负相关变化;阻沙率与孔隙度之间也呈负相关关系,孔隙度为40%的联合沙障具有较高阻沙率;双排高立式尼龙网阻沙措施与草方格固沙措施联合之间还存在阻沙率叠加。[结论] 40%孔隙度的双排高立式尼龙网和草方格的阻固联合可以实现较优的配置与防沙效益。     

乌兰布和沙漠新月形沙丘迎风坡风速变化的初步研究

对乌兰布和沙漠新月形沙丘表面风速的野外观测结果表明,沙丘迎风坡气流加速量主要和沙丘坡面形态、迎风坡前来流风速有关,迎风坡风速放大率介于1.02~1.59之间。近地面风速和输沙强度由坡脚至丘顶总体呈递增趋势,丘顶风速和输沙率最大,到背风坡因涡流作用,风速由丘顶至坡脚减小,输沙率锐减,相对于丘顶的风速率变化在0.17~0.49之间。由于输沙率与起沙风速的立方成正比,因而风速在迎风坡上向丘顶增加时,丘顶区域的输沙率(相对于坡脚)将成倍增加。     

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。