不同几何形状纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究

风蚀危害是影响流动沙丘造林成效的关键因素。我们在跟踪调查纱网沙障野外固沙造林良好成效的基础上,进行了不同几何形状纱网沙障输沙量风洞模拟实验研究。结果表明:不同几何形状及其开口方向的纱网沙障改变了地表风沙流结构,拦沙效果显著;当沙障开口朝背风方向时,输沙量随着距离地面高度增加而减少,而沙障开口朝迎风方向时,拦截地表风沙流效果较好,且输沙量随着距离地面高度增加而呈抛物线形变化规律,迎风半圆型沙障最大输沙量在距离地面26~28 cm高度,迎风月牙型沙障在距离地面20~22 cm高度,而未设置沙障最大输沙量在距离地面0~2 cm;在沙障迎风侧0.5H和背风侧0.5H~2H范围内均处于积沙状态,并且距离沙障越近积沙越厚,而在沙障迎风侧1.5H~2.5H范围则以风蚀状态为主,这种风蚀积沙变化为在纱网沙障背风侧3H范围内植树固沙造林提供了理论依据。     

直压立式纱网沙障风洞试验研究

风蚀危害是影响流动沙丘造林成效的关键因素。在跟踪调查纱网沙障野外固沙造林良好成效的基础上,进行了纱网沙障固沙成效的风洞模拟试验。结果表明:设置带状纱网沙障后改变了地表风沙流结构,并对拦截地表风沙流具有显著的效果。在距离地表0~40cm高度范围内,沙障高度10、15和20cm时,其总输沙量分别为0.9、1.11和0.56g·cm~(-2)·min~(-1),而无沙障对照为4.47g·cm~(-2)·min~(-1)。在纱网沙障迎风侧2 H、1.5 H和1 H处的平均风蚀深度分别为0.47、0.4和0.2cm,在背风侧0.5H、1H、1.5 H、2 H和3 H处的平均积沙厚度分别为1.7、1.1、1.0、1.3和1.4cm。此外,由于沙障高度不同,沙障迎风及背风侧风速流场的变化特征不同,并在沙障背风侧近地表形成弱风区。其中,沙障高度10cm时,在设置沙障位置的上空10cm高度范围形成1个高风速涡旋;沙障高度15cm时,在沙障及沙障背风侧上空10cm高度范围形成3~4个高风速涡旋;沙障高度20cm时,在沙障位置及沙障背风侧上空10cm高度范围形成8~9个高风速涡旋,反映出纱网沙障具有随风摆动的特点,对空中气流的扰动作用强烈。     

纱网沙障对植被恢复的影响

既降低沙障成本又能有效控制风蚀过程是流动沙丘治理中急需解决的问题。本文利用PE抗老化纱网材料沙障并进行造林取得了预期效果。调查结果表明,纱网沙障设置区风蚀深度为6.52 cm,对照区为14.24 cm。不同规格的纱网沙障均在纱网两侧5.20~5.50 cm范围内积沙5.42 cm。沙障背风侧30 cm范围内栽植杨树平均成活率为95.35%、黄柳为96.62%,且没有风蚀危害。纱网沙障设置2年后,草本植被盖度平均提高到40%左右,风沙危害得到明显控制。     

浑善达克沙地固定沙丘活化风蚀坑治理技术

针对浑善达克沙地固定沙丘活化风蚀坑风沙危害特征,结合风蚀坑不同部位或立地条件,采取沙障+植物固沙技术、植苗造林和灌木直播、人工植被和天然植被恢复等"三结合"技术措施综合治理风蚀坑流动沙地。结果表明:采用带状或网格状PE纱网沙障、黄柳沙障、PLA沙障以及黄柳+PE纱网复合沙障,对风蚀积沙控制、植物种和植被盖度增加以及植被恢复具有良好效果。和未设置沙障相比,黄柳+PE纱网复合沙障减少风蚀效果最大,其次分别为纱网沙障、黄柳沙障、PLA沙障,且网格沙障好于带状沙障。黄柳+PE纱网复合沙障植被覆盖度由设置前的4. 67%平均增加到54. 61%,带状或网格黄柳沙障植被覆盖度分别增加到15. 88%或20. 09%,带状或网格纱网沙障植被覆盖度分别增加到15. 16%或26. 64%,带状或网格PLA沙障植被覆盖度分别增加到8. 1%或9. 62%。采用沙障+植物固沙技术,人工促进和天然植被恢复相结合能够在2～3年内控制风蚀坑风沙危害,重建固沙植被。     

穿沙公路沙柳防护带平茬恢复期辅助沙障设置模式优选

为防止穿沙公路路侧地表和路面在沙柳防护带平茬恢复期内被风蚀和沙埋,设置纱网沙障予以防护,并探究其发挥阻、输沙能力的最优设置模式。在沙柳防护带迎风侧,设置不同距离和角度的纱网沙障,对各模式下的风速和输沙率进行观测,计算粗糙度并分析。研究结果表明:设置距沙柳防护带不同距离的纱网沙障,风速流场等值线分布不同,其中距离为3倍障高时风速降低和恢复的速率较其他两个距离更快,且风速衰减幅度最大点所对应位置在沙柳防护带范围内;沙柳防护带内地表粗糙度均大于旷野(7.33倍以上),设置角以45°为最优;减少输沙率随纱网沙障设置角度的增加而减小,且均大于88.08%,距离为3倍障高时各角度减少输沙率均值为89.14%,对近地表风沙流控制效果最为明显。综合对比分析,纱网沙障最优设置模式为:沙柳防护带迎风侧3倍障高处,与地面夹角45°。     

活化风蚀坑沙障固沙技术及植被恢复

风蚀坑活化形成的流动沙地直接危害草场,使土地逐渐丧失生产力。结合风蚀坑内风速变化特征,采取风蚀坑及边坡、风蚀坑积沙区沙障固沙技术,恢复风蚀坑植被。结果表明:风蚀坑及边坡设置黄柳沙障3 a,植被覆盖率达到27.0%,植物种为7种;PE纱网沙障植被覆盖率为31.0%,植物种为11种;PLA沙障植被覆盖率达到15.6%,植物种为4种;黄柳+PE复合沙障植被覆盖率达到75.3%,植物种为6种,而对照植被覆盖率为1.6%,植物种2种。在风蚀坑积沙区,设置沙障3 a后,PE纱网沙障植物种达到10种,黄柳+PE沙障为8种,PLA沙障为4种,黄柳沙障6种,而对照为1种;植被覆盖率分别达到50.3%、50.7%、22.7%、40.0%,而对照为4.0%。采取网格或带状PE沙障,带状黄柳+带状PE沙障对风蚀坑植被恢复具有良好效果。     

沙袋沙障对沙丘表层粒径影响的研究

PLA纤维是一种新兴固沙材料,用它灌沙形成的筒状沙袋铺设于沙丘上形成沙障,可以改变近地表风沙流结构和地表粗糙度等因子。为了解该PLA沙障对沙丘地表土壤粒径的影响情况,在铺设沙障沙丘及对照沙丘分别取0～11 cm土样,用Rise-2008型激光粒度分析仪测定土样平均粒径,对比研究不同规格、不同部位PLA沙障与对照沙丘表层平均粒径的差异。结果表明：1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m PLA沙障3种规格相比,规格越大其平均粒径反而越小,但是均显著高于对照沙丘（P〈0.005）;铺设沙障沙丘的迎风坡、坡顶和背风坡平均粒径分别比对照沙丘高11.4%、26.8%和1.8%;并且坡顶平均粒径最大,迎风坡次之,背风坡最小,对照出现相同的变化趋势。     

塑料网格沙障固沙技术在临策铁路治沙造林中的推广应用

塑料网格沙障固沙技术是用特制塑料网控制流沙风蚀,并通过营造防风固沙林,达到治理沙害的目的.该技术主要来源于甘肃农业大学、甘肃省治沙研究所、北京林业大学.根据资料记载,从2005年开始,国内很多学者对塑料网格沙障固沙造林技术进行了专门研究,甘肃农业大学、甘肃省治沙研究所、民勤县林业局分别从塑料网格沙障的固沙原理和塑料网格沙障对新月形流动沙丘迎风坡的风沙流影响等方面进行了研究,取得了非常好的效果.北京林业大学丁国栋教授指导的博士生毕业论文《几种不同材料机械沙障防风效应研究》中,对不同材质、规格、高度和孔隙度的沙障的土壤风蚀进行了野外观测.通过选择典型沙丘,从风速、集沙量、土壤侵蚀与堆积、粗糙度四个方面,对研究区不同立地条件下所涉及的风沙物理学中的问题进行了探讨.研究中,将塑料网格沙障设计为四种不同高度、三种不同孔隙度和四种不同规格进行对比试验,取得了比较详细的研究结果,充分肯定了塑料网格沙障的防风固沙效果.     

青藏铁路路基对风沙运动规律影响的数值模拟

【目的】通过Fluent软件进行模拟计算,研究青藏铁路原有路基及新提出的一种输沙型路基的流场分布情况以及路基积沙特征,并讨论了轨枕式挡沙墙与PE阻沙网对路基风场及积沙特征的影响,探索路基对风沙运动规律的影响,为青藏铁路防沙治沙提供理论基础。【方法】采用数值模拟的方法,选择3种路基(普通路基、通风路基、输沙路基)以及2种沙障(轨枕式挡沙墙、PE阻沙网)的组合形式,通过模拟流场及积沙分布特征,评价沙障的防沙效果并分析路基受风蚀影响的程度。【结果】3种路基的风速流场具有相同的功能分区,且风速对流场的影响较小;在路基迎风侧,普通路基对风速的降低作用最强,极易引起沙粒在路基坡脚和边坡堆积,路基顶部风速明显增加,大风时可能会影响行车安全,路基背风侧存在回流现象,部分沙粒在重力作用下会堆积在背风侧边坡处;普通路基迎风侧边坡积沙情况严重,沙埋铁轨现象频发,布设有通风管的路基会受到积沙影响,导致管道堵塞,影响其冻土保护功能,输沙路基利用狭管效应,使风沙流加速通过,防止迎风侧边坡积沙和风沙上道,且一旦输沙管道发生积沙,可通过自然风力清除,若必须人工清理也便于操作,可节省大量人力物力;当路基上风向布设沙障时,沙障对风速有极强的减弱作用,路基和沙障之间存在一个减速区,该区域速度呈中间大两端小分布规律,风速无法达到起沙风速,沙粒沉积在沙障前后,路基边坡积沙明显减少。【结论】3种路基在无防护措施情况下,均有不同程度的积沙,输沙路基积沙量最小,且便于清理;轨枕式挡沙墙积沙量迎风侧大于背风侧,PE阻沙网积沙量背风侧大于迎风侧,并且沙障间距影响着阻沙效果,适当调整沙障间距,使此区间内的风速不足以起动沙粒,提高沙障阻沙效果;模拟结果表明,输沙路基相对于普通路基和通风路基更适用于风沙地区,但目前的结果还停留在理论阶段,需要在高原环境中进一步进行试验验证。     

黄河乌兰布和沙漠段巨菌草的固沙效果研究

巨菌草种植于黄河乌兰布和段低矮沙丘的迎风坡上,通过HOBO气象站和100 cm以及30 cm的集沙仪研究不同配置、不同风蚀年限巨菌草样地的风沙输移特征,结果表明:(1)巨菌草植株样地的输沙率在不同风速下为裸沙丘的0.38%~0.79%之间,留茬样地的输沙率在裸沙丘的1.8%~7.7%之间。近地表30 cm以下,植株风蚀1年样地和留茬风蚀1年、2年样地在不同风速下,输沙率随高度的变化分布符合幂函数(R~20.58)。当风速大于6.32 m/s时,植株风蚀2年样地的输沙率随高度符合二次函数变化规律(R~20.60)。(2)通过比较植株风蚀样地的风沙流结构,植株风蚀2年样地在沙丘表面4 cm高度以下的防护效果优于植株风蚀1年样地,在4~30 cm低于植株风蚀1年样地。4种不同配置的巨菌草在近地表0~30 cm高度内的平均固沙效果均保持在80%以上,固沙效果顺序为:植株风蚀1年样地植株风蚀2年样地留茬风蚀1年样地留茬风蚀2年样地。     

羽翼袋沙障的防风阻沙效果与成本效益分析

羽翼袋沙障是一种新型沙障,可增大风沙阻力,减弱风速,达到底袋固沙、羽翼消风的作用,提高了防风固沙效果。通过与传统沙袋沙障对气流速度、风沙流结构及相对阻沙能力的影响比较,分析了羽翼袋沙障的防风固沙效果,为防沙治沙筛选新材料提供依据。研究结果表明：3种风速下,羽翼袋沙障有效防护范围较沙袋沙障增大3.99～7.50倍,减弱风速效能提高10.50%～21.23%;沙袋沙障各点位输沙量均大于羽翼袋沙障,各高度阻沙能力系数反之,羽翼袋沙障相对阻沙能力较沙袋沙障增加1.19～1.36倍。     

直压立式PE纱网沙障土壤种子库特征研究

流动沙地铺设沙障后土壤种子库变化对自然植被恢复评价和有效预测生态恢复进程具有重要作用。采用野外取样和温室内发芽测定方法,研究了浑善达克沙地固定沙丘活化风蚀坑铺设不同规格纱网沙障后,0～5 cm土层深度内土壤种子库的变化特征。结果表明,4 m×4 m网格沙障内土壤种子库为每平方米547.20粒,分别比4 m带状和6 m带状沙障增加143.00粒和288.90粒。网格沙障内积沙部位土壤种子库为每平方米718.75粒,风蚀部位为每平方米350.00粒。在4 m带状沙障前段位置土壤种子库为每平方米412.50粒,中段位置土壤种子库为每平方米645.80粒,沙障后段位置土壤种子库每平方米只有154.20粒。铺设沙障后,沙化草地土壤种子库为每平方米675.00粒,比平缓风蚀坑内土壤种子库高70.00%。直压立式PE纱网沙障对土壤种子具有明显的拦截作用,其中4 m×4 m网格沙障对土壤种子的拦截效果最好。     

共和盆地荒漠化防治机械固沙技术

机械固沙技术就是利用柴草、橘秆、黏土、织物、树枝、板条、卵石等材料在沙面上设置各种形式的障碍物,通过增大沙地表面粗糙度,降低近地面层风速,达到控制风沙流动的方向、速度、结构,改变地表风蚀状况和防风阻沙作用,是消减风速、固定沙表有效的工程固沙措施。是一种在高寒干旱区流动沙丘和半流动沙丘上经常采用的机械固沙技术。在青海高寒区机械沙障与生物治沙技术结合起来效果更佳。     

直播生物沙障固沙成效研究

在呼伦贝尔沙地采用网格状生物活沙障直播技术具有明显的固沙效果。跟踪调查表明：直播3年植物盖度为55%,杨柴平均高度增加到78.3 cm,沙障网格中心平均风蚀下降到0.2 cm。并且随着沙障生长时间的延长,能够迅速形成不同类型的结皮,形成＂结皮肥岛效应＂。     

窄条纱网沙障和保水凝水剂对梭梭造林成效的影响

为提高干旱和半干旱地区梭梭造林成活率,同时探索降低梭梭造林成本的方法,将窄条纱网沙障、凝水剂和保水剂用于梭梭造林,运用综合评价法,分析梭梭造林成效和成本。结果表明:在流动沙地布设窄条纱网沙障后,梭梭成活率显著提高,并随设置沙障长度的增加而增加;梭梭造林适合采用40 cm窄条纱网沙障,此时梭梭成活率为对照的3.3倍,成本比对照增加19.1%。山东保水剂和青海保水剂采用湿施法效果最显著,梭梭造林适合采用青海保水剂湿施法,其成活率比山东保水剂高2.3%,成本却低4.9%。采用40 cm窄条纱网沙障和青海保水剂湿施法进行梭梭造林成效较好。     

黄柳杨柴混交林固定高大沙丘成效研究

从黄柳和杨柴生长状况、风蚀积沙特征、植物多样性和流动沙丘表面硬度变化等方面研究了生物机械复合沙障保护营造的黄柳杨柴混交林对高大流动沙丘生态修复作用的影响.结果表明:生物机械复合沙障材料黄柳和人工栽植的杨柴生长状况良好,生物机械复合沙障材料黄柳平均成活率为60.35％,沙障内栽植杨柴平均成活率为65.85％,4年生黄柳平均高度132.0 cm,杨柴平均高度99.2 cm;群落中植物种类由4～5种增加到7种,并且出现了多年生物种;混交林迎风面后积沙宽和林内地表风蚀深度都明显增大;沙面硬度值显著增大,还呈现出沿主风方向波浪型变化趋势.     

冀西北地区活沙障营建技术研究

在冀西北风蚀沙地,利用植物再生能力营建活沙障,实现植物固沙的目的。根据植物材料在流动沙地的成活、生长与抗性指标,选出了紫穗槐与黄柳为营建活沙障的最佳植物种。紫穗槐与黄柳最佳埋设深度分别是40 cm和60 cm,以春季成活率最高。平行带状沙障以带间距2.5~3.0m为宜,网格以4m×4m与6m×6m为宜,从用工、材料费用兼顾防护效果,是最为理想的模式。     

PLA沙障防风效益研究

为了解新材料PLA沙障对近地表气流的影响,通过测定铺设PLA沙障沙丘距地表不同高度的风速,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、坡顶及背风坡地表粗糙度、风速效能及风速廓线差异。     

宣化县黄羊滩流动沙地草方格沙障固沙技术研究

该文在对宣化县黄羊滩流动沙地风沙流结构野外调查的基础上,进行了流动沙地草方格沙障固沙技术试验研究.结果表明:草方格沙障以2m×2m与3m×3m这2个模式防护效果好且省工省料,是最理想的模式.沙障设置后形成了稳定的沙面,在雨季播种了沙蒿、沙打旺等固沙植物,2a后沙障腐烂,固沙植物取代了沙障的防风固沙作用,使流动沙地永久固...     

北京市永定河沙地不同土地利用类型风蚀规律研究

选取北京市永定河沙地4种不同土地利用类型(耕地、林地、荒草地、河滩地)作为试验地,对不同下垫面的起沙风速、下垫粗糙度、输沙量、风沙流结构、土壤机械组成、土壤风蚀量进行研究。结果表明:1)不同利用类型起沙风速及粗糙度大小顺序为:林地>荒草地>耕地>稀疏荒草地>河滩地;2)不同下垫面在相同风速时的输沙量明显不同,近地面0～20cm随高度增加输沙率逐渐减少,不同下垫面的风沙流结构垂直分布明显不同;3)河滩地和稀疏荒草地的机械组成主要以细沙为主;耕地、林地、荒草地主要由细沙、极细沙以及粉沙组成。4)不同利用类型在相同时间内风蚀量与风积量不同;5)建议对区域风沙治理主要从两个方面进行:提高未利用地的植被覆盖度;改变农业耕作技术措施。