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几种不同材料机械沙障防风效应研究

朴起亨  
【摘要】: 机械沙障是降低近地表土壤风蚀的重要措施,其主要通过改变下垫面的性质,增加地表粗糙度来实现降低风速、减弱风蚀,进而达到防风固沙的目的。然而,以往的实验主要以风洞模拟为主,野外实验结果稀少。本研究选取毛乌素沙地南缘作为样地,通过大量野外实验,观测不同沙障措施(麦草、芦苇杆、聚酯纤维沙袋、塑料网)下近地表风速变化规律和土壤的蚀积特征,探讨沙障措施对土壤风蚀影响的机理,找出各项沙障技术利用目前存在的问题,并提出有效的解决办法,以期能为制定防治土壤风蚀的对策提供科学的依据,结论如下: (1)对于塑料网沙障,本试验选取了规格为1m×1m、2m×2m、3m×3m及4m×4m,高度分别为20cm、30cm、40cm和50cm,孔隙度为20%、30%、50%及70%的64种组合方式。经过对比分析得出:沙障规格为1m×1m,高度为50cm,孔隙度为20%时,塑料网沙障在四种材料中防风固沙效果最佳。在同一高度条件下,所有规格沙障当沙障高度为40cm时,防风固沙效果和高度为50cm时的相差很小,而且当沙障孔隙度为30%时,防风固沙效果和孔隙度为20%时的相差不大。综合考虑沙障的设置成本等因素,沙障在相同的条件下,选择高40cm,孔隙度为30%较为适宜。 (2)沙袋沙障的防风固沙效果分析结果表明,在1m×1m、1.5m×1.5m、2m×2m、3m×3m及4m×4m等5种规格当中,1m×1m规格的防风固沙效果最佳。不足之处为该材料跟其他材料沙障相对比较,防风固沙效果最差。这是由于沙袋沙障的高度固定为10cm,相对较低,从野外试验结果来看,增大粗糙度的效果不明显。从野外试验结果分析得出,当野外平均风速达到8m/s以上时,沙袋方格内部的沙粒大部分被吹出,使得沙障内部的风蚀程度大于裸地,沙袋沙障的设置反而加强了沙障内部的风蚀。同时,从野外观察发现,在铺设沙袋沙障后,迎风面的沙袋的底部首先遭到大风的‘掏蚀’,之后沙袋自然下塌,从而使得该沙障达不到理想的防风固沙的作用。沙袋沙障的优势是能就地取材,以沙治沙,布设办法简易,费时短,效率高,成本低廉,在一定面积里需要的材料量比其他材料少。不足之处为生产费用和运送费比其它材料贵。 (3)对1m×1m、1.1m×1.1m、1.2m×1.2m、1.4m×1.4m、1.5m×1.5m、1.6m×1.6m、1.8m×1.8m及2m×2m 8种规格麦草沙障防风固沙效果进行了分析。分析结果为:随着麦草沙障规格的增大,相对风速逐渐降低,防风固沙效果降低。麦草沙障的地面粗糙度分析结果显示,1m×1m规格麦草沙障的地面粗糙度最大,2m×2m规格的最小。随着麦草沙障规格增大,地面粗糙度逐渐降低。在麦草沙障内部的蚀积量观测结果显示,1m×1m到1.4m×1.4m的麦草沙障与其他规格的沙障相比,稳定区范围较大,侵蚀区的范围较小。试验的8种规格当中,1m×1m麦草沙障蚀积量最小。麦草沙障的成本在这四种材料当中最低。 (4)对规格为1m×1m、2m×2m及4m×4m的芦苇杆沙障防风固沙效果分析结果为:1m×lm和2m×2m芦苇杆沙障的防风固沙效果差别不大。4m×4m芦苇杆沙障的平均粗糙度最小,防风固沙效果最差。防沙效果对比分析结果表明,1m×1m和4m×4m芦苇杆沙障在第一个方格中粒径为0.25mm以上的输沙量比旷野的输沙量多。从粗糙度分析,1m×1m和2m×2m规格芦苇杆沙障的平均粗糙度为0.1009m和0.0925m,差别不大。从防风固沙效果、输沙率和粗糙度综合分析表明,1m×1m沙障效果最好。而2m×2m沙障的防风固沙效果、输沙率和粗糙度则与1m×1m沙障的差别不大。芦苇杆沙障的成本仅次于麦草沙障。 (5)从上述结论可以看出,沙障的防风固沙效果与高度和孔隙度均有密切关系。在以往布设格状沙障时,通常只考虑材料和沙障规格,而忽视了孔隙度的重要性。因此,今后实施固沙措施时,除了材料本身以外,沙障孔隙度也是一个关键指标。在沙区布设沙障,不仅要考虑防风固沙效果,还要尽量控制沙障成本,只有综合考虑生态和经济因素,才能从根本上解决治沙问题。


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