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浑善达克沙地公路沙害综合防治机理与效益研究

武俊瑛  
【摘要】:本文以省际通道浑善达克沙地段为试验区,以当地生长丰富的黄柳(Salix gordejevii)和小红柳(Salix microstachya )为材料设置的髙立式柳条沙障阻沙带和半隐蔽式方格沙障固沙带组合形成的沙障带、沙障带内建植的人工固沙植物群落以及封育带共同构成公路沙害综合防治体系为研究对象,以公路两侧风沙运动的物理学过程和综合防治效益为研究目的,通过野外风速测试和输沙测定、沙障带内固沙植物发芽和生长情况、封育措施对路域植被恢复效益等的调查和对比分析,人工固沙植物群落枯立大风时期风沙运动的测试分析,经3年多的连续观测试验,得到如下研究结果: 1.通过对每延米15根、18根、21根、24根、27根和15根、25根、35根、45根两组不同密度高立式柳条沙障分别于裸沙地和半固定沙地的风速测试,比较防风效益和地表粗糙度,结合防沙工程实践,每延米24~25根红柳或小黄柳枝条为当地高立式柳条沙障阻沙带设置的适宜密度;通过对多道高立式柳条沙障风速测试及分析,上述密度高立式柳条沙障设置间距应以4m为宜,个别特殊沙害地段可调整为2m,如风口处、风蚀坑、流动沙丘、沙坡顶部等。 2.规格为1.2m×1.2m半隐蔽式方格沙障固沙带单独风速试验结果显示:地表粗糙度平均达到10.8902cm,防风效能平均为43.29%,固沙带近地表层只有轻微的风沙运动,沙障内有小量沙粒沉积。 3.沙障带在公路两侧平缓流沙地、大型路堑内侧沙质陡边坡(阳坡)、风口处和风蚀坑等沙害频发地段的防风效能分别达到54.4%、76.5%、64%、62.3%;地表粗糙度分别达到7.56cm、12.1cm、12.5cm、5.94cm;风口处输沙测试结果表明组合沙障带内50m宽的阻沙带前锋至中心处,20~26m宽范围内输沙量逐渐降低至裸沙地的0.1%,说明阻沙带最大积沙宽度为26m,平均为23m,阻沙带阻沙效益显著,其余24~30m宽的阻沙带和30m宽的固沙带内地表由不稳定动床转变为基本稳定的静态床面,为固沙植物发芽生长和群落形成创造了有利条件。 4.黄柳、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、羊柴(Hedysalum laeve)、沙生冰草(Agropyron desertorum)、草木樨(Melilotus)、沙蒿(Artemisia)、沙打旺(Astragalus adsurgens)在沙障带内平均成活率和保存率分别达到90.4%和93.9%,比对照分别提高了48.1%和67.5%;种植第三年黄柳、羊柴高度达147cm和182cm,构成群落的最高层;沙蒿、沙打旺、小叶锦鸡儿高度在43~58 cm,构成群落的中层植物;沙生冰草等高度为32 cm构成群落的草本地被层,群落的垂直结构初步显现。 5.通过封育保护措施,封育带内新增植物种10种以上,密度平均增加到26株/m2。封育当年优势植物总盖度比对照增加了12.3%。沙地机械组成和营养成分发生了明显的变化。 6.冬春季节群落枯立大风时期,群落内60cm、20cm高度风速降低在路堤迎风侧平缓流沙地内呈明显的指数函数关系(R2≧0.91),路堑内侧沙质缓边坡(阴坡、阳坡)群落内,表现为乘幂函数关系[R2≧(0.97,0.70)],共同特点是气流进入群落后风速迅速降低至起沙风速以下,之后降低幅度变缓。 大型路堑内侧沙质陡边坡(阳坡,23°),测风时的迎风坡,群落内20cm高处的风速变化呈一元二次多项式函数关系(R2=0.98)随坡面升高而降低,坡顶风速略显回升;60cm、100cm、150cm高处的风速表现为随坡面升高,而风速增大;观测高度愈高,风速增加幅度愈大。 大型路堑内侧沙质陡边坡(阴坡,26°),测风时的背风坡, 20cm、60cm、100cm、150cm高度的风速降低呈明显的乘幂函数关系,风速迅速降低至起沙风速以下,之后降幅减小,坡底略回升。 枯立群落防风效能随坡度增加而降低,地表粗糙度随坡度的增加而明显降低,表现出枯立群落在不同沙害发生地段防风固沙效果的差异。


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