纱网沙障研究进展

沙障在流动沙地治理和植被恢复中发挥了重要作用,而纱网沙障具有材质轻、韧性好、抗拉力强、使用寿命长等优点。本文综述了自1989年以来有关纱网沙障材料选择、设置方式、防风固沙作用及植被恢复成效等研究成果,并提出了纱网沙障未来发展趋势。

草方格沙障铺设车输料装置及其拢草机构分析

针对以散草为原料铺设草方格沙障存在空隙的问题,提出了一种草方格沙障铺设车。阐述了该铺设车的整体设计和作业流程,对输料装置进行结构设计和工作过程分析,对该装置的拢草机构进行运动学分析和仿真分析。结果表明:拢草机构的运动满足设计要求,同时给了一组工作参数,以转速为95 r/min为例,水平方向齿尖位置在90 mm左右时,其速度约为310 mm/s,超过传送带输送速度,由此点作为工作切入点,扒齿有效工作距离约为180 mm,在水平位移约为4 mm时,竖直位移大于7 mm,满足预期工作要求。

民勤黏土沙障-人工梭梭林物种多样性及土壤水分变化特征

以民勤荒漠区6种不同布设年限(1 a、5 a、10 a、20 a、40 a、60 a)黏土沙障-人工梭梭林样地和流动沙地(对照)为研究对象,对其物种构成、重要值、优势种群特征、物种多样性和土壤水分含量进行调查,探究长时间尺度黏土沙障-人工梭梭林构建对区域植物群落结构、物种多样性和土壤水分的影响。结果表明:民勤荒漠区黏土沙障-人工梭梭林调查样地共记录到植物6科12属12种,以藜科、蒺藜科为主。人工防沙体系的构建能够显著提升区域植物物种数量(从4种增加到5~8种),且随着布设年限的延长,优势种由沙米(Agriophyllum squarrosum)、梭梭(Haloxylon ammodendron)逐步向雾冰藜(Grubovia dasyphylla)、猪毛菜(Kali collinum)、黄花矶松(Limonium aureum)、梭梭(Haloxylon ammodendron)优势种演变,生活型也从以一年生草本为主的单一型向一年生草本+多年生草本+灌木的复合型发生演变。物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou指数和Alatalo指数总体呈现出单峰型变化趋势,以布设20 a时物种数最多,物种分布最均匀,对照沙地物种数最少,物种分布均匀度最差。不同样地植物群落的Jaccard指数表现为:对照沙地与布设1 a样地>布设20 a与布设40 a样地>布设1 a与布设5 a样地>布设10 a与布设20 a样地>布设40 a与布设60 a样地>布设5 a与布设10 a样地,相异性指数与Cody指数则表现相反。区域土壤含水率波动态势与植物群落演替趋势保持一致,且相较于较深层土壤(40~60 cm),浅层土壤(10~30 cm)对区域植物自然演替进程所起到的作用更为明显。

粘土沙障及麦草沙障合理间距的调查研究

确定机械沙障障间距的基本原理是障间风蚀沙量等于积沙量。障间凹曲面面积与障间距及沙面坡度之间存在着显著的回归关系 ,运用这种回归关系就可以建立障间风蚀沙量等于积沙量的等式方程。在民勤沙区取样分别建立粘土沙障和麦草沙障的风蚀沙量等于积沙量的等式方程 ,计算出沙面坡度 0°～ 8°和 0°～ 1 0°的粘土沙障和麦草沙障间距分别是 2 53 1～ 1 85 9cm和 2 61 4～1 55 0cm ;粘土沙障高度应为适宜高度范围内的最小值 ;粘土沙障在障高为 1 5cm、沙面坡度 >8°时障间没有风蚀。麦草沙障在坡度>1 0°时障间没有风蚀 ;1 5cm高的粘土沙障和固沙有效高度 1 3cm的麦草沙障的最小间距分别是 1 85 9cm和 1 55 0cm ;若需要在固定就地沙面的基础上接纳外来流沙或者需要风蚀部分就地沙粒时 ,可将接纳沙量或风蚀沙量的平均厚度作为参数之一计算障间距 ;按照风蚀沙量≤积沙量的障间距设置的沙障 。

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。

乌吉线沙害治理机械沙障设置的研究

通过对乌吉线沙害治理几种机械沙障设置的研究 ,总结出沙障最长防护年限和最适孔隙度 .结果是 :高立式沙障最长防护年限为 5年 ,最适孔隙度为 30 % ;半隐蔽式沙障最长防护年限为 2年 ,最适规格为 1 m× 1 m ;高立式和半隐蔽式综合沙障模式最长防护年限为 7年 ,最适配置为孔隙度 30 %的高立式沙障与规格 1 m× 1 m的半隐蔽式沙障相组合 .

高立式芦苇沙障打捆成栅机的设计与试验

针对风沙区铁路安全运行中高立式芦苇沙障生产人工效率低、劳动强度大、制造成本高、操作工序多、工作环境恶劣等问题和对芦苇沙障成栅工艺流程研究的基础上,设计了高立式芦苇沙障打捆成栅机。通过对关键作业部件进行设计选型,确定了喂料机构、铁丝推送机构、打捆拧丝机构的结构,并采用理论分析、Workbench仿真方法对喂料弧片、送丝摇臂与拧丝虎口等关键零件参数进行了设计与分析。为提高作业性能,以芦苇束紧实度、芦苇破损率和单束打捆作业时间为评价指标,以铁丝推送长度、拧丝虎口转速为影响因素,进行了高立式芦苇沙障打捆优化实验,利用Design-Expert V8.0.6.1软件,构建关于评价指标与影响因素间的回归模型,确定最优参数组合为:拧丝虎口转速1297r/min、送丝距离372mm。样机验证试验结果表明:高立式芦苇沙障打捆成栅机具有较强的物料适应性,在优化参数组合下,通过试验验证了设计的正确性和合理性。上述研究成果丰富了高立式芦苇沙障打捆成栅技术,也为整秆打捆成栅机械的设计提供参考依据。

基于慧鱼创意模型的草方格沙障铺设车设计

针对现有沙障铺设机存在的造价高、自动化程度低、适应性差、沙障铺设效果差等问题,该文基于慧鱼创意模型设计了一款自适应强、工作效率高、自动化程度高的草方格沙障铺设车。完成了铺设车机械系统和控制系统方案设计;实现了自动检测、随动控制、草料运转装置三维可调和秸秆精准等功能;搭建了慧鱼创意模型实物样机;开展了模拟样机草方格沙障铺设试验。实验结果表明,该铺设车完全自适应植入秸秆与巩固秸秆,沙障防风固沙质量稳定性、可靠性强,工程应用预期效果显著。

乌珠穆沁沙地聚乳酸纤维沙袋沙障地表蚀积特征

沙障的蚀积特征对其发挥防护作用具有重要影响。为探究聚乳酸纤维(polylactic acid fiber,PLA)沙袋沙障对乌珠穆沁沙地沙化治理的效果,设置0.5 m×0.5 m、1.0 m×1.0 m、2.0 m×2.0 m和3.0 m×3.0 m共4种规格的聚乳酸纤维沙袋沙障,采用悬测法测量障格内部凹曲面形态,并分析不同规格沙障内部凹曲面的形态特征、蚀积效应。结果表明,沙障凹曲面中心风蚀深度随沙障规格的增大由5.17 cm增加到21.23 cm,而堆积强度随沙障规格的增大由3.86 g·cm^(-3)降至0.42 g·cm^(-3),障格内由堆积变为风蚀;蚀积系数稳定在1/9~1/8,随沙障规格的增大蚀积系数逐渐减小;障格内风蚀最深点随主风向偏移,障格内与主风向一致的方位风蚀量更大,剖面曲线开口更大;坡顶处凹曲面拟合效果大于坡中和坡底。综上所述,在乌珠穆沁沙地内,风蚀多发生在西北-东南和西-东方向上,且坡顶处形成的凹曲面较稳定,该地区适合布设2.0 m×2.0 m规格PLA沙障,研究结果为PLA沙障在乌珠穆沁沙地防沙工程中的合理应用提供了科学参考。

沙障对石羊河下游人工梭梭林生长及其林下植被物种多样性的影响

通过样地调查的方法,对不同材料、不同布设年限沙障区人工梭梭林的生长状态和林下植被的多样性进行了调查研究,结果表明:1)10a稻草沙障、15a玉米秸秆沙障区梭梭株高、冠幅高于同年限其他沙障类型区,15a尼龙网沙障区树高、冠幅最低;2)不同年限不同材料沙障区梭梭枝条发芽指数存在差异性,5a稻草沙障、10a尼龙网沙障的枝条发芽指数显著高于其他沙障类型,枝条发芽指数5a稻草沙障最高,其次为10a尼龙网沙障,20a黏土沙障最低;3)不同年限不同材料沙障林下植被生物多样性指数和盖度存在差异性,10年黏土沙障区辛普森指数为0.50,Shannon-Wiener指数为0.81;15a黏土沙障区Simpson指数为0.51,Shannon-Wiener指数为0.63;20a黏土沙障区Simpson=0.49,Shannon-Wiener为0.86。不同类型沙障林下植被盖度20a尼龙网沙障、20a黏土沙障最高,15a尼龙网沙障次之,10a尼龙网沙障最低。同一年限不同材料沙障中黏土沙障的盖度相对较高。15~20a沙障类型中稻草沙障的盖度最低,稻草沙障相对其他材料沙障不利于林下物种增加。

机械沙障与治沙植物不同配置防风固沙效益研究

机械沙障与植物治沙对治理荒漠化土地、固定活化沙丘、降低荒漠化危害具有重要作用。为了解机械沙障与治沙植物不同配置防风固沙效益,以吐鲁番市高昌区荒漠化土地为研究对象,在研究区内设置4种不同的治理模式,通过试验分析不同治理模式的植物保存率、防风效能、地表粗糙度、风速廓线、输沙量和地表蚀积深度等防风固沙效益指标,对比不同配置模式活化沙丘的治理效果。结果表明:(1)机械沙障对治沙植物的生长起到了良好的保护作用,植物存活率大于80%;草方格沙障在初期对植物的保护作用大于高立式沙障,梭梭初期的生长情况弱于同等沙障保护下的柽柳。(2)4种治理模式均具有良好的防风效益,草方格沙障在0.4 m以下的防风效能优于高立式沙障,在0.4 m以上,高立式沙障的防风效能更好,同等保护条件下的柽柳防风效能优于梭梭;草方格沙障的地表粗糙度大于高立式沙障,柽柳的防风效能优于梭梭。(3)草方格沙障在0.4 m以下的阻沙效益优于高立式沙障,但总体阻沙效益弱于高立式沙障,在相同沙障中,柽柳的阻沙效益优于梭梭;4种治理模式对地表均具有良好的固定作用,草方格沙障优于高立式沙障,沙面形态更加平稳,柽柳对土壤的固定作用优于梭梭。草方格沙障+柽柳的治理模式防风固沙效益最佳。

风滚植物高立式沙障防风效应研究

“风滚”扩散是植物种子传播与个体扩张的重要形式,具有重要生态学意义。草地、沙地均存在大量的风滚植物,冬春季在气流作用下运动并堆停在各种障碍物周围,其中,网围栏拦截形成风滚植物障体较为常见,此类障体对过境风沙也会产生明显的阻挡作用。为探究风滚植物障体的防风效应,本研究模拟了网围栏拦截不同数量的风滚植物,设计了具有密、中、疏3种疏透度的风滚植物高立式沙障(障高H为1 m),通过野外试验研究了防风效能、风沙动力学粗糙度及风速流场特征,并探索了高度、疏透度等沙障工程参数对防风效益的影响,为防沙治沙新方法与新技术应用提供参考。结果表明(:1)风滚植物高立式沙障能够影响周边风场特征,可影响至障后7 H距离、0~90 cm高度范围(;2)密、中、疏3种沙障均能够显著降低过境风速强度,具有较好的防风效能。3种沙障风速最小值均出现在障后3 H距离处,但随着疏透度的减小,沙障防风效能呈现增加的趋势,防风效能最高值出现在密型沙障后10 cm处,可达到50%。(3)密、中、疏3种沙障均能够增加地表粗糙度,3种沙障整体上呈现密型>中型>疏型的趋势,粗糙度最大值出现在密型沙障,可达2.97 cm。风滚植物高立式沙障能有效对过境风速产生影响,具有很好的防风效应,能够为防沙治沙应用提供参考。

芦苇方格沙障内部积沙形态演化的野外观测

芦苇方格沙障作为和若铁路重要的工程固沙措施之一,其内部积沙形态的演变对芦苇方格的防沙性能有重要影响。为了解芦苇方格沙障内部真实的积沙状态,依托和若铁路建设工程,采用野外监测的手段对芦苇方格沙障内部积沙形态的演变进行为期6个月的监测。结果显示,芦苇方格沙障的积沙量分布沿着主风的方向向后移动。在风向垂直断面上,芦苇方格沙障边缘的积沙厚度要比中心位置大。整个监测时段内,芦苇方格沙障内部的积沙厚度可以用Rotion Tayor曲面函数来很好地描述,并且曲面沿着主风方向凹陷。芦苇方格沙障的结构参数、风速、风向和风速占比是塑造方格内部复杂积沙形态的主要原因。以上研究结果对野外自然状态下芦苇方格沙障内部积沙演变的认识具有重要意义。

基于黏土沙障的复配土壤对土壤水分特征影响对比分析

[目的]研究基于黏土沙障的复配土壤在不同复配质量比下对土壤水分特征的影响,旨在揭示其土壤改良效益,为今后黏土沙障的设计提供最佳复配比。[方法]通过试验设计将各样品划分为空白组、对照组与试验组,并分别对三组样品的土壤容重、水分常数及土壤水分特征曲线进行对比分析。[结果](1)试验组样品土壤容重随复配土壤质量比(即复配比)的增加而减小,相较于空白组,当复配比为5∶1时降低至1.45 g/cm^(3),对照组则降低至1.32 g/cm^(3)。(2)试验组样品的土壤饱和含水率在其复配比超过一定阈值时明显增加,当复配比为2∶1时相较于空白组升高了0.97%,同时,其田间持水率与凋萎系数也相较于空白组整体分别升高1.518%,1.543%,对照组两者上升则均超过10%。(3) Gardner模型对三组样品模拟良好,三者土壤含水率均随土壤水势增加而减小,当土壤水势一定时,试验组复配比的增加有效提高了复配土壤的含水率,在土壤水势为0.01~1.5 MPa间不同质量比复配土壤平均增加了1.32%~1.72%。[结论]基于黏土沙障的复配土壤其复配比的增加能有效提升土壤的持水力与保水性,其有效含水量也明显上升,对土壤改良明显。

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。

内蒙古草原煤矿区排土场不同规格树枝沙障的防风效益

为探究草原煤矿区排土场边坡不同规格机械沙障的防风效益,以排土场边坡设置的树枝沙障为研究对象,对不同规格(0.5 m×0.5 m、1.0 m×1.0 m、1.5 m×1.5 m)高度为30 cm的树枝沙障内不同高度(10、20、30、50、200 cm)的风速进行测定,同时以未铺设沙障的边坡作为对照,比较分析3种规格沙障防风效能、空气动力学粗糙度和风速廓线特征。研究表明,3种规格沙障的防风效能表现为0.5 m×0.5 m>1.0 m×1.0 m>1.5 m×1.5 m,且均在10 cm高度处防风效能最为显著,其防风效能随着高度的增加呈减小趋势;空气动力学粗糙度和摩阻风速均表现为0.5 m×0.5 m>1.0 m×1.0 m>1.5 m×1.5 m>对照;不同沙障的风速廓线在50 cm高度内均呈现出不规则的“S”形曲线变化特征,50 cm高度以上风速廓线与对照相似。结果显示0.5 m×0.5 m树枝沙障防风效益最好,可有效改善近地表土壤风蚀情况,建议在草原煤矿区排土场推广设置。

和田—若羌铁路戈壁盐碱区高立式“Z”字形沙障配置的风洞试验

[目的]探究多排“Z”字形沙障的合理配置模式,为和田—若羌铁路沿线戈壁盐碱区的风沙防护提供科学参考。[方法]在风洞中模拟当地的风沙环境,对孔隙率为40%的多排“Z”字形高立式沙障的防沙效果进行试验。[结果]多排沙障的迎风面与风向的夹角为钝角时,沙障后积沙出现分离现象;沙障的迎风面与风向的夹角为锐角时,沙障后积沙出现聚集现象。防沙效率随着风速增加都有所下降,当风速为12 m/s(7级风)时,设置两道高立式沙障和三道高立式沙障的防沙效率分别为74.0%和100%,当风速增加至15 m/s(9级风)时,设置两道高立式沙障和三道高立式沙障的防沙效率分别为72.7%,88.9%。[结论]鉴于该研究区风沙条件,建议采用三道沙障,沙障的迎风面与风向尽量呈钝角布置。

新型生物可降解PLA沙障与传统草方格沙障防风效益

为了解新型材料生物可降解聚乳酸纤维(PLA)沙障防风效益,通过测定PLA沙障样地内不同高度风速,分别研究1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m规格PLA沙障防风效能、地表粗糙度与风速廓线特征,同时以相同坡位同种规格的传统半隐蔽式麦草沙障样地和流动沙丘为对照,对比研究了PLA沙障与传统麦草沙障的防风效益。结果表明,新型生物可降解PLA沙障防风效能显著大于麦草沙障,2种类型沙障最大差值可达10.3%,2种材料沙障不同规格防护效果为1 m×1 m规格较其他2种规格更好;2种材料沙障增加地表粗糙度表现为PLA沙障>麦草沙障>流动沙丘,且均随规格增大呈逐渐下降趋势,在相同地形条件下,PLA沙障地表粗糙度均值为麦草沙障的1.4倍;2种材料沙障在迎风坡坡底、坡中、坡顶及背风坡4种地形下地表粗糙度差异不明显,其地表粗糙度均值为0.7 cm;1 m×1 m规格的PLA方格沙障和麦草沙障内的风速廓线曲线呈现"S"型曲线特征,而在2 m×2 m和3 m×3 m规格的2种材料沙障内,风速廓线与对照裸沙丘相似,其风速廓线均呈指数函数分布。随着沙障规格的增大,降低风速作用减弱,其风速廓线逐渐由"S"型趋向于指数函数曲线。

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×3 m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。