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。

鄂尔多斯盆地本溪组碎屑障壁海岸砂体微相南北变化

在延长探区近1500口钻井资料的基础上,进行大量岩心和薄片观察以及砂厚和砂地比统计,探究鄂尔多斯盆地本溪组的砂体微相类型、平面形态和分布的沿岸变化及其控制因素。结果表明,延长气田本溪组总体均为中小潮差环境下的陆源碎屑障壁海岸沉积,但南部的甘泉—富县地区波浪作用较弱,形成了典型的障壁砂坝和障壁后沉积。北部延安—靖边南地区波浪作用较强,形成了改造障壁、浅滩和下切谷充填潮道3种主要微相砂体。障壁砂体呈平行岸线的带状或串珠状排列,近源和近岸分布;浅滩砂体呈多个分散的卵圆形远源远岸分布;潮道带砂体充填则受控于古地貌凹槽。该研究结果对延长气田和类似环境的储层识别和评价具有重要的指导意义。

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。

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。

高寒沙地不同植被修复措施下土壤水分对降雨响应机制

为探究高寒沙地不同植被修复措施下土壤水分对降雨响应机制,更好地发挥其水土保持作用,以青海共和盆地设置3 a的高立式网笼沙障、麦草方格沙障+花棒、麦草方格沙障+柠条、麦草方格沙障+沙蒿和麦草方格沙障+菊芋种植为研究对象。利用2900ET气象站和ECH 2 O,分别对研究区降雨量和各沙障类型下0~140 cm(10、20、40、60、80、100、120和140 cm)土壤含水量进行连续自动监测,选取3种不同等级降雨事件进行研究,分析其土壤水分响应情况和0~60 cm土壤水分补给特征。结果表明:1)2020年8月—2021年8月,研究区降雨主要集中在4—9月,以低频率小雨为主,<2 mm降雨事件占总降雨事件最高(38.98%),贡献率最小(6.12%),各沙障类型按月土壤总蓄水量变化划为缓慢积累期(1—4月)、消耗期(5—6月)、积累期(7—9月)和稳定期(10—12月)且均在8月达到峰值,其中高立式沙障土壤蓄水量最高(4万7563.54 mm),菊芋沙障最低(2万5564.09 mm),其各土层土壤蓄水量的增加量随着土壤深度增加呈现出“减小—增大—减小—增大”变化。2)降雨量<5 mm时,菊芋沙障0~10 cm、花棒沙障及沙蒿沙障0~20 cm土层水分产生波动;降雨量在5~18 mm时,高立式沙障0~10 cm,柠条沙障、沙蒿沙障及菊芋沙障0~20 cm,花棒沙障0~100 cm土层水分产生波动;降雨量>18 mm时,高立式沙障0~10 cm,柠条沙障、沙蒿沙障及菊芋沙障0~60 cm,花棒沙障0~140 cm土层土壤水分产生波动。综合该地区不同植被修图措施下土壤水分对降雨响应情况,建议在5—6月进行修复。

锡林浩特露天煤矿排土场不同恢复措施植被群落特征分析

有效的排土场植被重建会有利于矿区及周边生态功能的恢复,不同措施植被恢复效果不同。以锡林郭勒盟胜利煤田西二号露天煤矿外排土场为研究对象,于2007年开始进行修复工作,本研究对排土场恢复第13年3种不同恢复措施下的植物群落进行调查。其中,3种不同措施分别为生物笆覆盖措施(简称SW)、沙障覆盖措施(简称SZ)和人工条播措施(简称RT)。不同措施坡面同时分为坡上(PS)、坡中(PZ)、坡下(PX)和平台(PT)4个高度。结果表明:(1)覆盖措施恢复效果明显,物种多样性显著高于RT措施,其中SW措施效果较好。(2)同一措施下各高度中,PT恢复效果最好,坡度对于植物生长存在一定影响。(3)一年生草本植物芸薹(Brassica rapa var.oleifera),多年生草本植物披碱草(Elymus dahuricus),灌木植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、柠条锦鸡儿(C.korshinskii)对于胜利煤田矿区排土场生态环境适应性较好。

猫头刺盾状移动式固沙障防沙效应风洞模拟试验研究

[目的]猫头刺盾状移动式固沙障是运用仿生学原理,由盾状铁网筛与上方扎制固沙灌木猫头刺(Oxytropis aciphylla)茎叶构成的一种新型固沙障。对猫头刺盾状移动式固沙障的防风固沙效应进行试验,以确定最佳固沙障类型,并揭示其防风固沙机理,为野外工程防沙措施的选择和制定提供理论依据。[方法]通过风洞模拟试验,在6,10,14,18 m/s 4个风速条件下测量了猫头刺盾状移动式固沙障的风速流场,并在10,14,18 m/s 3个风速条件下对该固沙障进行了携沙风吹蚀试验。对照分析了原位自然型与不同类型,不同大小仿生猫头刺盾状移动式固沙障的防风沙效应。[结果](1)气流在经过猫头刺盾状移动式固沙障时速度均会减弱,形成明显的减速区。在6 m/s时,减速沉降区均达到了20 H(H为沙障高度,H=11 cm);随着风速增加,减速沉降区缩小。风速10与14 m/s时,减速沉降区为15 H;且在风速18 m/s时,也能维持15 H的减速沉降区。(2)3种风速梯度下,猫头刺盾状移动式固沙障的平均输沙量是无沙障的13.8%(10 m/s风速),21.1%(14 m/s风速),23.4%(18 m/s风速)。[结论]结构完整,直径更大的猫头刺盾状移动式固沙障具有最好的防风沙效果。该移动式仿生固沙障防风沙效果好,可移动,可组合并可机械化编制,在防治荒漠化、防风固沙领域有广阔的应用前景。

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。

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。

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。

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。

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。

浅析乌拉特后旗乌兰布和沙漠工程固沙造林技术模式

乌拉特后旗境内乌兰布和沙漠风沙危害严重,地形特殊,经过长期的生产实践,文章总结了以尼龙沙障和柴草沙障为主的工程固沙方法和以梭梭(Haloxylon ammodendron)、花棒(Corethrodendron scoparium)等抗旱树种为主的造林方法。成效调查结果表明:当年造林成活率达91.0%~94.4%,第三年造林保存率达86.4%~89.4%,植被覆盖度达到40%。该治理方式可在乌兰布和沙区有灌溉条件、地势平坦、集中连片的重点治理区推广。

不同措施对光伏电站风沙环境及土壤的影响

为研究不同措施对光伏电站风沙环境及土壤的影响,在乌兰布和沙漠100 MW光伏项目区内开展了光伏治沙试验研究,并以电站外部流动沙地为对照,对风沙、气象、土壤、植被等指标进行了对比分析。结果表明:光伏阵列自身能够起到显著的防风固沙作用,无沙障无植被的板间、板下输沙量较对照分别降低了54.12%和74.63%;沙障显著削弱了“狭管效应”作用,板间、板下输沙量较对照分别降低了98.59%和97.88%;植被恢复后,土壤中微生物数量增加,粒径组成改善,对于土壤改良、生物多样性恢复发挥关键作用。在3种措施综合影响下,站内较站外输沙量平均降低了98.98%,月均风速降低了2.30 m·s^(-1),月均气温降低了2.05℃,月均空气相对湿度增加了3.94%,呈现出防风固沙和降温增湿的显著特点,实现了较好的生态治理效果。

主攻防沙治沙筑牢北方重要生态安全屏障面临的问题及对策探讨

内蒙古的防沙治沙工作对我国北方生态安全屏障的构建以及国家能源基地的建设具有重要的战略意义。近年来,内蒙古自治区党委和政府积极落实党中央的决策部署,深入践行习近平生态文明思想,统筹推进山水林田湖草沙一体化保护与系统治理。该地区坚持因地制宜、突出重点以及防治并存的原则,实施了一系列生态建设工程,取得了显著的成就。然而,内蒙古目前面临气候干旱与荒漠化的严峻挑战,尤其是在全球气候变化的背景下,防沙治沙的任务愈加艰巨。目前自治区生态恢复与建设仍处于初步阶段,治理成效尚不稳定,总体形势依然严峻。特别是在山水林田湖草沙系统治理的统筹方面,依然存在一定的差距。