古尔班通古特沙漠工程防护体系内土壤水分变化规律

古尔班通古特沙漠位于准噶尔盆地腹地,是我国最大的固定与半固定沙漠。近年来在沙漠腹地进行的一系列工程建设项目,不可避免地造成对地表的扰动,并直接影响土壤水分状况。通过对工程防护体系内典型部位和原始沙面的土壤水分进行系统监测,得到土壤水分变化规律。研究结果表明,工程防护体系内土壤含水率整体高于原始沙面的土壤水分。土壤水分含量的季节变化表现为3～4月的补给期、5～7月的失水期、8～10月的弱失水期和11～2月的冻结滞水期。其垂直分布可分为表层30cm的活跃层、30～60cm的过渡层和60cm以下的稳定层。防护体系内坡向和坡度对土壤水分有显著的影响,阴坡明显高于阳坡,陡坡又低于缓坡。

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。

草方格沙障尺寸分析的简单模型

针对草方格沙障防护区域内流场的特点 ,提出一个单排理想涡列模型 ,用以模拟实际风沙流场。在此基础上 ,利用流体力学的分析方法 ,给出了与目前工程实际所建议的尺寸比较吻合的草方格沙障间距 (或草方格边长 )与出露草头高度的对应关系。

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)。

古尔班通古特沙漠工程防护体系内的蚀积变化与植被的自然恢复

通过两年的实地监测和研究表明 ,古尔班通古特沙漠工程行为扰动地表后 ,草方格能有效固定沙面 ,并在初始两年形成稳定凹曲面。无人工辅助条件下 ,在草方格设置当年草本植物即可侵入 ,但小乔木和灌木的定居尚需近一步观测研究。线形工程的走向和风况影响植物种的传播 。

聚乳酸纤维沙障对表层土壤含水量的影响

在乌兰布和沙漠西南缘选择大小、走向相近的裸沙丘分别铺设聚乳酸纤维(PLA)沙障与麦草沙障,设计规格为1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m。从2008年开始连续3年对2种沙障不同规格、不同坡位表层土壤含水量进行测定,同时以未铺设任何沙障的裸沙丘作为对照,比较新型材料PLA沙障与传统沙障麦草沙障对表层土壤含水量的长时间影响。结果表明:1)PLA沙障与麦草沙障以及裸沙丘含水量都随年份的增加而增加,2类沙障含水量增长幅度明显优于裸沙丘;2)就沙障规格而言,长时间保持土壤水分,效果最好的是PLA沙障2 m×2 m规格;3)在0～10 cm深度,PLA沙障土壤含水量表现为迎风坡>背风坡>坡顶,麦草沙障与PLA沙障相反;4)在10～20 cm深度,PLA沙障土壤含水量表现为坡顶>迎风坡>背风坡,麦草沙障同样与PLA沙障相反。

多边形草沙障防风效果研究

为了解正三角形、正方形和正六边形格状草沙障的防风固沙能力,通过测定沙障样地内不同高度风速,针对单个网格面积为1 m2的3种沙障,对沙障的防风效能、风速廓线特征和地表粗糙度进行研究。结果表明,正三角形和正六边形沙障的防风效能显著大于正方形沙障。高度为0.2 m时,正方形沙障的防风效能比三角形和六边形沙障分别低12%和8%,高度为0.3 m时,分别低11%和10%。0.2~0.3 m高度范围内,三角形沙障和六边形沙障的防风效能差异不显著。风速小于6 m/s时,地表粗糙度随风速变化接近线性变化规律。裸露地表1 m高处,风速为4 m/s时,裸露地表粗糙度为0.166 cm,三角形沙障、正方形沙障和六边形沙障的地表粗糙度分别为11.5、9.3和10.4 cm,分别为裸露地表粗糙度的69.3、56和62.7倍。三角形沙障的地表粗糙度比正方形沙障和六边形沙障的地表粗糙度分别高23.7%和10.5%。铺设三角形沙障的地表粗糙度最大。

机械防沙体系防沙功能的衰退过程

作为一种十分有效的防治流沙的方法,机械防沙体系在防止风沙前移显示出很大的优越性,其目的就是要把流沙滞留在体系内,体系在发挥其功能的同时也是逐步丧失其功能的过程。在平坦地形条件下,草方格沙障积沙是从前沿向纵深发展的。在复杂地形地貌条件下,流沙的堆积具有不平衡性,且积沙形式多样。无论积沙形式如何,都有整体向前推进的趋势。阻沙栅栏的积沙形式因材料及孔隙度的大小而异,阻沙栅栏在初期时,可以拦截较多的沙量(75%),草方格固沙带只承担25%的积沙量,随着时间推移,阻沙栅栏的效益逐渐降低,草方格固沙带则要承担较多的积沙量。从阻滞的沙量来看,一道栅栏阻拦的沙量至少等于40行草方格滞留的沙量,在工程实践中应优先考虑栅栏的应用。

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。

敦煌莫高窟顶风沙综合防护体系固沙效应的数值模拟

结合中尺度大气模式MM5和Shao的风蚀起沙方案,对敦煌莫高窟顶灌木林带和草方格沙障的固沙效应进行数值模拟研究。结果表明:灌木林带的建立,使其地表风蚀起沙的临界摩擦速度(ut)达到1.15m/s,是林带建立前的4.1倍,地表的顺风向沙粒通量(Q)和垂直尘粒通量(F)均减小为0,完全抑制了地表风蚀起沙;草方格沙障的设置,使ut达到0.53m/s,为设置前的1.9倍,Q和F分别减少约3/5和7/8,固沙效果非常明显。一般情况下,ut不会大于1.0m/s,充分说明灌木林带比草方格具有更强的固沙效果。MM5模拟的摩擦速度和观测的摩擦速度在变化趋势上呈较好的线性相关,相关系数达0.8以上,说明MM5对该区域摩擦速度的模拟结果可靠。

古尔班通古特沙漠草方格沙障对土壤养分的影响

以古尔班通古特沙漠引水工程沿线草方格沙障设置区域为研究对象,分析了不同铺设年限草方格沙障对表层土壤有机质、速效氮、速效磷和速效钾的影响。结果表明,铺设草方格沙障可提高土壤有机质、速效氮、速效钾的含量,其中速效氮和速效钾含量增加趋势最显著(P<0.05),但对速效磷含量影响不显著(P>0.05)。土壤养分含量随草方格沙障铺设时间延长而逐渐增加,但达到一定阶段后趋于平缓。本研究结果说明,草方格沙障对土壤定向培育呈现为正向反馈,为采用草方格促进工程沿线生态恢复和重建提供了理论支撑。

风场及光伏电场配置对阵列风沙结构影响的模拟分析

以对比分析不同风场及电站配置模式下光伏阵列对风沙输移的影响差异为研究目的,通过风洞模拟实验对不同风速、风向、电站阵列行距及是否布设麦草沙障时阵列在0~50 cm内的输沙情况进行分析,并对风沙流结构进行了探讨。结果表明:1)在0~50 cm高度范围内,阵列模型的输沙率与风速大小呈正比,与集沙高度呈反比,3个试验风速下输沙率均以多项式拟合关系最佳;2)当风向为南风时阵列输沙率及其风沙流结构特征值(λ)最高,南风(180°)、东北风(45°)、西北风(315°)的输沙最佳拟合函数分别为多项式函数、对数函数和指数函数;3)当阵列行距为20 cm时(以野外电场为原型等比例缩小值)阵列输沙率最高;4)当阵列前端布设麦草沙障后阵列风沙流结构特征值(λ)为1.75,即此时风沙流呈不饱和状态,具有挟沙能力。

防风固沙草方格铺设机器人通过性研究

在沙漠沙土物理性能试验的基础上,对轮胎与沙土相互作用力进行计算,得到沙漠牵引车在行驶过程中产生的驱动力,进行了纵向铺草机构滚轮压草阻力试验,依据汽车地面力学理论对草方格铺设机器人的通过性进行了研究,结果表明所设计的机器人在沙漠中具有良好的通过性。

PLC在草方格铺设机器人控制系统中的应用

在详细阐述了铺设草方格工作原理和工艺流程下,选择了PLC作为控制核心,并根据工作要求给出了软硬件的设计与实现方案,及对车用测距雷达进行改造实现横向自动调节功能的方法,经过现场试验证明了该系统是一套综合、高效的控制系统。它对PLC在机器人上的应用具有一定的指导意义和参考价值。

草方格铺设机器人虚拟样机建模及平顺性分析

该文在基于Pro/E的草方格铺设机器人设计基础上,把Pro/E模型通过接口传到ADAMS软件中建立了草方格铺设机器人虚拟样机,讨论了虚拟样机建模中的流体系统建模、控制系统建模和工作环境建模问题,进行了机器人平顺性评价的虚拟试验,通过与相同实验情况下实际机器人道路试验相比较,验证了草方格铺设机器人虚拟样机具有较高的精度和可信度.

太中银铁路典型路段防沙体系及其防护效果试验研究

针对太中银铁路受风沙危害日益严重的情况,根据因地制宜、因害设防等原则,以其中沙害最严重的定银线上K1 563＋500—K1 566＋850区段为试验段,在该区段内开展先设立复式阻沙栅栏、草方格及尼龙格状固沙网等工程治沙措施,后种植树（草）的防沙体系及其防护效果的试验研究.结果表明：阻沙栅栏的阻沙率随风速的增大而降低,平均阻沙率为81.1％;采取阻沙栅栏与尼龙格状固沙网相结合的综合阻沙固沙措施,不但能进一步提高阻沙率（平均为92.8％）,还能扩大积沙沉积的范围,且延长阻沙栅栏的使用寿命;采用草方格沙障措施可使地表粗糙度增加109倍,近地表风速降低45％～60％,流动沙面被固定;在工程治沙措施的保护下,区段内植被覆盖度提高了10～15倍,形成植物防沙体系,有效治理了铁路沙害.

青海湖防沙治沙工程措施区沙土粒度特征

对青海湖沙区克土及沙岛的固沙草方格进行了调查、采样及样品分析.初步结果显示,克土-草方格区,0～30 cm,平均粒径为1.71(Φ),标准偏差平均值为0.68(Φ),平均偏度为-0.12(Φ),峰度平均值为1.18(Φ);30～50 cm,沙粒平均粒径为1.74(Φ),标准偏差平均值为0.85(Φ),平均偏度为-0.06(Φ),平均峰度值为0.98(Φ).沙岛-草方格内:0～30 cm,沙粒的平均粒径为2.22(Φ),标准偏差的平均值为1.13(Φ),平均偏度值为-0.10(Φ),平均峰度值为1.02(Φ);30～50 cm,平均粒径为2.22(Φ),标准偏差平均值为1.08(Φ),平均偏度值为-0.08(Φ),平均峰度值为0.99(Φ),属于中等峰态.

防风固沙草方格铺设机器人剪切结构的设计

在沙漠中铺设草方格是防风固沙的有效手段,草方格铺设装置是自动高效铺设草方格的设备。剪切机构是草方格端设装置中一个重要的组成部分,它的功能直接影响装置的运行。本文针对草方格铺设装置所要完成的任务,设计出一套既适合工作环境,又能完成剪切任务的新型机构。

填充型介质阻挡放电分解CO_2的研究

为治理温室气体CO2,采用填充介质阻挡放电等离子体对CO2还原进行了研究,考察了添加活性炭、秸秆等碳源对CO2分解特性的影响.结果发现,相比于沸石材料,添加了活性炭后尾气中O2含量明显减少,CO含量增大,但由于放电状态的改变,CO2分解率提高幅度不大;添加秸秆材料后CO2还原率和CO生成率均有较明显提高,尾气中有H2O和烷烃类有机物生成.

古尔班通古特沙漠2种典型固沙措施的生态恢复效应

草方格和草方格-人工林综合防护措施是荒漠区风沙危害防治和生态恢复的重要措施,以古尔班通古特沙漠建植的草方格和草方格-人工林综合防护措施区为研究对象,相邻自然沙垄为对照,通过调查和计算植物多样性指数、丰富度和多度,测定土壤养分指标,对比分析了2种措施的生态恢复效应。结果表明:1)草方格和草方格-人工林综合防护措施实施后,植物多度由裸沙地分别恢复至22株和87株,物种丰富度分别达到了19和26,科数分别达到了9科和12科;草方格样地内土壤养分各指标值除有效P、全N、有机质低于自然沙垄外,全P、全K、有效N、速效K均基本恢复至自然沙垄水平,草方格-人工林样地内除全K含量与自然沙垄基本一致,其余指标均极显著高于(P<0.01)自然沙垄。2)植物多度、丰富度、多样性指数均表现为草方格-人工林样地>草方格样地,且前者群落生活型结构比后者更复杂,演替速度也更快。3)人工林建植产生的灌丛“肥岛”效应,使得草方格-人工林样地内土壤养分含量显著提升,土壤养分各指标的富集率除全K与草方格样地基本一致外,有效P、全N、有机质、全P、有效N、速效K均高于草方格样地。综上所述,在古尔班通古特沙漠工程扰动区,采取草方格-人工林综合防护措施比仅采用草方格措施更有利于生态恢复。