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。

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。

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。

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。

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.

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。

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。

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。

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。

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.

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 。

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。

一种多功能沙漠压沙种草机的设计

针对沙漠丘陵地带无法使用大型机械化设置草方格沙障的问题,文章研究了一种多功能立体沙漠压沙种草机,包括机架、行走轮系、秸秆铺设装置、开沟装置、压秸覆土装置和播种装置等;主要是依靠沙漠越野牵引车提供牵引力,拖拽安装在机架上的秸秆铺设和种草双重装置,进行开沟、秸秆铺设和覆沙掩埋秸秆,最后在埋入的秸秆附近进行播种,达到铺设草方格沙障和种草的目的。

一种自动化草方格沙障铺设装置

草方格在防风固沙、涵养水分等方面优势突出,对防治土地荒漠化有奇效,但是现有草方格铺设装置存在运行人力成本高、操作烦琐、环境适应性差和设备昂贵等不足。该课题提出研发一种易于单人操控的自动草方格铺设机械装置,该装置主要包括机体框架、草料输送与切断、挤压装置和电控等模块。其中,机体框架采用克里斯蒂悬挂减震结构,双电机驱动履带动力设计,利用输料电机带动滚筒旋转及导料槽导向实现草料铺设,通过步进电机驱动同步带及圆盘锯等结构实现草料切割,采用伞齿轮滚珠丝杆升降机构,完成草料埋入动作,以及控制草料埋入深度。实践证明,该装置不仅能降低人力成本和劳动强度,且装置结构简单,制造成本低,可靠易维护,市场应用前景广阔。

腾格里沙漠南缘不同规格机械化草沙障防风固沙效益研究

为了对腾格里沙漠南缘不同厚度、不同高度的机械化草沙障防风固沙进行效益研究,探索不同规格机械化草沙障的防风固沙效益。通过测定不同规格机械化草沙障的孔隙度、沙障内凹面高度Z,并观察草沙障内沙面稳定状态等。结果表明:机械化的草沙障防风固沙效果与草沙障高度、草沙障厚度及孔隙度均有关系,孔隙度为40%~50%的机械化草沙障的防风固沙效益明显高于疏透度在10%以下的;在铺设高度为30 cm、厚度为1 cm的草沙障时,蚀积系数为1/9.95,是值得推广的一种机械化草沙障;在实施机械化的草沙障铺设时,应尽量避免对原有沙丘上沙生植物的破坏,且在铺设成型的机械化沙障内,栽植梭梭苗木,苗木成活率明显高于裸露沙地。

利用作物秸秆扎设草方格沙障保护输电线路基础

根据750kV白宁Ⅵ标段所处区域的特点,从秸秆种类选择、长度确定、质量要求等方面介绍了输电线路基础草方格沙障扎设工艺的相关细节。草方格沙障既有效地保护了塔基处环境,又确保了输电线路基础免受流沙危害,为该线路长期运行奠定了基础。

刷状草方格固沙障机织工艺与防沙效果研究

草方格固沙障因其固沙效果好、成本低廉且环保的特点,被认为是中国乃至世界各地防沙治沙的最有效方式,亦被称为“中国魔方”.但长期以来,草方格沙障的施工方法未得到改进,依然需要有经验的工人利用铁锨将麦草扎入沙地中,形成半隐蔽式草方格,这一过程耗时耗力,不能满足当前我国防沙治沙事业提质增效的新时代要求.本文研制了一种将麦草通过机械编织而成的刷状草方格固沙障,使草方格沙障施工效率提高60%以上.通过对刷状草方格固沙障防沙效果开展系统的风洞实验和野外观测研究发现:(1)与传统草方格沙障相同,刷状草方格固沙障内部形成了明显的气流减速区和流向涡旋,沙障顶部出现了明显的抬升气流.当风速低于20 m s^(-1)时,固沙障可使地表风速降低80%以上;(2)刷状草方格与传统草方格沙障对风沙流的扰动作用相同,沙障内输沙率随高度变化不再遵循指数递减规律,输沙率随高度增加先增大后减小,在沙障顶部出现最大值;(3)刷状草方格固沙障固沙效率(Rs)随风速的增大线性减小,但在一般沙漠地区Rs可达到90%以上.刷状草方格有望替代传统草方格固沙障,减轻劳动强度,提高施工效率,为草方格沙障的机械化编织和智能化施工提供技术支撑.

草方格沙障的生态恢复作用——以古尔班通古特沙漠油田公路扰动带为例

统计描述阜彩路、准东沙漠油田公路两条古尔班通古特沙漠内的油田公路扰动带内植物样方和采集不同年龄草方格内表层、次表层及草方格外的表层沙样 ,在室内实验分析、比较沙样粒度配比、有机质和盐分含量 ,初步总结出了草方格沙障对公路扰动带的生态恢复作用 :降低近地表风速 ,草方格内积沙 ,表层细粒沙物质含量增加 ,形成稳定的沙面环境 ,使植物种子易于着床、生长 ,沙表层的有机质、盐分含量随着时间而增加 ,促进了生物结皮的发育。

库布齐沙漠北缘不同作物秸秆平铺式沙障的防风效能

本研究以七星湖沙漠风景区沙丘上的芦苇秸秆、向日葵秸秆和玉米秸秆平铺式沙障为研究对象,通过测定各沙障障格内以及裸沙丘近地表不同高度处的风速,对比研究了各沙障的防风效益。结果表明,①3种沙障在10cm高度处均具有明显的防风效能,且随着高度的增加,防风效能减小,从10cm到100cm高度,3种沙障的防风效能平均降幅达63%。②在沙丘迎风坡,芦苇秸秆沙障的防风效能和地表粗糙度分别是向日葵秸秆沙障的1.36倍和2.34倍,是玉米秸秆沙障的1.76倍和1.88倍;在沙丘坡顶和背风坡,玉米秸秆沙障的防风效能及地表粗糙度均显著高于另外两者(P<0.01)。③3种沙障的风速廓线均呈现出一种类似于"S"型的变化特征,而作为对照的裸沙丘风速廓线则服从典型指数函数分布。