水土保持

水土保持学结业论文

姓名：陈哲

班级：08农水2班

学号:2008102942

指导老师：杨海梅

日期：2010年5月24日

我国工程治沙技术的类型及研究趋势

摘要: 结合实践和阅读参考文献, 分析了我国工程治沙技术方法的研究与发展。随着计算机科技的发展和

材料科学的进行, 我国的工程治沙技术研究内容与趋势为: 风沙危害防治工程机制的野外与模拟试验对比

研究, 相对较低成本的新型防风固沙材料研制与应用, 重大工程中的风沙危害评价与治沙工程效益的前期

评估, 定位试验研究站的完善以及相关课题的连续性长期研究。

关键词: 工程治沙技术; 类型; 发展趋势

世界治沙的历史已有600多年, 德法等国以海岸治沙而成为世界治沙的鼻祖, 此后, 苏、美、英等国在植物治沙中做了大量研究, 特别是苏联不但在植物治沙作了深入研究与大量应用, 同时也发明了草方格沙障等有效的工程治沙措施。近30年来, 随着苏联的解体, 世界治沙研究和应用中心已经由苏联逐渐转向亚非地区[ 1, 2] , 世界各国根据本国优势, 形成了各具特色的治沙技术。我国在风沙危害及工程治沙技术原理、工程治沙技术、生物治沙措施和综合防风固沙技术及其模式的研究与应用中做了大量的工作, 取得了举世瞩目的成就, 得到世界学术界的认可[ 1, 3] 。风沙危害治理中, 虽然栽植防风固沙林是一项持续有效的风沙危害治理措施, 但是植物治沙技术应用必须有工程措施的辅助[ 3 - 5] 。特别是在干旱缺水的地区, 生物措施经常无法实行, 或强行应用植物治沙, 不但起不到防沙治沙的作用, 反而大量消

耗地下水, 成为植被退化、土壤风蚀、环境恶化的隐性因素。为此, 工程技术措施成为风沙危害不可替代的防治措施之一。工程治沙技术通常也称为机械固沙, 是相对于植物治沙而言, 采用各种工程手段防治风沙危害的技术体系[ 3] 。本文仅就我国工程治沙技术及其原理研究、机械沙障应用、工程固沙材料发展以及工程治沙技术的研究和发展趋势等作以概述, 为相应的研究提供借鉴。

1 工程治沙技术的类型

刘贤万根据治沙工程的作用, 将工程治沙分为封闭、固定、阻拦、输导、改向和消散等6类, 揭示了工程治沙原理[ 5] 。大多数研究者按治沙工程所用材料和实施动力可分为机械沙障、化学固沙、风力输沙和水力拉沙[ 4, 6] 。其中: 化学固沙成本相对较高,要求特殊的施工机械, 使用范围有限; 风力拉沙仅限特殊地段或局部治沙, 工程设计要求较高; 水力拉沙必须在水源充足的地区才能实施; 以机械沙障使用最为普及。下面重点论述机械沙障的类型、材料及其防风固沙原理等的研究与发展。

1. 1 沙障

沙障是最早应用于防治风沙危害的技术之一,是植物治沙的前提和保证。由于设置沙障的材料形形色色、目的和功能多种多样, 从而形成了复杂多样的沙障分类[ 2- 6] , 产生了多种名称。根据沙障的固沙原理将沙障分为平铺式沙障和直立式沙障[ 2 ] 。根据沙障本身结构分类为: 透风、紧密和不透风沙障[ 2, 5] 。沙障材料也是分类的重要依据, 国内依建立沙障的材料将其分为柴草沙障、黏土沙障、砾石沙障、塑料沙障和其他化学材料的沙障。根据沙障的配置形式分为行列式、方格、羽状和不规则沙障。由此可见, 我国的研究者从不同角度对沙障进行了分类, 对沙障进行了较深入的研究, 在这里以固沙原理的沙障分类进行论述。

1. 1. 1

平铺式沙障

平铺式沙障是固沙型沙障[ 2] , 刘贤万将其归入封闭型治沙工程[ 6] 。在沙障的分类中, 隐蔽式沙障似乎与平铺式沙障有较多的相同之处, 是否可归为一类, 有待探讨。设置平铺式沙障最初多应用柴草、砾石和黏土等材料全部覆盖需要治理的对象。我国对其材料和设置方式进行研究后, 现开始应用化学固沙剂来固定沙面, 设置方式除全面铺设外, 研究应用了带状铺设式[ 2, 5] 。在平铺沙障的应用和研究过程中, 主要集中于对材料的研究。多数专家将化学治沙作为特殊的治沙技术而研究与论述, 从现有报道的化学治沙技术可以发现,其力学原理与平铺式沙障相同, 化学治沙技术实际就是一种在沙面喷洒特殊材料, 从而固定流沙, 减少风沙危害, 所以作者认为可以将其归入平铺式沙障。在平铺式沙障中, 国内研究应用较广的还有砾石压沙。薛娴等[ 7] 以敦煌莫高窟顶风蚀防护为例, 对砾石压沙的防护效应进行了风洞试验和野外观测研究, 发现砾石的形状和高度对增加地表粗糙度、抑制风蚀起着非常重要的作用。在一定风力条件下, 吹蚀速率随砾石覆盖度的增加呈指数递减变化, 在一定铺压密度下, 不同铺压方式表现出不同的吹蚀抑制效应。刘连友等[ 8] 也通过测定证明, 在一

定的风力条件下, 吹蚀速率随砾石覆盖密度的增加呈现指数递减变化。

1. 1. 2

直立式沙障

直立式沙障是应用最广, 研究最深入的一类沙障, 对于它的分类也就较多。根据其高度分为低立式沙障和高立式沙障。低立式沙障高度小于50 cm, 有人又将其分为隐蔽式沙障和半隐蔽式沙障[ 2] 。把高度小于10 cm的沙障称为隐蔽式沙障[ 2, 5] , 但实践中很少应用此类沙障。沙障高度10~ 50 cm则称为半隐蔽式沙障, 属固沙型沙障。目前根据所用材料分为柴草沙障、黏土沙障、砾石沙障、塑料沙障等[ 2 - 9] 。高立式沙障的高度大于50cm, 多为阻沙型沙障, 在阻止沙丘前移和阻滞过境风沙流上具有优势。制作材料有尼龙网, 塑料网, 芦苇、树枝、竹条笆、木板和玉米等作物的秸秆。影响其防护效果的主要因素为: 栅栏的孔隙度、高度、设置部位、风况和沙源[ 10- 19] 。

1. 2 其他工程治沙技术的研究与应用

风是形成风沙地貌的动力, 也是引发风沙灾害的直接参与者。经过多年的研究, 国内外已形成了多种风力治沙技术。我国比较成熟的风力治沙工程技术包括集流输导技术和非积沙工程技术。我国集流输导治沙工程技术主要是应用聚风板聚集风力,加大风速, 输导防护区的积沙。非积沙技术就是根据风沙流的特征, 创造平滑的环流条件和改变附面层形态来减少风速附面层变化或加大上升力达到防护区过境风沙流不产生堆积[ 2- 6] , 从而达到减少风沙危害。由于这种治沙技术的工程设计要求较高,对线形工程的风沙危害防治效果较好, 国内主要将其应用于渠道、公路和铁路的风沙危害治理[ 20- 23 ] 。另外, 在水资源较丰富地区, 水力也被用于治理积沙。我国的榆林等地形成了比较完善的水力治沙工程技术体系[ 2, 5] 。风沙危害都是发生在一定的地理环境系统中,因此风沙危害的防治大多采用多种治沙技术组装与

集成而形成防沙治沙体系。我国在敦煌莫高窟风沙危害和塔里木沙漠公路的风沙危害中综合应用工程治沙技术取得了良好的效果。在敦煌莫高窟风沙危害中[ 13- 16] , 根据风沙运动规律和危害方式, 以切断或削弱鸣沙山沙源和固定流沙, 并消除沙砾质戈壁面的就地起沙为目的, 在窟顶建立一个在空间上由高立式尼龙网栅栏阻沙带、尼龙网栅栏沙堤、草方格沙障固沙带、砾石压沙带、窟顶化学固沙带和羽毛状输导工程, 形成封、固、阻和输, 多种工程技术结合的防护体系, 取得了良好的效果。

2工程治沙技术的研究趋势

建国60年来, 我国风沙危害治理取得了巨大的成就, 并且走在了世界风沙危害防治的前列[ 1 - 3 ] 。在理论上基本揭示了风沙危害的成因、类型及程度。在实践中探索出多种风沙危害防治的工程措施和生物措施, 制定了以固为主、固阻结合的治沙策略, 并建立了一系列因地制宜的风沙危害控制模式。工程防风固沙技术和经验尤其受到国际上的重视[ 3] 。然而, 由于基础理论、整体研究水平和社会经济的限制, 我国的工程治沙技术研究和应用还存在一定不足, 还有待进一步发展。

2. 1工程治沙技术的不足

( 1) 风沙工程防治原理还有待进一步研究。

( 2)防风固沙材料比较原始。

( 3)工程治沙的机械缺乏。

( 4)防风固沙体系模式的优化、完善和更新有待于进一步研究和发展。

( 5) 重大工程中的风沙环境评价困难。

2. 2 研究趋势

( 1)风沙工程防治体系原理的研究。应用实验室和野外观测以及计算模拟等方法, 针对各种风沙活动过程的不同阻沙、固沙工程, 研究其气流场特征、风沙流结构及蚀积规律, 揭示其阻沙固沙的力学特性; 进而揭示不同防护体系及防护措施的原理, 为建立防护体系优化结构设计, 提出防沙工程体系中各措施的集成方案提供参考。

( 2)防风固沙新材料的研制与应用: 应用现代材料科学的研究成果, 针对不同地域的气候、土壤和地球化学等条件, 研发和引进新的防风固沙材料, 替代或补充目前防风固沙所用的主要材料。

( 3)综合固沙技术的组装与应用。经过多年的研究与实践, 我国风沙危害治理从机械和化学

的单一方式, 向以生物为主多种方式综合应用方式转化,实践证明这是一项有效的措施[ 20- 23] 。目前, 随着生物结皮、抗逆植物等培育技术的开发利用, 以植物为主体, 机械、化学与生物措施相结合的方式正在成为发展趋势。

( 4)重大工程中的风沙环境评价。随着社会和经济的发展, 大型工程, 如公路、铁路、油田等工程不断上马, 保障工程的安全施工与运营, 防风固沙成为一项重要措施。因此, 必须研究沙漠及沙漠化地区的环境容量以及重大工程建设所引起的环境问题与可持续发展, 对施工区的开发利用和工程建设中的风沙环境问题做出科学评价, 以建立有效合理的防治对策。( 5)长期定位试验研究站的完善与持续发展。经过统筹安排, 引入和应用新技术, 建设科学技术研究平台, 完善与持续发展长期定位试验研究站。

参考文献:

[1] 丁庆军, 许祥俊, 陈友治, 等. 化学固沙材料研究进展[ J] . 武汉理工大学学报, 2003, 25 ( 5) : 27

[2] 严亮, 杨久俊. 新型化学固沙材料的研究现状及其展望[ J] . 材料导报, 2009, 23 ( 3) : 51 - 54.

[3] 王银梅, 韩文峰, 谌文武. 化学固沙材料在干早沙漠地区的应用[ J] . 中国地质灾害与防治学报, 2004, 15( 2 ): 78- 81.

[4] 董治宝, 王涛, 屈建军. 风沙物理学学科建设的若干问题[ J ].中国沙漠, 2002, 22 ( 3) : 202 - 209.

[5] 李振山, 倪晋仁. 风沙流研究的历史、现状及其趋势[ J] . 干旱区资源与环境, 1998, 12 ( 3) : 89- 97.

[6] 胡英娣. 几种化学固沙材料抗风蚀的风洞实验研究[ J] . 中国沙漠, 1997, 17 ( 1) : 103 - 106.

[7] 董智宝, 李红丽, 左合君, 等. 土壤凝结剂沙障防沙机理的风洞模拟实验研究[ J ]. 干旱区资源与环境, 2004, 18 ( 3 ) : 154 -159.

[8] 屈建军, 凌裕泉, 俎瑞平, 等. 半隐蔽格状沙障的综合防护效益观测研究[ J] . 中国沙漠, 2005, 25( 3 ) : 329- 335.

[9] 石蒙沂, 张登山, 段庆光. 共和盆地机械沙障固沙的效益分析[ J] . 青海环境, 1992, 2( 2 ): 80- 83.

[10] 刘吉军, 徐秀芳. 机械沙障在乌审旗造林中的推广应用[ J] . 内蒙古林业科技, 2006, 32( 4 ) : 46- 47.

[11] 张名振. 7CX- 2型草沙障修筑机[ J] . 林业机械, 1982 ( 2 ) : 42- 43.

[12] 武凤鸣. 2ZB - 1. 45 型沙障建植播种机[ J ] . 农机科技推广,2004 ( 7) .

[13] 保平, 布库, 夏明. 2ZB - 1. 45 型沙障建植播种机的试验研究[ J] . 内蒙古农业大学学报, 2006, 27 ( 1) : 82 - 85.