防护林降解近地表沙尘的风洞模拟研究

在总结前人研究的基本理论基础上,依据相似性理论,采用风洞模拟实验的方法,研究不同结构类型防护林降解近地表沙尘的基本规律及特征。研究结果表明：防护林内不同位置降尘量分布规律是第二：条林带后或第二网格内降尘量最多,然后依次减少。在同一网格内风速低时,从网格的前端到后端降尘量在逐渐增加;风速高时,网格中间降尘量少,两端降尘量多。从每一点的绝对降尘量来看,网格的前端是高风速降尘量人于低风速,中间往后是低风速的降尘量大于高风速降尘量。     

塔里木沙漠公路防护林带根灌节水试验研究

根灌技术直接把水分灌溉到一定深度的植物根系土壤层,是一项新的节水灌溉技术;在塔里木沙漠公路防护林带灌溉中,首次开展了根灌对土壤水分作用与影响的节水试验研究,并与传统的沙漠公路防护林带滴灌技术进行对比。研究结果表明,根灌技术比滴灌技术更加节水,其主要优点表现在增加土壤含水量、增加土壤层的湿润深度、提高灌水效率、节省灌水时间等。而且,根灌技术能有效地抑制滴灌造成的地表土壤水分的蒸发损失、地表土壤的盐分积累。根灌技术比滴灌要节水30%以上,是一项更高效的节水灌溉技术。     

小网窄带防护林叠加防风效果风洞实验

小网窄带防护林在干旱区防护林构建中发挥着重要作用,研究小网窄带防护林叠加防风效果对指导防风固沙林空间配置与结构优化具有重要意义。选取两种典型小网窄带防护林网,对连续6个林网叠加的防护林开展基于流场分析防风效果的风洞模拟试验。结果表明:小网窄带防护林叠加后随着林网数量的增加各林网内的风速逐渐减小且在中间林网位置趋于稳定,乔木纯林林网在第3林网基本达到稳定,乔灌混交林网在第2林网达到稳定;两种防护林各林网内风速均符合正态分布特征,风速稳定后多为右偏态高狭峰;16 m·s^-1风速下,乔木纯林网叠加(0~252 cm)的防风效能分布范围为16%~74%,整体在60%防风效能下发挥着良好防风效果,乔灌混交林林网叠加的防风效能分布范围为15%~89%,整体在70%防风效能下发挥着良好防风效果;16 m·s^-1风速下,乔木纯林林网叠加(0~42H,H=6 cm)的风速加速率为0.25~0.94,乔灌混交林林网叠加的风速加速率为0.1~0.94;根据风速加速率的分布特征划分出4个不同的风速分布区,分析还发现灌木对林带枝下高范围的近地层气流影响显著,对削弱近地层风速起到了重要作用。     

极度干旱区不同灌水量下沙枣防护林根系分布特征

研究滴灌条件下极端干旱区防护林的根系生长, 对研究制定科学的防护林灌溉制度和维护绿洲防护林稳定性有重要意义。以塔里木河下游尾闾绿洲--喀拉米吉绿洲滴灌沙枣防护林体系为研究对象, 设置了3 个滴灌量梯度(18 L、30 L、48 L), 分析了极端干旱区沙枣防护林在不同灌水量处理下的根系分布特征。结果表明:①长期采用滴灌后, 沙枣根系大部分分布在较浅的土层(以地下0～40 cm为主), 越往下分枝能力越小, 沙枣根系生物量在0～60 cm土层中累计百分比达86%。②灌水量梯度不断增加后, 导致了根系总生物量随之增加, 但不会导致深层土壤根系持续增加, 因此, 即使用48 L的灌水量形成更深的土壤湿润层, 林木根系下扎能力与深度没有表现出随之增加的趋势。48 L滴灌量处理下, 土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较小(仅为0.6), 生物量主要集中在表层;30 L处理下, 土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较大(0.75)。③粗根(φ≥5 mm)数量随着滴灌量的增大而增多, 30 L滴灌量处理下, 5 mm>φ>2 mm的根最多;18 L滴灌量处理下, φ≥5 mm的根与φ≤2 mm的根系数量均最少。建议大规模防护林的灌溉中应采取多样化的灌溉制度, 才可达到极端干旱区防护林体系的可持续发展:棉林争水季节(5-7 月)适当亏缺灌溉, 8月以后可增加灌水量或1～2 次灌水。     

和田河流域灌(草)丛沙堆的形态特征与发育过程

灌 (草)丛沙堆形态是由区域植物、风力和沙源相互作用塑造的一种动力平衡形态。本文在对新疆和田河流域灌 (草)丛沙堆野外考察、形态测量和统计分析的基础上,探讨了该区灌 (草)丛沙堆的形态变化规律和不同发育阶段的特征,结果表明:各种灌 (草)丛沙堆的长度、宽度与高度之间存在着较好的相关性,但不同种类灌 (草)丛沙堆以及同一类型沙堆在不同发育阶段的形态特征存在一定差异;基于沙堆形态特征的数学模型分析,并结合区域生态环境和风沙环境特点,可把灌 (草)丛沙堆发育划分为各形态指标协同变化的增长阶段,以植物动力影响为主、长宽尺度均衡发展、坡度较大的稳定阶段,以及沙堆长度相对缩短、各形态指标关系趋于复杂的风蚀衰退阶段。     

咸水灌溉下塔里木沙漠公路防护林水分平衡研究

应用水平衡原理对塔里木沙漠公路防护林土壤水分运动规律进行研究,估算了塔里木沙漠公路防护林体系的耗水特征,为今后的灌溉方案设计提供依据。研究结果表明:沙漠公路防护林水平衡区在1 a的水平衡期内,2 m土体水分储量和植物生长周期密切相关,早春至初夏及秋季2m土体储水量均增加,但盛夏土体储水量下降明显。2 m以下土层储水量在整个水平衡期均增加,土体中的水分在向土壤下层运移。水平衡各项中灌溉量836.5 mm;蒸散量372.6 mm;渗漏到2 m土层以下的水量为304.5 mm;净渗漏量7.8 mm。即:流出灌溉区的水量为684.9 mm,占总灌溉量的81.9%。因此,塔里木沙漠公路防护林节水灌溉仍具有较大节水空间,能够采用合理的灌溉制度减少水资源浪费,保障塔里木沙漠公路永续利用。     

草牧场防护林营造技术的研究

草牧场防护林是具有特殊作用、功能和意义的防护林林种。它不仅可以改善草牧场微域气候,增加牧草产量,改善牧草质量,提高草牧场生态经济系统的生产力和稳定性,而且可以增加生态系统的物种多样性和景观多样性,改善区域性生态环境,促进区域性自然-社会-经济复合生态系统的可持续发展。因此,20世纪以来对草牧场防护林的研究就已开始,特别是进入20世纪80年代之后,随着草原生态环境的急剧恶化,其研究日趋活跃。该文在参考了大量国内外文献的基础上,对草牧场防护林的概念、功能、作用、特别是营造技术等问题进行了系统的综述,并对草牧场防护林的营造技术进行了展望。在实施西部大开发的战略中,加强草牧场防护林建设,对于草原生态环境的恢复、重建和改善具有十分重要的意义。     

农田防护林网林地水分状况研究

通过1992~1994年的定位观测,对农田防护林网中的护田林、护渠林林地含水量和林木生长进行了研究。结果表明,3年平均耗水量:护田林是154.40 mm,护渠林内侧2995.92 mm,护渠林外侧1514.75 mm。护田林带的土壤含水量在0~150 cm层内变化,以下为稳定层,而护渠林深层渗漏严重,可穿透3 m土层。胸径和材积生长量是护渠林内侧>护渠林外侧>护田林,但护田林若遇丰水年份,则胸径和材积猛增。农田防护林网的布置格局,应大力发展护渠林。护田林带应采用3行窄带式沟植,成林后可不再灌溉,但切忌农田休闲时,中断维持林木生长的侧渗水。     

论四川盆地丘陵区防护林体系的建设

四川盆地丘陵区,人多地少,资源贫乏,经济不发达,生态环境质量低劣,因而建设具有生态效益、经济效益和社会效益的防护林体系很有必要。建设本区防护林体系的原则应是:共生,布局与结构合理,土地资源充分利用和总体最优。经采取切实有效的措施后,最终建成一个良性农田生态防护林网络体系,以协调当地人口、资源、经济和环境之间的关系,并使其日臻完善。     

成水滴灌下塔里木沙漠公路防护林土壤盐分分布特征分析

对塔里木沙漠公路防护林地进行实地取样分析,研究咸水滴灌条件下土壤盐分变化规律及其离子分布特征.试验采用5个矿化度水平的咸水灌溉处理:29.70(1号井),25.90(2号井),20.99(8号井),16.95(14号井)和5.75 g·L-1(18号井).试验结果表明:咸水滴灌对土壤盐分含量和离子组成有显著影响,土壤积盐程度随灌溉水矿化度的增大而加剧,土壤盐分组成以C1-、Na+和SO42-为主;不同盐分离子在土壤剖面上的分布特征不同,C1-、Na+、Mg2+和SO42-四种离子的分布较一致,在垂直滴头向下方向浓度最低,远离滴头径向浓度逐渐增大,Ca外和HCO3-在剖面上的分布存在明显的不一致性,在水平方向上远离滴头HCO3-离子浓度向上层聚集,Ca2+则表现为向下层淋溶.研究结果对极端干旱区高矿化度咸水的合理开发利用及防护林的可持续发展具有理论意义和应用价值.     

高立式沙障处的风沙沉积及其表征的风沙运动规律

对高立式沙障处的风沙沉积情况与风沙活动强度之间的对应关系进行探讨。结果表明,在一定条件下,两者对应关系明显,相互间可进行换算。据此对应关系,在塔克拉玛干沙漠公路支线上选取合适路段,在不同地貌类型及不同地貌部位上,通过量测高立式沙障处的积沙量,得知风沙活动强度在不同区域的变化情况,从而进一步推断出塔克拉玛干沙漠腹地风沙运动的某些规律或特征:如最大输沙量可达17m³·m^-1·a^-1左右;在垄间低地中,一些小纵向沙垄可成为输送风沙的主要通道;在复合型纵向大沙垄中,沙垄体自身的运动形式与单个沙丘的运动形式相类似,等等。     

不同类型防沙堤流场的风洞实验模拟研究

防沙堤在风沙防护体系中发挥着重要的作用。对不同形状、不同倾角和不同高度防沙堤的流场结构进行风洞模拟实验,对不同类型防沙堤的防护效益进行评价。研究结果表明:①防沙堤强烈地影响了周围的气流流动特性,根据不同流场特征将其划分为5个典型区域:迎风坡脚低速区、遇阻抬升区、集流加速区、减速沉降区和消散恢复区,其中迎风坡脚低速区和背风侧减速沉降区能有效降低风速、阻滞风沙流。②梯形较三角形防沙堤形成的迎风坡脚低速区范围更大,而三角形较梯形防沙堤形成的有效防护距离更大。③三角形防沙堤的防护范围随风速的增大而减小。三角形防沙堤形成的有效防护距离随迎风坡倾角的增加而增大;迎风坡脚低速区范围随倾角增大而减小。④倾角40°的三角形防沙堤模型在各组风速下均形成最大的有效防护距离。⑤防沙堤背风侧的有效防护距离与沙堤高度呈正相关。     

PIV技术及其在风沙边界层研究中的应用

为了考察粒子图像测速度技术在风沙环境风洞中的测量精度及在风沙边界层研究中的应用潜力,通过筛选适当的示踪颗粒,借助PIV测量系统重新测量了风沙环境风洞中的风廓线,并获得了风沙边界层内跃移沙粒的速度和浓度分布规律。实验结果表明：PIV测得的风速廓线与标准风速廓线仪所测结果相当吻合(R2≥0.99);沙粒跃移的平均水平速度和相对浓度（灰度）沿距离沙面高度分别呈幂函数和负指数分布,沙粒速度随高度和自由风速的增加而增大,相对浓度随高度的增加而快速衰减,风速越小衰减越快,风速越大衰减越慢,这一结果与前人的结论一致。PIV系统为将来能够进行更加精确的风沙运动微观机理研究提供了技术保证。     

植被盖度对沙丘风沙流结构及风蚀量的影响

以科尔沁沙地不同植被盖度沙丘为研究对象,采用野外可移动风洞进行原位测试,开展了沙丘植被盖度对风沙流输沙率影响的研究,探讨了地表风蚀量与风速及植被盖度的关系。结果表明：空气动力学粗糙度随植被盖度增加先平缓后剧烈,与植被盖度相关关系呈三次函数增长。在各植被盖度下各层输沙率均随高度增加而递减,随风速增加而递增。同一植被盖度下风蚀量随风速增加而增大,符合幂函数或二次函数关系,但二次函数相关性更高。同一风速下风蚀量随植被盖度的增加呈阶梯式降低,在盖度小于27%时风蚀量平缓下降,盖度27%~43%时风蚀量急剧下降,盖度43%以上时风蚀量下降重新趋于平缓。相对截留率随风速增大而减小,随植被盖度增加而增大,沙丘草本植被盖度43%以上时具有较好的防风固沙效果,此时平均截留率达88.02%。     

不同坡角公路路基流场的风洞实验

根据内蒙古S315一级公路黑风口路段风沙危害现状,基于风洞模拟实验,采用毕托管测定不同坡角路基模型断面的风速,通过对流场分布、风速廓线及风速减弱率的分析探讨沙漠公路风沙危害的形成机理。结果表明：坡角对路基两侧的积沙范围和风蚀强度有重要影响。风速一定时,坡角越大,路基两侧积沙范围越大,与之对应的防护范围也应加大。路基坡角一定时,路基背风侧积沙范围随风速增大整体可能呈扩大趋势,坡角越大,扩大趋势越不明显,导致大量沙粒堆积在背风坡脚附近,这就需在坡角较大的公路背风侧多设置几道阻沙栅栏和固沙方格来降低风速、防治沙害。风沙流对迎风坡脚和迎风坡肩的风蚀作用最强,在实际应用中,应重点对这两个部位进行工程砌护,以防路基塌陷造成交通事故威胁公路安全运营。     

低覆盖度不同配置灌丛内风流结构与防风效果的风洞实验

 低覆盖度灌木群丛是干旱、半干旱区广泛分布且具有重要意义的植被，也是人工修复沙地应遵从的植被。通过风洞试验模拟了覆盖度在20%左右的三种水平配置格局的灌木群丛内风流结构与防风固沙效果。结果表明：①水平配置格局不同，低覆盖度灌木群丛的防风效果差异显著，行带式模式具有非常显著的阻碍和降低风速的作用（风速降低36%~43%）;等株行距模式次之，风速降低7%~28%;随机不均匀配置模式内局部有风速抬升现象，② 行带式模式内形成规整的随灌丛带波动的流场结构，而随机不均匀配置模式内形成由多个风影区和风速加速区组合的非常复杂的流场结构，等株行距模式居于二者之间。③ 带间宽度在56 cm和64 cm时的防风效果较带宽为32 cm和40 cm好。说明覆盖度降低到11%~13%，行带式模式的防风效果仍然不会降低。④两行一带配置均表现防风效果优于单行配置，且随试验风速的增大防风效果更好。     

旋风分离式集沙仪在风洞内集沙效率的试验研究

为了改变旋风分离式集沙仪本体直径、入口截面宽度、锥体段高度的主要结构参数,在实验室风蚀风洞内分别进行了性能试验,测试了集沙仪的性能参数并进行了分析。结果表明,改变其中一个结构参数的水平,集沙仪平均沙尘收集率在80%~90%之间,而且参数水平的变化对于各粒径范围的土样的沙尘收集率影响程度不同。通过分析可得:在各风速下,对于各种粒径的土样,本体直径由50 mm改变为40 mm时沙尘收集率降低;入口截面宽度由10 mm变为8 mm时沙尘收集率提高约2%~3%;锥体段高度由100 mm改变为125 mm时沙尘收集率提高约3%~4%。对于不同粒径的土样,当分别以本体直径为50 mm、入口截面宽度为8 mm、锥体段高度为125 mm时,集沙仪的平均沙尘收集率提高2%~4%。     

蠕移沙粒流体起动风速的实验研究

 设计制作了能够有效避免沙槽下风端沙粒塌陷的蠕移沙粒集沙仪,并分析了该集沙仪中集沙槽的高度和厚度对单宽蠕移输沙率实验测量结果的影响,给出了集沙槽的合理高度和厚度;利用该集沙仪在风洞中测量了不同风速下的单宽蠕移输沙率,外推给出了沙粒的流体起动风速。     

不同结构的尼龙网和塑料网防沙效应研究

通过不同结构的尼龙网和塑料网对风沙流减弱作用的风洞实验研究,旨在为探求各种防沙新材料的防护功能,并为防沙新材料的开发、野外工程防沙的优化设计及其应用提供理论依据。笔者在前人研究的基础上,以平均净阻沙率、网后平均输沙率和风沙流动态变化趋势为参考指标,初步证实了尼龙网和塑料网与常规的防沙材料,在防沙功能上具有同等的作用,且当孔隙度β在40%左右时防护效益最佳。     

低覆盖度羽翼袋沙障防风积沙效应的风洞试验

羽翼袋沙障是按照底袋固定流沙和袋上的羽翼片在风中波动削弱风速而设计出来的组合沙障,已获得专利授权。本试验针对羽翼袋沙障,在4种风速条件下,模拟了风速流场和阻沙固沙效果。结果表明：（1）与袋状沙障（对照）相比,羽翼袋沙障防风效果平均增加了48%,且风速越大降低风速效果越明显,说明羽翼片的波动能够显著消弱风速。（2）与对照相比,羽翼袋沙障的输沙量分别降低81.44%（翼高10 cm）、88.92%（翼高20 cm）。（3）同样是直径10 cm的袋,翼高20 cm的羽翼袋沙障风蚀量比翼高10 cm的降低风速13.6%,减少风蚀量19%。羽翼袋沙障具备固沙与削弱风速的作用,显著提高沙障的防风固沙效果,为防沙治沙开拓了新途径。