尼龍網(wǎng)方格沙障在防沙治沙工程中的應(yīng)用

劉 鶴，陳 靜，羅忠瑞，蔚 珍，黃 浩

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

通過分析我國沙漠化危害現(xiàn)狀，相關(guān)工作人員對(duì)風(fēng)蝕荒漠化有進(jìn)一步認(rèn)知，發(fā)現(xiàn)目前最有效的治理措施有植物治理措施和工程治理措施，對(duì)于自然條件良好的地區(qū)，工作人員只需要利用植物治理措施就能達(dá)到防護(hù)作用，如果再結(jié)合工程技術(shù)措施，能發(fā)揮良好的治理效果；而對(duì)于那些自然條件較差的地區(qū)，在治理前期植被根本無法順利生長，只能利用工程技術(shù)來優(yōu)化土地條件，為此工程措施在整個(gè)植物措施的重要環(huán)節(jié)。同時(shí)，機(jī)械沙障作為治理荒漠化防治工程的主要措施，能有效控制地表土壤風(fēng)蝕和流失，通過優(yōu)化下層土地的性質(zhì)，來提升地面粗糙度，從而達(dá)到降低風(fēng)蝕、風(fēng)速的目的，在防風(fēng)固沙方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用，經(jīng)過大量實(shí)踐證明，機(jī)械沙障是目前應(yīng)用效果最佳的防風(fēng)固沙措施。尼龍網(wǎng)作為目前最新型的沙障材料，其憑借自身具有方便施工、時(shí)效性強(qiáng)等特征，被廣泛應(yīng)用在日常生產(chǎn)實(shí)踐中，能有效提升機(jī)械治沙效果?；诖耍恼聦⑴R澤縣南部沙區(qū)為主要研究對(duì)象，通過分析尼龍網(wǎng)沙障的組成部分來檢驗(yàn)?zāi)猃埦W(wǎng)方格沙障在治沙工程中的應(yīng)用效果，有利于實(shí)現(xiàn)防沙治沙工程可持續(xù)發(fā)展。

1 機(jī)械沙障研究現(xiàn)狀

1.1 機(jī)械沙障概述

機(jī)械沙障是指在流沙表面利用多樣化材料設(shè)置成不同類型的障礙物，通過改善地貌來優(yōu)化風(fēng)沙流動(dòng)方向、結(jié)構(gòu)、速度等因素，從而達(dá)到控制風(fēng)蝕、阻擋流沙的目的。設(shè)置初期沙障能加強(qiáng)地表粗糙度，降低風(fēng)速，阻擋固定流失；長期設(shè)置沙障能達(dá)到優(yōu)化土壤性質(zhì)、固定流沙、植被恢復(fù)等作用。通過多年治沙經(jīng)驗(yàn)來看，機(jī)械沙障通常應(yīng)用在風(fēng)沙危害嚴(yán)重、防沙難度較高的荒漠化地區(qū)，是植物治沙的基本條件，其具有至關(guān)重要的作用。同時(shí)，機(jī)械沙障根據(jù)特性不同可分為多樣化類型，根據(jù)沙障原材料不同可分為礦物質(zhì)材料沙障、新型材料沙障、傳統(tǒng)材料沙障等類型；根據(jù)沙障安裝形式不同主要有平鋪式沙障、直立式沙障兩種類型，直立式沙障是指將沙障直接立在地面上，平鋪式沙障是將其鋪設(shè)在沙面上；根據(jù)沙障防沙原理不同，可分為固定沙丘表面，避免出現(xiàn)風(fēng)蝕現(xiàn)象的固沙型沙障，以及阻擋流沙，有效降低砂粒的集沙型沙障；根據(jù)沙障透風(fēng)程度不同有不透風(fēng)結(jié)構(gòu)沙障、透風(fēng)結(jié)構(gòu)沙障、緊密結(jié)構(gòu)沙障等。另外，在長期實(shí)踐中，工作人員要嚴(yán)格遵循因地制宜的原則，根據(jù)防沙需求、當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件來選擇對(duì)應(yīng)的沙障類型，由于沙障自身材料、孔隙度、規(guī)格、設(shè)置方式存在差異性，導(dǎo)致不同沙障防治效果同樣存在差異性。如平鋪式沙障和直立式沙障兩者具有不同功能，后者具有積沙型特征，前者具有固沙型特征，只有將兩者作用進(jìn)行相互使用，才能真正發(fā)揮沙障的防治效果。

1.2 機(jī)械沙障防護(hù)效益

機(jī)械沙障防護(hù)效益主要體現(xiàn)在沙障的植被恢復(fù)功能、防風(fēng)固沙功能、土壤改良功能等方面。很多研究人員對(duì)荒漠化防治進(jìn)行全方面研究，分別針對(duì)設(shè)置規(guī)格、沙障材料、設(shè)計(jì)方法等因素來確定防沙特征、防護(hù)效果等，注重研究設(shè)置機(jī)械沙障后風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)、防風(fēng)效能、地表粗糙度等特征。經(jīng)過大量實(shí)踐證明，設(shè)置沙障能有效增加地表粗糙度，減少地層風(fēng)速，降低流沙移動(dòng)。工作人員通過在風(fēng)沙危害嚴(yán)重地區(qū)建立高立式格狀沙障，發(fā)現(xiàn)其對(duì)風(fēng)速具有明顯的削弱作用，其距離地表位置越近，對(duì)風(fēng)速削弱效果越好，且沙障頂部以上高度的風(fēng)速呈現(xiàn)對(duì)數(shù)關(guān)系，而頂部以下部分風(fēng)速廓線呈現(xiàn)偏離對(duì)數(shù)曲線。同時(shí)，通過分析玉米秸稈、向日葵秸稈、蘆葦秸稈等平鋪式沙障后發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈沙障防風(fēng)效果遠(yuǎn)超其他兩種效果，沙障內(nèi)風(fēng)速廓線全部出現(xiàn)S型變化，而裸沙地風(fēng)速廓線則是采用典型指數(shù)函數(shù)分布，隨著高度不斷提升，沙障防風(fēng)效果出現(xiàn)逐漸降低趨勢，平均降幅值達(dá)到62%。通過上述研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械沙障作為治理荒漠化防治工程的主要措施，能有效控制地表土壤風(fēng)蝕和流失，通過優(yōu)化下層土地的性質(zhì)，來提升地面粗糙度，有效降低風(fēng)蝕、風(fēng)速，在防風(fēng)固沙方面發(fā)揮極其重要的作用，且機(jī)械沙障是目前應(yīng)用效果最好的防風(fēng)固沙措施。

2 新材料沙障設(shè)置區(qū)的基本情況

2.1 地理位置

本設(shè)置區(qū)域坐落在臨澤縣小泉治沙站內(nèi)，東面靠近明泉公路，西部連接高臺(tái)縣鏡，南面和新華鎮(zhèn)明泉村相互連接，北邊緊靠小泉子治沙站北部農(nóng)耕地區(qū)。本地區(qū)地形呈現(xiàn)西北低、東南高的局面，整體方面出現(xiàn)傾斜狀態(tài)，全部屬于流動(dòng)性沙丘區(qū)域，土地沙漠化性質(zhì)極其嚴(yán)重。

2.2 氣候條件

本地區(qū)由于在西北內(nèi)陸地區(qū)，屬于典型的溫帶大陸性干燥荒漠氣候區(qū)域，其具有晝夜溫差大、太陽輻射強(qiáng)、日照充足等特征，全年平均降水量在117.5 mm左右，且蒸發(fā)量能達(dá)到1 337.5 mm，大氣干燥度4.9級(jí)，太陽輻射量為146.05千卡/平方厘米，每年日照數(shù)量在3 046.5小時(shí)，每天平均日照時(shí)間為8.3小時(shí)，年平均氣溫7.6 ℃，每年最高氣溫能上升到93.1℃，最低氣溫下降到28.6 ℃，平均日氣溫差為14.2 ℃，很容易造成干旱、沙塵暴、大風(fēng)等自然災(zāi)害性天氣。

2.3 植被狀況

本區(qū)域內(nèi)的植被較為稀疏，呈現(xiàn)出零星分布情況，沙丘表面有種植少量的沙篙、紅柳、沙米、蘆葦?shù)戎参?，丘陵間主要分布黑珍珠、白刺、沙米、沙篙、堿蓬等植物。

3 尼龍網(wǎng)沙障組成部分和合成材料

尼龍網(wǎng)方格沙障主要是由固定柱和尼龍網(wǎng)兩個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，尼龍網(wǎng)是將高密度聚乙烯為主要原材料，結(jié)合大量穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、納米材料、抗氧化劑等材料，再通過采用雙層編鏈邊孔襯入技術(shù)制作而成。經(jīng)過研究人員進(jìn)行網(wǎng)洞模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，尼龍網(wǎng)沙障孔隙度在30%~40%間，屬于透風(fēng)結(jié)構(gòu)型沙障，能在惡劣自然環(huán)境下的沙漠地區(qū)連續(xù)應(yīng)用10年，且能將其進(jìn)行重復(fù)利用，尼龍網(wǎng)高度在20 cm，固定立柱長度在50 cm。

4 樣地設(shè)計(jì)和觀測

通過分析治沙示范園二期建設(shè)項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)尼龍網(wǎng)格沙障主要設(shè)置在南部沙區(qū)和原生流動(dòng)沙丘區(qū)，在道路東邊設(shè)置6.67 hm2和路西側(cè)設(shè)置3.33 hm2尼龍網(wǎng)格沙障，規(guī)格嚴(yán)格按照1.5 m×1.5 m進(jìn)行，兩側(cè)沙障都是從坡腳到坡頂進(jìn)行全方位設(shè)置。

4.1 布設(shè)方法

通過分析沙紋觀測和沙丘走向來確定主要風(fēng)向，在布設(shè)尼龍網(wǎng)方格沙障時(shí)要將主要沙障和主風(fēng)向呈現(xiàn)垂直形式，副障和主障垂直夾角形成90°，再將立柱利用錘子釘在沙面上，并利用專業(yè)工具在該位置畫好十字形交叉標(biāo)注，然后將尼龍網(wǎng)和立柱夾縫相互連接，拉緊尼龍網(wǎng)，用細(xì)鐵絲將尼龍網(wǎng)扎緊，確保尼龍網(wǎng)呈現(xiàn)弓形狀態(tài)，等到所有沙丘全部設(shè)置完成后，再將四面進(jìn)行折疊，等到收邊后就確定所有施工項(xiàng)目全部竣工。

4.2 觀察方法

在沙障全部設(shè)置完畢后，工作人員可選擇最具研究意義的地區(qū)，在坡腳、分坡頂部、中部設(shè)置觀測立柱，并利用記號(hào)筆在觀測立柱方面規(guī)范整齊的刻度標(biāo)識(shí)，每月定期對(duì)其進(jìn)行觀察，并和周邊粘土沙障、麥草沙障等進(jìn)行對(duì)比。

4.3 觀測結(jié)果

經(jīng)過大量實(shí)踐檢測發(fā)現(xiàn)，尼龍網(wǎng)沙障、麥草沙障、粘土沙障在成本、抗沙埋性、輸沙量等方面存在一定差異性。

4.3.1 輸沙量

從整體方面來看，由于尼龍網(wǎng)沙障屬于直立式鋪設(shè)，能有效阻擋地面20~30 cm內(nèi)風(fēng)和沙面的直接性接觸。當(dāng)風(fēng)沙流穿越尼龍網(wǎng)沙障表面時(shí)，部分氣流會(huì)和沙障表面進(jìn)行相互碰撞，從而形成回旋問題，能有效降低沙障前的風(fēng)速和風(fēng)沙流夾沙能力，讓砂粒能全部落在表面。而另外部分氣流通過沙障空隙來進(jìn)行穿越，在整個(gè)沙障穿越過程中，由于受到沙障材料阻擋、分割、摩擦、碰撞等因素影響，給氣流動(dòng)能量帶來嚴(yán)重限制，能有效降低風(fēng)速減弱和夾沙能力，讓很多砂粒在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)嚴(yán)重的沉積、降落反應(yīng)，能有效降低輸沙量。和粘土沙障、麥草沙障相比，尼龍網(wǎng)沙障具有輸沙量最低、沙面粗糙度最高的特點(diǎn)，麥草沙障粗糙度第二，輸沙量較高，粘土沙障沙面粗糙度最低，且輸沙量最高。

4.3.2 掏蝕程度

由于該地區(qū)風(fēng)力資源極其豐富，經(jīng)常出現(xiàn)五級(jí)以上的西北風(fēng)，不可避免出現(xiàn)沙障掏蝕的問題。根據(jù)研究人員觀察發(fā)現(xiàn)，在沙丘迎風(fēng)坡的不同位置所呈現(xiàn)出來的掏蝕程度不同，尤其在坡中和坡頂位置掏蝕現(xiàn)象極其嚴(yán)重，有些位置掏蝕程度甚至上升到52 cm和22 cm。通過對(duì)掏蝕問題進(jìn)行深入分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致出現(xiàn)掏蝕問題的主要原因是由于當(dāng)風(fēng)沙流過沙障時(shí)，有部分氣流受到沙障材料的影響，停留在副沙障和主沙障夾角處，即使在固定立柱位置，有些氣流則是直接碰撞到固定立柱位置，等到這兩股氣流相互結(jié)合，會(huì)形成強(qiáng)烈的氣流合力，從而構(gòu)成較強(qiáng)的回旋氣團(tuán)，將固定立柱上面的砂粒全部夾走，從而形成掏蝕大坑，甚至在一些掏蝕問題嚴(yán)重的地區(qū)，整個(gè)固定立柱全部被連根拔起，導(dǎo)致連片沙障徹底失去其應(yīng)有作用。而尼龍沙障和粘土沙障、麥草沙障不同，尼龍網(wǎng)沙障掏蝕點(diǎn)注重固定立柱，而粘土沙障和麥草沙障則注重主障和障內(nèi)中心位置，從掏蝕程度來看，尼龍網(wǎng)沙障掏蝕程度要遠(yuǎn)超其他兩種，粘土沙障嚴(yán)重程度其次，而麥草沙障抗掏蝕性能最佳。

4.3.3 抗沙埋性

在本次實(shí)驗(yàn)中，將尼龍網(wǎng)沙障設(shè)置在南部沙區(qū)，全部采用直立式頭風(fēng)險(xiǎn)沙障，其沙障空隙度全部控制在30~45 cm，當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)沙流經(jīng)過沙障時(shí)，由于沙障前面空隙密度大，導(dǎo)致障前積沙數(shù)量較少，障后由于受到障體阻擋，風(fēng)沙流大幅度降低，沙旋進(jìn)行相互碰撞，能有效減少風(fēng)速流動(dòng)，還能降低風(fēng)沙流的夾沙性能，從而形成積沙。在正常情況下，積沙范圍通?？刂圃谡细叨鹊?.5倍左右，但由于該地區(qū)存在較強(qiáng)的風(fēng)力和砂源，經(jīng)過多次風(fēng)力影響，沙障兩側(cè)積沙很快就超過沙障整體高度，從而形成沙埋現(xiàn)象，導(dǎo)致其失去阻擋風(fēng)力的作用，但是沙障底部并不很容易形成掏蝕問題，沙障間會(huì)在最短時(shí)間內(nèi)形成穩(wěn)定沙面。根據(jù)研究人員觀察發(fā)現(xiàn)，在沙障坡腳位置和坡頂位置很容易被沙埋，在坡中位置能有效避免被沙埋，而粘土沙障和麥草沙障則不會(huì)出現(xiàn)相同情況的問題，只有少部分區(qū)域會(huì)被沙埋，歸根結(jié)底是由于麥草沙障和粘土沙障在風(fēng)沙流作用下，會(huì)逐漸提升障前高度，降低障后高度，整個(gè)沙障內(nèi)部經(jīng)過氣流流動(dòng)很容易形成光滑凹面，并不是累積大量沙子，只會(huì)在障梗附近形成大量積沙，不會(huì)給沙障造成沙埋問題。

4.3.4 成本可比性

治沙同樣要注重成本對(duì)比，和麥草沙障、粘土沙障相比，尼龍網(wǎng)沙障往往需要耗費(fèi)大量成本。根據(jù)專業(yè)人員統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，按照一畝的沙障計(jì)算，尼龍網(wǎng)沙障需要投入1 600元，而麥草沙障只需要投入850元，粘土沙障則要根據(jù)土地遠(yuǎn)近來進(jìn)行收費(fèi)，通常每畝要用到1 360元費(fèi)用。

5 總結(jié)

綜上所述，尼龍網(wǎng)沙障在沙區(qū)治理過程中具有發(fā)揮穩(wěn)定、降低風(fēng)速、減少輸沙量、優(yōu)化沙地條件等特征，但其同樣具有沙障容易被沙埋、固定立柱被掏蝕等缺點(diǎn)。通過分析尼龍網(wǎng)沙障自身的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)可將尼龍網(wǎng)沙障應(yīng)用在零星沙丘、平緩沙地等環(huán)境治理中，能具有較好的應(yīng)用效果，不適宜應(yīng)用在大規(guī)模沙區(qū)治理中，但如果在麥草資源嚴(yán)重缺乏的環(huán)境下，也能進(jìn)行大規(guī)模使用，如果能進(jìn)一步優(yōu)化尼龍網(wǎng)沙障的缺點(diǎn)，則同樣具有較好的應(yīng)用前景?；诖?，文章將臨澤縣南部沙區(qū)為主要研究對(duì)象，通過分析臨澤縣南部沙區(qū)基本情況，來探究尼龍網(wǎng)沙障的組成部分，再利用實(shí)驗(yàn)觀測方式來檢驗(yàn)?zāi)猃埦W(wǎng)方格沙障在治沙工程中的應(yīng)用效果，有利于實(shí)現(xiàn)防沙治沙工程可持續(xù)發(fā)展。