劉 鶴，陳 靜，羅忠瑞，蔚 珍，黃 浩

（甘肅建筑職業(yè)技術學院，甘肅 蘭州 730050）

通過分析我國沙漠化危害現(xiàn)狀，相關工作人員對風蝕荒漠化有進一步認知，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到防護作用，如果再結合工程技術措施，能發(fā)揮良好的治理效果；而對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，只能利用工程技術來優(yōu)化土地條件，為此工程措施在整個植物措施的重要環(huán)節(jié)。同時，機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，從而達到降低風蝕、風速的目的，在防風固沙方面發(fā)揮至關重要的作用，經(jīng)過大量實踐證明，機械沙障是目前應用效果最佳的防風固沙措施。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、時效性強等特征，被廣泛應用在日常生產(chǎn)實踐中，能有效提升機械治沙效果?；诖?，文章將臨澤縣南部沙區(qū)為主要研究對象，通過分析尼龍網(wǎng)沙障的組成部分來檢驗尼龍網(wǎng)方格沙障在治沙工程中的應用效果，有利于實現(xiàn)防沙治沙工程可持續(xù)發(fā)展。

1 機械沙障研究現(xiàn)狀

1.1 機械沙障概述

機械沙障是指在流沙表面利用多樣化材料設置成不同類型的障礙物，通過改善地貌來優(yōu)化風沙流動方向、結構、速度等因素，從而達到控制風蝕、阻擋流沙的目的。設置初期沙障能加強地表粗糙度，降低風速，阻擋固定流失；長期設置沙障能達到優(yōu)化土壤性質(zhì)、固定流沙、植被恢復等作用。通過多年治沙經(jīng)驗來看，機械沙障通常應用在風沙危害嚴重、防沙難度較高的荒漠化地區(qū)，是植物治沙的基本條件，其具有至關重要的作用。同時，機械沙障根據(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)沙障透風程度不同有不透風結構沙障、透風結構沙障、緊密結構沙障等。另外，在長期實踐中，工作人員要嚴格遵循因地制宜的原則，根據(jù)防沙需求、當?shù)丨h(huán)境條件來選擇對應的沙障類型，由于沙障自身材料、孔隙度、規(guī)格、設置方式存在差異性，導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，只有將兩者作用進行相互使用，才能真正發(fā)揮沙障的防治效果。

1.2 機械沙障防護效益

機械沙障防護效益主要體現(xiàn)在沙障的植被恢復功能、防風固沙功能、土壤改良功能等方面。很多研究人員對荒漠化防治進行全方面研究，分別針對設置規(guī)格、沙障材料、設計方法等因素來確定防沙特征、防護效果等，注重研究設置機械沙障后風沙流結構、防風效能、地表粗糙度等特征。經(jīng)過大量實踐證明，設置沙障能有效增加地表粗糙度，減少地層風速，降低流沙移動。工作人員通過在風沙危害嚴重地區(qū)建立高立式格狀沙障，發(fā)現(xiàn)其對風速具有明顯的削弱作用，其距離地表位置越近，對風速削弱效果越好，且沙障頂部以上高度的風速呈現(xiàn)對數(shù)關系，而頂部以下部分風速廓線呈現(xiàn)偏離對數(shù)曲線。同時，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)，玉米秸稈沙障防風效果遠超其他兩種效果，沙障內(nèi)風速廓線全部出現(xiàn)S型變化，而裸沙地風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，沙障防風效果出現(xiàn)逐漸降低趨勢，平均降幅值達到62%。通過上述研究發(fā)現(xiàn)，機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，有效降低風蝕、風速，在防風固沙方面發(fā)揮極其重要的作用，且機械沙障是目前應用效果最好的防風固沙措施。

2 新材料沙障設置區(qū)的基本情況

2.1 地理位置

本設置區(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)，全部屬于流動性沙丘區(qū)域，土地沙漠化性質(zhì)極其嚴重。

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、日照充足等特征，全年平均降水量在117.5 mm左右，且蒸發(fā)量能達到1 337.5 mm，大氣干燥度4.9級，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，每天平均日照時間為8.3小時，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、大風等自然災害性天氣。

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)兩個環(huán)節(jié)構成，尼龍網(wǎng)是將高密度聚乙烯為主要原材料，結合大量穩(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制作而成。經(jīng)過研究人員進行網(wǎng)洞模擬實驗發(fā)現(xiàn)，尼龍網(wǎng)沙障孔隙度在30%~40%間，屬于透風結構型沙障，能在惡劣自然環(huán)境下的沙漠地區(qū)連續(xù)應用10年，且能將其進行重復利用，尼龍網(wǎng)高度在20 cm，固定立柱長度在50 cm。

4 樣地設計和觀測

通過分析治沙示范園二期建設項目，發(fā)現(xiàn)尼龍網(wǎng)格沙障主要設置在南部沙區(qū)和原生流動沙丘區(qū)，在道路東邊設置6.67 hm2和路西側設置3.33 hm2尼龍網(wǎng)格沙障，規(guī)格嚴格按照1.5 m×1.5 m進行，兩側沙障都是從坡腳到坡頂進行全方位設置。

4.1 布設方法

通過分析沙紋觀測和沙丘走向來確定主要風向，在布設尼龍網(wǎng)方格沙障時要將主要沙障和主風向呈現(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置完成后，再將四面進行折疊，等到收邊后就確定所有施工項目全部竣工。

4.2 觀察方法

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

4.3 觀測結果

經(jīng)過大量實踐檢測發(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，能有效阻擋地面20~30 cm內(nèi)風和沙面的直接性接觸。當風沙流穿越尼龍網(wǎng)沙障表面時，部分氣流會和沙障表面進行相互碰撞，從而形成回旋問題，能有效降低沙障前的風速和風沙流夾沙能力，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行穿越，在整個沙障穿越過程中，由于受到沙障材料阻擋、分割、摩擦、碰撞等因素影響，給氣流動能量帶來嚴重限制，能有效降低風速減弱和夾沙能力，讓很多砂粒在運動中出現(xiàn)嚴重的沉積、降落反應，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，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)風力資源極其豐富，經(jīng)常出現(xiàn)五級以上的西北風，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)象極其嚴重，有些位置掏蝕程度甚至上升到52 cm和22 cm。通過對掏蝕問題進行深入分析發(fā)現(xiàn)，導致出現(xiàn)掏蝕問題的主要原因是由于當風沙流過沙障時，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合，會形成強烈的氣流合力，從而構成較強的回旋氣團，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重的地區(qū)，整個固定立柱全部被連根拔起，導致連片沙障徹底失去其應有作用。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)沙障掏蝕程度要遠超其他兩種，粘土沙障嚴重程度其次，而麥草沙障抗掏蝕性能最佳。

4.3.3 抗沙埋性

在本次實驗中，將尼龍網(wǎng)沙障設置在南部沙區(qū)，全部采用直立式頭風險沙障，其沙障空隙度全部控制在30~45 cm，當出現(xiàn)風沙流經(jīng)過沙障時，由于沙障前面空隙密度大，導致障前積沙數(shù)量較少，障后由于受到障體阻擋，風沙流大幅度降低，沙旋進行相互碰撞，能有效減少風速流動，還能降低風沙流的夾沙性能，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)存在較強的風力和砂源，經(jīng)過多次風力影響，沙障兩側積沙很快就超過沙障整體高度，從而形成沙埋現(xiàn)象，導致其失去阻擋風力的作用，但是沙障底部并不很容易形成掏蝕問題，沙障間會在最短時間內(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出現(xiàn)相同情況的問題，只有少部分區(qū)域會被沙埋，歸根結底是由于麥草沙障和粘土沙障在風沙流作用下，會逐漸提升障前高度，降低障后高度，整個沙障內(nèi)部經(jīng)過氣流流動很容易形成光滑凹面，并不是累積大量沙子，只會在障梗附近形成大量積沙，不會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比，和麥草沙障、粘土沙障相比，尼龍網(wǎng)沙障往往需要耗費大量成本。根據(jù)專業(yè)人員統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，按照一畝的沙障計算，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)土地遠近來進行收費，通常每畝要用到1 360元費用。

5 總結

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。通過分析尼龍網(wǎng)沙障自身的優(yōu)缺點，發(fā)現(xiàn)可將尼龍網(wǎng)沙障應用在零星沙丘、平緩沙地等環(huán)境治理中，能具有較好的應用效果，不適宜應用在大規(guī)模沙區(qū)治理中，但如果在麥草資源嚴重缺乏的環(huán)境下，也能進行大規(guī)模使用，如果能進一步優(yōu)化尼龍網(wǎng)沙障的缺點，則同樣具有較好的應用前景?；诖耍恼聦⑴R澤縣南部沙區(qū)為主要研究對象，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，再利用實驗觀測方式來檢驗尼龍網(wǎng)方格沙障在治沙工程中的應用效果，有利于實現(xiàn)防沙治沙工程可持續(xù)發(fā)展。