尼龍網方格沙障在防沙治沙工程中的應用

劉 鶴，陳 靜，羅忠瑞，蔚 珍，黃 浩

（甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050）

通過分析我國沙漠化危害現狀，相關工作人員對風蝕荒漠化有進一步認知，發現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，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，能發揮良好的治理效果；而對于那些自然條件較差的地區，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化土地條件，為此工程措施在整個植物措施的重要環節。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，通過優化下層土地的性質，來提升地面粗糙度，從而達到降低風蝕、風速的目的，在防風固沙方面發揮至關重要的作用，經過大量實踐證明，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為主要研究對象，通過分析尼龍網沙障的組成部分來檢驗尼龍網方格沙障在治沙工程中的應用效果，有利于實現防沙治沙工程可持續發展。

1 機械沙障研究現狀

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化土壤性質、固定流沙、植被恢復等作用。通過多年治沙經驗來看，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，是植物治沙的基本條件，其具有至關重要的作用。同時，機械沙障根據特性不同可分為多樣化類型，根據沙障原材料不同可分為礦物質材料沙障、新型材料沙障、傳統材料沙障等類型；根據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；根據沙障防沙原理不同，可分為固定沙丘表面，避免出現風蝕現象的固沙型沙障，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，根據防沙需求、當地環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建立高立式格狀沙障，發現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對數關系，而頂部以下部分風速廓線呈現偏離對數曲線。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現，玉米秸稈沙障防風效果遠超其他兩種效果，沙障內風速廓線全部出現S型變化，而裸沙地風速廓線則是采用典型指數函數分布，隨著高度不斷提升，沙障防風效果出現逐漸降低趨勢，平均降幅值達到62%。通過上述研究發現，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，通過優化下層土地的性質，來提升地面粗糙度，有效降低風蝕、風速，在防風固沙方面發揮極其重要的作用，且機械沙障是目前應用效果最好的防風固沙措施。

2 新材料沙障設置區的基本情況

2.1 地理位置

本設置區域坐落在臨澤縣小泉治沙站內，東面靠近明泉公路，西部連接高臺縣鏡，南面和新華鎮明泉村相互連接，北邊緊靠小泉子治沙站北部農耕地區。本地區地形呈現西北低、東南高的局面，整體方面出現傾斜狀態，全部屬于流動性沙丘區域，土地沙漠化性質極其嚴重。

2.2 氣候條件

本地區由于在西北內陸地區，屬于典型的溫帶大陸性干燥荒漠氣候區域，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

本區域內的植被較為稀疏，呈現出零星分布情況，沙丘表面有種植少量的沙篙、紅柳、沙米、蘆葦等植物，丘陵間主要分布黑珍珠、白刺、沙米、沙篙、堿蓬等植物。

3 尼龍網沙障組成部分和合成材料

尼龍網方格沙障主要是由固定柱和尼龍網兩個環節構成，尼龍網是將高密度聚乙烯為主要原材料，結合大量穩定劑、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。經過研究人員進行網洞模擬實驗發現，尼龍網沙障孔隙度在30%~40%間，屬于透風結構型沙障，能在惡劣自然環境下的沙漠地區連續應用10年，且能將其進行重復利用，尼龍網高度在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，發現尼龍網格沙障主要設置在南部沙區和原生流動沙丘區，在道路東邊設置6.67 hm2和路西側設置3.33 hm2尼龍網格沙障，規格嚴格按照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，在布設尼龍網方格沙障時要將主要沙障和主風向呈現垂直形式，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，并利用專業工具在該位置畫好十字形交叉標注，然后將尼龍網和立柱夾縫相互連接，拉緊尼龍網，用細鐵絲將尼龍網扎緊，確保尼龍網呈現弓形狀態，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，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

經過大量實踐檢測發現，尼龍網沙障、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，由于尼龍網沙障屬于直立式鋪設，能有效阻擋地面20~30 cm內風和沙面的直接性接觸。當風沙流穿越尼龍網沙障表面時，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

由于該地區風力資源極其豐富，經常出現五級以上的西北風，不可避免出現沙障掏蝕的問題。根據研究人員觀察發現，在沙丘迎風坡的不同位置所呈現出來的掏蝕程度不同，尤其在坡中和坡頂位置掏蝕現象極其嚴重，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現，導致出現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，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中心位置，從掏蝕程度來看，尼龍網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，將尼龍網沙障設置在南部沙區，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，當出現風沙流經過沙障時，由于沙障前面空隙密度大，導致障前積沙數量較少，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，但由于該地區存在較強的風力和砂源，經過多次風力影響，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形成穩定沙面。根據研究人員觀察發現，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相同情況的問題，只有少部分區域會被沙埋，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，整個沙障內部經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，尼龍網沙障往往需要耗費大量成本。根據專業人員統計發現，按照一畝的沙障計算，尼龍網沙障需要投入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，尼龍網沙障在沙區治理過程中具有發揮穩定、降低風速、減少輸沙量、優化沙地條件等特征，但其同樣具有沙障容易被沙埋、固定立柱被掏蝕等缺點。通過分析尼龍網沙障自身的優缺點，發現可將尼龍網沙障應用在零星沙丘、平緩沙地等環境治理中，能具有較好的應用效果，不適宜應用在大規模沙區治理中，但如果在麥草資源嚴重缺乏的環境下，也能進行大規模使用，如果能進一步優化尼龍網沙障的缺點，則同樣具有較好的應用前景?；诖?，文章將臨澤縣南部沙區為主要研究對象，通過分析臨澤縣南部沙區基本情況，來探究尼龍網沙障的組成部分，再利用實驗觀測方式來檢驗尼龍網方格沙障在治沙工程中的應用效果，有利于實現防沙治沙工程可持續發展。