防风固沙工程专题培训课件

风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲第四章防风固沙工程防风固沙工程，也叫风（治）沙工程是风沙地貌学研究的应用基础部分。它是旨在防止土地沙漠化，以及保护农田、牧场、交通和居民点等免受风沙流和沙丘侵袭危害，所采用的一切（包括机械、化学和生物的）工程技术措施。本章将从风沙流、防风固沙工程和局地条件三个要素之间的相互依存，和相互作用等基本原理和实验观测结果出发，阐述风沙危害防治工程的分类、作用原理和设计原则。通过对各种类型的风（治）沙工程进行较深入的剖析，使大家对各类防风固沙工程的作用性质有较深刻的认识，便于在今后的治沙实际工作中得到较好的应用。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理土地沙漠化，风沙流动和沙丘移动会对农田、牧场、交通（铁路、公路）和居民点造成危害，必须采取各种防风固沙工程技术措施加以防治。一、防风固沙工程的分类对防风固沙工程进行科学的分类，是正确认识和有效应用防风固沙工程的前提。长期以来，防治风沙危害（治沙）的措施，因内外学者把它归纳为植物（或生物）措施、机械措施和化学措施三大类。作为机械措施主体的沙障，又分之为高立式沙障、立式沙障、半隐蔽沙障和隐蔽式沙障等多种形式此外，查基罗夫（1980）提出了按减小贴地面风速、增加沙子之间的黏着力、减小积沙区的范围和增加贴地面风速等不同作用原理，进行治沙措施的分类；并将沙障划分为不透风和透风的两类，透风的沙障又分为贴地面不透风和贴地面透风的两个亚类。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理一、防风固沙工程的分类吴正（1981）和赵性存等（1988）则提出，治沙措施按其作用和性质，分为固、阻、输（导）等类。固、阻、输（导）的分类，不失为对其防治沙害功能的十分简明形象的概括。朱震达、吴正等综合了前人的工作，并结合自身多年研究，更系统地提出了防治风沙危害措施的分类体系。他们把治理沙害的措施，分为降低风速、削弱风沙流强度的植物治沙措施和工程防治措施，固结沙面、控制沙面风蚀过程发展的化学固沙措施等三类；每一类措施再细分为若干种治沙方法，如下图所示。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理治沙措施降低风速削弱风沙流强度固结沙面控制沙表风蚀过程的发展植物治沙措施工程防治措施化学固沙措施封沙育草防护林带护田林网丘间片林丘表草灌丛固沙高立式沙障半隐蔽式或隐蔽式沙障砂砾石或黏土压沙喷洒各种化学加固剂流沙改良化学剂治理沙害措施的体系分类图式风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理一、防风固沙工程的分类刘贤万研究认为，风（治）沙工程的科学分类，最好是从根本的力学作用原理上着眼。风（治）沙工程的目的有两方面：一是为了防治风沙流的危害；二是为了防治沙丘前移压埋所造成的危害。据此，风（治）沙的基本作用就在于（1）制止沙粒起动；（2）抑制地表风蚀；国（3）加速风沙流运动；（4）强制风沙流沉积；（5）转变风沙运动方向；（6）变整体沙丘运动为分散风沙运动。因此，从风沙工程的力学作用原理去区分，可归纳为（1）隔断气固相在界面上的接触；（2）抑制气固两相在界面上的相互作用（相干）；（3）增大风沙流运动局地阻力；（4）减少和克服风沙流体的沿程阻力和局部阻力；（5）引导风沙流体改向运动；（6）降低和消除沙丘在推进过程中的各种阻力（如下表所示）。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理类型用途作用界面措施封闭封闭活动沙面，改变沙丘表面性质切断气固两相在界面上的接触泥土抹、压面，喷洒沥表乳济，明洞固定固定活动沙面，变动床为定床抑制气固两相在面上的相干作用洒原油、盐水、平铺草，封沙育草，草方格，黏土沙障阻拦阻滞拦截过境风沙流增大风沙流运动阻力，促使其减速沉积栅栏，高立式沙障，林带，挡沙墙输导促进和加速风沙流体通过保护区减少风沙流运动阻力，阻止分离的发生下导风，输沙桥，不积沙断面改向迫使风沙流动改变运动方向增大迎面阻力，迫其侧向绕流一字排，羽毛排消散变沙丘整体推移为风沙流分散输移减少沙丘形状阻力，增大输沙强度扬沙堤，下导风，风力拉沙风（治）沙工程的力学分类（据刘贤万（1995）修改）风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理二、风（治）沙工程的力学作用原理现在常见的风（沙）工程措施计有一二十种。按其用途可分为：封（闭）、固（定）、阻（拦）、输（导）、改（向）和消（散）六类；其力学作用原理则是隔断、抑制、增阻、转向和消形等六个方面。下面我们对主要的几类风（治）沙工程的力学作用原理作简要阐述。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理二、风（治）沙工程的力学作用原理1.固沙工程这里所说的固沙工程，包括力学分类中的封（闭）和固（定）两类。所谓封闭就是用惰性材料（沙砾石、黏土等）和稻草、麦秆等铺盖沙面，或用喷洒沥青乳剂等化学胶结物质固结流沙表面形成一定硬的保护壳。因此，其实质是在流沙表面设置一切断层或隔断层。而固定者是用喷洒原油、盐水或设置草方格和黏土方格沙障等稳定边坡、固定流动沙丘表面，变动床为半定床定床。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理二、风（治）沙工程的力学作用原理1.固沙工程封固的力学作用原理是：设置切断层或隔断层是把气流（或风沙流）与松散的沙面隔开，使它们之间不发生直接接触。由于沙面沙粒不与气流直接接触，也就不会起沙，不会发生风蚀、风沙流运动与风沙危害。气固两相流运动，柏实义（1985）认为可以分为两类：一类是气流与固体微粒均匀混合物的流动；另一类是气体流经固体（颗粒）表面时，由于相互作用而产生的流动。风沙流的运动属于第二类流动。因此，只要把所有的沙面都封闭起来，气固两相流体不发生接触和相干，也就不会发生风沙流运动，风沙危害也就不会发生。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理二、风（治）沙工程的力学作用原理

2.阻沙工程阻沙工程分为高立式沙障、栅栏和林带等阻沙工程措施，它们软科学作用原理基本上是一样的。它们的区别仅仅在工程高度、迎风面疏透度及其随高度和时间的分布和材料的弹性等一些次要因素上。它们的力学模型都是平板绕流，不过是在地表影响下的剪切流而不是均匀流；其板面也不是实体平板，而是有孔隙的疏透板面。还有，工程的高度和受气流的攻角也可能随时间而变化，且工程板面还有一定的厚度。所有阻沙工程措施的力学作用原理，都是增大风沙流的运动阻力，阻滞消能，令其减速和促使沙土颗粒的沉积。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理二、风（治）沙工程的力学作用原理

3.输导沙工程输导沙工程的作用，一是通过风（治）沙工程的设置，减少风沙流沿程阻力；二是通过工程前后能量的再分配，加强贴地或上杨风沙流的运动能量，克服由于工程曲折和地表不平整引起流体分离而产生的压差阻力等。因此，输导沙工程的力学作用原理，简而言之就是：减少风沙运动阻力，阻止分离的发生，促进与加速风沙流休整顺利通过保护区。然而，严格说来，输与导的力学作用不是有所差异的。输是通过采用良绕体设计（如过沙路面），使风沙流与地表不发生分离，从而达到非堆积搬运通过保护区的目的；风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理二、风（治）沙工程的力学作用原理

3.输导沙工程而导则是采用构筑上部建筑（如下导风工程等），把工程板面所在流层的的流体能量，转化为加强工程板面上下两端运动流体的附加动能和势能，从而形成一种新的能量和流场分布，以达到克服由于地表流体分离而产生的涡漩阻力（即压差阻力），消除或减轻风沙流沉积，并通过造成工程和临近沙体之间的空间强烈涡漩运动，来达到分散和阻止沙丘体前移所造成的危害。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理二、一般设计原则根据沙害性质、防治对象与风（治）沙工程的力学作用原理，风（治）沙工程的设计应遵守的基本原则是：（1）工程设计要到位；（2）预防为主，防治相结合；（3）先易后难，突出重点；（4）综合治理，配套设计。

1.工程设计要到位。如封固工程目标要全面，对需要保护的目标，不能封固一块留一块，或只封固前面的一小片，就近弃远；否则将事倍功半，不要多久，未封固部分的流沙就会把封固工程掩埋，使其失去作用。封固还要严实，牢固持久，厚度要够，特别是边角的地方，一定要加深加厚，以免被吹蚀和掏空破坏。又如，阻沙工程要针对不同的防护目标，采用不同的规格与结构，以期取得最大的防护效益。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理二、一般设计原则

2.预防为主，防治结合。众所周知，产生沙害的原因不外乎是自然条件和人为因素两个方面。在自然条件下，风信、沙源和地形地貌是三个主要影响因素，彼此相互制约，影响着沙害的发生和发展，若改变其中的一个因素，沙害的情况就会随之而异。人为因素系指人为破坏植被，引起流沙再起，加剧沙害。故防治沙害从积极地消除发生沙害的原因着手，以防患于未然。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.1防风固沙工程的分类与作用原理二、一般设计原则

3.先易后难，突出重点。风（治）沙工程往往要较大的投资，并耗费较多的人力，要结合各地实际，因地制宜，因害高防，突出重点，明确目标，先易后难，分别轻重缓急，有计划有步骤进行治理，做到治理一个见效一个。

4.综合治理，配套设计。各种风（治）沙工程各有其使用条件和范围，各有利弊，而各地的自然人文条件和风沙危害特点又复杂多样，因此，单独使用一种措施往往难以凑效，最取是采取综合治理措施，建立一个完整的防护体系，使固、阻、输导等措施结合起来，相互配合，取长补短，相得益彰，充分发近各种措施的效能，取得最大的治沙效果。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程固沙工程措施的途径有两个方面：其一是使沙质表面与风的作用隔绝，一般采用各种惰性材料（如沙砾石、黏土）、柴草和枝条覆盖沙面，或喷洒化学粘结材料（如乳化沥青）固结沙面；其二是降低地表风速，借以削弱风沙流活动，通常采用流动沙丘上扎设沙障，或栽植固沙植物。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程一、机械沙障机械沙障是指采用杂草、树枝以及其他，在流沙上设置阻滞风沙流和固定沙面的障碍物。世界沙漠地区过的沙障，种类繁多、材料各异，形式多样，不下十多种。沙障按高度可分为高立式沙障、立式沙障、半隐蔽式沙障和隐蔽式沙障；按其结构可分为紧密型、疏透型和通风型三种；按构成沙障的材料，有活植物体沙障、植物材料沙障、无机材料沙障和有机化工材料沙障等。但从总的作用看，由高立式（高2米左右）和立式（高1米左右）沙障的大部分存在于风沙流层之外，因此，它的首要作用是防风，其次才是阻沙和固沙。半隐蔽式沙障，因其绝大部分或全部沉没于风沙流层里，所以，其作用首先是阻沙，其次是固沙；而隐蔽式沙障全身覆盖在沙面上，故它的作用就是封闭固定沙面，隔断削弱风沙流与沙面的直接接触。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程一、机械沙障（一）草方格沙障草方格沙障是1956年由原苏联治沙专家彼得洛夫院士引入我国，并在腾格里沙漠包兰铁路沙坡头试验路基试用，取得成功的一种性能优良的固沙性能优良的固沙措施。它是用稻草、麦秆和芦苇等柔性材料，将其直接插入沙层内，直立于沙丘上，扎设成方格状的半隐蔽式沙障。草埋入沙层中的深义约为15~20cm，上露沙面高度约20~30cm，草方格的边厚5cm左右，用铁锹壅沙踏实使之牢固。沙障高度是由气流中沙粒的分布高程决定的。根据前述所知，由于风沙流中90%以上的沙量是在离地表30cm的高度内通过的，因此，采用高出沙面20~30cm的沙障，就足以控制沙丘的表面的风沙活动。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程一机械沙障（一）草方格沙障1.草方格的防风固沙作用沙障防风固沙的空气动力学原理，由沙障的风洞流场结果（下图）可以看出，当风沙流流经沙障时，障前后分别出现一个阻滞及涡流减速区，加速了能量的耗损，从而达到固阻沙的目的。野外试验观测也表明，在流动沙丘上设置草方格沙障后，改变了下垫面的性质，增加了地面粗糙度，增大了对风的阻力。计算表明，流动沙丘上设置1＊1芦苇沙障后，地面粗糙度比原来增加500倍左右。经用阻力公式计算后，同速为9米/钞时的流沙和沙障单位面积表面上的阻力，结果沙障比流沙上的阻力要增大6倍。由于对风的阻力增大，使近地面风速大大降低，因而也就减少了沙子被吹杨的数量，削弱了风沙活动的强度，可有效有沙丘的移动。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程一、机械沙障（一）草方格沙障1.草方格的防风固沙作用治沙的实践经验表明，沙障规格（边长尺寸）越小，风蚀深度越小，防风固沙效果也就越好。不过，从经济方面看，则规格愈大愈省料省工，愈便宜。为了经济而又有效，最好是针对防护对象的具体情况，因地制宜用不同的规格。如在铁路或公路两侧铺设草方格沙障固沙时，在离线路近处或沙丘起伏较大的地方，沙障的规格应小些（1m＊1m）；在远处或起伏平缓的沙丘上，沙障的规格可以相应大一些（1m＊1m或2m＊2m，甚至更大）。草方格沙障不仅起到固沙作用，而且可以保护栽植的和播种的固沙植物，免受风蚀和沙埋，同时还可以改善沙地的水分状况，有利于植物的成活和生长。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程一、机械沙障（一）草方格沙障1.草方格的防风固沙作用在风向比较单一的地区，可把格状沙障改成与主风向垂直的融状沙障。行距视沙丘坡度与风力大小而定，一般为1~2m。根据观测，其防护效能几乎与格状沙障相同，且能大大节省材料和劳力，也就节省了大量费用。地况植苗直播成活率/%6年后保存率/%当年每平方米出苗株数6年后每平方米保存株数草方格沙障区68.1934.303.93流动沙丘区34.401.721.710在沙障区和流沙区栽植和直播籽蒿的效果风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程一机械沙障（一）草方格沙障2.草方格的防风固沙效果在原苏联中亚地区，穿行于卡拦库姆的列别捷克－查尔朱公路和铁路两侧，卡拉库姆运河两侧及里海之滨的油气管道地段，都铺扎了大面积草方格沙障，均取得了明显效果。其沙障规格为4m＊2m和3m＊3m。公路的防护宽度为100~150m，铁路的防护宽度为300~450m，运河（或渠道）的防护宽度为50~150m，管道的防护宽度为20~75m。采用的材料多为沙生莎草科植物（沿运河和阿姆河均有生长）。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程一、机械沙障（一）草方格沙障2.草方格的防风固沙效果

草方格沙障在我国的包兰铁路和干武铁路的防沙中有大面积应用，取得很好的效果。包兰铁路沙坡地段从迎水桥到孟家湾，通过腾格里沙漠东南前沿流沙地带的线路，总长达16km，一般在线路迎风侧360~500m、背风侧约100宽的流动沙丘上，铺设了近千平方公顷的稻草方格沙障，并在其中种植了花棒、柠条等固沙植物，使流沙得以固定起来，不致为害。从1958年通车以来，保证了这一区间火车畅通无阻。在塔里木沙漠石油公路沿线总长470km路段，两侧采用压碾改性（增大韧性）的芦苇作1m＊1m方格扎设，其外露地表高度15~20cm。在芦苇方格沙障内已形成表面稳定的凹曲面，其深度一般在10~15cm，其间并有呈浅灰白色的粉尘沉积，并保留有虫孔，反映无强烈的风蚀。设置芦苇沙障的沙面比裸露流沙面的粗糙度增大11~217倍，降低了近地表风速，固定了流沙，防治公路沙害也取得较好效果。在内蒙古东部伊克昭盟沙区公路，养路职工采用栽植活沙蒿沙障固定流沙，取得很好成效。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程新疆塔中油田沙漠公路防风草方格沙障风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程草方格沙障保护下灌木造林固沙模式（宁夏）风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程（伊金霍洛旗境内的公路的草方格沙障）风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程西宁至格尔木草（麦草秆）方格沙障风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程西宁至格尔木草方格（草秆已接近腐殖化）风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程青藏交通干线上的石方格沙障风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程青藏铁路风沙区的石方格沙障风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程一、机械沙障（二）黏土沙障黏土沙障由黏土碎块堆成小土埂而成，高20~30cm，顶宽10cm。在风向单一地区设置成带状，并与主风向垂直。在多风向地区则设成格状。土埂向距一般为1~2m。黏土沙障绕流和能量分布形势，以及固沙作用原理基本上如草方格。设置黏土沙障可使障内20cm高度上的风速削弱20%左右，还可使0~50%沙层的含水量比流沙提高25%以上，干沙层厚度减少一半。因此，黏土沙障防风固沙保水性能及对植物生物的影响均较好。但是，由于其材质较硬，缺少柔性，埂形圆滑，不透风，故其固阻效果稍逊草方格沙障。不过，黏土沙障具有设置简便、省工耐用的优点。特别是由于沙面掺入了黏土，如果植被能跟上，预后效果可能会好过草方格。黏土沙障是一种比较经济有效的固沙措施，凡附近有黏土产源地区，均可推方采用。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程高立式沙障风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程立式沙障立式、隐蔽、半隐蔽沙障风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程二、化学固沙化学固沙是在流动沙丘（地）上喷洒化学粘结材料，在流沙表面形成覆盖层，或渗入表层沙中，把松散的沙料粘结起来形成固结层（硬壳），从而防止风力对沙料的吹杨和搬运，达到固定流沙，防治沙害的目的。化学固沙收效快，但成本高，一般多用于风沙危害造成重大经济损失的地区，如机场、交通线（铁路、公路等风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程二、化学固沙

（一）化学固沙材料的选择化学固沙作用的成效，不仅与流沙表面沙粒的性质（如化学成分、机械组成）有关，而且也与化学固沙材料本身的物理化学性质（如分子结构、分子大小、黏度、吸附力）等有关。化学固沙材料的选择，要按如下标准（1）固沙效果好；（2）成本低；（3）使用简介，不需要特殊设备；（4）对植物发芽和生长没有影响；（5）不污染环境。目前，国内外用作固沙的胶结材料主要是石油化学工业的副产品。一般常用的有沥青乳液。高树脂石油、橡胶乳液和油－橡胶乳液的混合物等；其中，沥青浮液是当前世界各国应用在化学固沙工程中最广泛的材料。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程二、化学固沙

（一）化学固沙的作用及其效果喷洒化学粘结材料（固沙液）形成的固结沙层，隔断了风沙松散沙面的直接接触与相互作用，使其免受风蚀，是化学固沙最主要的作用之一（即封固作用）。因此，固结沙层抗风蚀性能的强弱，是衡量固沙作用好坏的重要指标。根据现场多年观测和定性分析，可以认为风沙流是固结沙层破坏的重要原因。为了定量测定风沙流对固结沙层风蚀的影响，以评价化学固沙材料的优劣，吴正等进行了风洞实验，结果表明，当风沙流速度为5m/s时，沙表面开始风蚀，10m/s时风蚀增大，之后着风沙流速度的增大，风蚀量直线上升。实验结果还表明：经化学粘结材料固定后的沙层风蚀量比对照流沙减少数千倍。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程二、化学固沙

（一）化学固沙的作用及其效果化学固少除了封固作用抗风蚀外，还有改善流沙水热条件，促进植物生长的作用。喷洒化学粘结材料后，由于沙面形成固结层，使下部沙层热量散失减慢，尤其是石油类固沙液，它的黑色固结层还具有强烈的吸热作用，可使地表温度增加很多（在高温期较为明显）；同时该层存在对下部沙层具有保温作用。例如，乳化沥表在春季可使20cm内沙层增温2.5~6.0度；夏季则增温1.0~6.0度。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程三、植物固沙植物固沙是控制和固定流沙的一种最根本而经济、有效的措施。在沙丘上栽植固沙植物和乔木树种，不仅能够长久固定流沙，防止风沙危害，而且能够为“三料”俱缺的沙区生产出木材和大量的燃料、饲料。因此，植物固沙能使除害与兴利相结合，是一举两得的好措施。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程三、植物固沙植物之所以能固定流沙，一是在于沙生植物具有发达的根系，能固结其周围的沙粒，加之枯枝落叶的堆积，腐烂后有利用有机质的聚集，促进沙的成土作用，改变沙地性质，使流沙趋向固定；二是由于在沙丘上栽种植物后，增加了地表的粗糙度，因而也就增加了对风的阻办，降低风速，削弱与抑制了风沙流活动。植物固沙包括种草和种植乔、灌木。草本植物能够适应较差的自然条件，易于生长，但寿命不长；灌木适应性强；乔木树干高大，防风能力强，但一般需要较好的水分条件才能成活生长。因此，理想的植物固沙是草、灌、乔相结合，取长补短，以达到最大的防风固沙效果。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程三、植物固沙

（一）植物固沙的控制因素大家知道，植物固沙的困难很多，如沙子贫瘠，水分不足，夏季沙子面高温，风沙运动等，都对植物的生物不利；其中以水分不足和风沙运动两者最为重要。风沙运动能使植物到吹蚀、沙埋和沙割的危害，但它可以用机械防护措施和化学固沙措施来解决，因此，最大的困难还是水分不足。根据原中国科学院兰州沙漠研究所的研究：若年降水量在100mm以上，则沙面干沙层（约10cm）以下有一稳定的湿沙层，含水率常达2%~3%（有效水分＝含水率－凋萎温度，沙生植物的凋萎湿度约为0.7%），能够保证耐旱的草本和灌木成活生长，一般可以进行植物固沙。若降水量小于100mm时，则沙中含水率1%左右，可供植物利用的水分甚微，这些地区若无灌溉条件，是难以进行植物固沙的。此外，还应注意降水的年变率，如遇特别干旱的年份，由于水分不足，会使栽植的植物的生长不良或大量死亡。以这些不利因素，事先应有足够的估计。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程三、植物固沙

（一）植物固沙的主要方法封沙育草，保护天然植被，是各地普遍采用的一项行之有效的植物固沙措施。在水人条件较好并有一定数量天然植被的沙漠地区，采取划区封育、定期停止樵牧等保护措施，可使某些以根蘖萌生的和天然下种繁殖性强的旱生植物得以自然更新，增大植被覆盖度，从而把沙丘完全固定住。在灌区，可以利用农田灌溉余水或洪水沙漠，必要时也可人工播种一些沙生植物，以促进固沙植物，以促进固沙植物的复状滋生。

1.封沙育草，保护天然植被风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程三、植物固沙

（一）植物固沙的主要方法从20世纪50年代以来，我国西北沙漠绿洲地区在大力营造固沙林带、护田林网及建立人工植被的同时，把“封沙育草，保护天然植被”作为防沙治沙的重要措施之一加以推广，并取得了卓越成效。现在一般都在老绿洲迎风一侧与沙漠、戈壁、风蚀等相毗连的地带，建立封育沙生植被带，宽度超过1~2km，甚至10~20km；植被覆盖度由原有的10~15%恢复到40~50%以上，与人工植被结合成一道保护绿洲的绿色屏障。观测表明，绿洲边缘通过封沙育草所形成的固定半固定地段，2m高程的风速比流动沙丘区和裸露的风蚀地相对降低50%左右；封沙育草区所通过的沙量，仅占流沙区的1/20。

1.封沙育草，保护天然植被风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程新疆和田县窄林带小网格农田防护林建设风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程飞播踏郎固沙风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程沙柳固沙风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程毛乌素沙漠的灌草固沙风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程毛乌素沙漠的豆科草（沙打旺）固沙风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程毛乌素沙地的灌草固沙风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程三、植物固沙

（一）植物固沙的主要方法沙漠地区自然条件差，植树造林固沙应先易后难，逐步扩大。造林步骤，可先在立地条件较好的丘间低地营造团块人工林，把沙丘分割包围起来，经过一定时间后，风将沙丘逐渐削平。同时，在块状林的影响下，沙地的小气候得以改善，这时可以再在沙丘上直播或栽植固沙植物。我国沙我群众把这一方法称为“先湾后丘”或两步走。

2.植树造林固沙风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程三、植物固沙

（一）植物固沙的主要方法

2.植树造林固沙丘间低地造林技术简便易行，投劳投资少。造林可分期进行：第一期造林后，每隔1~2年因沙丘前移就在原沙丘迎风坡脚处，不断露出新的平坦地段，即所谓“退沙畔”，再在这里进行第二期甚至第三期造林，逐步扩大团块林面积，缩小流沙面积。团块林的初期因不足以控制沙丘前移，以致沙丘侵入一部分林地；但因丘顶削低，地形变缓，被埋压的幼树生境条件有所改善，生出大量不定根，生长更加旺盛。被丘间团块林分割包围的沙丘，因风力显著降低，风蚀作用大为削弱，为沙丘上进一步植树造林创造了条件；甚至能因自然生草过程加速，最终被土著沙生植物所固定。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程三、植物固沙

（一）植物固沙的主要方法

2.植树造林固沙在沙丘上植树造林固沙，我国沙区各地群众有很多成功的经验，“前挡后拉”造林法就是其中之上。它是陕北榆林、靖边和内蒙古伊克昭盟等地群众，根据多年生产实践总结出来的。它是一种符合沙丘移动规律，利用自然改善沙地立地条件的措施。所谓“前挡后拉”，通常是指在沙丘的背风坡（落沙坡）前方，用高杆造林，以挡住沙丘前移；同时在沙丘迎风坡下部，栽植沙柳、沙蒿等灌木、半灌木拉住沙丘，不使其往前移动；然后再利用风力削平未造林的沙丘上部，以此逐渐降低沙丘的高度。沙丘上部的沙子被阻积在栽植高杆的丘间低地。高杆（旱柳、小叶杨等）虽被沙埋，但能继续往上生长。削平后的沙丘，由于高度降低，便可进一步造林。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程三、植物固沙

（一）植物固沙的主要方法

2.植树造林固沙具体做法是：第一年，在沙丘背风坡脚至1/3处栽植高杆，并在距离背风坡脚3~5m处直至迎风坡脚栽植沙柳带。第二年，在新出现的背风坡脚与头年栽植的沙柳带间再栽植一行高杆，同时在新出现的丘间再栽植一行高杆，同时在新出现丘间低地继续栽植沙柳，前有高杆，造成前挡后拉的局面，将沙丘逐渐拉平。然后，再在拉平的地段栽植乔灌木，全面固定流沙。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程活沙障造林治沙（宁夏）风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程青海都兰封沙育林育草风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程三、植物固沙

（三）固沙植物和造林树种的选择沙漠地区气候干燥，冷热剧变，风大沙多，自然环境十分严酷。在这种条件下，植物固沙的成效，在很大程度上取决于固沙造林植物品种的选择。沙漠地域辽阔，自然条件各异，各个地区的固沙植物和造林树种也有所不同。选择树种应以当地的乡土树种为主，这是因为它们经过长期的人工栽培或自然选择，能够适应当地的自然环境。引种外地树种，必须经过栽培试验，才能推广应用。一般说来，优良的固沙植物和造林树种应具备以下特点：风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程三、植物固沙

（三）固沙植物和造林树种的选择（1）萌蘖性强，分枝多，冠幅大，沙埋后能生长出不定根，越埋越量，同时也耐风蚀。（2）生长快，根系发达，尤其是水平侧根分布范围广，固沙作用强。（3）耐高温、干旱、不苛求土壤。（4）繁殖容易，种源丰富。（5）有一定的经济价值，如可生产木材或作编织材料、烧柴及饲料等。我国沙漠地区固沙植物和造林树种很多，主要的乔木树种有樟子松、油松、小叶杨、小青杨、二白杨、新疆杨、胡杨、沙枣、旱柳等；灌木树种有梭梭、花棒、小叶锦鸡儿、柠条、沙拐枣、柽柳（红柳）、胡枝子、紫穗槐、黄柳、沙柳等；半灌木则有籽蒿、油蒿和差把戛蒿等。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程内蒙古赤峰造林治沙风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程内蒙古赤峰沙地的速生丰产林基地风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程樟子松固沙造林模式（黑龙江泰来）风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程北京大兴立体果园治沙模式风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程北京大兴立体果园治沙模式风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程北京大兴立体果园治沙模式风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程城郊型防风固沙林（北京大兴）风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程内蒙古赤峰的综合治沙（农、林、牧综合体系治沙）风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.2固沙工程宁夏沙坡头五带一体铁路固沙造林模式（由铁路向外依次是固沙防火带、灌溉防护林带、无灌溉防护林带、前沿阻沙带和封沙育草带）风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.3阻沙工程风是沙子移动的动力，因此防沙必须先防风。防沙工程的作用就在于减低风速，改变气流的搬运能力，阻挡风沙和阻止流沙移动，从而保护农田、交通线（铁路与公路）和居民点免受风沙危害。阻沙工程主要措施有栅栏和防沙带等。

一、栅栏栅栏是一种高立式沙障，采用高杆植物（或作物），如芦苇、灌木枝条、玉米、高梁和竹条等直接栽植在沙上，埋入沙层内的深度为30~50cm，高1.2~1.8m，埋入沙层内深度30~50cm，每块防沙栅栏必须搭接好，埋设后将基部沙子踏实。近年来，还有采用具有防火性能的尼龙网制成栅栏用于防风阻沙。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.3阻沙工程（一）、影响栅栏防护效益的因素栅栏的防风阻沙作用，与其结构有很大关系。室内与野外试验研究表明，栅栏的孔隙度（栅栏孔隙面积与总面积之比）是影响其防护效益的最重要因素。从不同结构模型栅栏风洞场的测定结果可以看出；紧密型栅栏（孔隙度＝0）在背风面有一个大的涡流区，而在模型上方出现一个高速区。它们之间造成很大的速度梯度，动量向下传输很强，致使其背风区域的风速很快地恢复，从而降低了它的防护距离。而疏透栅栏（孔隙度＝0.5）其背风面开形成离开地表的等值线闭合区，且京华也缓慢得多，在模型上方的高速区，其范围要小得多。实验研究结果还表明，栅栏的有效防护距离（按恢复至自然速度的80%的距离）和风速恢复到自然风速的距离，都随着孔隙度的增大而增大。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.3阻沙工程

（二）、阻沙栅栏适用的条件与范围阻沙栅栏一般多用于沙源丰富地区，作为防止固沙带前沿积沙的辅助性措施。在流沙地区，采用大面草方格沙障等固沙，效果虽好，但因其外缘常受外来流沙排埋（前沿积沙），致使大面积沙障推动作用，有效宽度逐年减少，其结果不但增大维修量（补充重铺），而且也会影响形成高大的阻沙堤，作为保护草方格固沙带的屏障。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.3阻沙工程（二）、阻沙栅栏适用的条件与范围阻沙栅栏在风向较为单一的流沙地区应用效果最好。如果与固沙措施相结合，形成以固为主，固阻结合的防护体系，则能更有效地防止风沙危害。在粗质平沙地或沙砾地，可以单独使用，但要设于保护对象较远的上风处，至少100米以外的地方。否则，反而会成为沙害的起因，带来新的危害。如青（海）新（疆）公路且末一民丰段45km处，大部分为半固定沙地，生长有稀疏的胡杨、红柳、芦苇等植物，原业线路并无多大危害，但养路工人为了防沙，在紧靠公路的止风侧设置了一道芦苇高立式沙障（阻沙栅栏），初期虽起到阻沙上路的作用，但后来却由于在沙障附近大量积沙，形成高大沙堤，反而造成对公路的严重威胁。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.3阻沙工程二、林带和林网在沙漠地区，营造防风阻沙林带，能起到防风阻沙作用，保护农田、交通线、工矿和城镇居民点不受风沙侵袭。防风阻沙林带按营造目的和作用，可分两种，沙漠边缘的防沙林带（阻沙林带）和绿洲内部的护田林网。

（一）、防沙林带在沙漠边缘营造防护林带（阻沙林带），目的是为了防止流沙侵入绿洲内部，保护农田和居民点免受灾害。防沙林带因透风情况不同，可分为三种结构类型：紧密型结构林带、疏透结构林带和能风结构林带。所谓紧密结构林带，就是林带上下紧密，生长期中枝叶稠密，基本上不透风，是由乔木、亚乔木和灌木三层组成。当气流通过紧密结构林带时，主要从林带顶部越过，而在林带背风处形成静风区。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.3阻沙工程（一）、防沙林带关于疏透结构林带，即林带上下呈疏透状态，整个林墙透风间隙分布比较均匀，多由1~2行窄冠乔木所组成。所流通过疏透林带时，一部分越过林带，一部分通过林带。至于通风结构林带，林带上部树冠稠密不透风，而下部树干通风，通常由3~5行高大乔木组成，无灌木。实践证明，林带的结构不同，防风沙效果是不一样的。过于疏透的林带，特别是通风林带，会形成许多“通风道”，特别是通风林带的下口，流沙容易侵入整个林带，甚至进而危害绿洲。紧密林带或小孔隙度的疏透林带则防风沙效果较好。因此，在流沙边缘为了阻沙应以营造紧密或小孔隙度的疏透林带为宜。在靠近流沙的一侧最好进行高大乔木和灌木混交，以便肥前移的流沙尽可能阻拦在林带外缘，使其不致入林带内和背风一侧的农田，还可提高林带的稳定性，延长林带的防护期限。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.3阻沙工程（example）（一）、防沙林带营造防沙林带，一般株距1m，行距1.5~2m，其中灌木株、行距可缩小为0.5m。防沙林带一般比护田林带要宽得多。林带宽度小者50~100m，大者可为200~300m，甚至500m以上。

Example解放后，在我国西北、内蒙古沙漠（沙地）地区各地营造了宽窄不一的大型防沙林带，防止流动沙丘和风沙流对流洲的入侵，起到了很大的作用。在乌兰布和沙漠北部，20世纪50年代沿东北缘的二十里柳子至太阳庙营造了一条长达175km、宽300~400m的防沙林带，总面积在0.6万hm2以上，宛如一条“绿色长城”，有力地制止了大面积流沙向东南侵袭，保护了后套绿洲西缘的大小城镇和居民点150座，几万公顷农田和六七万公顷草场。三面环沙的磴口县，在这一条防沙林带的保护下，过去被流沙埋压的0.53万hm2农田又恢复了耕种。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.3阻沙工程（一）、防沙林带河西走廊沿绿洲边缘的营造的大型防沙林带，其延长线长达1240km，面积达11.1万hm2，占风沙线总长度的70%，控制流动沙丘面积18.4万hm，不仅防止了严重沙害地段流沙对绿洲的入侵，而且还恢复耕地2.6多万公顷，同时使1400个村庄不再受到流沙危害或威胁。毛乌素沙地南部的陕北沙区，营造了防沙林20多万公顷，有效地防止了风沙对农田的危害，促进了农业的发展。近年来，在塔里木盆地的沙漠石油公路沿线，在公路上风侧建立了一条30m宽、株行距1m*1m的灌木防沙林带，起到了很好的防沙作用，有效地防止了公路沙埋危害。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.3阻沙工程二、林带和林网（二）、护田林网在沙漠地区绿洲内部营造护田林网，有仅可以防止或减轻沙质耕地的风蚀起沙、以及风沙和沙尘暴对农田的危害，而且还能改善田间小气候。因此，我国西北地区从20世纪50年代以来，把营造绿洲护田林网作为保证农业稳产高产的一项农田基本建设措施。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.4输导沙工程输导沙工程是通过采用良绕体型工程设计改变下垫面性质，或借助于修筑的构造物（上部建筑）加速风沙流速或改变其运动方向，使沙子以非堆积搬运输导顺利通过所保护的区域。输导沙工程措施主要有下导风、羽毛排和沙断面等类型。一、下导风工程下导风工程又称聚风板工程，是由栅栏工程发展而来的。它就于防治风沙、风吹雪对道路（铁路、公路）的危害，国外已做了不少工作。我国从1969开始，先后对下导风工程防治公路风沙（风吹雪）危害，进行了一系列的风洞模拟实验和野外试验研究，取得了较好成果。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.4输导沙工程一、下导风工程下导风工程由立柱、横撑木和栅栏板组成。栅板材料可用木板、芦苇等。用芦苇做材料进，先扎成直径8~10cm，长2~3m的芦苇把，再把它编制成栅板。立柱埋设于公路风路肩上，栅板固在横撑木上，栅板与地面间留有空隙，即下口。下导风工程的栅板面倾角有直立式（90度）和斜立式（一般为前倾60~80度）两种类型。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.4输导沙工程板面横撑木立撑柱板面2~3m1.5~2m下导风工程的结构和设置部位图（据吴正，丛自立等，1982）风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.4输导沙工程一、下导风工程根据风洞实验和野外观测结果，下导风工程把导板所在流层的流体能量转化为加强导板上、下端运动的能量，特别是下端由于下口的聚流作用，在导板下口后方一定宽度范围内形成一强风速区，从而克服了地表由于局部地形的突变（如在公路的路肩等）所引起的气流分离产生的涡漩阻力，使沙子以不堆积搬运通过保护区（如公路路面肩等）所引起的气流分离产生的涡漩阻力，使沙子以不堆积搬运通过保护区（如公路路面），达到消除或减轻风沙流（或风吹雪）的堆积，与沙丘（或雪丘前移）。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.4输导沙工程一、下导风工程项目旷野（不受下导分影响）板前2m板下入口处板后10m风速（m/s）7.06.010.28.1百分比（%）10085145116*资源来源：中国科学院新疆生物土壤研究所，1976下导风工程对贴地面层（20cm高度）风速的影响风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.4输导沙工程一、下导风工程（一）、工程效益的风洞模拟（二）、野外试验与应用野外平坦地表上的下导风工程试验，主要是在风吹雪条件下进行的。虽然风吹雪和风沙流在运动本质上是一致，但是，由于颗粒的物理特性不同，在吹刮能力方面有一定的差异。因此，所得数据是不能照搬到风沙条件上的。但对于工程的作用机理和工程各要素（如板面宽度A、下口高度h板面倾角a等）对工程效益的影响进行验证，还是很有意义的。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.4输导沙工程一、下导风工程（二）、野外试验与应用通过室内外实验表明，为使下导工程起到最输导沙作用，选择适当的板面宽度与下口高度很重要。板面愈宽，聚风能力愈强，吹刮宽度愈大；但板面愈宽，所需材料愈多，施工也不便。下口太低，板前弱风区增大，易于引起积沙，下口太高，聚风输沙作用减弱。根据实验，下导风工程宜采用疏透型（透风系数0.4~0.5），和板面与下口之比为0.7~0.8较好。考虑到倾角的作用，虽直立时吹刮能力强，但造成板前、板后堆积也较严重，因此，对防治风沙危害来说，采用非直立倾角的斜立式和小板面工程为好，以提高工程的使用年限。风（治）沙工程SCEA,BeijingJiaotongUniversity第讲4.4输导沙工程一、下导风工程（二）、野外试验与应用我国在青新公路雅通古斯和乌（鲁木齐）伊（宁）