尼龙网方格沙障在防沙治沙工程中的应用

刘 鹤，陈 静，罗忠瑞，蔚 珍，黄 浩

（甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050）

通过分析我国沙漠化危害现状，相关工作人员对风蚀荒漠化有进一步认知，发现目前最有效的治理措施有植物治理措施和工程治理措施，对于自然条件良好的地区，工作人员只需要利用植物治理措施就能达到防护作用，如果再结合工程技术措施，能发挥良好的治理效果；而对于那些自然条件较差的地区，在治理前期植被根本无法顺利生长，只能利用工程技术来优化土地条件，为此工程措施在整个植物措施的重要环节。同时，机械沙障作为治理荒漠化防治工程的主要措施，能有效控制地表土壤风蚀和流失，通过优化下层土地的性质，来提升地面粗糙度，从而达到降低风蚀、风速的目的，在防风固沙方面发挥至关重要的作用，经过大量实践证明，机械沙障是目前应用效果最佳的防风固沙措施。尼龙网作为目前最新型的沙障材料，其凭借自身具有方便施工、时效性强等特征，被广泛应用在日常生产实践中，能有效提升机械治沙效果。基于此，文章将临泽县南部沙区为主要研究对象，通过分析尼龙网沙障的组成部分来检验尼龙网方格沙障在治沙工程中的应用效果，有利于实现防沙治沙工程可持续发展。

1 机械沙障研究现状

1.1 机械沙障概述

机械沙障是指在流沙表面利用多样化材料设置成不同类型的障碍物，通过改善地貌来优化风沙流动方向、结构、速度等因素，从而达到控制风蚀、阻挡流沙的目的。设置初期沙障能加强地表粗糙度，降低风速，阻挡固定流失；长期设置沙障能达到优化土壤性质、固定流沙、植被恢复等作用。通过多年治沙经验来看，机械沙障通常应用在风沙危害严重、防沙难度较高的荒漠化地区，是植物治沙的基本条件，其具有至关重要的作用。同时，机械沙障根据特性不同可分为多样化类型，根据沙障原材料不同可分为矿物质材料沙障、新型材料沙障、传统材料沙障等类型；根据沙障安装形式不同主要有平铺式沙障、直立式沙障两种类型，直立式沙障是指将沙障直接立在地面上，平铺式沙障是将其铺设在沙面上；根据沙障防沙原理不同，可分为固定沙丘表面，避免出现风蚀现象的固沙型沙障，以及阻挡流沙，有效降低砂粒的集沙型沙障；根据沙障透风程度不同有不透风结构沙障、透风结构沙障、紧密结构沙障等。另外，在长期实践中，工作人员要严格遵循因地制宜的原则，根据防沙需求、当地环境条件来选择对应的沙障类型，由于沙障自身材料、孔隙度、规格、设置方式存在差异性，导致不同沙障防治效果同样存在差异性。如平铺式沙障和直立式沙障两者具有不同功能，后者具有积沙型特征，前者具有固沙型特征，只有将两者作用进行相互使用，才能真正发挥沙障的防治效果。

1.2 机械沙障防护效益

机械沙障防护效益主要体现在沙障的植被恢复功能、防风固沙功能、土壤改良功能等方面。很多研究人员对荒漠化防治进行全方面研究，分别针对设置规格、沙障材料、设计方法等因素来确定防沙特征、防护效果等，注重研究设置机械沙障后风沙流结构、防风效能、地表粗糙度等特征。经过大量实践证明，设置沙障能有效增加地表粗糙度，减少地层风速，降低流沙移动。工作人员通过在风沙危害严重地区建立高立式格状沙障，发现其对风速具有明显的削弱作用，其距离地表位置越近，对风速削弱效果越好，且沙障顶部以上高度的风速呈现对数关系，而顶部以下部分风速廓线呈现偏离对数曲线。同时，通过分析玉米秸秆、向日葵秸秆、芦苇秸秆等平铺式沙障后发现，玉米秸秆沙障防风效果远超其他两种效果，沙障内风速廓线全部出现S型变化，而裸沙地风速廓线则是采用典型指数函数分布，随着高度不断提升，沙障防风效果出现逐渐降低趋势，平均降幅值达到62%。通过上述研究发现，机械沙障作为治理荒漠化防治工程的主要措施，能有效控制地表土壤风蚀和流失，通过优化下层土地的性质，来提升地面粗糙度，有效降低风蚀、风速，在防风固沙方面发挥极其重要的作用，且机械沙障是目前应用效果最好的防风固沙措施。

2 新材料沙障设置区的基本情况

2.1 地理位置

本设置区域坐落在临泽县小泉治沙站内，东面靠近明泉公路，西部连接高台县镜，南面和新华镇明泉村相互连接，北边紧靠小泉子治沙站北部农耕地区。本地区地形呈现西北低、东南高的局面，整体方面出现倾斜状态，全部属于流动性沙丘区域，土地沙漠化性质极其严重。

2.2 气候条件

本地区由于在西北内陆地区，属于典型的温带大陆性干燥荒漠气候区域，其具有昼夜温差大、太阳辐射强、日照充足等特征，全年平均降水量在117.5 mm左右，且蒸发量能达到1 337.5 mm，大气干燥度4.9级，太阳辐射量为146.05千卡/平方厘米，每年日照数量在3 046.5小时，每天平均日照时间为8.3小时，年平均气温7.6 ℃，每年最高气温能上升到93.1℃，最低气温下降到28.6 ℃，平均日气温差为14.2 ℃，很容易造成干旱、沙尘暴、大风等自然灾害性天气。

2.3 植被状况

本区域内的植被较为稀疏，呈现出零星分布情况，沙丘表面有种植少量的沙篙、红柳、沙米、芦苇等植物，丘陵间主要分布黑珍珠、白刺、沙米、沙篙、碱蓬等植物。

3 尼龙网沙障组成部分和合成材料

尼龙网方格沙障主要是由固定柱和尼龙网两个环节构成，尼龙网是将高密度聚乙烯为主要原材料，结合大量稳定剂、紫外线吸收剂、纳米材料、抗氧化剂等材料，再通过采用双层编链边孔衬入技术制作而成。经过研究人员进行网洞模拟实验发现，尼龙网沙障孔隙度在30%~40%间，属于透风结构型沙障，能在恶劣自然环境下的沙漠地区连续应用10年，且能将其进行重复利用，尼龙网高度在20 cm，固定立柱长度在50 cm。

4 样地设计和观测

通过分析治沙示范园二期建设项目，发现尼龙网格沙障主要设置在南部沙区和原生流动沙丘区，在道路东边设置6.67 hm2和路西侧设置3.33 hm2尼龙网格沙障，规格严格按照1.5 m×1.5 m进行，两侧沙障都是从坡脚到坡顶进行全方位设置。

4.1 布设方法

通过分析沙纹观测和沙丘走向来确定主要风向，在布设尼龙网方格沙障时要将主要沙障和主风向呈现垂直形式，副障和主障垂直夹角形成90°，再将立柱利用锤子钉在沙面上，并利用专业工具在该位置画好十字形交叉标注，然后将尼龙网和立柱夹缝相互连接，拉紧尼龙网，用细铁丝将尼龙网扎紧，确保尼龙网呈现弓形状态，等到所有沙丘全部设置完成后，再将四面进行折叠，等到收边后就确定所有施工项目全部竣工。

4.2 观察方法

在沙障全部设置完毕后，工作人员可选择最具研究意义的地区，在坡脚、分坡顶部、中部设置观测立柱，并利用记号笔在观测立柱方面规范整齐的刻度标识，每月定期对其进行观察，并和周边粘土沙障、麦草沙障等进行对比。

4.3 观测结果

经过大量实践检测发现，尼龙网沙障、麦草沙障、粘土沙障在成本、抗沙埋性、输沙量等方面存在一定差异性。

4.3.1 输沙量

从整体方面来看，由于尼龙网沙障属于直立式铺设，能有效阻挡地面20~30 cm内风和沙面的直接性接触。当风沙流穿越尼龙网沙障表面时，部分气流会和沙障表面进行相互碰撞，从而形成回旋问题，能有效降低沙障前的风速和风沙流夹沙能力，让砂粒能全部落在表面。而另外部分气流通过沙障空隙来进行穿越，在整个沙障穿越过程中，由于受到沙障材料阻挡、分割、摩擦、碰撞等因素影响，给气流动能量带来严重限制，能有效降低风速减弱和夹沙能力，让很多砂粒在运动中出现严重的沉积、降落反应，能有效降低输沙量。和粘土沙障、麦草沙障相比，尼龙网沙障具有输沙量最低、沙面粗糙度最高的特点，麦草沙障粗糙度第二，输沙量较高，粘土沙障沙面粗糙度最低，且输沙量最高。

4.3.2 掏蚀程度

由于该地区风力资源极其丰富，经常出现五级以上的西北风，不可避免出现沙障掏蚀的问题。根据研究人员观察发现，在沙丘迎风坡的不同位置所呈现出来的掏蚀程度不同，尤其在坡中和坡顶位置掏蚀现象极其严重，有些位置掏蚀程度甚至上升到52 cm和22 cm。通过对掏蚀问题进行深入分析发现，导致出现掏蚀问题的主要原因是由于当风沙流过沙障时，有部分气流受到沙障材料的影响，停留在副沙障和主沙障夹角处，即使在固定立柱位置，有些气流则是直接碰撞到固定立柱位置，等到这两股气流相互结合，会形成强烈的气流合力，从而构成较强的回旋气团，将固定立柱上面的砂粒全部夹走，从而形成掏蚀大坑，甚至在一些掏蚀问题严重的地区，整个固定立柱全部被连根拔起，导致连片沙障彻底失去其应有作用。而尼龙沙障和粘土沙障、麦草沙障不同，尼龙网沙障掏蚀点注重固定立柱，而粘土沙障和麦草沙障则注重主障和障内中心位置，从掏蚀程度来看，尼龙网沙障掏蚀程度要远超其他两种，粘土沙障严重程度其次，而麦草沙障抗掏蚀性能最佳。

4.3.3 抗沙埋性

在本次实验中，将尼龙网沙障设置在南部沙区，全部采用直立式头风险沙障，其沙障空隙度全部控制在30~45 cm，当出现风沙流经过沙障时，由于沙障前面空隙密度大，导致障前积沙数量较少，障后由于受到障体阻挡，风沙流大幅度降低，沙旋进行相互碰撞，能有效减少风速流动，还能降低风沙流的夹沙性能，从而形成积沙。在正常情况下，积沙范围通常控制在障高度的2.5倍左右，但由于该地区存在较强的风力和砂源，经过多次风力影响，沙障两侧积沙很快就超过沙障整体高度，从而形成沙埋现象，导致其失去阻挡风力的作用，但是沙障底部并不很容易形成掏蚀问题，沙障间会在最短时间内形成稳定沙面。根据研究人员观察发现，在沙障坡脚位置和坡顶位置很容易被沙埋，在坡中位置能有效避免被沙埋，而粘土沙障和麦草沙障则不会出现相同情况的问题，只有少部分区域会被沙埋，归根结底是由于麦草沙障和粘土沙障在风沙流作用下，会逐渐提升障前高度，降低障后高度，整个沙障内部经过气流流动很容易形成光滑凹面，并不是累积大量沙子，只会在障梗附近形成大量积沙，不会给沙障造成沙埋问题。

4.3.4 成本可比性

治沙同样要注重成本对比，和麦草沙障、粘土沙障相比，尼龙网沙障往往需要耗费大量成本。根据专业人员统计发现，按照一亩的沙障计算，尼龙网沙障需要投入1 600元，而麦草沙障只需要投入850元，粘土沙障则要根据土地远近来进行收费，通常每亩要用到1 360元费用。

5 总结

综上所述，尼龙网沙障在沙区治理过程中具有发挥稳定、降低风速、减少输沙量、优化沙地条件等特征，但其同样具有沙障容易被沙埋、固定立柱被掏蚀等缺点。通过分析尼龙网沙障自身的优缺点，发现可将尼龙网沙障应用在零星沙丘、平缓沙地等环境治理中，能具有较好的应用效果，不适宜应用在大规模沙区治理中，但如果在麦草资源严重缺乏的环境下，也能进行大规模使用，如果能进一步优化尼龙网沙障的缺点，则同样具有较好的应用前景。基于此，文章将临泽县南部沙区为主要研究对象，通过分析临泽县南部沙区基本情况，来探究尼龙网沙障的组成部分，再利用实验观测方式来检验尼龙网方格沙障在治沙工程中的应用效果，有利于实现防沙治沙工程可持续发展。