CN107761699A - 荒漠化环境修复黏土沙障、组合固沙系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及荒漠修复技术领域，特别是一种荒漠化环境修复黏土沙障、组合固沙系统及其使用方法。能够全面实现机械化过程，降低固沙成本，提高固沙效率；沙障内芯采用沙丘上层流沙堆砌塑性，极大减低材料用量也大幅降低施工难度，原材料成本减少了70%；沙障的持久性提高了5倍以上，一般草方格沙障的最长寿命约3年左右，黏土沙障的寿命超过了15年；黏土沙障能够给土壤提供良好的营养元素，大大提高了生物固沙植物的成活率；在天然雨水冲刷的条件下，黏土沙障在其几何构型内部能够形成良好的黏土结皮，在没有外界破坏的条件下，这层结皮能够很好地阻止地表流沙的移动。

Description

荒漠化环境修复黏土沙障、组合固沙系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及荒漠修复技术领域，特别是一种荒漠化环境修复黏土沙障、组合固沙系统及其使用方法。

背景技术

目前我国荒漠化最严重的地区主要在我国西部，中国西部分为西北和西南两大区域：西北包括陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆、内蒙古等省区，西南则包括四川、云南、贵州、广西、重庆、西藏等省市区。

土地一旦被流沙侵蚀或者沙漠化以后，直接影响是可耕地和居住地面积减少。由于风蚀作用强烈发展，使有机质和可利用的养分大量消失，降低了土壤的肥力。在沙漠化地区，许多农田每年因风蚀而毁坏，需要反复的播种，最终导致不能正常耕种。草原沙化使得牧场面积急剧减小，牲畜严重缺草。

沙漠化使得铁路，公路受沙埋的情况更是时常发生，初步估计，全国受沙害的铁路超过2000公里。风沙对通讯和输电线路的危害也是非常的大，不仅常常刮翻电杆，吹断电线，而且在风沙频繁的季节经常出现有害于线路的风沙电现象。风沙对各种水利设施的破坏也是非常的严重，导致国家每年要投入大量的人力物力治理河道和排水沟。

针对流沙和风沙的以上危害，全球各个国家和政府采取了大量的措施治理流沙。在我国，流沙的治理最为显著。其中最重要的就是工程固沙和植物固沙。在工程固沙领域，有草方格固沙，其他生物质废弃物固沙、石砾固沙、高分子材料固沙、黏土固沙等等。其中最为著名的就是草方格固沙，中卫铁路段的草方格固沙工程在全世界有名气。但是这些年来，草方格固沙的困难也是非常的突出，如在机械化收割下，几乎没有稻草能够满足固沙的长度要求；另外造纸厂的大量收购，也是导致草原料紧缺的主要原因；农民工工资大幅度上涨，导致固沙成本提高；无法实现大面积机械化操作。

针对以上问题，有文献报道了黏土固沙方法。黏土具有原材料价格低廉，材料来源广泛的特点，而且对环境无污染。文献报道的有各种形状的工程固沙方案，但是我们发现单一的几何形状很难将流沙彻底固定。因此在本发明中我们通过长时间的实验和观察，既利用了黏土材料的优点，又巧妙地解决了单一几何形状所具有的缺点。

发明内容

本发明解决现有技术不足提供一种材料易得、固沙效果明显、适应性突出的荒漠化环境修复黏土、组合沙障及其使用方法。

本发明解决其技术问题所采用技术方案为：

荒漠化环境修复黏土沙障，包括沙障内芯和沙障外壳，所述沙障内芯由荒漠流沙堆砌而成，沙障外壳由黏土组成，黏土覆盖沙障内芯上形成沙障外壳。

所述黏土由如下重量份配制：黏土99~99.5份、添加剂0.5~1份，所述添加剂为羧甲基纤维素或秸秆。

所述添加剂粉碎粒度200目，黏土不进行粉碎，黏土中加入添加剂混合均匀。

所述沙障内芯堆砌成条形、网格形、人字形、拱形、梯形、圆形、半圆形、三角形或四边形。

所述黏土的覆盖厚度10~15cm，沙障总高度40~100cm。

荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统，包括固沙单元，多级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个上述任一项所述的荒漠化环境修复黏土沙障组成，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，相邻级固沙单元之间采用不同形状的沙障内芯。

包括三级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，第一级固沙单元的沙障内芯选用人字形、圆形或三角形组成，第二或三级固沙单元的沙障内芯选用条形或网格形。

包括两级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，第一级固沙单元的沙障内芯选用梯形，第二级固沙单元的沙障内芯选用条形。

荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统的使用方法，包括如下步骤：

A、修复黏土制备

黏土不进行粉碎，黏土中加入添加剂混合均匀；

B、制备沙障内芯

将沙丘的上层流沙直接堆砌成条形、网格形、人字形、拱形、梯形、圆形、半圆形、三角形或四边形的沙障内芯；

C、覆盖沙障外壳

黏土覆盖沙障内芯上形成荒漠化环境修复黏土沙障；

D、布设固沙单元

多个黏土沙障间隔布设形成单级固沙单元；

E、组成固沙系统

依次布设多级固沙单元形成固沙系统。

所述步骤B中沙丘坡度小于30^°，沿迎风方向布设沙障。

本方法与常用的草方格固沙相比较，其优点是：

1. 能够全面实现机械化过程，降低固沙成本，提高固沙效率；

2. 沙障内芯采用沙丘上层流沙堆砌塑性，极大减低材料用量也大幅降低施工难度，原材料成本减少了70%；

3. 沙障的持久性提高了5倍以上，一般草方格沙障的最长寿命约3年左右，黏土沙障的寿命超过了15年；

4. 黏土沙障能够给土壤提供良好的营养元素，大大提高了生物固沙植物的成活率；

5. 在天然雨水冲刷的条件下，黏土沙障在其几何构型内部能够形成良好的黏土结皮，在没有外界破坏的条件下（指人为破坏或者动物的踩踏），这层结皮能够很好地阻止地表流沙的移动；

6. 黏土沙障形成的天然黏土结皮是良好的热相变材料，能够调节固沙植物根部的温度变化范围，保护固沙植物根部免受高温或者高寒的侵害，提高固沙植物的成活率；

7. 黏土结皮是良好的防蒸发材料，能够较好的减缓流沙内部水分的蒸发；

8. 黏土沙障对地域的适应性强，能够随机应变出多种沙障组合方式。

附图说明

图1为本发明的固沙系统结构示意图Ⅰ；

图2为本发明的固沙系统结构示意图Ⅱ；

图3为本发明的固沙系统结构示意图Ⅲ；

图4为本发明的固沙效果对比图。

具体实施方式

荒漠化环境修复黏土沙障，包括沙障内芯和沙障外壳，所述沙障内芯由荒漠流沙堆砌而成，沙障外壳由黏土组成，黏土覆盖沙障内芯上形成沙障外壳。所述黏土由如下重量份配制：黏土99~99.5份、添加剂0.5~1份，所述添加剂为羧甲基纤维素或秸秆。所述添加剂粉碎粒度200目，黏土不进行粉碎，黏土中加入添加剂混合均匀。所述沙障内芯堆砌成条形、网格形、人字形、拱形、梯形、圆形、半圆形、三角形或四边形。所述黏土的覆盖厚度10~15cm，沙障总高度40~100cm。

黏土沙障综合固沙原理：

1.利用当地现有的天然材料及环境友好高分子作为基本固沙原料，通过这些原材料之间的弱相互作用和多位点缩聚（原材料黏土含有许多金属离子和羟基等反应位点，高分子含有大量羟基和羧基等功能基团，它们之间通过弱相互作用、多位点缩聚及高分子缠绕，可以形成固沙结块或结皮），制备绿色复合固沙材料；

2. 从工程和流沙物理学角度出发，利用所制备的固沙材料，在不同类型的流沙区人工或机械化铺设兼具疏导和阻隔功能的组合沙障，辅助沙生植物种植和保护，辅助土结皮，辅助自然生物结皮；

3. 筛选适合当地生长的优良固沙植物，利用保水剂包衣种植。

荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统，包括固沙单元，多级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个上述任一项所述的荒漠化环境修复黏土沙障组成，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，相邻级固沙单元之间采用不同形状的沙障内芯。

优选的包括三级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，第一级固沙单元的沙障内芯选用人字形、圆形或三角形组成，第二或三级固沙单元的沙障内芯选用条形或网格形。

优选的包括两级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，第一级固沙单元的沙障内芯选用梯形，第二级固沙单元的沙障内芯选用条形。

荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统的使用方法，包括如下步骤：

A、修复黏土制备

黏土不进行粉碎，黏土中加入添加剂混合均匀；

B、制备沙障内芯

将沙丘的上层流沙直接堆砌成条形、网格形、人字形、拱形、梯形、圆形、半圆形、三角形或四边形的沙障内芯；

C、覆盖沙障外壳

黏土覆盖沙障内芯上形成荒漠化环境修复黏土沙障；

D、布设固沙单元

多个黏土沙障间隔布设形成单级固沙单元；

E、组成固沙系统

依次布设多级固沙单元形成固沙系统。

所述步骤B中沙丘坡度小于30^°，沿迎风方向布设沙障。

本组合沙障系统与构成该组合沙障的单一型沙障比较，如圆形，梯形、人字形、网格型及行带式相比较，具有以下优势：

1、三个组合沙障在2公里内可以将流沙移动速度降低为0，但单独圆形，梯形、人字形、网格型及行带式中的任何一种，将流沙速度降为零均需要5公里以上的沙障，说明组合沙障效果更佳明显。

2、组合沙障在0.5公里内就可以将季节性洪水分流，当洪水到达1公里左右时，已基本上全部分散，但单独圆形，梯形、人字形、网格型及行带式中的任何一种，需要在3公里以上的才能分流分散。

3、风沙流沿切线方向逐级分流和减速，到达行带或网格沙障后动能和高度大大降低，网格沙障即可完全阻隔减速后的风沙流。土基沙障遇雨周围能自然形成结皮，可以集水防蒸发，为沙生植物及藻类提供固定床、水分和基础营养，降低沙面温度骤变，为种子萌发、幼苗生长和藻类繁衍创造条件，达到长期固沙和生态修复的目的。

实施例1

荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统，包括三级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，第一级固沙单元的沙障内芯选用网格形，第二级固沙单元的沙障内芯选用圆形，网格形沙障空腔内设有圆形沙障

第三级固沙单元的沙障内芯选用条形。

实施例2

荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统，包括两级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，第一级固沙单元的沙障内芯选用梯形，第二级固沙单元的沙障内芯选用条形。

实施例3

荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统，包括三级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，第一级固沙单元的沙障内芯选用人字形，第二级固沙单元的沙障内芯选用网格形， 第三级固沙单元的沙障内芯选用条形。

实施例1-3中均在甘肃沙漠化地区实地测试，具体测试结果如表1所示，实施例1至3的方案使用效果明显优于单一形状沙障。

表1 不同沙障对流沙阻隔及洪水分流能力统计

对比实验

上述实施例1-3中实施例2阻沙效果最好，如表2所示仅改变实施例2的堆砌高度进行测试。40-100cm区间最为理想，小于40cm独挡性能减低明显，大于100cm大幅增加施工难度，但阻沙效果无显著提升。

表2 不同沙障高度对流沙阻隔及洪水分流能力统计

Claims (10)

1.荒漠化环境修复黏土沙障，其特征在于包括沙障内芯和沙障外壳，所述沙障内芯由荒漠流沙堆砌而成，沙障外壳由黏土组成，黏土覆盖沙障内芯上形成沙障外壳。

2.根据权利要求1所述的荒漠化环境修复黏土沙障，其特征在于所述黏土由如下重量份配制：黏土99~99.5份、添加剂0.5~1份，所述添加剂为羧甲基纤维素或秸秆。

3.根据权利要求2所述的荒漠化环境修复黏土沙障，其特征在于所述添加剂粉碎粒度200目，黏土不进行粉碎，黏土中加入添加剂混合均匀。

4.根据权利要求1所述的荒漠化环境修复黏土沙障，其特征在于所述沙障内芯堆砌成条形、网格形、人字形、拱形、梯形、圆形、半圆形、三角形或四边形。

5.根据权利要求4所述的荒漠化环境修复黏土沙障，其特征在于所述黏土的覆盖厚度10~15cm，沙障总高度40~100cm。

6.荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统，其特征在于包括固沙单元，多级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个上述权利要求1至5任一项所述的荒漠化环境修复黏土沙障组成，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，相邻级固沙单元之间采用不同形状的沙障内芯。

7.根据权利要求6所述的荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统，其特征在于包括三级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，第一级固沙单元的沙障内芯选用人字形、圆形或三角形组成，第二或三级固沙单元的沙障内芯选用条形或网格形。

8.根据权利要求6所述的荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统，其特征在于包括两级固沙单元组成固沙系统，每级固沙单元由多个相同形状沙障内芯组成，第一级固沙单元的沙障内芯选用梯形，第二级固沙单元的沙障内芯选用条形。

9.根据权利要求6所述的荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

A、修复黏土制备

黏土不进行粉碎，黏土中加入添加剂混合均匀；

B、制备沙障内芯

将沙丘的上层流沙直接堆砌成条形、网格形、人字形、拱形、梯形、圆形、半圆形、三角形或四边形的沙障内芯；

C、覆盖沙障外壳

黏土覆盖沙障内芯上形成荒漠化环境修复黏土沙障；

D、布设固沙单元

多个黏土沙障间隔布设形成单级固沙单元；

E、组成固沙系统

依次布设多级固沙单元形成固沙系统。

10.根据权利要求9所述的荒漠化环境修复黏土沙障组合固沙系统的使用方法，其特征在于所述步骤B中沙丘坡度小于30^°，沿迎风方向布设沙障。