CN1354305A - 一种环保贮水型永久性治沙的设施 - Google Patents

Abstract

一种永久性贮水型治沙、抗旱的环保设施,其特征为:利用人工或机械铺设不透水层,在地浅表混合高吸水性营养添加剂等措施,使沙漠地区的降水收集到地下库区内,形成一个自创的排水灌溉系统,按每30000公顷一个单元进行有效的抗旱和种植的管理,以求彻底解决沙漠化,水土流失和植被的固定,真正做到改造沙漠,人进沙退。本发明使地球上一切沙漠地区的改造都成为可能,对尚未沙化的干旱地区或准沙化地区有着积存降水,改造墒情,增进稳产高产的作用,所有资源的利用主要立足于自然能源,是一种维护环境保护的治理沙漠的设施和设计。

Description

一种环保贮水型永久性治沙的设施

一种永久性治沙的环保型机械化施工的设备，其特征为：利用高吸水性复合营养添加剂材料同沙质土壤混合，使沙土具备保持水分，缓释有机质肥料养分和其他植物生长营养素的功能，并采用在沙漠底部一定深度铺设不透水层的方法，利用阵列式不透水斜度管路，收集大气降水，在地下一定区域内形成固定贮水水库，用这套系统形成一个收集降水和排灌系统，建立永久性水源，实现对沙漠的改造。使用这种设施可以彻底解决人类至今无法解决的改造沙漠，战胜干旱的问题，有效利用一切自然资源，收集为数不多的降水，建立地下贮水层。利用高吸水性、高营养性材料，固定贫瘠的沙壤，使改造沙漠和恢复土壤营养成为可能，同时，可以利用机械化施工的方法，快速、高效地推进，在一切有条件的地区变沙漠为良田。

由于该设施能够解决干旱和营养流失问题，因此使用这种设施的沙地将在一定深度内构建完美的宜耕作环境，确保在沙漠地区实现作物栽培的成功；确保沙漠土壤的改造；确保防止沙化、荒漠化、和避免沙尘暴的发生；确保持久干旱的沙漠地区农牧业生产的稳产、高产。

本发明属于环保和新能源领域，是可持续发展计划中的重要部分。

人类战胜沙漠谈了几百年，也实践了几百年，但始终未能结束荒漠化的进程，地球上的荒漠化每年都在发展，干旱和沙尘暴也在肆虐着人类和整个生命界，与此同时，人类自身的生殖活动还处在高增长率的时期，人和土地的矛盾日益加深，因此，向沙漠要良田始终是人类面临的共同任务。

过去的治沙活动，只治标不治本，沙漠缺水的现象并没能根本解决，因此，治沙科技的要害问题是根本上解决沙漠地区的水储备问题。其次才是解决沙漠植被恢复问题。由于沙漠本身固有的特点，沙漠地区的降水不能形成径流，有限的沙漠植被只能靠根系留住少量水分，由于水蒸发太快，地表墒情很差，通常无法形成植物生长代谢体系，所以，过去治沙的成功率很低。

本发明的中心意图是：1、利用机械建立一个人为设计的不透水层，使近地面5-80米的沙漠深处，铺设一个地表水即自然降水的收集区，间隔1米左右，在每个U型的不透水层的底部，有管道同另一个不透水层相连，并人为设置一个斜度，这样，在一个要改造的沙漠区域就形成了一个固定的地下水库。2、在地下水库的中心，安装主灌溉系统，每一个作业区，设定为45万亩(3万公顷)，利用机械化施工，完成一个系统的自建水资源和自建保墒的地表防止过度蒸发的新沙土层。被收集的降水，成为一个服务于这一区域的灌溉水源。

为了实现这一计划，本发明设计一种可同时进行挖掘、铺设、填埋、保持水流斜度的车载机械、在操作工人的参与下，建立沙漠深处的地下不透水层，并使其完成带有斜度的连接，所有铺设工作的尽头都同被改造地区的中心一地下水库的所在地相连，而地下水库也由不透水高分子材料制成，库区库容的大小按照被改造沙漠的年降水量多少来确定，如我国西部的戈壁沙漠，年降水量约为100毫米，按照量雨器的雨量测量的规律，假定不按承雨器上端漏斗的切口的园面积作为单位，而把每平方米作为接收降水的单位(毫米/平方米)，那麽在沙漠改造地区30000公顷土地上，就可收集3亿个100毫米深度的降水，也就是3000万立方米的降水，这一数量的1/10被不透水层所收集，地下水库就会得到300万立方米的雨水，45万亩土地，每年可获得6、66立方米的灌溉用水，实际上，由于沙漠地区水渗透速度相当快，进入地下库区的降水还远不止这麽多。与此同时，本发明还设计了滴灌和地表30公分内的土壤改造的施工过程，来进一步完善这一工作。然后，种植适合的植被，靠连年植物根系的腐殖化积累改变地表的组分和构成，久而久之，沙质土壤的成分会发生变化，成为沙壤，进而成为壤土。

实现本发明的具体方案是：使用搅龙式挖掘装置和与之跟进的铺设一填埋工具，在机械设备前部五米宽的沙地里作业，完成五米宽、五到十米深的沟豁，并在沟豁内，使用机械手铺设若干U字型不透水层，不透水层呈放射形，由四周向中心倾斜，稍有斜度，保证降水或灌溉用水，能沿设定的方向，采用自高向低的自然流向，通达被改造沙漠区域的中心，形成区域的地下水库。不透水层可以使用1、2毫米的高强度交联聚乙烯、聚丙烯薄膜，也可使用不透水、同时对作物根系无害的其他无毒高分子材料，如红泥塑料，不降解的塑料废料等。

不透水层设置完成后，地表30公分深的沙层，掺入高吸水性营养物质，这是一高吸水性材料并加有缓释肥料和植物生长促进素的物质，具有比一般土壤吸水性高1000倍，并不宜渗透的特点，可以以有效地保存土壤的墒情，增加土壤的营养，保证栽培的任何植物成活。

当近地30公分处的土壤形成一个大型营养钵后，选择适合在沙漠地区成长的灌木、蔬菜、苗木进行栽培，在丰富的太阳能量作用下，植物生长呈现快速和高质量的发育，其根系牢牢将沙粒固着，同时由于不透水层的渗漉作用，植物的根系获得了生长的最佳状态，原有的植物种子，主要是各类草本植物也茁壮的成长起来。

当地下植物的根系盘根错节将沙砾固定下来后，沙漠原来的特点就发生了质的变化，此时，栽培适合沙壤土地生长的乔木就不成问题了。

沙漠地区不是不降雨，而是由于沙漠长期干旱，蒸发量又过快，有一点降水就被沙漠吸干了，通过改造后，上层的沙土被高吸水性物质保住墒情，水分不易蒸发；新产生的降水即使数量很小，也都被不透水层挡在5-10米深的空间内，而恰恰在这个空间里，植物会茁壮的生长。

因为设定了一定斜度，不透水层和地表之间的多余的水分会顺着斜坡集中到这一区域的最低部，形成一个小型的地下贮水水库，有限度地贮存了雨水和雪水，这些星罗棋布的地下水库，不仅贮存了宝贵的水资源，而且保证了在最干旱少雨的季节里，也能向植物提供较充分的水分，保证植物的正常生长，长时间循环这一过程，改变了沙漠的干燥，挽救了沙漠植被，减少了沙尘暴的发生，坚持数年，沙漠就变成了良田，人进沙退的局面就打开了。

图1表现了整个治沙、固沙和收集降水，以及形成地下水库库区的全部过程，图中1是待改造的沙层或荒漠化的干旱土地，2，是人工机械形成的不透水层，3、是近地约30厘米到100厘米处的高吸水性土壤改造剂和营养剂，4、是人工设置的毛细管，利用毛细管调整上层土壤的湿度和温度，5、是不透水层底部连接的排水管道，在降水时，快速渗入地下的雨水或溶化雪水，被不透水层阻隔，只能通过铺设时确定的斜度流往一个固定的方向，这个方向时被治理沙地的中心，在治沙施工时，利用最低廉价格的高分子聚合物材料在这个中心地区6，构筑一个地下库区，存贮由各个不透水层靠重力作用流进库区的淡水，并长期存在下去，成为被改造地区固定的灌溉水源，采用科学的滴灌或施肥灌溉，保证植物生长所需要的一切养分。

全部过程，按每人每小时铺设不透水层50平方米计算，每百人每天可改造沙漠30000平方米，折合45亩，那麽一个万人的队伍治沙，每天就可改造4500亩沙地，全年100天工作，就可改造沙漠45万亩，而使用机械来完成这一任务，则可以提高效率30倍以上。改造后的沙漠土地不仅不会再干旱，而且逐渐会成为稳产高产的优质土壤，由于西部沙漠地区，太阳长日照时间要比东部地区长很多，只要解决了水的问题，作物高产是没有问题的。全国都动起手来，使用这一技术操作，人进沙退的现实就会实现。中国五分之二的土地可以利用这一方法区改造。

完成这一过程使用的机械有四个工位。见图2，其中1是挖掘设备，包括铲和一个卷扬沙砾的传送带；2、铺设不透水层的机械手3、填埋设备4、地表30公分深度的高吸水性复合营养沙质土壤改造剂的混合设备及平整设备。所有四个工位都安装在一辆机动车上，机动车动力同时作为机械工位做功的动力。

本发明所使用的高吸水性复合营养沙质土壤改造剂，其主要成分由三部分组成，第一部分是以四元共聚的高吸水性树脂为主，使用淀粉-丙烯酸接枝聚合物为骨架材料，其特点是：可以吸收充足的水分，并保持水分不宜散失，有效防止沙漠土壤在干旱时，水分大量挥发；第二部分是植物生长所必须的营养物质，如肥料(氮、磷、钾及微量元素)，菌肥等；第三部分是功能性缓释材料，使用缓释材料是为了长时间在无人管理的状况下，被改造的沙漠土壤能够提供相对富集的营养物质和植保物质，保证在干旱条件下，作物可摄取到从种子发芽到作物生长、成熟所需要的初期最佳营养物质。使植被生根，进行正常的新陈代谢，充分利用太阳能量积累植被作物生长所应吸收的高营养成分，使植被作物健康的成长。

图3是一种辅助式手动工具，其中的1是手柄，2是带有角度的不透水层植入器，3是沙土植入器，4是高吸水性营养物质分布的地表下部分示意。

本发明所提到的沙漠改造，是在首先将沙漠平整为近似等高、相对平坦的条件下进行的，这是保证形成地下径流和地下水库的先决条件，只有在相对平坦的地面等高的条件下，才能保证地下集水和贮水的功能得以实现。

实施示例1

在对象为完全沙化的土地上施工，应首先平整土地，按照设定好的工作量确定地下贮水层和地下水库的库容量，按照本地区年降水量和年蒸发量及周围植被分布状况决定不透水层的厚度、地下排灌管道斜度。同时参照施工地太阳日照时间，风力状况(风速、风资源总量)，决定选择何种植被和在浅表土地中加入多少高吸水性固沙添加剂，这一过程由治沙方案的制定部门确定。以我国每年土地沙漠化速度2400平方公里计算，如果治理速度高于沙化速度，应该制定每个治理单元为45万亩(30000公顷)沙荒地面积的规划，并以此为基础对需要治理的所有地区做出规划。

以戈壁边沿沙漠为例：首先丈量面积为45万亩的沙地，找出中心地带，按照自高往低的走向，以中心地带为最低点，向周边辐射八条主干线，按斜度不超过3米的斜率，挖掘和铺设不透水层，最高处离地面绝对深度为5米，中心位置离地面绝对深度为8米，使用加强交联型低压聚丙烯薄膜(0、3-0、5毫米)制成的V型不透水层，将降落到该地区的大部分降水(雨、雪)收集到不透水层中，并通过重力作用向中心地带流动，而在该制沙地区的中心地带，由于处于被改造沙地所铺设的不透水层最后终结地，就形成了一个处于地下的贮存降水的库区，该库区仍采用高分子塑性材料铺设不透水层，每个单元(3万公顷)需建容量为200万立方米以上的地下水库，和相应的排灌设施。人造不透水层地下水库深16米，长宽均为500米，正方体型。

管道和不透水层铺设结束后，回灌沙土，使不透水层受力均匀，包括地下水库地区也要回填沙土，以避免蒸发，在离地面50厘米厚的浅表土层内，加入高吸水性营养固沙添加剂，这样，这个45万亩的单元就成为一个保证有持续水资源的可灌溉，可进行科学管理的易农易牧的耕作区。

种植初期，应以种植红柳、骆驼刺等传统沙漠地区易成活的灌木，甘草、发菜等固沙经济作物为主，等到库区开始贮水时，就可以种植棉花、胡麻、亚麻、花生等作物，并可以进行耕作，形成对作物的根茎的腐殖积累，增加有机养分，构成微生物降解系统。

实施示例2：

在干旱地区，如水土流失严重的黄土高原贫瘠地区，可以采用该方法，效果好于纯粹沙漠地区。特别是用于发展林业、畜牧业规模化生产，改变水土流失现象，形成固定灌溉水源、固定科学管理。

实施示例3：

在风沙特别大的地区，沙丘移动现象会影响改造沙漠，完成不透水层的铺设，应该先建立一个防风系统控制沙丘移动，然后再按示例2或1进行改造。

Claims (4)

1、一種永久性改造沙漠，貯水分的治沙設施，其特徵爲：通遇對地下鋪設

  不透水層和地表混合高吸水性營養物質，来獲得沙漠地區持久的水資源，

  使作物在充足的水分、陽光、營養環境下，健康的發育、成長，最終使沙

  漠變爲田，消除了荒漠化，沙塵暴發生的基礎，是中國西部沙漠地區和

  乾旱地區最終戰勝乾旱，獲得持久的水源的“治本”方案；

2、按照權利要求1，本發明採用高分子不透水材料薄膜，作爲在沙漠地下建

  立不透水層降水收集系統的材料，如增強聚丙烯膜，紅泥再生塑膠的吹塑

  或注塑成型物等；

3、按照權利要求1，本發明改造地表沙地所採用的高吸水性營餋物質，採用

  溅粉-丙烯酸接枝聚合物爲骨架，由四元共聚的有機材料所耩成，正常條

  件下，其吸水性比一般壤土高1000倍，可有效保護墒情，維持對作物的

  根系和整個新陳代謝過中，營飬、陽光和水分的供應：

4、按照權利要求1，整個改沙過程可以利用機械完成，也可以利用人工小規

  模的實施，所形成的地下水庫庫區，由常地年實際降水量、蒸發量來决定，

  年均降水100毫米以下的地區，一個治理單元(3萬公頃)地下水庫應在

  300萬立方米左右。

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