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固沙剂在西北部沙漠地区铁路沙害防治中的应用

2015-10-12 10:32:42来源:论文网浏览:评论:0

  一、我国西北部地区沙漠化现状及其发展趋势

  中国是世界上沙漠化最严重的国家之一,根据1994年普查资料,我国荒漠化土地面积262.3(含沙漠化土地面积168.9)万km2,占国土总面积的27.3%。沙漠化土地面积主要分布在西北极干旱地区,其中八大沙漠面积55.79万km2,四大沙地面积11.65万km2,沙化土地面积101.45万km2。八大沙漠分别为:①塔克拉玛干沙漠位于南疆塔里木盆地,面积33.76万km2;②古尔班通古特沙漠位于北疆准噶尔盆地,面积4.88万km2;③柴达木沙漠位于青海柴达木盆地,面积3.49万km2;④库姆达格沙漠位于新疆东南部,面积1.95万km2;⑤巴丹吉林沙漠位于内蒙古西南部,面积4.43万km2;⑥腾格里沙漠位于贺兰山西侧,面积4.27万km2;⑦乌兰布和沙漠位于河套平原西南部,面积1.15万km2;⑧库布齐沙漠位于内蒙古鄂尔多斯高原北部,面积1.86万km2。四大沙地分别为毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地,均分布在内蒙古境内。

  20世纪50-60年代,我国沙化土地每年扩展1560km2,20世纪70-80年代为2100km2,20世纪90年代为2400km2,相当于荒漠每年要吞掉一个中等县。随着沙漠化的加速发展,突发性风沙灾害――强沙尘暴的发生频率愈来愈高,据统计,我国北方50年代共发生大范围强沙尘暴灾害5次,60年代8次,70年代13次,80年代14次,90年代23次。特别是2000年春季,北京地区遭受12次沙尘暴袭击,沙尘暴出现时间之早、发生频率之高、影响范围之广、强度之大实属罕见。每年因风沙危害造成的直接经济损失达540亿元,若无有效的防治对策,处在荒漠带的乌鲁木齐、兰州、西安、银川、太原、呼和浩特、北京、天津等大城市,终究会变成一个个沙漠城市,大批百姓将沦为生态难民。

  二、铁路建设项目对生态环境的危害

  (1)我国西北部地区干旱少雨,风大沙多,植被稀疏。经过长期风蚀作用及当地政府的人为治理,铁路沿线除流动沙丘和半固定沙丘、沙地地段外,其余地表均由植被或相对稳定的砾石层、地表结皮层等覆盖,对风蚀具有很好的抑制效应。工程施工过程中路基填筑或开挖、来往运输车辆等都将不可避免的扰动地表,破坏地表植被和稳定结皮层,若不加强规划管理措施,任意扩大施工场地和开辟便道,将会大范围的破坏地表植被,使施工作业范围内植被覆盖率大大降低,土壤水分迅速散失,土壤的粘结力下降,在土体表层无防护的情况下,风蚀量成倍增加,加剧项目区土地沙化的进程。

  (2)铁路建设项目呈线性分布,跨度大,工程建设中不可避免地占用耕地、砍伐苗木,扰动地表,使原地表植被涵养水源、防风固沙,防止水土流失的作用和土壤抗侵蚀能力急剧下降,水土流失量成倍增加。若不及时采取相应的防护措施,施工过程中被破坏的地表植被和稳定覆盖层将在短时间内难以恢复,加剧土地沙化的面积和进程,使项目区原本脆弱的生态坏境更加恶化。

  三、铁路建设项目水土流失防治要点

  根据朱震达等着《中国的沙漠化及治理》(科学出版社,1989年):裸露地表风蚀量要比植被覆盖的地表风蚀量大3.8倍,遭破坏的地表风蚀量相当于原地表的1.14倍。

  根据胡孟春(《科尔沁沙地土壤风蚀风洞试验》和中国科学院兰州沙漠研究所,《中国沙漠》杂志1991年第1期):沙地植被覆盖度分别为69.70%、58.50%、27.40%、10.75%时,风蚀量的比例分别为1:2:5:10。根据上述科研成果可知:林草植被除了对所覆盖的地表植被有保护作用外,还有阻沙、挡沙、降低风速等作用。因此,减少地表扰动面积、增加植被覆盖率、促使地表在短期内形成稳定结皮层,预防或减轻风蚀沙化灾害是西北沙漠地区铁路开发建设项目水土流失防治的根本所在。

  四、固沙剂的作用原理及优点

  固沙剂即一种具有粘结性的化学固沙材料。就是利用化学材料与工艺在流沙表面形成一层具有一定结构和强度、能够防止风力吹蚀、又可保持下层水分的固结层。固结层一般分为刚性壳层、柔软粘结层和弹性粘结层,均为光滑表面,能使沙丘表面形成保护层,隔绝气流对松散沙层直接作用以防止风沙流对沙粒的吹蚀,并形成输沙面,使沙粒不易堆积,以达到控制流沙和改善沙害环境的目的。

  固沙剂作为一种无毒、无味、无害的新型固沙材料,喷施于地表或沙尘表面后,即可很快由软变硬,在料堆表面形成坚硬的固化层,不仅能起到防尘固沙作用,还可以显着减少地下水的蒸发,同时提高沙土中有机物的含量,进而达到改良土壤的作用;固沙剂产品分固体和液体,其生产原料化工市场常见,产品价格低,生产过程中无“三废”产生,对喷施后的任何原料,不会发生二次污染;在沙地、荒地植树种草时,可大幅度提高植被的成活率,促进沙丘植被正常生长,有利于干旱半干旱地的植被保护和生态恢复。

  五、固沙剂在沙漠地区的应用

  (1)根据韩致文、胡英娣等人在塔里木沙漠公路的现场初步固沙试验可知:各种固沙剂均有良好的渗透性,喷洒后无毒害、不污染环境,喷洒过程简单易行,适宜于机械化作业;喷洒后固结速度快、固结层强度较高、具有良好的适应性,固沙效果明显,是理想的优良固沙材料。

  (2)在包兰铁路沙坡头段风沙危害防治中,程道远等人从沥青乳液配方、稳定性、渗透深度、固结层抗风蚀性等方面,对沥青乳液固定流沙进行过试验研究,在流沙表面喷洒沥青乳液能有效固定流沙,有效年限达2~5年,并对几种高分子聚合物――PAM、PVA、PVAC等材料的配置方法、固结体抗压强度、抗风蚀性等要素的实验测定与野外喷洒试验结果显示,几种固沙剂都具有较好的固沙效果,尤其以PVA和PVAC效果最好;胡英娣对不同配方与用量的水玻璃溶液进行了固沙试验,取得预期的固沙效果。固结层在U∞=5,7,10,15,20和25.3m/s实验风速和a=5°、15°和25°模拟坡面情况下,纯气流作用时,即使在a=30°、U∞=25m/s时也无风蚀;而在携沙气流作用下,风蚀量明显增加,当U∞?15m/s时,风蚀量发生突变;同种固沙材料在相同速度风沙流作用下,随a增大,风蚀量加大,当坡度a?5°时,风沙流对固结层均无明显侵蚀,a=5°时风蚀量加大,a?30°时风蚀量急剧增大。

  (3)根据甘肃省治沙研究所张锦春、赵明等在甘肃民勤沙区的实验研究表明:固沙剂对流沙进行固沙处理后,能很快在沙丘表面形成坚硬的结皮,促进沙丘植被正常生长,提高植被盖度。利用固沙剂处理流动沙丘,可使沙丘表面形成的结皮厚度增加0.2~0.3cm,风蚀减小50%~80%,沙丘植被盖度增加1.99%~2.7%;随着时间的推移,结皮不断增厚,从而有效防止了土壤风蚀,使流沙固定,为沙生植被生存繁殖提供了绝好的机会,对于干旱风沙区的综合防治具有重大的现实意义。

  六、结论

  (1)固沙剂操作简单、易行,适宜于机械化作业,在生产使用过程中可将生物固沙、化学固沙和吸水、保水剂有机结合在一起,适合在西北部沙漠地区铁路沙害防治中推广应用。

  (2)在沙质表面喷洒固沙剂后可快速在其表面形成一层坚硬的固化层,是理想的优良固沙材料。但化学固沙无防护高度,因而把化学工程固沙与生物固沙、高立式沙障等多种防沙措施相互结合,是防治沙害的最佳措施。

  (3)固沙剂抗风蚀的最大临界风速主要由其用量多少、风蚀坡度及风沙流环境决定。固沙剂用量越大,抗风蚀的最大临界风速越大;吹蚀坡度越大,固结层抗风蚀的最大临界风速越小;输沙量越大的风沙流,对固结表面的破坏程度越大。

  (4)为保证喷洒质量和固沙效果,施工中应避免超过8.0m/s的风和高温、低温天气。

 

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