荒漠化防治工程学—荒漠化工程防治技术课件.ppt
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1、第五章 荒漠化工程防治技术第一节 风蚀工程防治技术第二节 水蚀工程防治技术第三节 盐渍荒漠化的工程防治技术第四节 道路矿区荒漠化防治技术 第一节 风蚀工程防治技术一、机械沙障固沙(一)机械沙障的类型和作用原理1机械沙障在治沙中的地位及作用2机械沙障的类型3机械沙障的作用原理第一节 风蚀工程防治技术1机械沙障在治沙中的地位及作用 机械沙障是采用柴、草、树枝、黏土、卵石、板条等材料,在沙面上设置障碍物,控制风沙流动的方向、速度、结构,改变蚀积状况,统称机械沙障。在自然条件恶劣地区,机械沙障是治沙的主要措施,在自然条件较好的地区,机械沙障是植物治沙的前提和必要条件。2机械沙障的类型按防沙原理和设置方
2、式方法平铺式沙障直立式沙障带状铺设式全面铺设式按设置方法按高矮不同按透风度高立式沙障低立式沙障隐蔽式沙障透风式不透风式紧密式减少风沙流的输沙量就地固定流沙3机械沙障的作用原理(1)平铺式沙障的作用原理(2)直立式沙障防沙原理(3)透风结构沙障的作用原理(4)不透风或紧密结构沙障的防沙原理(5)隐蔽式沙障的防沙原理减弱气流载沙能力制止地表沙粒以沙纹式移动降低风沙流的载沙能力(二)沙障设计的技术指标1沙障孔隙度 沙障孔隙面积与沙障总面积之比叫做沙障孔隙度。我们通常用它作为衡量沙障透风性能的指标。孔隙度在25%时,障前积沙范围约为障高的2倍,障后积沙范围为障高的78倍。孔隙度达到50%时,障前基本没
3、有积沙,障后的积沙范围约为障高的1213倍。障间距离和沙障高度一定的情况下,多采用25%50%的透风孔隙度。风力大、沙源小则孔隙度应小;沙源充足,孔隙度应大。(二)沙障设计的技术指标2沙障高度 沙地部位和沙障孔隙度相同的情况下,积沙量与沙障高度的平方成正比。(二)沙障设计的技术指标3沙障的方向 沙障的设置应与主风方向垂直,通常在沙丘迎风坡设置。(二)沙障设计的技术指标4沙障的配置形式 沙障的一般配置形式有行列式、格状、人字形、雁翅形、鱼刺形等。主要是行列式和格状式2种。(1)行列式配置:多用于单向起沙风为主的地区。(2)格状式配置:在风向不稳定,除主风外尚有侧风较强的沙区或地段采用。(二)沙障
4、设计的技术指标5沙障的间距 沙障间距即相邻两条沙障之间的距离。与沙障高度和沙面坡度有关。沙丘坡面障间距(二)沙障设计的技术指标5沙障的间距 沙障间距即相邻两条沙障之间的距离。与沙障高度和沙面坡度有关。用土量(二)沙障设计的技术指标6沙障类型及设障材料的选用以载持风沙流为主,则应选用透风结构的高立式沙障为易。以防风蚀为主,则应选用半隐蔽式沙障;(三)沙障的设置方法高立式沙障制作材料设置方法芨芨草、芦苇、板条、高杆作物。将材料基部插入沟底,下部加稍头,两侧培沙,扶正踏实,培沙要高出沙面10cm。(三)沙障的设置方法制作材料设置方法活动的高立式沙障木板、铁钉。用板做成不透风的沙障,以行列式的为主,高
5、度与高立式沙障近似;可随风向的变化随时移动位置。(三)沙障的设置方法制作材料设置方法半隐蔽式草沙障麦秆、稻草、软秆杂草。在沙丘上划线,将材料均匀横铺在线道上,用力下踩至沙层1015cm,然后从两侧培沙踩实。(三)沙障的设置方法制作材料设置方法低立式黏土沙障黏土划线,然后沿线按程序设计堆放黏土,形成高1520cm的土埂,断面呈三角形。(三)沙障的设置方法制作材料设置方法平铺式沙障有黏结性或质地较坚硬的块状物。将黏土或砾石块均匀地覆盖在沙丘表面,砾石平铺沙障间要紧密排均,设带状平铺时要按要求留出空带。(四)各类沙障效果地评价1高立式沙障 防沙效果好,但易造成流沙堆积,设置后需经常维修。耗料多,费工
6、多。2半隐蔽式沙障(1)格状草沙障(2)黏土沙障取材方便,施工简便,成本低,固沙效果较好。成本低,有较强的保水能力,对植物治沙有利,但受地区的限制较大。二、化学固沙(一)化学固沙简况及原理1化学固沙简况(1)第一个国家是前苏联,研究开始于1934年;(2)美国第一次试验是在1950年;(3)英国于1960年开始固沙,并配合植树造林;(4)中国于1956年开始研究工作;(5)其他国家都开展了试验研究。二、化学固沙(一)化学固沙简况及原理2化学固沙的作用原理(二)化学固沙物质的种类和组成沥青乳液固沙法沥青化合物固沙法油胶乳固沙法涅罗森固沙法沙粒结块固沙法石油沥青乳化剂、水沥青或黏油矿石粉、水含氮物
7、、石炭酸、酚类化合物中性沥青质、沥青质酸中性油、烃和中性氧化物橡胶乳在沙中加黏结剂同时栽植固沙植物(三)化学固沙物质的配制及使用方法1沥青乳液的配制及使用2沥青化合物的配制和使用3油胶乳的配制和使用1沥青乳液的配制及使用(1)概况初期探索阶段阴离子乳液蓬勃发展阶段阳离子沥青乳液发展阶段阳离子、阴离子、两性离子非离子型快裂型中裂型慢裂型按乳珠所带电荷接触沙粒时的破乳速度类型 概念 发展过程沥青乳液又叫乳化沥青,它是在乳化剂存在条件下,通过乳化设备将沥青以微粒形式分散于水中的两相体系。1沥青乳液的配制及使用(2)沥青的组成及其化学特征沥青氢10%15%氧1%5%炭70%80%硫2%8%氮0.5%2
8、%黑色有机胶结材料,有黏性,抗水性及防腐作用。1沥青乳液的配制及使用(3)沥青乳液的配制1沥青乳液一号配方2沥青乳液二号配方3沥青乳液生产工艺的主要生产设备4沥青乳液生产过程1沥青乳液的配制及使用(4)沥青乳液的使用1用量2高度3方向4喷洒方式每平方米几克到几百克。一般1m左右。侧向略迎风喷洒。全面喷洒法和带状喷洒法。2沥青化合物的配制和使用(1)配制 将MG:70/30沥青或黏油、矿物粉和水按规定的比例配好,装入灰浆搅拌机中进行强力搅拌即可制成。(2)使用 将制成的化合物进行稀释,用泥浆泵喷洒即可。3油胶乳地配制和使用(1)配制 将油100份,水1530份,油酸24份,三乙醇胺12份混合搅拌
9、1520min,即可制成良好稳定性的油胶乳液。(2)使用 直接用配制好的油胶乳溶液向沙面上喷洒。(四)沥青乳液固沙效果评价1抗风蚀2透气性3保水性与透水性4蒸发量5温度一般可使用45年,未遭破坏可使用10年以上。对沙子的透气性影响不大。保水性好;喷洒量大不透水,喷洒量小透水性好。蒸发量大时,喷洒量明显影响蒸发量的大小。夏季铺沥青的地方均低于未铺的地方,春秋季相反。6对植物生长的影响7关于沥青乳剂固沙的造价问题(四)沥青乳液固沙效果评价(1)使植物免遭风蚀、沙埋、沙打、沙割的危害。(2)改善了土壤的水温条件,有利于植物的生长。(3)春秋沥青层下温度高,延长了植物的生长期。(4)夏季免遭日灼,发芽
10、提早,生长加快,死亡率减少。(5)微量放射性物质刺激植物,使其生长效果好。国外造价为草沙障地1/4,我国造价较高。化学固沙在我国不普通,限制了推广应用。三、风力治沙(一)风力治沙的意义及原理1风力治沙的概念 风力治沙是以风的动力为基础,人为地干扰控制风沙的蚀积搬运,因势利导,变害为利的一种治沙方法。从风沙运动规律认识,风力治沙指应用空气动力学原理,采用各种措施,造成沙粒走动或地表风蚀的一种治沙方法。三、风力治沙(一)风力治沙的意义及原理2风力治沙的意义(1)应用地区广泛。(2)行之有效的治沙方法。(3)固输结合效果显著。(4)风是沙区的宝贵能源之一。三、风力治沙(一)风力治沙的意义及原理3风力
11、治沙原理(1)辩证统一规律是风力治沙的理论基础。(2)非堆积搬运和饱和路径学说是风力治沙的 理论依据。(3)伯努力方程的应用。伯努力方程(二)风力治沙的技术措施 风力治沙的基本措施是以输为主,兼有固。固输结合,则效果更佳。1以固促输,断源输沙 用可行的治沙方法固定流沙、切断沙源,使流经防护区的风沙流成为非饱和气流,使积沙被气流带走或以非堆积搬运形式超过防护区,使被保护物免受积沙危害。(二)风力治沙的技术措施2集流输导 集流输导是聚集风力、加大风速、输导防护区的积沙,防止沙埋危害。最常见的集中风力法有聚风板。采用聚风法常用如图所示三种方法:(二)风力治沙的技术措施3反折侧导(1)反折侧导的原理(
12、2)反折侧导的设置(3)改变地表状况,促进流沙输导1创造平滑的环境条件2加大上升力进行输沙3附面层风速变化规律的应用(三)风力治沙措施的应用1渠道防沙(1)渠道防沙的基本要求(2)渠道本身是非堆积搬运(3)防沙堤和护道(4)我国沙区的渠道防护(三)风力治沙措施的应用2拉沙修渠筑堤沙障距中心线的距离利用风力修渠筑堤的方法是设置高立式紧密沙障。修渠可按渠道设计的中心线设置沙障。(三)风力治沙措施的应用3拉沙改土 拉沙改土是利用风力拉平沙丘,使丘间低地掺沙,改良土壤。风力拉沙改土必须掌握2个技术环节:1要有一定的沙源,保证较短时间内供给足够的沙子;2要造成很有效的积沙条件。三、水力治沙(一)水力拉沙
13、的意义及原理1水力拉沙的概念 水力拉沙是以水为动力,按照需要使沙子进行输移,消除沙害,以改造利用沙漠的一种方法。其实质是利用水力定向控制蚀积搬运,达到除害兴利的目的。三、水力治沙(一)水力拉沙的意义及原理2水力拉沙的意义(1)增加沙地水分(2)改变沙地地形(3)改良土壤(4)改善沙区小气候(5)促进沙地综合利用三、水力治沙(一)水力拉沙的意义及原理3水力拉沙的原理沙粒的重量与流速的关系 水力拉沙是运用水土流失的基本规律,以水力为动力,通过人为的控制影响流速的各项因子,使水流集成股流,造成水的流速大于土体的抵抗力。同时,水量超出渗透速度,形成径流,水和泥沙顺坡流走。特点:(二)引水拉沙修渠1特点
14、及作用 拉沙修渠是利用沙区水源,引水开渠,以水冲沙,疏通和延伸引水渠道。适应地形、灵活定线、弯曲前进、逐步改直;沙粒松散、容易冲淤、比度宜小、断面易大;引水拉沙、冲高填低、水落淤实、不动不夯;引水开渠、以水攻沙、循序渐进、水到渠成。(二)引水拉沙修渠 拉沙修渠是利用沙区水源,引水开渠,以水冲沙,疏通和延伸引水渠道。开发利用和改造治理沙漠和沙地。拉沙造田,扩大土地;拉沙压碱,改良土壤;引水润沙,加速绿化;拉沙筑坝,建库蓄水。1特点及作用根本目的:直接目的:(二)引水拉沙修渠2规划设计3施工和养护 修渠之前要勘查水源、计算水量、了解水位和地形地势条件,确定灌溉范围和引水方式,选择渠线,布设渠系。施
15、工过程是边修渠边引水,以水冲沙,引水开渠,由上而下,循序渐进。作法是开挖冲沙壕,引水入壕,将沙丘拉低,沙湾填高,变成平台,引水拉沙开渠或人工开挖渠道。渠道修成之后,必须做好防风、防渗、防冲、防淤等防护设施。(三)引水拉沙造田 引水拉沙造田是利用水的冲力,把起伏不平、不断移动的沙丘,改变为地面平坦、风蚀较轻的固定农田。1拉沙造田的规划设计 拉沙造田必须与拉沙修渠统一规划,分期实施。造田地段应规划在有水源的地方。造田次序应先远后近、先高后底,保证水沙有出路,以便拉平高沙丘、淤填低洼地。2拉沙造田的田间工程包括引水渠、蓄水池、冲沙壕、围埂、排水口等。3拉沙造田的具体方法(1)抓沙顶(2)野马分鬃(3
16、)旋沙腰(4)劈沙畔(5)梅花瓣(6)羊麻肠(7)麻雀战 一般按拉沙的冲沙壕开挖部位划分,有顶部拉、腰部拉和底部拉3种基本方式,施工中因沙丘形态的变化又有下列多种综合法:(四)引水拉沙筑坝 引水拉沙筑坝是利用水力冲击沙土,形成沙浆输入坝面,经过脱水固结,逐层淤填,形成均质坝体。俗称水坠筑坝。1沙坝的设计2沙坝的施工 拉沙筑坝材料以沙为主,设计的关键是确定合理的坝坡坡比,设置反滤体和进行护坡。使工前要准备好有关的材料物资,在坝址上游要有充足的水源;自流水源要设置田间工程,机械抽水要少设田间工程。采取抓沙顶等方法,引水拉沙输入坝面。提水或引水拉沙,将水流变为沙浆送至坝面,待沙浆沉淀、脱水、固结后填
17、筑第二层。第二节 水蚀工程防治技术一、概 述(一)水蚀工程防治技术概念 水蚀工程防治技术即水土保持工程,指应用工程的原理,防治山区、丘陵区、风沙区水土流失,保护、改良与合理利用水土资源,以利于充分发挥水土资源经济效益和社会效益,建立良好生态环境的一项重要措施。(二)水蚀工程防治技术的研究内容 水蚀工程防治技术的的研究对象是斜坡及沟道中的水土流失机理。第二节 水蚀工程防治技术一、概 述水蚀工程防治技术可分为以下四种类型:山坡防护工程用改变小地形的方法防止水土流失,将雨水及融雪水就地拦蓄在坡面,并加以利用,增加作物、牧草及林地可利用的土壤水分。1山洪排导工程防止山洪或泥石流造成的经济损失。3小型蓄
18、水用水工程将坡地径流及地下潜流拦蓄起来,减少水土流失,灌溉农田,提高用水率和作物产量。4山沟治理工程防止沟头前进、沟床下切、沟岸扩张,减缓洪峰流量,减少固体含量,使山洪安全排泄。2二、山坡防护工程(一)斜坡固定工程 斜坡固定工程是指为防止斜坡岩土体(组成斜坡的岩体和土体)的运动、保证斜坡稳定而布设的工程措施,包括挡墙、抗滑桩、排水工程、护坡工程、植物固坡措施等。二、山坡防护工程(二)山坡截流沟 山坡截流沟是为拦截径流而在斜坡上每隔一定距离横坡修筑的水平的或具有一定坡度的沟道。二、山坡防护工程(三)沟头防护工程沟头防护工程分为2类:(1)蓄水式沟头防护工程:当沟头上部来水较少时采用。(2)泄水式
19、沟头防护工程:当沟头集水面积大且来水量多或当受侵蚀的沟头临近村镇,威胁交通时,需修筑泄水式沟头防护工程。三、田 间 工 程(一)梯田 梯田是山区、丘陵区常见的一种基本农田,它是在坡地上沿等高线修成台阶式或坡式断面的田地。阶台式梯田波浪式梯田水平梯田坡式梯田反坡梯田隔坡梯田按断面形式1梯田的分类1梯田的分类按田坎建筑材料土坎梯田石坎梯田植物田坎梯田1梯田的分类按土地利用方向农用梯田水稻梯田果园梯田林水梯田 以灌溉与否分为旱地梯田、灌溉梯田。按施工方法人工梯田机修梯田1梯田的分类2梯田的规划 梯田的耕作区应以一个经济单位农业生产和水土保持全面规划为基础,在每个耕作区内,根据地面坡度、坡向等因素进行
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