草方格固沙技术

草方格固沙技术（通用3篇）

篇1：草方格固沙技术

草方格技术规程

1)草方格沙障 沙区群众把沙障统称为“风墙”，草方格沙障是用麦草、稻草、芦苇等材料，在流动沙丘上扎设成方格状的挡风墙，以削弱风力的侵蚀。

施工时，先在沙丘上划好施工方格网线，要使沙障与当地的主风向垂直。再将修剪均匀整齐的麦草或稻草等材料横放在方格线上，用板锹之类的工具置于铺草料中间，用力插下去，插入沙层内约15厘米，使草的两端翘起，直立在沙面上，露出地面的高度约20厘米～25厘米。再用工具拥沙埋掩草方格沙障的根基部，使之牢固。根据试验，草方格沙障的规模以1米× 1米的正方形效果最好。

草方格沙障的主要作用是增加沙地表面的粗糙度，削减风力，使之无力携走疏松的沙粒。这种固沙措施效果很好，用于保护交通干线尤其成功。假若乘火车从包头到兰州，当列车经过宁夏回族自治区的腾格里沙漠南缘的沙坡头时，可以看到沿线沙丘上密布着像图案一样的方格，这便是草方格沙障(图9)。这条沙障，带宽500米～600米，总长达16千米，铺设了近万亩的面积。使我国第一条穿越沙海的包兰铁路，自1958年通车起，一直畅通无阻，这是我国治理沙漠的一项重大成果。

草方格沙障设置后，有截留降雨的作用，尤其是对冬季的降雪，更能够控制在原地而不被风吹走。因此提高了沙层含水量，使2米厚的沙层含水率从1％增加到3％～4％以上，正由于草方格沙障能够固定流沙，改善沙丘水分条件，从而保护了沙生植物的生长。

篇2：草方格固沙技术

年 级:08级 姓 名:张志强 专 业:水土保持 指导老师:葛云辉

二零一一年六月

摘 要

荒漠化是当前人类面临的重大全球性环境问题,困扰着人类社会的生存和发展。而风沙运动所引起的土壤风蚀是沙质荒漠化主要表现形式之一。沙漠造成的危害，归根结底还在于风沙流的风蚀、搬运、堆积的作用。为了防止沙丘的移动，首先应该控制沙丘表面疏松的沙粒不被风蚀吹扬，可以利用杂草、树枝以及其它材料，在沙丘上插设风障或覆盖在沙面上。凡此一类的措施，都属于工程治理。草方格沙障是一种防风固沙，涵养水分的治沙方法，用麦草，稻草，芦苇等材料在沙漠中扎成方格形状。草方格沙障一是能使地面粗糙，减小风力，再一个可以截留水分，如雨水，提高沙层含水量，有利于固沙植物的存活。

关键词：草方格;沙障；荒漠化

目录

摘要....................................................................................1 草方格沙障..............................................................................1

1.1草方格沙障防风固沙的机理和作用..................................2 2 草方格沙障植护的方法..........................................................2 3草方格沙障植护的规格....................................................3 4 草方格沙障对植物的影响...............................................3 5 草方格沙障对沙的影响.........................................................2 结论............................................................................................3 参考文献....................................................................................4

1草方格沙障

草方格沙障 沙区群众把沙障统称为“风墙”，草方格沙障是用麦草、稻草、芦苇等材料，在流动沙丘上扎设成方格状的挡风墙，以削弱风力的侵蚀。

1.1草方格沙障防风固沙的机理和作用

在新设置的草方格沙障上，当气流或风沙流经沙障时，均有涡旋产生，并伴有积沙现象。过充分蚀积，最后形成较为光滑凹曲面(蚀积平衡的洼面)，方格沙障 沙区群众把沙障统称为“风墙”，草方格沙障是用麦草、稻草、芦苇等材料，在流动沙丘上扎设成方格状的挡风墙，以削弱风力的侵蚀。1.1.1增大地表粗糙度，削弱近地面层风速。

地面扎制草方格改 变了下垫 面性质的第一个反 映是加大 了地面粗糙度。转化风沙运动条件阻滞近地面层的风速。1.2引起流场结构的变化，目前，学术界虽然对草方格的研究较多。

但对草方格工程布设后附近流场的结构变化至今还没有统一的看法，一般认 为柔性 草(尤其草头部)在风中的抖动。能“ 击碎” 顶部流场。使顶部加速区的能量聚集不起来。1.3导致草方格沙障内气流场地 和地表形态变化。

从沙丘上设置沙障地 段的剖面来分析，在新设置 的草方格沙障上，当风沙流经时，均有旋涡产生，有积沙现象。经过充分蚀积作用，最终形成光滑而稳定的凹曲面。由这种凹曲面组成的有规则纹状的下垫面，由于凹槽内回流的存在。对其顶 部气流具有一种升力作用，通常称为这种小型浅槽的“ 升力效应”。既能保证在强风时沙面自身不起沙。又能使气流中挟带的少量外来沙物质被升气流搬运过境。不产生流沙的堆积。草方格沙障植护的方法

用麦秸草、稻草扎制草方格前需在材料上洒一些水 ,使之湿润 ,为的是提高材料的柔性 ,以免扎制时折断。芦苇在扎制前要碾压 ,目标是将管状的芦苇压劈 ,改变为柔性材料。扎制前将材料切成 60cm长的段 ,整齐的堆放在事先计划好的地上 ,然后在沙丘迎风坡横对主风方向划出网络线 ,沿线平铺麦秸 ,扎制材料要垂直 “线” 排放 ,并置中间位置于线上 ,用钝仞平头铁锹(防止切断材料)在草中部用力将其对折压入沙层内 12～15cm ,出露高度 13～15cm(偏差为 ±2cm),顶部宽度 5～6cm ,再用脚将草带两侧的沙踩实 ,并用铁锨或刮沙板将中间的沙向草带下刮一刮 ,使草方格提前形成碟形凹槽 ,有利于沙障内地面稳定。草方格沙障每 10m布设一条 “Z” 型防火通道 ,宽度 1m ,通道内不埋设麦秸草。

3草方格沙障植护的规格

草方格沙障的规格要根据地区风力大小而定 ,草方格的形式为正方形 ,最常见的为1m× 1m。实践证明 ,在地形起伏不大的沙面上 1m ×1m草方格最为合理 ,在风能较小的平坦沙地可以灵活地放大草方格规格 ,在迎风坡 ,因地形的倾斜 ,沿等高线的草带要加密 ,原则上L ≤h/ sin α(L 为草带间距 ,h为草的出露高度 , α为地形坡度)。草方格的用草量要适当 ,草量过少影响其防沙效益 ,太多造成材料的浪费 ,也增加施工难度 ,根据经验 ,1m× 1m的草方格设计植草量为 0.8kg(因为成片草方格每一个方格都与相邻方格有公用边 ,第一个方格按两个边计算用草量 ,即每米植草量 0.4kg)。

4草方格沙障对植物的影响

4.1草方格沙障的固沙措施能增大地表的粗糙度 ,有效降低地表的风速 ,而无草方格固定的地面则

处于风蚀状态。

4.2在草方格形成的风积环境条件下 ,细粒沙物质能够将落在沙表面的植物种子埋积起来 ,便于植物种子的萌发生长;4.3草方格中细粒物质增多 ,使沙面紧实 ,能够将夜间空气中凝结水分和微弱的降水蓄积在沙层表面 ,不至于很快下渗到沙层的下部 ,一定程度上为浅根性的先锋植物种的生长提供了短暂的水分供应。

4.4细粒物质中多含有碳酸钙、二氧化硅和盐份 ,它们能溶解于水中并下渗 ,毛细作用可以将其带到沙表面 ,失水后将细粒物质胶结在一起 ,硬化而形成沙面结皮;草方格表层盐分含量明显比次表层 高。

4.5随着植物在草方格中定居生长和进一步的演化 ,沙面趋向固定 ,生物结皮的厚度、硬度增大 ,有机质逐渐在沙层中积累。虽然有机质含量很低 ,但随时间变化成正比 ,表层的含量明显比次表层高。

4.6草方格中的植物定居过程同自然条件下相同 ,首先是适于流沙环境的三芒草 ,接着是适于较稳定环境的沙蒿 ,再次是白梭梭 ,随着梭梭株体的增大 ,在梭梭林下出现短命植物层片。

4.7原始背景植被覆盖不同 ,影响植物种源和植物的定居速度。

5草方格沙障对沙的影响

5.1 草方格沙障的固沙措施能增大地表的粗糙度,有效降低地表的风速,而无草方格固定的地面则处于风蚀状态。

5.2 在草方格形成的风积环境条件下,细粒沙物质能够将落在沙表面的植物种子埋积起来,便于植物种子的萌发生长;草方格中细粒物质增多,使沙面紧实,能够将夜间空气中凝结水分和微弱的降水蓄积在沙层表面,不至于很快下渗到沙层的下部,一定程度上为浅根性的先锋植物种的生长提供了短暂的水分供应。

5.3 细粒物质中多含有碳酸钙、二氧化硅和盐分它们能溶解于水中并下渗,毛细作用可以将其带到沙表面,失水后将细粒物质胶结在一起,硬化而形成沙面结皮;草方格表层盐分含量明显比次表层高。5.4 随着植物在草方格中定居生长和进一步的演化,沙面趋向固定,生物结皮的厚度、硬度增大,有机质逐渐在沙层中积累。虽然有机质含量很低,但与时间变化成正比,表层的含量明显比次表层高。

5.5 虽然草方格沙障能在一定时期内起到固沙的作用，但随着时间的推移，草方格会腐朽损坏，所以需要定期更换，保证其固沙作用的正常发挥。同时，应在采取机械固沙的基础上，配合生物固沙措施，及时恢复塔河沿岸的植被，以达到长久固沙的目的。

结论

在流沙固定中, 草方格沙障可以增加地表粗糙度, 改变其上的风速廓线, 从而减弱贴地面层风速, 降低实际风力作用, 有效地控制风速。它主要是通过沙障工程增大地表粗糙度, 削弱近地面层风速, 引起流场结构和草方格沙障内气流场地和地表形态变化来实现固定流沙并阻止沙丘前移的。因此, 草方格沙障在河西走廊干旱区风沙治理中具有良好的治沙固沙作用, 应在旱区大力推广。然而, 在干旱风沙区应用草方格沙障固沙时, 其设定还应注意草方格效益与地表坡度关系、多行沙障和前沿阻沙带的作用及临界保护带宽度等几个方面的问题。

参考文献

1陈隆亨、李福兴等。中国风沙土北京，科学出版社,1998 :

篇3：草方格治沙的奥秘

草方格是用麦草、稻草、芦苇等植物茎秆, 在沙漠表面埋设成的连片方格.施工时, 先在沙漠表面上划好施工方格网线, 再将麦草或稻草等植物茎秆成束地横放在方格线上, 然后, 用锹将茎秆插入沙层内, 使茎秆的两端翘起, 直立在沙面上.植入深度约15 cm, 露出地面的高度约20∼25 cm根据试验, 1 m×1 m的正方形是草方格沙障单元格的一个合理尺寸[4].

为什么草方格会具有如此之好的治沙效果呢?这是一个耐人寻味的问题.已有的文献主要从动力学的角度, 对草方格治沙的机理进行了探讨, 并且得到了较为深入的认识[5]草方格治沙的原理非但与动力学理论有关, 如果我们将之与揭示自然界复杂现象规律的理论如耗散结构、分形等理论相联系, 会更深入地洞察草方格治沙的奥秘.

1 沙漠表面的起伏与最小作用量原理

在风力的作用下, 沙漠表面为什么会出现沙丘呢?这是因为沙层的移动应该符合最小作用量原理.一个系统若处于由静止到运动的状态改变中, 其运动可以存在多种可能的路径 (亦即方式) , 而实际路径必然符合最小作用量原理.整个系统基本上作为一个刚体共同运动的运动方式只是可能的路径之一, 还存在其他可能的路径, 实际路径不一定是整个系统作为一个刚体共同运动[6].特别是流体的运动, 流体的运动大多伴随着波动, 这种波动可以十分复杂, 例如, 河流以及气流经常以随机产生复杂波的方式即以湍流方式运动[7].在风力作用下流沙的运动与流体运动相似, 所以, 沙漠表面会形成连绵起伏的形状与波涛相像的沙丘[8].

即使对于固体的运动, 我们也并非可以先验地认为整个系统作为一个刚体共同运动就是系统的实际路径.例如, 晶体的一部分对于另一部分沿剪切面发生滑移时, 在滑移面, 二层原子之间不是整体同时发生滑移, 而是发生运动的那层原子以不断向前传递位错的方式进行滑移.起初, 人们以为晶体内部发生的剪切滑移是在二层原子之间发生的刚性滑移.基于这种认识, 1928年前苏联科学家弗伦克耳 (Frenkel) 得出晶体剪切强度理论公式, 但是, 由该公式计算出的晶体剪切强度比实验值高出千倍以上.理论和实际有明显差别, 说明是理论出了问题.为了解决这一问题, 1934年英国科学家泰勒 (Taylor) 等3位科学家分别提出了位错模型 (图4) , 使这一问题在理论上得以解决[9].

生物界总是令人惊讶地遵循着科学原理.例如毛虫就似乎“很理解”其柔软躯体的运动以传递凸起的方式进行将符合最小作用量原理.“毛虫有很多脚, 如果所有对脚同时爬, 显然也可以前进, 但太费力, 毛虫自有其省力之道:在其尾部将身体拱凸, 将一对脚悬空, 再使这一‘拱凸’组态向前传播, 造成整个虫体向前” (图5) .这如同我们移动铺在室内地面上的一块大地毯, 整体同时拖动很费力, 如果从地毯的后边开始, 将局部向上凸起, 然后再使凸起向前传递, 这样移动地毯就会省力[9].

在一片广阔平坦的沙漠上, 微风吹拂, 沙粒将简单地沿着风向运动.当沙漠表面的风速稍大时, 沙粒不是简单地向前运动, 而是通过形成波状凸起的方式向前运动 (图6) , 当风速更大时, 沙漠会形成一系列蜿蜒起伏的沙丘 (图6) , 此时, 迎风面的沙粒不断移至背风面, 背风面的沙粒在重力作用下, 不断顺着坡面向前方移动, 于是造成沙丘沿着风向不断推移.这是一种效率很高的沙粒移动方式.如果设想在一块面积上的有一定厚度的一层沙子构成了一块“地毯”, 那么, 使这块“地毯”平动将很费力, 而使这块“地毯”以毛虫向前拱动的方式, 即“地毯”以不断向前传递凸起的方式向前运动则省力很多.根据库伦摩擦定律以及功能原理, 每一沙粒独立平动加起来所耗总能与这些沙粒构成的“地毯”整体运动所耗能量相同;这些沙粒以沙丘移动方式运动与共同形成的“地毯”以传递凸起方式运动所耗能量相同.可见沙粒形成沙丘, 并以沙丘移动方式运动是符合最小作用量原理的[10].

2 沙漠表面的自组织现象

无论是沙漠表面密布的随处可见条纹状波状凸起或者是在广大的沙漠表面散布的一系列蜿蜒起伏的沙丘, 其形状都具有一定的规则性, 它们都使得沙漠的表面出现了对称性缺损.这说明, 在风力达到一定强度时, 沙漠的表层出现了自组织现象[11], 沙漠的表层成为一种耗散结构.

根据沙丘的大致形状, 沙丘可分为新月形沙丘 (图7) 、新月形沙丘链、鳞状沙丘、格状沙丘、复合型新月形沙丘······等多种形状的沙丘 (图8) [8].为什么有多种多样的沙丘呢?这与风速、风向、刮风前已有的沙漠的沙丘、地面障碍物、沙子的干燥程度等特征有关[8].随着风速的增加, 使得输入到沙漠表层这一开放系统的能量增加, 亦即使得沙漠表层受到的力 (一种热力学力) 增加, 增加到临界点后, 沙漠表层成为耗散结构, 风速作为沙漠表层这一耗散结构的控制参量, 当其增加时, 会导致沙漠表层出现新的自组织状态即出现新的热力学分支.可见每一种沙丘的形状都反映了与某一风速范围相对应的沙漠表面的一种自组织状态[11,12].

根据德国科学家哈肯 (Haken) 的“协同学”, 系统从高度对称的均匀的无序状态转化为对称度低的非均匀的有序状态, 是大量的微粒之间的相互协同作用的结果[11].开放系统的尺寸范围减小, 系统内的微粒数量随之减少, 减少系统微粒的数量, 将削弱微粒之间的相互协同作用, 所以, 限制开放系统的尺寸, 可以抑制自组织现象的发生.草方格将沙漠的表层分隔成一格一格的独立的尺寸很小的区间, 正是如此, 在沙漠表层嵌入麦草等植物的茎秆, 使之组成连续、成片的方格, 十分有效地抑制了沙丘的形成和移动.

3 沙漠表面的分形

我们鸟瞰广阔的沙漠, 会看到一系列蜿蜒起伏、伸向远方的沙丘 (图6) ;我们观察近处的沙漠, 又会看到一系列波状条纹 (图6) .尽管这些条纹比在广阔地面上形成的巨大的沙丘要小得多, 但是, 两者是相似的 (图6) .在风力作用下, 沙漠表层形成的图形具有自相似特征, 这是分形具有的一种特征[13,14].

每一场大风, 在原来沙漠表面形状的基础上, 都会改变沙漠表面的形状, 这使得在沙漠表面上形成的一系列沙丘蜿蜒起伏、变化多端 (图6) ;使得沙丘之间以及沙丘的表面上分布的小尺寸的条状起伏多的难于计数.所以, 一片广阔沙漠, 其表面积是测量不出的, 是无穷大的.这进一步说明, 沙漠表面在风力作用下所形成的图形的性质是规则的欧几里德几何图形所不具有的, 沙漠的表面图形是一种分形[13,14].

沙漠表面的分形特征说明, 在小尺寸范围内, 沙漠不可能形成起伏很大的波状条纹, 否则就违背了分形结构所具有的自相似的特性.为此, 我们可以用一种典型的分形——科赫曲线 (图9) 来比拟[13,14], 科赫曲线在某一长√度为L的范围, 其凸起高度H与L成比例关系H/L=3/6.当长度范围L较小时, 科赫曲线凸起高度H相应较小.与此相似, 在一个接近1 m×1 m的正方形的小范围内, 条纹的凸起不会高大.由此可以看出, 用草方格将沙漠的表层分隔成一格一格的独立的尺度很小的区间以后, 在每一个格子内都不可能形成起伏很大的波状纹;而且每个格子内, 表层图案不受其他格子内沙子的影响.这两点构成了在铺设草方格的范围内形成高大、流动的沙丘的制约.

4 材料复合的功能

沙漠是大量的沙粒覆盖在大面积地面上所形成的松散构造, 在风力作用下, 沙漠的表面容易形成随风推移的波状起伏[7];另一方面, 植物的秸秆例如麦草比重很小, 铺在地面上, 容易被风吹得四处飘散, 不用说荒漠、戈壁上可以造成“随风满地石乱走”现象的强风, 即使在祖国的内地四川, 一场大风, 也会吹走屋顶上铺的茅草, 诗圣杜甫曾在他的感人诗篇“茅屋为秋风所破歌”中写道:“八月秋高风怒号, 卷我屋上三重茅.”但是, 把茅草插入沙漠的表层, 形成草方格, 却可以被沙子固定住, 同时, 方格内的沙子的流动也被茅草所阻碍, 所以, 连片的草方格与其内部沙子就构成了一种稳固的不易被破坏的结构.比重较大的松散的沙粒与比重较小有一定韧性的植物茎杆组合后, 产生了超乎想象的治沙效果.不同性质的材料以一定方式复合在一起可以形成一种具有新效用的稳固结构[15], 草方格治沙就是其中一例.

钢筋混凝土是另一个意义特别重大的例证[16].钢的强度高、比重大、价格贵;混凝土的抗拉强度低、比重低于钢、价格低廉.这两者的组合产生了结构的奇迹, 使得大跨度的建筑物的建造真正成为可能.楼房、厂房、桥梁······等等, 从普通建筑物到高大宏伟的建筑, 都不能离开钢筋混凝土.

中国汉朝, 为了解决在大漠中修建长城的材料问题, 采用了沙土层和芦苇 (或者红柳、芨芨草) 层交替向上铺的方法 (图10) [17].这种方法因地制宜, 不仅效率高、成本低, 节省了人力和物力, 也取得了结实、可靠的效果, 当时经受住了战争的洗礼, 而后在漫长的岁月中, 又承受了风沙侵袭以及人为损坏, 至今尚存为数可观的遗址.

钢筋混凝土、汉代长城、草方格治沙可以作为实例告诉我们, 具有不同物理性质的材料的复合即使是松散沙土与柔弱茎杆的复合也可以形成结实而可靠的结构.

5 结语

沙漠的表面变化多端, 这是自然界事物的一种复杂性;草方格沙障抑制了沙丘的生成与流动, 这说明小尺度系统与大尺度系统之间在演化上具有巨大差别, “量变可以导致质变”.