黄河流域砒砂岩区抗蚀促生技术试验研究

根据黄土高原水土流失防治与生态修复的需求,以黄土高原生态环境极度脆弱的砒砂岩区为研究对象,基于抗蚀促生新理念,研发了治理砒砂岩区水土流失的环保型抗蚀促生复合材料,并进行了野外试验研究。研究表明:砒砂岩中的蒙脱石、方解石和长石含量高,岩体孔隙微结构发育,是砒砂岩抗侵蚀性能差的主要原因;W-OH在砒砂岩表面具有良好的渗透性,通过添加紫外线吸收剂可以大幅度提高弹性固体的抗老化性能,具有抗蚀促生的功能;研发的抗蚀促生新材料具有明显的防治水土流失作用,根据野外天然径流小区试验观测,产流量减少70%~75%,产沙量减少90%~99%。     

W-OH与砒砂岩固结体力学性能研究

基于砒砂岩基本组成和侵蚀机理,研究了新型固结促生复合材料——亲水性聚氨酯材料(W-OH)对砒砂岩固结的力学性能,并通过添加硅胶、乳化沥青、玄武岩短纤维、聚丙烯醇纤维(PVA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等功能材料对提升W-OH砒砂岩固结体的力学性能进行了试验研究。结果表明,W-OH与砒砂岩固结体的抗压强度和变形能力随着W-OH浓度的增大而增大,说明W-OH砒砂岩固结体具有一定的变形能力,可有效缓解冻胀、重力作用引起的变形;加入功能材料复合后,抗压强度和形变率均有变化,但只有PVA和EVA提升效果较为明显,PVA浓度为2%时固结体抗压强度最大(为单独采用W-OH时抗压强度的7倍),PVA浓度为3%时形变率最大(为10%~15%),加入EVA后抗压强度最大为不添加EVA的40倍,说明PVA、EVA与W-OH的复合材料固结砒砂岩效果较好。     

砒砂岩区二元立体配置治理技术及示范效果

针对黄河流域砒砂岩地区立地条件差、水土流失剧烈,以及砒砂岩孔隙率大、颗粒间黏性差而使常规的植物与工程治理措施难以有效实施的问题,探索了砒砂岩区水土流失治理的抗蚀促生与改性筑坝新技术,集成多措施多技术建立了综合治理模式,并开展了关键技术应用示范研究。研究表明:基于砒砂岩区水土流失规律提出的水土保持材料-工程-生物措施、坡面-沟道系统二元立体综合治理措施配置模式,治理效果明显;研发的抗蚀促生材料具有良好的抗蚀促生性能,具有减少土壤侵蚀、促进植物生长的作用;利用砒砂岩原岩改性材料建设的淤地坝,各项主要力学性能指标满足工程建设规范要求;研发的抗蚀促生复合生态材料措施可以作为我国生态环境极度脆弱区水土流失治理、生态建设的一条有效的新途径。     

砒砂岩固结体防水抗蚀及紫外耐久性能研究

采用W-OH对砒砂岩进行固结处理,通过水滴渗透、抗蚀性及紫外加速老化试验研究了固结体的防水性能、抗水蚀性能以及紫外耐久性能。结果表明:1将不同浓度的W-OH溶液喷洒在砒砂岩颗粒表面时,可形成一层具有一定厚度的弹性固结层,防水性能提高83倍左右;2水稳性指数由原岩的0.2提高至固结体的0.8,抗水蚀性能大大提高;3固结层具有良好的抗紫外老化性能,加速老化32 d后,质量损失在0.06 g/m~2以内,在当地的辐射强度下,5 a以内老化和分解可控;4采用W-OH处理后,砒砂岩坡面减沙比为99.78%。     

“黄河中游砒砂岩区抗蚀促生技术集成与示范”项目课题启动

<正>日前,"十二五"国家科技支撑计划项目"黄河中游砒砂岩区抗蚀促生技术集成与示范"中的"砒砂岩侵蚀岩性机理研究""砒砂岩固结促生技术研发"和"砒砂岩改性筑坝技术研发"三个课题正式启动。据了解,三个课题分别由黄河水利科学研究院、东南大学和大连理工大学承担,除开展以上三项研究外,该项目还将在砒砂岩典型分布区进行"抗蚀促生措施立体配置技术集成与示范",研究水土保持材料—工程—生物措施、坡面—沟道系统二元     

黄河流域砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应研究

识别砒砂岩区多动力侵蚀的叠加效应,对于深化认识砒砂岩区土壤侵蚀与产沙机理,为黄河粗泥沙来源区水土流失治理及砒砂岩区生态恢复等实践提供科学依据具有重要意义.通过室内人工降雨-风洞-冻融循环实体模型试验研究了砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应.试验结果表明:单一的冻融、风蚀作用不会导致坡面产沙量的明显增加,而是增加了水力侵蚀的...     

黄河流域砒砂岩区地貌-植被-侵蚀耦合研究进展

砒砂岩地区是黄河中游粗泥沙来源的核心区,是黄河流域生态保护的重点。揭示黄河中游砒砂岩地区地貌植被侵蚀耦合规律,对于砒砂岩区生态综合治理具有重要的理论指导价值。本文评述了砒砂岩区侵蚀地貌特征、植被生境空间分异规律、侵蚀空间分异规律,以及砒砂岩区地貌-植被-侵蚀空间耦合关系研究进展,并展望了其研究发展趋势。同时,提出了今后应加强研究的方向:应着重从机理层面对砒砂岩区的地形地貌空间结构分异特征、植被生境和群落分异特征及侵蚀时空分异特征进行深入研究,特别是将三者作为一个耦合系统的因素进行研究,解决制约砒砂岩区水土流失综合治理理论水平提升与实践的瓶颈问题;研究不同地貌单元的土壤侵蚀年内时空分异性特征及其成因,揭示坡沟系统水蚀年内时空分异性特征与自然植被时空分异性特征的耦合机理;揭示砒砂岩区地貌-植被-水蚀空间耦合机理。本综述可为黄河流域砒砂岩区生态保护、侵蚀规律研究及高质量发展提供一定参考。     

砒砂岩侵蚀机理研究与展望

砒砂岩侵蚀机理是我国北方脆弱生态区治理实践中迫切需要解决的应用基础问题中的难点。为深化理解砒砂岩复合侵蚀发生发展过程、揭示多动力侵蚀交替/耦合关系、辨识复合侵蚀与植被退化的耦合机理,系统总结了国内外对砒砂岩侵蚀研究的主要成果,包括砒砂岩侵蚀类型及其发生动因、砒砂岩侵蚀分布特征、砒砂岩侵蚀岩性机理等,并对现有研究进展进行讨论,指出砒砂岩侵蚀规律研究中面临的关键科学问题,提出未来研究的重点课题,包括砒砂岩区多动力复合侵蚀时空分异规律、复合侵蚀与植被退化的互馈关系、水岩作用下砒砂岩三元结构破坏机理、复合侵蚀试验观测方法等,可为今后开展相关研究工作提供参考。     

W-OH固化剂防治砒砂岩坡面侵蚀的临界量研究

利用室内径流试验方法,研究W-OH固化剂控制砒砂岩坡面侵蚀的临界浓度和喷洒量。通过对不同浓度、不同喷洒量W-OH处理坡面的径流量、产沙量、径流流速研究得出:W-OH喷洒量为1.5 L/m~2,浓度为2%、3%、4%时,具有明显的减沙效益,其中浓度为4%时具有明显的减水效益;为有效减轻砒砂岩坡面的径流冲刷,W-OH的喷洒浓度控制为4%、喷洒量控制为1.5 L/m~2较为适宜。     

砒砂岩特征及其资源利用

砒砂岩集中分布在黄土高原北部晋、陕、内蒙古接壤地区的鄂尔多斯高原,该区域是黄河粗泥沙主要来源区。砒砂岩遇水即膨胀特性破坏岩石结构,极易产生水土流失。国家为此启动科技支撑计划"黄河中游砒砂岩区抗蚀促生技术集成与示范"项目研究并取得成果。结合该项目初步研究成果,分析了砒砂岩岩性特征及物质成分,以"砒砂岩资源"新思路找出了其资源利用途径,开展了抗蚀促生治理途径的探索,对于变砒砂岩之"毒"为利、实现根治砒砂岩区粗泥沙之源,保障黄河安澜具有十分重要的意义。     

砒砂岩区侵蚀治理技术研究进展

黄河流域砒砂岩区是我国北方生态严重退化的地区,其土壤侵蚀治理长期以来是我国水土保持学界所面临的难题之一,其难点在于砒砂岩区水力、风力、冻融、重力等多动力复合侵蚀交替发生且时空分异性强、侵蚀岩性机理及侵蚀动力过程复杂、干旱缺水而暴雨集中,以及人们对于砒砂岩区土壤侵蚀规律性认知水平的局限性。本文从砒砂岩区土壤侵蚀特征、治理措施及其作用与效益,以及砒砂岩治理技术研究新成果等方面综述了砒砂岩区土壤侵蚀治理技术的研究与实践进展,并提出了存在的问题。阻控侵蚀与植被恢复一体化、砒砂岩资源利用与生态衍生产业发展相结合,以及实现生态综合治理将成为砒砂岩区土壤侵蚀治理技术研究的未来主要发展方向。     

Study on reforestation with seabuckthorn in the Pisha Sandstone area

In northwest China, an area of more than 11 000 km² is covered by Pisha Sandstone, a kind of loosely bonded sandstone formed during the Tertiary period. Pisha Sandstone is hard when it is dry but becomes loose when it is wet. Due the nature of this sandstone, this area of northwest China is plagued with a high erosion rate (over 20 000 t/km² yr) as well as poor vegetation. In order to reforest gullies and to control erosion in the area, seabuckthorn (Hippophae rhamnoides Linn) was successfully used to reduce the erosion rate and help encourage vegetation growth in this area. Field investigations have been carried out in the Xizhao gully to study the effects of the species on sediment trapping and ecological improvement. Through these investigations, it was discovered that seabuckthorn encouraged the growth of Clinelymus dahurcus Turcz, and consequently, the two species form a dense double-layer of vegetation with well-developed middle and understory plant communities. The forest was planted in the late 1990s (first introduced in 1995), with a measured rate of sediment trapping efficiency of more than 90%. Rainstorm water was also stored in the gully within the trapped sediment. The water content in the reforested gully was approximately twice as high as the non-vegetated gully. Soil organic matter content was higher in the gully planted with seabuckthorn than compared with a non-vegetated gully. The understory community was evaluated by the taxa richness, the thickness-coverage and the Simpson diversity of the sub-layer vegetation. The understory community patterns found in the seabuckthorn vegetation was much better compared with those found in areas forested with poplar or willow vegetation.     

砒砂岩抗剪强度与其结构特征关系

通过直剪试验、X射线衍射、电镜分析的方法,分析了红色砒砂岩和白色砒砂岩力学性能随含水率的变化规律,观测了砒砂岩的颗粒粒径分布、矿物组成及微观形貌,探讨了砒砂岩结构特征对抗剪强度的影响。结果表明,含水率对红色和白色砒砂岩抗剪强度的影响不同,红色砒砂岩抗剪强度随含水率增大先增大后减小,黏聚力起主导主用,白色砒砂岩抗剪强度随含水率增大而减小,摩擦力和咬合力起主导作用;红色和白色砒砂岩的主要矿物是石英、长石、蒙脱石和方解石,长石的易于风化,蒙脱石的遇水膨胀及方解石的易分解,导致砒砂岩力学性能较差;白色砒砂岩以粗砂为主,含少量细砂,颗粒有明显棱角,孔隙较大,导致颗粒间具有较强的摩擦力和咬合力,而红色砒砂岩细砂含量较多,结构连接较致密,导致滑动过程中以黏聚力为主导,咬合摩擦作用较弱。     

坡耕地水土流失防治新材料W-OH固化剂对大豆和玉米生长特性的影响

坡耕地是土壤侵蚀发生的主要策源地,有效控制坡耕地的土壤侵蚀才能控制面源污染,促进土壤结构的优化。分析了应用水土流失防治新材料W-OH固化剂后,土壤的抗蚀效果及对大豆和玉米2种农作物植株高度、净光合速率和气孔导度的影响。结果表明:大豆和玉米对W-OH的响应存在差异,且同种作物的生长在不同浓度W-OH溶液处理下也存在差异。总体表现为:喷施W-OH溶液后土壤的抗蚀能力增强,低浓度W-OH溶液处理下作物生长较好,高浓度处理下的作物生长受抑制或死亡。因此,在W-OH的应用过程中应结合具体作物设计合理的喷施浓度。研究成果将为后续新材料在坡耕地水土流失防治中的应用提供参考依据。     

砒砂岩区水土流失治理的"沙棘模式"

晋陕蒙砒砂岩区防治水土流失的“沙棘模式”,包括种植、开发、销售3个模块。3个模块耦合在一起,形成了一个高生产力的开放系统。在全国范围内,可仿照“沙棘模式”,开展推广沙棘等水土保持植物的综合种植开发试点,既有效地防治水土流失,又为这些地区的新农村建设做出贡献。     

航运枢纽生态护岸中植被的分区选配——以那吉库区生态护岸为例

水动力特征是生态护岸工程中植被材料选取的重要参考依据。从航运枢纽的水动力特点出发,根据不同特征水位将护岸分为护底区、重防护区、亲水区、景观区;结合植物的生态学特征（主要考虑耐淹性和耐冲性）筛选适合不同防护区域的护坡植物种类和配置模式;并以广西那吉库区生态护岸示范工程为例,探讨了不同防护区的植被选配。     

新型水溶性聚氨酯对紫色土坡面产流产沙的影响

为探索新型水溶性聚氨酯防治紫色土坡面水土流失的效果,采用室内人工模拟降雨试验,分析了不同雨强条件下5%浓度的新型水溶性聚氨酯(W-OH)对紫色土坡面入渗、产流和侵蚀过程的影响。结果表明:紫色土坡面施加W-OH能显著提高土壤抗蚀性,从而减小坡面侵蚀产沙量;在42,72,112 mm/h 3种雨强试验条件下,施加W-OH组的坡面与对照组坡面相比,尽管坡面径流增大了12.40%~203.41%,但产沙量减小了89.40%~97.43%,沙输移率降低了86.67%~97.45%,且当雨强较大时(72,112 mm/h),施加W-OH组的土壤可蚀性降低率为96.80%~97.41%。研究结果为紫色土坡面防蚀提供了一定的理论依据及应用指导。     

砒砂岩风化特性试验

采用X射线衍射仪、超景深三维显微镜对不同深度的砒砂岩进行矿物成分检测及微观结构观测,研究了不同深度砒砂岩的风化特性,选取次生矿物总量、孔隙率作为评价指标,对不同深度砒砂岩的风化程度进行判定。试验结果表明:不同深度砒砂岩中所含的矿物种类相同,主要为石英、长石、绿泥石、方解石、伊利石、黑云母、高岭石等,但所含的次生矿物总量不同,随着深度的增加,次生矿物总量降低;随着深度的增加,砒砂岩表面粗糙度逐渐减小,微裂隙、孔隙的尺寸及数目逐渐减少,砒砂岩受外界环境影响减小,风化程度逐渐降低。