砒砂岩区典型人工植被调查与分析

砒砂岩是一种广泛分布于陕、晋、蒙接壤区的二迭纪到白垩纪碎屑沉积岩的俗称。该区自然条件恶劣,植被稀疏,水土流失十分严重,是黄河粗沙多沙的主要源地。为改变这种状况,近     

砒砂岩分布及岩性特征

砒砂岩是一种发育不完全,矿物成分主要为石英、钙蒙脱石及方解石的泥岩、泥沙岩,主要分布在晋陕蒙交界地区。通过对现有砒砂岩文献资料进行分析,归纳总结了砒砂岩的分布类型及分布面积、主要矿物组成及含量、化学成分、力学性能以及胶结、侵蚀机理。结果表明:砒砂岩分布区面积在1.2万²万km2之间,分布区内不同地点的砒砂岩主要矿物及化学成分相同,含量相近;砒砂岩力学强度较低,研究者得出的力学性能数据较为离散。结合砒砂岩研究现状,提出了几点关于砒砂岩未来研究方向的建议。     

原状砒砂岩坡面产流产沙规律试验研究

为深入了解砒砂岩坡面的侵蚀产沙特征,在野外建立了人工原状砒砂岩坡面,通过放水冲刷试验对比研究了白色和红色原状砒砂岩坡面的产流、产沙过程。结果表明:白色砒砂岩坡面水分入渗率为18.9 mm/h,小于红色砒砂岩坡面的47.0 mm/h;白色和红色原状砒砂岩坡面水流平均流速与流量呈幂函数关系,相同冲刷流量条件下红色砒砂岩较白色砒砂岩产沙量及坡面水流含沙量大、抗侵蚀性弱;受水分入渗率和砒砂岩颗粒分离速度的控制,两种坡面土壤剥蚀率与单宽流量之间呈向下弯曲的二次曲线关系;两种砒砂岩坡面土壤剥蚀率与水力学参数的相关关系相似,说明其侵蚀产沙的水力学机制是一致的。     

砒砂岩区区位特征分析及植被建设探讨

晋陕蒙接壤地区的砒砂岩区,面积约1.5万km~2,广泛出露或浅伏二迭纪至白垩纪碎屑沉积岩,土层厚度大部分为3～20cm,且质地粗疏,植被资源匮乏,覆盖度仅30％左右,加之干旱少雨、风沙严重,年侵蚀模数为5000～15000t/km~2。植被建设应从提高植被整体功能出发,由单纯的生态型向生态经济型植被发展,以全面建设经营性草灌(木)植被、集约经营轮作作物植被、合理配置防御性乔木植被为重点。主要技术途径是合理开发现有植物资源,积极引进区外植物种类,大力试验、推广植物篱技术。     

砒砂岩区沙棘平茬更新技术研究

文章以内蒙古准格尔旗五花子沟小流域为研究区,选择典型样地,结合水土保持部门生产实践,对砒砂岩坡面不同平茬强度沙棘更新进行了研究。     

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。     

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。     

皇甫川流域砒砂岩及栗钙土的土壤水分特征

为探讨砒砂岩的可利用性,对皇甫川流域广泛分布的砒砂岩和以砒砂岩为母质发育的栗钙土的水分特征曲线进行了测定和分析,结果表明：栗钙土具有较好的透水性和持水性;紫红色砒砂岩的透水性与持水性比栗钙土好;白色砒砂岩的透水性和持水性相对较差。大部分砒砂岩由白色砒砂岩和紫红色砒砂岩互层组成,紫红色砒砂岩层贮水多,白色砒砂岩层贮水少,两类岩层成为相对的隔水层和贮水层;紫红色砒砂岩质地疏松、黏粒含量较高,保水性能好,可为植物生长提供较好的水分条件,具有一定的可利用前景。     

晋陕蒙交界地区砒砂岩土陡边坡水力侵蚀试验

通过修建6个1.5 m×0.4 m×0.3 m、坡度为37°的试验小区,观测陡边坡自然降雨和进行模拟径流冲刷试验,研究砒砂岩陡边坡水力侵蚀。结果表明:红棕色砒砂岩、紫红色砒砂岩和黄绵土3种陡边坡坡面的产流产沙最小10 min降雨强度为0.1 mm/min,最小降雨量为8.2 mm。3种坡面的产流量与产沙量呈线性关系,且决定系数较大,分别为0.995、0.893和0.896。平均产流和产沙量均为黄绵土>红棕色砒砂岩>紫红色砒砂岩,单位径流红棕色砒砂岩产沙量小于紫红色砒砂岩。冲刷过程中泥沙粒径分布同原土相似,但粒级比例发生变化,两种砒砂岩都显示出在冲剧过程中沙粒贫化、粉粒和黏粒富集的特征。     

一种砒砂岩固结促生自然边坡治理技术

针对黄河流域晋陕蒙接壤地区的地质特征,利用W OH SF(改性亲水性聚氨酯树脂)抗蚀促生复合材料、柔性网、固定件、微润灌溉系统以及草种、苗木等材料组合成砒砂岩固结促生自然边坡治理技术。该技术通过在砒砂岩表面喷涂W OH SF抗蚀促生复合材料,以增强边坡坡面整体稳定性;然后通过挂网喷涂进一步延长材料停留时间,达到增强喷涂固结效果。配套坡面微润灌溉系统,通过截水沟和储水窖收集雨水或人工补水作为水源,为促生区植被初期生长提供必要的水分。通过在坡顶、坡脚种植乔灌木,进一步提升边坡治理的生态效果,形成由上至下、由内至外的立体治理措施,提高边坡自身水土保持能力。     

砒砂岩抗蚀促生材料对植物发芽影响研究

通过植生试验,研究了抗蚀促生材料W-OH-SF喷洒浓度对砒砂岩立地条件下单子叶、双子叶植物发芽过程的影响。研究结果表明:不同W-OH-SF浓度对植物发芽影响不同,W-OH-SF浓度小于6%时,可促进单子叶植物发芽,缩短发芽时间;但会抑制双子叶植物种子发芽时间和发芽率,且抑制效果随着W-OH-SF浓度(超过4%)的增大而越发明显。W-OH-SF浓度超过6%时,造成土壤表层微观结构孔隙和渗水速率减小,从而影响植物种子的发芽时间和发芽率。     

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。     

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.     

改性砒砂岩强度和水化产物的试验研究

为解决砒砂岩区修建淤地坝时缺乏工程材料的问题,采用含有大量活性硅、活性铝以及氧化钙的矿粉物质作为改性剂,添加到砒砂岩中进行改性,并通过试验分析了改性砒砂岩的微观结构、水化产物以及耐水性能、抗压强度等。结果表明:1改性砒砂岩材料抗压强度随改性剂掺量的增大而增大,在龄期为90 d时,使用40%的改性剂、1.5%激发剂及4%辅助激发剂,砒砂岩抗压强度可以提高到52 MPa;2改性砒砂岩激发剂的掺量为1%比较合适;3改性砒砂岩的水化产物为水化硅酸钙凝胶、地聚物凝胶和碳酸钙晶体。     

松嫩低平原小流域面积坡地设计洪水计算方法研究

无资料地区小面积坡地设计洪水计算是水利工程规划设计中常遇到的问题。利用洪水调查推求设计洪水是解决该问题的主要途径。文章根据黑龙江省嫩江左岸低平原地区、利用区域洪水调查资料、建立经验公式。推求小流域面积坡地设计洪水,经对比及合理性分析证明具有普遍性,有一定的使用价值。     

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。     

砒砂岩侵蚀的物理特性试验研究

砒砂岩侵蚀较为强烈,研究其易蚀的岩性物理特性对于认识侵蚀岩性机理具有重要意义。利用现场灌砂法、粒度分析等方法,开展了砒砂岩原状样密度、微观结构和级配等物理特性试验研究。结果表明:砒砂岩干密度为1.36~1.58 g/cm~3,远小于一般砂岩的密度;砒砂岩孔隙率大、透水性强为砒砂岩易发生水蚀提供了结构条件;砒砂岩黏粒含量低,颗粒粒径小于0.500 mm的颗粒含量高,为砒砂岩易发生风蚀且风化速率快提供了几何条件;砒砂岩碱性较强,为砒砂岩在酸性雨水环境下发生水蚀提供了化学条件。因此,砒砂岩的物理特性是砒砂岩易发生强烈侵蚀的重要内因。     

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%。