一種防風固沙磚陣的施工方法及結構的製作方法

2023-04-22 19:28:56 1

專利名稱：一種防風固沙磚陣的施工方法及結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種防風固沙的施工方法技術領域，尤其是涉及一種防風固沙磚陣的施工方法及結構。
背景技術：
在傳統沙漠綠化工程中，經常採用草方格、紗網方格等沙漠防風固沙方法，這些方法確實能起到防風固沙的作用，但這些方法只能起到物理防風作用，並沒有改變沙漠土壤不易保水保肥的特性，故很難起到促進植被自然侵入的作用。也有人用粘土堆成防風壩，或用土壤混合肥料、植物種子而製成利於植被成長的改良土壤，把沙地全面鋪蓋。既能起到防風固沙的作用，又能改善植被的生長條件，從而增加了自然植被。但這些方法需要大量的土壤，小面積鋪蓋是可能的，但大面積鋪蓋的運輸和施工成本都非常高,而且,因為沙漠乾燥，散狀的土壤容易被風吹走。如何能在沙漠或沙化土地上低成本、大面積的固定沙塵的移動，又能促進沙漠中植被的自然增生是本發明要解決的課題。

發明內容
本發明的目的是固定沙漠中沙塵的移動，促進沙漠中植被自然增生。本發明是一種防風固沙磚陣的施工方法及結構，防風固沙磚陣的施工方法的步驟為:
(I)在粘土磚中加入有機肥，有機肥的含量不大於磚塊總體積的30%。( 2 )在粘土磚中加入植物種子，加入的植物種子的總體積不大於粘土磚塊體積的
3% ο(3)把粘土磚交錯排布鋪蓋於沙地表面，形成多排多列的磚陣；磚的長度L所在的方向正對該地區的年間主風向；
(4)相鄰兩個磚塊的最大縱向間距xl、最大橫向間距x2、最大斜向間距x3均小於7xL，X= (xl +x2+ x3)/3, L為粘土磚的長度;
(5)磚陣的接地面積總和不超過磚陣所覆蓋沙地面積的50%，即磚陣寬度LwX磚陣長度Lh的50%，磚陣寬度Lw的最小值大於1.2 X當地最大風速Vmax。防風固沙磚陣的磚陣結構，其粘土磚的高度H與最大風速相關，其值為20mnT200mm，粘土磚的寬度W與其高度H之比為f 1.5，粘土磚的長度L與其高度H之比為1.0 5.0。本發明的有益效果是:
沙漠中植被難於自然生存有很多原因，其中兩個主要原因:一是大風造成的沙表土壤的移動，使植物沒有安定生長的土壤環境；二是沙漠氣候乾燥、土壤滲水性強、保水性差，地表附近極度乾燥，使植物缺少最基本的生長條件。如果能改善沙漠的這兩項生態條件，對植物的自然增加將有極大的促進作用。本發明的作用有如下方面，可解決這兩個生態問題。
(I)防風固沙作用。以一定密度均勻排布在沙地表面上的粘土磚，它的高度能夠起到地表防風作用，從而減少了地表沙塵的移動。由於磚壁高度的影響，在磚壁面前方形成渦流，形成的渦流進一步擾亂了磚附近的流場，在磚上方形成一個風速減速區，從而降低了地表的風速。地表風速是沙粒移動的原因，無論天空中的風速有多大，只要地表風速能降低到一定程度以下，沙就不會流動了。(2)兩年後可完成防風使命。一般沙漠都有一到兩個主要風向，由於外部風沙的襲來，主要風向後方的磚塊很容易被掩埋，但只要確定了磚陣的最小面積或順施工地區主要風向的最小長度，它們就會對地表風速產生削減作用，從而逐步延緩了後續磚塊被掩埋的時間。一旦離被磚陣保護目標區域最近的磚塊能維持兩年不被外來風沙掩埋，就能留給磚陣內的植物一定的自然生長時間。當自然植被有一定的高度和密度之後，磚陣的防風使命就可以完成了。(3)磚陣的水化、風化可促進植被增生。磚陣經過一定的時間後，在風沙或雨水的作用下，會被風化或水化掉。風化和水化同樣是改變磚的形態，但它對沙漠的效果卻不一樣。在粘土磚的水化過程中，磚內的添加物會作為肥料或植物種子滲入到磚的附近，而成為植被自然增加的動因。添加物越多，磚帶給沙地的養分或植被增生促進成分越多，植物成長的促進力量也越大。但這些添加成分過高，磚內顆粒間的粘結力就容易降低，使磚塊容易被風化掉。磚塊在風化過程中脫落下來的物質，很快被風吹走，對周邊植被的增生起不到任何促進作用。而且，還可能由於部分磚塊的早期風化而降低磚陣的整體防風作用。另外，粘土比例低，粘土磚容易毀壞，不易搬運，也不容易進行沙漠中的排布施工。(4)貫穿孔可創造植物種子良好生長的微環境。粘土磚內設有多個垂直於接地平面的貫穿孔，貫穿孔可在磚塊內部製造一個無風、保水、防曬的植物種子初期生長微環境，該微環境可增大植物的自然成活概率。但若貫穿孔孔徑過大，陽光直接照射到孔底的時間長，上述微環境就不易實現。因此，每個貫穿孔的直徑不能超過磚厚度的1/2，並保證當地年間太陽光的90%不能直接照射到孔底。(5)磚陣投入成本低，保護環境。通過對磚陣排布方法的優化，可以以最少的土方量實現最大面積的沙漠防風固沙效果，從而能大幅度降低沙漠防風工程的成本。又因為粘土是從沙漠中分化出來的物質，粘土磚分化後，無論從景觀還是材料上都不會給當地土壤留下任何副作用，所以本發明也是非常環保的方法。


圖1是本發明中磚陣的布置示意圖，圖中箭頭是指風向，圖2是磚塊的結構示意圖，圖3為磚塊結構與當地陽光入射角的關係圖，圖4是本發明中磚陣的防風固沙效果示意圖，圖5是本發明中磚陣的另一種防風固沙效果示意圖，圖6是本發明中外來風沙對磚陣的覆蓋示意圖，圖7是本發明中磚陣內部沙的流失示意圖。
具體實施例方式本發明所述的一種防風固沙磚陣的施工方法及結構，其特徵之處包括如下步驟:
(I)根據一片需要進行防風固沙區域的沙漠的年間主風向和最大風速Vmax，如圖2所
示，製作以粘土為主要材料製成的長方體的粘土磚，粘土磚的長、寬、高分別用L、W、H表示，粘土磚高度H與最大風速呈線性關係，其值為20mnT200mm，粘土磚的寬度W與其高度H之比為廣1.5，粘土磚的長度與其高度H之比為1.(Γ5，粘土磚中粘土顆粒成分的直徑不大於
0.002mm,為保證磚塊便於施工，並能維持一定時間(2年以上)的物理防風機能，粘土成分不少於磚塊總體積的70%。粘土磚沿高度H方向制有多個垂直貫穿孔，且貫穿孔的直徑不大於粘土磚高度的50%，粘土磚中也可加入堆肥、秸杆等有機肥，含量不大於磚塊總體積的30%。防風固沙磚陣的磚陣結構，其粘土磚的高度H與最大風速相關，其值為20mnT200mm，粘土磚的寬度W與其高度H之比為f 1.5，粘土磚的長度L與其高度H之比為
1.0 5.0。
(2)將粘土磚交錯排布鋪蓋於沙地表面，如圖1所示，形成多排多列的磚陣。磚陣的排布形式可根據當地的地形和風向特點自由確定，但磚陣需要有適當的密度。磚的排布密度高，防風固沙的作用會增大，如圖4所示；但粘土磚滲水性差，如果沙表面全部被粘土磚排滿，則在降雨或人工噴水時，雨水就會停留於磚表面，很快被蒸發掉。所以，磚陣需要有一定的空隙度，讓部分雨水落到沙地並滲入地下。若兩磚間距離過長，磚壁前形成的渦流雖然能保護其附近的沙錶速度，但兩磚中間的沙表風速得不到足夠降低，兩磚之間就起不到相互擋風的作用。如圖5所示，所以要求磚間的最大間隔不得超過磚最大長度的7倍。因此，磚的長度L方向正對該地區的年間主風向，相鄰兩個磚的最大間距(xl、x2、x3)不大於磚長L的7倍，磚的接地面積總和不超過磚陣所覆蓋沙地面積LwXLh的50%，磚陣寬度Lw的最小值大於1.2 X Vmax,其中,最大風速單位為m/s,磚陣寬度Lw單位m。(3)完成磚陣的鋪蓋後，可適當撒播一些小麥、豆類和草種等適合當地生長的植物種子，含量不大於粘土磚塊體積的3%。如果當地降雨量在200mm以下的地區，可在兩年內適當噴撒一些水分，一方面幫助磚塊的水解，一方面促進植被的自然增長。如果當地降雨量在200mm以下，在兩年內噴撒水分，使得粘土磚下面土壤含水量不低於6%。如圖3所示，Θ為當地陽光在磚塊中的入射角，沿粘土磚的高度H方向上，在粘土磚上開設有多個垂直貫穿孔，且貫穿孔的直徑d不大於粘土磚高度H的50%。對一片需要進行防風固沙區域的沙漠，首先對該地區進行氣候觀測，或根據這一地區的歷史氣象記錄，調查該地區的年間主要風向和最大風力。然後根據這些氣象數據確定粘土磚鋪蓋的範圍、磚的高度以及磚的密度。施工過程可分為三個階段:
第一階段:初期施工階段。最初施工時可按照下列基準進行施工規劃:磚陣的最小施工規模不得在主要風向方向小於最大可能風速的1.2倍。從防風陣機能的角度講，磚塊的厚度越厚越好，但過厚的磚會給生產、搬運、施工等帶來很多困難。所以，磚塊的厚度應根據當地生產和施工條件決定。磚陣的密度及磚間距離，根據磚塊的厚度和風速確定。決定初期磚陣密度的條件主要有兩點:第一，保證整個磚陣有足夠的滲水能力，即磚塊的接地面的面積總和不超過磚陣覆蓋面積的50%。第二，遵循覆蓋總面優先，密度第二的原則。但最大磚塊間距不超過磚最長邊的7倍。由於具體工程的配套系統不同，磚供貨量、時間和施工方式、機械，即速度各有不同，因磚陣法的本質在於「點面結合，以面為主」。以在當地的主要颳風季節到來之前，完成儘可能大的覆蓋區域為準則。第二階段:合理化施工階段。在大風季節結束後，根據初期工程後觀察到的磚陣被風沙埋沒和磚陣內沙的流失情況，確定合理的鋪蓋範圍和鋪蓋密度。外來飛沙會覆蓋部分磚陣，同時風力又會帶走部分磚陣內沙。外來飛沙的覆蓋速度快，覆蓋方式如圖6所示，則應儘量延長磚陣在主要風向上的鋪蓋範圍。如果磚陣內的沙被帶走的量較多，沙的流失方式如圖7所示，則需要增加磚的鋪蓋密度。完全阻止沙的覆蓋和移動是不可能的，只要能保證合理化施工結束兩年以內磚陣的上表面不被風沙全面覆蓋就可以。第三階段:磚陣後管理階段。完成磚陣的鋪蓋工程後，可適當分散一些適合當地成長的植物種子，另外，如果當地降雨量在200mm以下，可在兩年內適當噴撒一些水分，一方面幫助磚塊的水解，一方面促進植被的自然增長。磚陣施工兩年後，在磚陣的防風固沙和製造防曬減少蒸發的微環境下，會有許多植物自然增生。與此同時，粘土磚在雨水或人工噴水的作用下，會部分分解、變形，部分粘土磚中所攜帶的養分也會滲入到附近的沙土中，從而改善了磚陣中的土壤環境，這又能進一步促進植物的生長。施工正式開始3年後，磚陣的形態就不再存在，粘土成分會滲入到沙土中而起到沙漠表層土壤保墒性改良的作用，而給當地植物提供比施工狀態前更好的生存條件。所以即使以後沒有持續性的人工管理，在這裡的土地上也會有更多的植物自然增生。
權利要求
1.一種防風固沙磚陣的施工方法，其步驟為: (1)在粘土磚中加入有機肥，有機肥的含量不大於磚塊總體積的30%； (2)在粘土磚中加入植物種子，加入的植物種子的總體積不大於粘土磚塊體積的3%； (3)把粘土磚交錯排布鋪蓋於沙地表面,形成多排多列的磚陣；磚的長度(L)所在的方向正對該地區的年間主風向； (4 )相鄰兩個磚塊的最大縱向間距(XI )、最大橫向間距(X 2 )、最大斜向間距(X 3 )均小於 7xL, X= (xl +x2+ x3) /3, L 為粘土磚的長度； (5)磚陣的接地面積總和不超過磚陣所覆蓋沙地面積的50%，即磚陣寬度(Lw) X磚陣長度(Lh)的50%，磚陣寬度(Lw)的最小值大於1.2X當地最大風速(Vmax)。
2.根據權利要求1所述的防風固沙磚陣的施工方法，其特徵在於:完成磚陣的鋪蓋後，可在磚陣內撒播適合當地生長的植物種子。
3.根據權利要求1所述的防風固沙磚陣的施工方法，其特徵在於如果當地降雨量在200mm以下，在兩年內噴撒水分，使得粘土磚下面土壤含水量不低於6%。
4.防風固沙磚陣的磚陣結構，其特徵在於:粘土磚的高度(H)與最大風速相關，其值為20mnT200mm，粘土磚的寬 度(W)與其高度(H)之比為f 1.5，粘土磚的長度(L)與其高度(H)之比為1.(Γ5.0。
5.根據權利要求4所述的防風固沙磚陣的磚陣結構，其特徵在於沿粘土磚的高度(H)方向上，在粘土磚上開設有多個垂直貫穿孔，且貫穿孔的直徑不大於粘土磚高度的50%。
全文摘要
一種防風固沙磚陣的施工方法及結構，根據需要進行防風固沙區域的沙漠的年間主風向和最大風速，製作以粘土為主要材料製成的長方體的粘土磚，粘土成分不少於磚塊總體積的70%，在磚塊內沿高度方向設置若干垂直貫穿孔，把粘土磚交錯排布鋪蓋於沙地表面，形成多排多列的磚陣，磚的長度方向正對該地區的年間主風向，相鄰兩個磚塊的最大間距不大於磚長的7倍，磚塊的接地面積總和不超過磚陣所覆蓋沙地面積的50%，磚陣寬度的最小值大於最大風速的1.2倍。本發明通過粘土磚磚陣鋪蓋沙地的方法，不僅具有有效的防風固沙作用，還能改善沙漠環境內的局部生態和土壤環境，為提高沙漠地區植物的自然生長起到促進作用。
文檔編號E02D3/00GK103147433SQ201310000128
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月4日 優先權日2013年1月4日
發明者冀宏, 龍小平, 趙文舉, 王之君, 大平修司, 鄭健 申請人:蘭州理工大學, 日立建機株式會社