專利名稱：一種防風(fēng)固沙磚陣的施工方法及結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防風(fēng)固沙的施工方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種防風(fēng)固沙磚陣的施工方法及結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)沙漠綠化工程中，經(jīng)常采用草方格、紗網(wǎng)方格等沙漠防風(fēng)固沙方法，這些方法確實(shí)能起到防風(fēng)固沙的作用，但這些方法只能起到物理防風(fēng)作用，并沒有改變沙漠土壤不易保水保肥的特性，故很難起到促進(jìn)植被自然侵入的作用。也有人用粘土堆成防風(fēng)壩，或用土壤混合肥料、植物種子而制成利于植被成長的改良土壤，把沙地全面鋪蓋。既能起到防風(fēng)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(yùn)輸和施工成本都非常高,而且,因?yàn)樯衬稍?，散狀的土壤容易被風(fēng)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(dòng)，又能促進(jìn)沙漠中植被的自然增生是本發(fā)明要解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是固定沙漠中沙塵的移動(dòng)，促進(jìn)沙漠中植被自然增生。本發(fā)明是一種防風(fēng)固沙磚陣的施工方法及結(jié)構(gòu)，防風(fēng)固沙磚陣的施工方法的步驟為:
(I)在粘土磚中加入有機(jī)肥，有機(jī)肥的含量不大于磚塊總體積的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于粘土磚塊體積的
3% ο(3)把粘土磚交錯(cuò)排布鋪蓋于沙地表面，形成多排多列的磚陣；磚的長度L所在的方向正對(duì)該地區(qū)的年間主風(fēng)向；
(4)相鄰兩個(gè)磚塊的最大縱向間距xl、最大橫向間距x2、最大斜向間距x3均小于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的最小值大于1.2 X當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)速Vmax。防風(fēng)固沙磚陣的磚陣結(jié)構(gòu)，其粘土磚的高度H與最大風(fēng)速相關(guān)，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(fā)明的有益效果是:
沙漠中植被難于自然生存有很多原因，其中兩個(gè)主要原因:一是大風(fēng)造成的沙表土壤的移動(dòng)，使植物沒有安定生長的土壤環(huán)境；二是沙漠氣候干燥、土壤滲水性強(qiáng)、保水性差，地表附近極度干燥，使植物缺少最基本的生長條件。如果能改善沙漠的這兩項(xiàng)生態(tài)條件，對(duì)植物的自然增加將有極大的促進(jìn)作用。本發(fā)明的作用有如下方面，可解決這兩個(gè)生態(tài)問題。
(I)防風(fēng)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(fēng)作用，從而減少了地表沙塵的移動(dòng)。由于磚壁高度的影響，在磚壁面前方形成渦流，形成的渦流進(jìn)一步擾亂了磚附近的流場，在磚上方形成一個(gè)風(fēng)速減速區(qū)，從而降低了地表的風(fēng)速。地表風(fēng)速是沙粒移動(dòng)的原因，無論天空中的風(fēng)速有多大，只要地表風(fēng)速能降低到一定程度以下，沙就不會(huì)流動(dòng)了。(2)兩年后可完成防風(fēng)使命。一般沙漠都有一到兩個(gè)主要風(fēng)向，由于外部風(fēng)沙的襲來，主要風(fēng)向后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(qū)主要風(fēng)向的最小長度，它們就會(huì)對(duì)地表風(fēng)速產(chǎn)生削減作用，從而逐步延緩了后續(xù)磚塊被掩埋的時(shí)間。一旦離被磚陣保護(hù)目標(biāo)區(qū)域最近的磚塊能維持兩年不被外來風(fēng)沙掩埋，就能留給磚陣內(nèi)的植物一定的自然生長時(shí)間。當(dāng)自然植被有一定的高度和密度之后，磚陣的防風(fēng)使命就可以完成了。(3)磚陣的水化、風(fēng)化可促進(jìn)植被增生。磚陣經(jīng)過一定的時(shí)間后，在風(fēng)沙或雨水的作用下，會(huì)被風(fēng)化或水化掉。風(fēng)化和水化同樣是改變磚的形態(tài)，但它對(duì)沙漠的效果卻不一樣。在粘土磚的水化過程中，磚內(nèi)的添加物會(huì)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(dòng)因。添加物越多，磚帶給沙地的養(yǎng)分或植被增生促進(jìn)成分越多，植物成長的促進(jìn)力量也越大。但這些添加成分過高，磚內(nèi)顆粒間的粘結(jié)力就容易降低，使磚塊容易被風(fēng)化掉。磚塊在風(fēng)化過程中脫落下來的物質(zhì)，很快被風(fēng)吹走，對(duì)周邊植被的增生起不到任何促進(jìn)作用。而且，還可能由于部分磚塊的早期風(fēng)化而降低磚陣的整體防風(fēng)作用。另外，粘土比例低，粘土磚容易毀壞，不易搬運(yùn)，也不容易進(jìn)行沙漠中的排布施工。(4)貫穿孔可創(chuàng)造植物種子良好生長的微環(huán)境。粘土磚內(nèi)設(shè)有多個(gè)垂直于接地平面的貫穿孔，貫穿孔可在磚塊內(nèi)部制造一個(gè)無風(fēng)、保水、防曬的植物種子初期生長微環(huán)境，該微環(huán)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(shí)間長，上述微環(huán)境就不易實(shí)現(xiàn)。因此，每個(gè)貫穿孔的直徑不能超過磚厚度的1/2，并保證當(dāng)?shù)啬觊g太陽光的90%不能直接照射到孔底。(5)磚陣投入成本低，保護(hù)環(huán)境。通過對(duì)磚陣排布方法的優(yōu)化，可以以最少的土方量實(shí)現(xiàn)最大面積的沙漠防風(fēng)固沙效果，從而能大幅度降低沙漠防風(fēng)工程的成本。又因?yàn)檎惩潦菑纳衬蟹只鰜淼奈镔|(zhì)，粘土磚分化后，無論從景觀還是材料上都不會(huì)給當(dāng)?shù)赝寥懒粝氯魏胃弊饔?，所以本發(fā)明也是非常環(huán)保的方法。


圖1是本發(fā)明中磚陣的布置示意圖，圖中箭頭是指風(fēng)向，圖2是磚塊的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為磚塊結(jié)構(gòu)與當(dāng)?shù)仃柟馊肷浣堑年P(guān)系圖，圖4是本發(fā)明中磚陣的防風(fēng)固沙效果示意圖，圖5是本發(fā)明中磚陣的另一種防風(fēng)固沙效果示意圖，圖6是本發(fā)明中外來風(fēng)沙對(duì)磚陣的覆蓋示意圖，圖7是本發(fā)明中磚陣內(nèi)部沙的流失示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的一種防風(fēng)固沙磚陣的施工方法及結(jié)構(gòu)，其特征之處包括如下步驟:
(I)根據(jù)一片需要進(jìn)行防風(fēng)固沙區(qū)域的沙漠的年間主風(fēng)向和最大風(fēng)速Vmax，如圖2所
示，制作以粘土為主要材料制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(fēng)速呈線性關(guān)系，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于
0.002mm,為保證磚塊便于施工，并能維持一定時(shí)間(2年以上)的物理防風(fēng)機(jī)能，粘土成分不少于磚塊總體積的70%。粘土磚沿高度H方向制有多個(gè)垂直貫穿孔，且貫穿孔的直徑不大于粘土磚高度的50%，粘土磚中也可加入堆肥、秸桿等有機(jī)肥，含量不大于磚塊總體積的30%。防風(fēng)固沙磚陣的磚陣結(jié)構(gòu)，其粘土磚的高度H與最大風(fēng)速相關(guān)，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(cuò)排布鋪蓋于沙地表面，如圖1所示，形成多排多列的磚陣。磚陣的排布形式可根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦魏惋L(fēng)向特點(diǎn)自由確定，但磚陣需要有適當(dāng)?shù)拿芏取４u的排布密度高，防風(fēng)固沙的作用會(huì)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(shí)，雨水就會(huì)停留于磚表面，很快被蒸發(fā)掉。所以，磚陣需要有一定的空隙度，讓部分雨水落到沙地并滲入地下。若兩磚間距離過長，磚壁前形成的渦流雖然能保護(hù)其附近的沙表速度，但兩磚中間的沙表風(fēng)速得不到足夠降低，兩磚之間就起不到相互擋風(fēng)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(duì)該地區(qū)的年間主風(fēng)向，相鄰兩個(gè)磚的最大間距(xl、x2、x3)不大于磚長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的最小值大于1.2 X Vmax,其中,最大風(fēng)速單位為m/s,磚陣寬度Lw單位m。(3)完成磚陣的鋪蓋后，可適當(dāng)撒播一些小麥、豆類和草種等適合當(dāng)?shù)厣L的植物種子，含量不大于粘土磚塊體積的3%。如果當(dāng)?shù)亟涤炅吭?00mm以下的地區(qū)，可在兩年內(nèi)適當(dāng)噴撒一些水分，一方面幫助磚塊的水解，一方面促進(jìn)植被的自然增長。如果當(dāng)?shù)亟涤炅吭?00mm以下，在兩年內(nèi)噴撒水分，使得粘土磚下面土壤含水量不低于6%。如圖3所示，Θ為當(dāng)?shù)仃柟庠诖u塊中的入射角，沿粘土磚的高度H方向上，在粘土磚上開設(shè)有多個(gè)垂直貫穿孔，且貫穿孔的直徑d不大于粘土磚高度H的50%。對(duì)一片需要進(jìn)行防風(fēng)固沙區(qū)域的沙漠，首先對(duì)該地區(qū)進(jìn)行氣候觀測，或根據(jù)這一地區(qū)的歷史氣象記錄，調(diào)查該地區(qū)的年間主要風(fēng)向和最大風(fēng)力。然后根據(jù)這些氣象數(shù)據(jù)確定粘土磚鋪蓋的范圍、磚的高度以及磚的密度。施工過程可分為三個(gè)階段:
第一階段:初期施工階段。最初施工時(shí)可按照下列基準(zhǔn)進(jìn)行施工規(guī)劃:磚陣的最小施工規(guī)模不得在主要風(fēng)向方向小于最大可能風(fēng)速的1.2倍。從防風(fēng)陣機(jī)能的角度講，磚塊的厚度越厚越好，但過厚的磚會(huì)給生產(chǎn)、搬運(yùn)、施工等帶來很多困難。所以，磚塊的厚度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)和施工條件決定。磚陣的密度及磚間距離，根據(jù)磚塊的厚度和風(fēng)速確定。決定初期磚陣密度的條件主要有兩點(diǎn):第一，保證整個(gè)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(yōu)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。由于具體工程的配套系統(tǒng)不同，磚供貨量、時(shí)間和施工方式、機(jī)械，即速度各有不同，因磚陣法的本質(zhì)在于“點(diǎn)面結(jié)合，以面為主”。以在當(dāng)?shù)氐闹饕物L(fēng)季節(jié)到來之前，完成盡可能大的覆蓋區(qū)域?yàn)闇?zhǔn)則。第二階段:合理化施工階段。在大風(fēng)季節(jié)結(jié)束后，根據(jù)初期工程后觀察到的磚陣被風(fēng)沙埋沒和磚陣內(nèi)沙的流失情況，確定合理的鋪蓋范圍和鋪蓋密度。外來飛沙會(huì)覆蓋部分磚陣，同時(shí)風(fēng)力又會(huì)帶走部分磚陣內(nèi)沙。外來飛沙的覆蓋速度快，覆蓋方式如圖6所示，則應(yīng)盡量延長磚陣在主要風(fēng)向上的鋪蓋范圍。如果磚陣內(nèi)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(dòng)是不可能的，只要能保證合理化施工結(jié)束兩年以內(nèi)磚陣的上表面不被風(fēng)沙全面覆蓋就可以。第三階段:磚陣后管理階段。完成磚陣的鋪蓋工程后，可適當(dāng)分散一些適合當(dāng)?shù)爻砷L的植物種子，另外，如果當(dāng)?shù)亟涤炅吭?00mm以下，可在兩年內(nèi)適當(dāng)噴撒一些水分，一方面幫助磚塊的水解，一方面促進(jìn)植被的自然增長。磚陣施工兩年后，在磚陣的防風(fēng)固沙和制造防曬減少蒸發(fā)的微環(huán)境下，會(huì)有許多植物自然增生。與此同時(shí)，粘土磚在雨水或人工噴水的作用下，會(huì)部分分解、變形，部分粘土磚中所攜帶的養(yǎng)分也會(huì)滲入到附近的沙土中，從而改善了磚陣中的土壤環(huán)境，這又能進(jìn)一步促進(jìn)植物的生長。施工正式開始3年后，磚陣的形態(tài)就不再存在，粘土成分會(huì)滲入到沙土中而起到沙漠表層土壤保墑性改良的作用，而給當(dāng)?shù)刂参锾峁┍仁┕顟B(tài)前更好的生存條件。所以即使以后沒有持續(xù)性的人工管理，在這里的土地上也會(huì)有更多的植物自然增生。
權(quán)利要求
1.一種防風(fēng)固沙磚陣的施工方法，其步驟為: (1)在粘土磚中加入有機(jī)肥，有機(jī)肥的含量不大于磚塊總體積的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于粘土磚塊體積的3%； (3)把粘土磚交錯(cuò)排布鋪蓋于沙地表面,形成多排多列的磚陣；磚的長度(L)所在的方向正對(duì)該地區(qū)的年間主風(fēng)向； (4 )相鄰兩個(gè)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 )均小于 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)的最小值大于1.2X當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)速(Vmax)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防風(fēng)固沙磚陣的施工方法，其特征在于:完成磚陣的鋪蓋后，可在磚陣內(nèi)撒播適合當(dāng)?shù)厣L的植物種子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防風(fēng)固沙磚陣的施工方法，其特征在于如果當(dāng)?shù)亟涤炅吭?00mm以下，在兩年內(nèi)噴撒水分，使得粘土磚下面土壤含水量不低于6%。
4.防風(fēng)固沙磚陣的磚陣結(jié)構(gòu)，其特征在于:粘土磚的高度(H)與最大風(fēng)速相關(guān)，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(jù)權(quán)利要求4所述的防風(fēng)固沙磚陣的磚陣結(jié)構(gòu)，其特征在于沿粘土磚的高度(H)方向上，在粘土磚上開設(shè)有多個(gè)垂直貫穿孔，且貫穿孔的直徑不大于粘土磚高度的50%。
全文摘要
一種防風(fēng)固沙磚陣的施工方法及結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要進(jìn)行防風(fēng)固沙區(qū)域的沙漠的年間主風(fēng)向和最大風(fēng)速，制作以粘土為主要材料制成的長方體的粘土磚，粘土成分不少于磚塊總體積的70%，在磚塊內(nèi)沿高度方向設(shè)置若干垂直貫穿孔，把粘土磚交錯(cuò)排布鋪蓋于沙地表面，形成多排多列的磚陣，磚的長度方向正對(duì)該地區(qū)的年間主風(fēng)向，相鄰兩個(gè)磚塊的最大間距不大于磚長的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于最大風(fēng)速的1.2倍。本發(fā)明通過粘土磚磚陣鋪蓋沙地的方法，不僅具有有效的防風(fēng)固沙作用，還能改善沙漠環(huán)境內(nèi)的局部生態(tài)和土壤環(huán)境，為提高沙漠地區(qū)植物的自然生長起到促進(jìn)作用。
文檔編號(hào)E02D3/00GK103147433SQ201310000128
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月4日
發(fā)明者冀宏, 龍小平, 趙文舉, 王之君, 大平修司, 鄭健 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué), 日立建機(jī)株式會(huì)社