一种干旱河谷区基于黏土压注的提水防风蚀方法

技术领域

本发明涉及一种干旱河谷区防风蚀方法，尤其涉及一种干旱河谷区基于黏土压注的提水防风蚀方法。

背景技术

风蚀是我国主要土壤侵蚀类型之一，土壤风蚀造成植被退化、土地荒漠化、农田受损、沙尘灾害天气发生等不利后果。由于不同区域风蚀特征、立地类型具有差异，因此，风蚀防治的技术方法一直不断创新，以期实现因地制宜的施用和防治效果的优化。虽然风蚀防治技术已经较为丰富，但目前大多数针对的是旱区沙漠、沙地的防治。

河谷风蚀是一类特殊的风蚀形式，这种风蚀沙源包括上游来沙沉积、两岸冲刷、河谷季节性消落导致泥沙出露，叠加冬季、春季的少雨天气，造成表层沙物质干燥，在干冷河谷风的动力作用下，造成土壤风蚀。由于河谷水位变动频繁，因此沙源并非固定不变，沙面周期性的处于水淹或出露状态，与一般性的风蚀地貌具有较大差异。

传统沙面固定方法并不适用干湿交替的环境，如物理机械沙障、植物沙障、微生物菌剂固沙、化学固沙等方法，均无法实现长时间的风蚀防护。随着我国水利工程规模不断扩大，旱区河谷必将面临更频繁的水位消落，进而引发更大面积消落带沙物质的风蚀。因此，适应于干旱河谷区土壤风蚀的可持续防护方法亟待研发。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种高效、低成本、可持续的干旱河谷区基于黏土压注的提水防风蚀方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的干旱河谷区基于黏土压注的提水防风蚀方法，在干旱河谷区坡面1底部的沙面表层位置2压注多根黏土土柱；

并根据以下4个关键技术环节拟定实施黏土压注参数：

确定黏土土柱设计高度4；

对应黏土土柱设计高度4设计黏土土柱粒径配级5；

确定黏土土柱湿润半径6；

确定黏土土柱布设密度7。

与现有技术相比，本发明所提供的干旱河谷区基于黏土压注的提水防风蚀方法，可以充分利用河谷区水分充足这一先天优势，基于粘土的毛细水上升作用，在不施加任何外部动力的情况下，将河谷中水分运移到表层干土层，使表层土湿润降低风蚀。该方法具有以下优点：材料自然环保无毒害；材料在汛期可抵御水淹，旱期实现水分上升输送功能，可持续性强；施工原理成熟，实操性强；材料可就地取材，成本低。可以完全解决河谷区风蚀问题。

典型应用领域包括西藏雅鲁藏布江流域、长江上游、黄河上游、龙羊峡库区等地。

附图说明

图1为本发明实施例提供的干旱河谷区基于黏土压注的提水防风蚀方法实施示意图；

图2为本发明实施例中的沙土中的黏土柱提水防风蚀原理示意图；

图3为本发明实施例中干旱河谷沙地内黏土土柱分布密度图；

图4为本发明实施例中不同粒径土壤对应毛细水高度示意图。

图中：

1、干旱河谷区坡面，2、沙面表层位置，3、河谷或者库区死水位，4、黏土土柱设计高度，5、黏土土柱粒径配级，6、黏土土柱湿润半径，7、黏土土柱布设密度。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。

本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的干旱河谷区基于黏土压注的提水防风蚀方法，在干旱河谷区坡面1底部的沙面表层位置2压注多根黏土土柱；

并根据以下4个关键技术环节拟定实施黏土压注参数：

确定黏土土柱设计高度4；

对应黏土土柱设计高度4设计黏土土柱粒径配级5；

确定黏土土柱湿润半径6；

确定黏土土柱布设密度7。

所述黏土土柱设计高度4由河谷或者库区死水位3和沙面表层位置2确定，黏土土柱设计高度4大于河谷或者库区死水位3与沙面表层位置2上表面的相对高度，用于保证自由水能沿着毛管孔隙向上运移；

所述黏土土柱粒径配级5由黏土土柱设计高度4的需求而定，并按下表设计获得：

松散孔隙介质支持毛细水高度

所述黏土土柱湿润半径6由实地气候条件、沙面粒径情况、黏土土柱的粒径配级综合影响确定，按以下步骤获得：

先压注一根20-30cm直径的黏土土柱，使其在自然状态下自然吸湿，一周后以黏土土柱为圆心，向外每隔5cm测量一次表层沙土土壤含水率，以土壤含水率达到田间持水量30％的位置为限，作为黏土土柱湿润半径6。

所述黏土土柱布设密度7由湿润半径6来确定，每相邻两个黏土土柱距离为两个湿润半径6，黏土土柱以矩阵点状排布。

综上可见，本发明实施例的干旱河谷区基于黏土压注的提水防风蚀方法，其特征在于4个关键技术环节，确定黏土土柱设计高度、黏土土柱粒径配级、黏土土柱湿润半径、黏土土柱布设密度。通过在河谷沙地中压注一定粒径配级的黏土土柱至自由水位，使自由水可以沿着毛管孔隙向上运移，达到表层干沙层，形成一定范围的湿润圈，以增加表层沙物质的起沙风速，减少在天气干旱多风季节的河谷风蚀危害。该方法充分利用了河谷区水分充足、但由于沙土毛管孔隙粗导致水分无法上行这一特点，在河谷区通过设置黏土土柱，实现了水分的上移。该方法可灵活根据河谷区土质、气候、地形等特点灵活调节施工参数，黏土材料环保、耐水淹、耐风蚀，工程施用后可持续时间长，避免了传统物理机械沙障、植物沙障、微生物菌剂固沙、化学固沙等治沙方法不适应旱涝交替生境的缺点。且该技术实施工艺简洁、原理巧妙，可有效解决干旱河谷区风蚀问题。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的进行详细描述。

实施例1

如图1至图4所示：

包括黏土土柱设计高度的确定、黏土土柱制备、黏土土柱湿润半径和密度确定、机械压注黏土土柱四个环节。

所述黏土土柱设计高度由河谷或者库区死水位和沙面表层位置确定，黏土土柱设计高度要大于死水位和沙面表层位置间的距离。

所述黏土土柱制备即黏土土柱粒径配级，配级由黏土土柱设计高度的需求而定。基于土壤物理学中毛细水上升原理可知，颗粒越细，毛细水上升高度越大，故通过试验，前期确定了不同粒径级配的土壤其毛细水上升高度，以便于实际应用中按需使用，如下：

表1：

松散孔隙介质支持毛细水高度

所述黏土土柱密度确定由黏土土柱湿润半径决定，湿润半径由实地气候条件、沙面粒径情况、黏土土柱的粒径配级综合影响。实际操作中，先压注一根黏土土柱(20-30cm直径)，使其在自然状态下自然吸湿，一周后，以黏土土柱为圆心，向外每隔5cm测量一次表层沙土土壤含水率，以土壤含水率达到田间持水量30％的位置为限，作为湿润半径。所述黏土土柱布设密度由湿润半径来确定。保证每相邻两个黏土土柱距离为两个湿润半径，黏土土柱以矩阵点状排布(图3)。

机械压注黏土土柱，包括特定粒径土壤颗粒筛选配备和压注两部分够成。根据先验实验所确定的黏土粒径和支撑毛细水高度的对应关系，明确对应黏土土柱设计高度的粒径级别。通过土壤筛筛出对应级别土壤颗粒，合成黏土。

机械压注黏土即利用压力机械装备将配置好粒径的黏土，自死水位以下开始灌注，一直到沙面之上，柱体半径20-30cm即可。河谷自由水以毛细水的形式沿着黏土柱到达沙面，使得黏土土柱体附近地表干沙层保持湿润，提高起沙风速，从而降低风蚀。

干旱季节或者水库消落期水位下降、沙地出露，该黏土土柱可以有效抑制风蚀；多雨季节或者水库蓄水期水位高涨、沙面被淹，该黏土土柱亦不会因为水淹受到损坏。可长期使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。