發(fā)布時間：2017-12-21 23:00

  本文關(guān)鍵詞：新疆典型沙區(qū)區(qū)域防風(fēng)固沙體系協(xié)同配置研究　出處：《石河子大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：新疆沙區(qū)屬于生態(tài)環(huán)境極端脆弱的地區(qū),水資源匱乏,植被蓋度低,沙丘活化,大風(fēng)、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵等風(fēng)沙危害對新疆人民生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政治穩(wěn)定等方面均產(chǎn)生巨大影響,甚至對全國的生態(tài)環(huán)境都造成了巨大影響。本研究選取新疆典型沙區(qū):北疆150團(tuán)和南疆和田地區(qū)作為研究區(qū),研究典型沙區(qū)區(qū)域尺度防風(fēng)固沙體系的協(xié)同配置,對區(qū)域防風(fēng)固沙、風(fēng)蝕災(zāi)害研究和治理提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。研究根據(jù)風(fēng)沙局部移動和長距離擴(kuò)散的危害特征,采用遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)方法,結(jié)合風(fēng)洞試驗、FLuent數(shù)值模擬和野外觀測,分析新疆典型沙區(qū)近30年(1980-2014年)風(fēng)沙災(zāi)害現(xiàn)狀、成因和時空變化趨勢;區(qū)域尺度上,分析沙塵來源路徑及不同下墊面條件對風(fēng)沙運(yùn)動的影響,針對性的進(jìn)行防護(hù)林體系空間布局;林帶尺度,以風(fēng)沙物理學(xué)模型為基礎(chǔ)確定林帶最佳疏透度;在局域尺度上,分析自然植被與防護(hù)林協(xié)同配置優(yōu)化模式以及農(nóng)作物與農(nóng)田防護(hù)林優(yōu)化配置模式,構(gòu)建新疆典型沙區(qū)以防護(hù)林、自然植被、農(nóng)田作物為基礎(chǔ)的防風(fēng)固沙體系配置模式。研究主要結(jié)論如下:1)北疆和南疆全年平均風(fēng)速在1960-2014年整體呈現(xiàn)下降趨勢,各季節(jié)和全年平均風(fēng)速均在1995年之后下降趨勢變?nèi)酢Ｖ脖蛔兓瘜ζ骄L(fēng)速的反饋隨著時間尺度變化而變化,最佳時間尺度一般為20旬,最佳時滯為8旬。大風(fēng)和植被因素是影響沙塵暴較為直接的因素。尤其是近年來隨著植被覆被的增加以及相應(yīng)大風(fēng)的減小,是區(qū)域沙塵暴呈減小趨勢的主要原因。2)通過對典型沙區(qū)莫索灣地區(qū)沙沉降變化特征分析表明,研究區(qū)自西向東沙沉降速度逐漸降低,尤其是在4月份,0.2m,0.5m,1.5m高度上風(fēng)沙沉降速度均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。沙丘、丘間低地和農(nóng)田下墊面表層土壤趨向于粗化,地表沙塵物質(zhì)可以較容易在風(fēng)的作用下進(jìn)入空中,成為沙源地,而荒漠自然植被區(qū)和防護(hù)林內(nèi)部表層土壤粒徑趨向細(xì)化,這說明防護(hù)林體系可以抑制沙塵物質(zhì),同時防護(hù)林體系可以降低風(fēng)速減弱風(fēng)蝕作用,也可以攔截和降解沙塵物質(zhì),因而使得這些地區(qū)可以明顯降低向大氣中提供沙塵物質(zhì)。3)林帶尺度,通過野外相對風(fēng)速和疏透度的觀測分析,當(dāng)林帶疏透度為0.35時,防護(hù)林防護(hù)效益最佳。采用風(fēng)沙理論分析表明,當(dāng)疏透度p35%時,防風(fēng)固沙能力隨著防護(hù)林疏透度的增加出現(xiàn)急劇下降趨勢,而當(dāng)p35%時,防風(fēng)固沙能力隨著防護(hù)林疏透度的減小變化緩慢。數(shù)值模擬過程中,選取林帶風(fēng)速衰減曲線與u/u0=100%直線圍成的區(qū)域面積衡量林帶的防護(hù)效益,結(jié)果表明當(dāng)林帶疏透度為0.35時,防護(hù)效益最好。4)為針對性的進(jìn)行區(qū)域尺度防護(hù)林體系配置,本研究分析南疆和田地區(qū)和北疆150團(tuán)沙塵來源及其路徑。結(jié)果表明,南疆和田地區(qū)有五類傳輸路徑:西南、西部、西北、北部和東北。東北路徑發(fā)生沙塵天氣最高,3-5月發(fā)生比例分別為67.6%、44%和48%。北疆150團(tuán)3月份近地面?zhèn)鬏斅窂街饕?條,其中以北部路徑所占比例最高(傳輸路徑1),占總路徑軌跡的46%。2011-2014年北疆150團(tuán)西北路徑發(fā)生的沙塵天氣最高,隨著月份的增加,西和西北路徑的氣流和沙塵天氣呈現(xiàn)出先增加后下降趨勢,其中最大值集中在4月份和5月份。5)在0.5m和1.5m兩高度處,防護(hù)林與自然植被協(xié)同后對風(fēng)速起到了減弱作用,據(jù)此得到最小相對風(fēng)速和不同相對風(fēng)速條件下二者協(xié)同配置的優(yōu)化模式,如在0.5m高度上,當(dāng)相對風(fēng)速取值0.5時,協(xié)同配置最優(yōu)模式為:防護(hù)林結(jié)構(gòu)因子指標(biāo):冠層體積30.95m3,胸高斷面積0.47m2,株行距為3.79m2,自然植被指標(biāo)為:平均高度1.44m,蓋度0.21。不同風(fēng)速和林帶疏透度下,棗樹對林帶前后流場均具有顯著影響,特別是林帶后近地面風(fēng)速縮減程度較大,能夠提高防風(fēng)效應(yīng)1.28%-29.05%。6)風(fēng)洞實驗表明,小風(fēng)速(8m/s)和大風(fēng)速(14m/s)下的流場差異不明顯。不同林帶結(jié)構(gòu)對風(fēng)速的影響不一,在冠層高度林帶后2H處,8行與4行林帶比6行林帶出現(xiàn)更多的湍流區(qū),而在其上方20cm處,6行林帶出現(xiàn)明顯的上空加速湍流區(qū)。相同風(fēng)速下,不同配置的多林帶林網(wǎng)流場差異明顯,在基干林分別為4、6行時,阻力抬升區(qū)要比基干林分別為8、10、12、14行時要小。林帶不同配置結(jié)構(gòu)下近地表流場變化差異較大。對于阻力抬升區(qū)而言,林帶間距小時,冠層高度流場等值線更加密集,說明林帶間距對流場區(qū)域分布具有明顯影響。研究區(qū)以風(fēng)速縮減率模型和風(fēng)洞實驗結(jié)果為基礎(chǔ),構(gòu)建局域尺度農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)優(yōu)化配置模式。表明當(dāng)初始風(fēng)速為10m/s時,農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)的最優(yōu)配置模式為基干林14行,田間林帶6行,林帶間距1為20H,林帶間距2為11H。綜上所述,新疆典型沙區(qū)進(jìn)行防護(hù)林體系的系統(tǒng)配置,首先明確區(qū)域尺度上風(fēng)沙災(zāi)害發(fā)生規(guī)律及沙塵傳播路徑和不同下墊面供塵能力,針對性地進(jìn)行區(qū)域防護(hù)林體系配置;其次,在局域尺度上分析防護(hù)林外圍自然植被以及防護(hù)林內(nèi)部農(nóng)作物的防風(fēng)固沙效益,以此為基礎(chǔ)進(jìn)行局域尺度的防護(hù)林協(xié)同配置;第三,在林帶尺度上,選取林帶疏透度作為林帶結(jié)構(gòu)因子指標(biāo)進(jìn)行調(diào)控建設(shè)。
【學(xué)位授予單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S727.23

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本文編號：1317472