专利名称：一种防风固沙砖阵的施工方法及结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防风固沙的施工方法技术领域，尤其是涉及一种防风固沙砖阵的施工方法及结构。
背景技术：
在传统沙漠绿化工程中，经常采用草方格、纱网方格等沙漠防风固沙方法，这些方法确实能起到防风固沙的作用，但这些方法只能起到物理防风作用，并没有改变沙漠土壤不易保水保肥的特性，故很难起到促进植被自然侵入的作用。也有人用粘土堆成防风坝，或用土壤混合肥料、植物种子而制成利于植被成长的改良土壤，把沙地全面铺盖。既能起到防风固沙的作用，又能改善植被的生长条件，从而增加了自然植被。但这些方法需要大量的土壤，小面积铺盖是可能的，但大面积铺盖的运输和施工成本都非常高,而且,因为沙漠干燥，散状的土壤容易被风吹走。如何能在沙漠或沙化土地上低成本、大面积的固定沙尘的移动，又能促进沙漠中植被的自然增生是本发明要解决的课题。
发明内容
本发明的目的是固定沙漠中沙尘的移动，促进沙漠中植被自然增生。本发明是一种防风固沙砖阵的施工方法及结构，防风固沙砖阵的施工方法的步骤为:
(I)在粘土砖中加入有机肥，有机肥的含量不大于砖块总体积的30%。( 2 )在粘土砖中加入植物种子，加入的植物种子的总体积不大于粘土砖块体积的
3% ο(3)把粘土砖交错排布铺盖于沙地表面，形成多排多列的砖阵；砖的长度L所在的方向正对该地区的年间主风向；
(4)相邻两个砖块的最大纵向间距xl、最大横向间距x2、最大斜向间距x3均小于7xL，X= (xl +x2+ x3)/3, L为粘土砖的长度;
(5)砖阵的接地面积总和不超过砖阵所覆盖沙地面积的50%，即砖阵宽度LwX砖阵长度Lh的50%，砖阵宽度Lw的最小值大于1.2 X当地最大风速Vmax。防风固沙砖阵的砖阵结构，其粘土砖的高度H与最大风速相关，其值为20mnT200mm，粘土砖的宽度W与其高度H之比为f 1.5，粘土砖的长度L与其高度H之比为1.0 5.0。本发明的有益效果是:
沙漠中植被难于自然生存有很多原因，其中两个主要原因:一是大风造成的沙表土壤的移动，使植物没有安定生长的土壤环境；二是沙漠气候干燥、土壤渗水性强、保水性差，地表附近极度干燥，使植物缺少最基本的生长条件。如果能改善沙漠的这两项生态条件，对植物的自然增加将有极大的促进作用。本发明的作用有如下方面，可解决这两个生态问题。
(I)防风固沙作用。以一定密度均匀排布在沙地表面上的粘土砖，它的高度能够起到地表防风作用，从而减少了地表沙尘的移动。由于砖壁高度的影响，在砖壁面前方形成涡流，形成的涡流进一步扰乱了砖附近的流场，在砖上方形成一个风速减速区，从而降低了地表的风速。地表风速是沙粒移动的原因，无论天空中的风速有多大，只要地表风速能降低到一定程度以下，沙就不会流动了。(2)两年后可完成防风使命。一般沙漠都有一到两个主要风向，由于外部风沙的袭来，主要风向后方的砖块很容易被掩埋，但只要确定了砖阵的最小面积或顺施工地区主要风向的最小长度，它们就会对地表风速产生削减作用，从而逐步延缓了后续砖块被掩埋的时间。一旦离被砖阵保护目标区域最近的砖块能维持两年不被外来风沙掩埋，就能留给砖阵内的植物一定的自然生长时间。当自然植被有一定的高度和密度之后，砖阵的防风使命就可以完成了。(3)砖阵的水化、风化可促进植被增生。砖阵经过一定的时间后，在风沙或雨水的作用下，会被风化或水化掉。风化和水化同样是改变砖的形态，但它对沙漠的效果却不一样。在粘土砖的水化过程中，砖内的添加物会作为肥料或植物种子渗入到砖的附近，而成为植被自然增加的动因。添加物越多，砖带给沙地的养分或植被增生促进成分越多，植物成长的促进力量也越大。但这些添加成分过高，砖内颗粒间的粘结力就容易降低，使砖块容易被风化掉。砖块在风化过程中脱落下来的物质，很快被风吹走，对周边植被的增生起不到任何促进作用。而且，还可能由于部分砖块的早期风化而降低砖阵的整体防风作用。另外，粘土比例低，粘土砖容易毁坏，不易搬运，也不容易进行沙漠中的排布施工。(4)贯穿孔可创造植物种子良好生长的微环境。粘土砖内设有多个垂直于接地平面的贯穿孔，贯穿孔可在砖块内部制造一个无风、保水、防晒的植物种子初期生长微环境，该微环境可增大植物的自然成活概率。但若贯穿孔孔径过大，阳光直接照射到孔底的时间长，上述微环境就不易实现。因此，每个贯穿孔的直径不能超过砖厚度的1/2，并保证当地年间太阳光的90%不能直接照射到孔底。(5)砖阵投入成本低，保护环境。通过对砖阵排布方法的优化，可以以最少的土方量实现最大面积的沙漠防风固沙效果，从而能大幅度降低沙漠防风工程的成本。又因为粘土是从沙漠中分化出来的物质，粘土砖分化后，无论从景观还是材料上都不会给当地土壤留下任何副作用，所以本发明也是非常环保的方法。
图1是本发明中砖阵的布置示意图，图中箭头是指风向，图2是砖块的结构示意图，图3为砖块结构与当地阳光入射角的关系图，图4是本发明中砖阵的防风固沙效果示意图，图5是本发明中砖阵的另一种防风固沙效果示意图，图6是本发明中外来风沙对砖阵的覆盖示意图，图7是本发明中砖阵内部沙的流失示意图。
具体实施例方式本发明所述的一种防风固沙砖阵的施工方法及结构，其特征之处包括如下步骤:
(I)根据一片需要进行防风固沙区域的沙漠的年间主风向和最大风速Vmax，如图2所
示，制作以粘土为主要材料制成的长方体的粘土砖，粘土砖的长、宽、高分别用L、W、H表示，粘土砖高度H与最大风速呈线性关系，其值为20mnT200mm，粘土砖的宽度W与其高度H之比为广1.5，粘土砖的长度与其高度H之比为1.(Γ5，粘土砖中粘土颗粒成分的直径不大于
0.002mm,为保证砖块便于施工，并能维持一定时间(2年以上)的物理防风机能，粘土成分不少于砖块总体积的70%。粘土砖沿高度H方向制有多个垂直贯穿孔，且贯穿孔的直径不大于粘土砖高度的50%，粘土砖中也可加入堆肥、秸杆等有机肥，含量不大于砖块总体积的30%。防风固沙砖阵的砖阵结构，其粘土砖的高度H与最大风速相关，其值为20mnT200mm，粘土砖的宽度W与其高度H之比为f 1.5，粘土砖的长度L与其高度H之比为
1.0 5.0。
(2)将粘土砖交错排布铺盖于沙地表面，如图1所示，形成多排多列的砖阵。砖阵的排布形式可根据当地的地形和风向特点自由确定，但砖阵需要有适当的密度。砖的排布密度高，防风固沙的作用会增大，如图4所示；但粘土砖渗水性差，如果沙表面全部被粘土砖排满，则在降雨或人工喷水时，雨水就会停留于砖表面，很快被蒸发掉。所以，砖阵需要有一定的空隙度，让部分雨水落到沙地并渗入地下。若两砖间距离过长，砖壁前形成的涡流虽然能保护其附近的沙表速度，但两砖中间的沙表风速得不到足够降低，两砖之间就起不到相互挡风的作用。如图5所示，所以要求砖间的最大间隔不得超过砖最大长度的7倍。因此，砖的长度L方向正对该地区的年间主风向，相邻两个砖的最大间距(xl、x2、x3)不大于砖长L的7倍，砖的接地面积总和不超过砖阵所覆盖沙地面积LwXLh的50%，砖阵宽度Lw的最小值大于1.2 X Vmax,其中,最大风速单位为m/s,砖阵宽度Lw单位m。(3)完成砖阵的铺盖后，可适当撒播一些小麦、豆类和草种等适合当地生长的植物种子，含量不大于粘土砖块体积的3%。如果当地降雨量在200mm以下的地区，可在两年内适当喷撒一些水分，一方面帮助砖块的水解，一方面促进植被的自然增长。如果当地降雨量在200mm以下，在两年内喷撒水分，使得粘土砖下面土壤含水量不低于6%。如图3所示，Θ为当地阳光在砖块中的入射角，沿粘土砖的高度H方向上，在粘土砖上开设有多个垂直贯穿孔，且贯穿孔的直径d不大于粘土砖高度H的50%。对一片需要进行防风固沙区域的沙漠，首先对该地区进行气候观测，或根据这一地区的历史气象记录，调查该地区的年间主要风向和最大风力。然后根据这些气象数据确定粘土砖铺盖的范围、砖的高度以及砖的密度。施工过程可分为三个阶段:
第一阶段:初期施工阶段。最初施工时可按照下列基准进行施工规划:砖阵的最小施工规模不得在主要风向方向小于最大可能风速的1.2倍。从防风阵机能的角度讲，砖块的厚度越厚越好，但过厚的砖会给生产、搬运、施工等带来很多困难。所以，砖块的厚度应根据当地生产和施工条件决定。砖阵的密度及砖间距离，根据砖块的厚度和风速确定。决定初期砖阵密度的条件主要有两点:第一，保证整个砖阵有足够的渗水能力，即砖块的接地面的面积总和不超过砖阵覆盖面积的50%。第二，遵循覆盖总面优先，密度第二的原则。但最大砖块间距不超过砖最长边的7倍。由于具体工程的配套系统不同，砖供货量、时间和施工方式、机械，即速度各有不同，因砖阵法的本质在于“点面结合，以面为主”。以在当地的主要刮风季节到来之前，完成尽可能大的覆盖区域为准则。第二阶段:合理化施工阶段。在大风季节结束后，根据初期工程后观察到的砖阵被风沙埋没和砖阵内沙的流失情况，确定合理的铺盖范围和铺盖密度。外来飞沙会覆盖部分砖阵，同时风力又会带走部分砖阵内沙。外来飞沙的覆盖速度快，覆盖方式如图6所示，则应尽量延长砖阵在主要风向上的铺盖范围。如果砖阵内的沙被带走的量较多，沙的流失方式如图7所示，则需要增加砖的铺盖密度。完全阻止沙的覆盖和移动是不可能的，只要能保证合理化施工结束两年以内砖阵的上表面不被风沙全面覆盖就可以。第三阶段:砖阵后管理阶段。完成砖阵的铺盖工程后，可适当分散一些适合当地成长的植物种子，另外，如果当地降雨量在200mm以下，可在两年内适当喷撒一些水分，一方面帮助砖块的水解，一方面促进植被的自然增长。砖阵施工两年后，在砖阵的防风固沙和制造防晒减少蒸发的微环境下，会有许多植物自然增生。与此同时，粘土砖在雨水或人工喷水的作用下，会部分分解、变形，部分粘土砖中所携带的养分也会渗入到附近的沙土中，从而改善了砖阵中的土壤环境，这又能进一步促进植物的生长。施工正式开始3年后，砖阵的形态就不再存在，粘土成分会渗入到沙土中而起到沙漠表层土壤保墒性改良的作用，而给当地植物提供比施工状态前更好的生存条件。所以即使以后没有持续性的人工管理，在这里的土地上也会有更多的植物自然增生。
权利要求
1.一种防风固沙砖阵的施工方法，其步骤为: (1)在粘土砖中加入有机肥，有机肥的含量不大于砖块总体积的30%； (2)在粘土砖中加入植物种子，加入的植物种子的总体积不大于粘土砖块体积的3%； (3)把粘土砖交错排布铺盖于沙地表面,形成多排多列的砖阵；砖的长度(L)所在的方向正对该地区的年间主风向； (4 )相邻两个砖块的最大纵向间距(XI )、最大横向间距(X 2 )、最大斜向间距(X 3 )均小于 7xL, X= (xl +x2+ x3) /3, L 为粘土砖的长度； (5)砖阵的接地面积总和不超过砖阵所覆盖沙地面积的50%，即砖阵宽度(Lw) X砖阵长度(Lh)的50%，砖阵宽度(Lw)的最小值大于1.2X当地最大风速(Vmax)。
2.根据权利要求1所述的防风固沙砖阵的施工方法，其特征在于:完成砖阵的铺盖后，可在砖阵内撒播适合当地生长的植物种子。
3.根据权利要求1所述的防风固沙砖阵的施工方法，其特征在于如果当地降雨量在200mm以下，在两年内喷撒水分，使得粘土砖下面土壤含水量不低于6%。
4.防风固沙砖阵的砖阵结构，其特征在于:粘土砖的高度(H)与最大风速相关，其值为20mnT200mm，粘土砖的宽 度(W)与其高度(H)之比为f 1.5，粘土砖的长度(L)与其高度(H)之比为1.(Γ5.0。
5.根据权利要求4所述的防风固沙砖阵的砖阵结构，其特征在于沿粘土砖的高度(H)方向上，在粘土砖上开设有多个垂直贯穿孔，且贯穿孔的直径不大于粘土砖高度的50%。
全文摘要
一种防风固沙砖阵的施工方法及结构，根据需要进行防风固沙区域的沙漠的年间主风向和最大风速，制作以粘土为主要材料制成的长方体的粘土砖，粘土成分不少于砖块总体积的70%，在砖块内沿高度方向设置若干垂直贯穿孔，把粘土砖交错排布铺盖于沙地表面，形成多排多列的砖阵，砖的长度方向正对该地区的年间主风向，相邻两个砖块的最大间距不大于砖长的7倍，砖块的接地面积总和不超过砖阵所覆盖沙地面积的50%，砖阵宽度的最小值大于最大风速的1.2倍。本发明通过粘土砖砖阵铺盖沙地的方法，不仅具有有效的防风固沙作用，还能改善沙漠环境内的局部生态和土壤环境，为提高沙漠地区植物的自然生长起到促进作用。
文档编号E02D3/00GK103147433SQ201310000128
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月4日 优先权日2013年1月4日
发明者冀宏, 龍小平, 赵文举, 王之君, 大平修司, 郑健 申请人:兰州理工大学, 日立建机株式会社