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        農(nóng)墾區(qū)公路風吹雪防雪林的效果探討

        2021-06-12 07:19:18
        黑龍江交通科技 2021年5期
        關鍵詞:風速公路

        高 智

        (新疆兵團勘測設計院(集團)有限責任公司,新疆 烏魯木齊 830002)

        1 引 言

        在兵團農(nóng)墾區(qū)公路往往是采取種植防雪林的方法來治理風吹雪災害,其防治風吹雪機理是通過防雪林來減小風雪流強度,并降低公路上的飛雪量和積雪量,提高道路能見度和行車安全性,從而來達到防害減災的目的,同時還可以改善公路沿線的自然環(huán)境,具有良好的生態(tài)效益。由于兵團的大部分團場地處農(nóng)墾區(qū),為了改造自身的生存條件,每年春秋兩季都要大面積的植樹造林,合理利用這一條件就可以把植樹造林與公路風吹雪雪害的防治工程、改造生態(tài)環(huán)境有機的結合起來,因此,研究農(nóng)墾區(qū)公路風吹雪防雪林的效果具有十分重要的工程意義。

        2 農(nóng)墾區(qū)公路防雪林類型

        根據(jù)實地調(diào)查數(shù)據(jù)可知,農(nóng)九師額敏農(nóng)墾區(qū)公路風吹雪防雪林包括窄林、寬林片林和片林等4種類型,其中片林又可劃分為稀疏片林和緊密片林,具體如見表1所示。

        表1 農(nóng)九師額敏農(nóng)墾區(qū)防雪林主要樹種類型

        3 農(nóng)墾區(qū)公路防雪林效果分析

        3.1 防雪林防風效果分析

        在農(nóng)墾區(qū)公路防雪林的林帶斷面布置風速監(jiān)測點(林前40 m和林后5~20 m),來研究防雪林的防風效果,同時把防雪林前500 m的空曠位置視作風速參照點。風速監(jiān)測方法為“同步觀測”,并根據(jù)實際風速監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制了風速在不同監(jiān)測位置的變化趨勢,如圖1所示。

        圖1 風速沿近地面變化圖

        由現(xiàn)場風速監(jiān)測數(shù)據(jù)可知:相對于參照點的風速而言,風穿過防雪林帶后,林前風速出現(xiàn)了一定程度的降低,在防雪林后0~10 m內(nèi)風速降低幅度最大,即監(jiān)測點距離防雪林越近,風速越小。同時,公路防雪林林后風速平均減少了4.3 m/s,降低率達到47.3%,這表明公路防雪林減弱風速效果是非常明顯的。

        3.2 防雪林積雪效果分析

        農(nóng)墾區(qū)公路防雪林積雪厚度的測量可采用直尺垂直測量的方法,測量位置分別取林帶后與林帶內(nèi),研究對象為窄林、寬林、稀疏林,防雪林各個位置的積雪厚度測量結果如圖2所示。

        圖2 防雪林各監(jiān)測位置積雪厚度

        量測結果表明:窄林、寬林、稀疏林各位置的積雪厚度分布差異較大,其中窄林積雪量最大(積雪量是寬林的2.3倍,是稀疏林的1.6倍),林內(nèi)與林后積雪厚度相差不大,其平均積雪厚約1.1 m;寬林林內(nèi)和林后積雪厚度差異性明顯,其林內(nèi)和林后積雪厚度平均平均值分別為0.8 m、0.5 m;稀疏林的積雪厚度介于窄林、寬林之間。

        3.3 防雪林涵養(yǎng)水源效果分析

        由表2可知,農(nóng)九師額敏農(nóng)墾區(qū)的公路風吹雪防雪林積雪量大概在16 510 600 m3/年,假設雪密度是0.75×103kg/m3,則農(nóng)墾區(qū)每年的融雪水量約為1 238.3萬m3,融雪水量基本與1個中小型水庫蓄水量相等。這些淡水資源,可為近2萬畝耕地提供灌溉服務。該農(nóng)墾區(qū)積雪一般是從3月份開始融化,能基本滿足農(nóng)作物3~5月份需水量。反之,如果農(nóng)作物需水量由地下水提供,此時地下水下降深度為。

        表2 農(nóng)九師額敏農(nóng)墾區(qū)防雪林積雪量估算

        △H=△W/μ×F

        式中:△H為某時段地下水位的下降值/m;△W為該時段地下水的提取量/m3;μ為給水度(體積比);F為灌溉面積/m2。

        以5月份農(nóng)墾區(qū)的農(nóng)作物灌溉為例來計算地下水下降深度和融雪水量用于灌溉節(jié)約的工程造價:5月份農(nóng)作物灌區(qū)面積為30 178 000 m2、灌溉水量為9 048 900 m3,地表水有1 911 000 m3,還應供給7 137 900 m3地下水。假設給水度μ=0.15,則地下水位下降深度△H=1.58 m。如果降融化雪水農(nóng)作物灌溉,能減少灌溉費用大概174萬元/年。

        3.4 防雪林土壤改良效果分析

        在不同生長年限的農(nóng)墾區(qū)公路防雪林選擇有代表性的土樣,通過室內(nèi)試驗來分析土樣中的有機質、pH值、各種礦物成分的含量,如表3所示。

        表3 防雪林選土壤肥力指標

        試驗結果表明:在公路防雪林的林帶生長初期,土壤中的有機質及各種礦物成分都出現(xiàn)了一定程度的下降,主要原因在于:農(nóng)墾區(qū)的防雪林往往沒有施肥,林帶在生長時需要從土中吸收一定的養(yǎng)分。隨著公路防雪林地生長,林帶內(nèi)生物種類可能增加,會有土壤微生物產(chǎn)生,促進土壤有機質礦化,提高有機質、速效氮、速效鉀等養(yǎng)分含量,并促進土中的難溶性養(yǎng)分轉化。

        農(nóng)墾區(qū)的公路風吹雪防雪林不同年份土壤的pH值均大于7,呈弱堿性狀態(tài)。同時,隨著防雪林種不斷生長,其pH值出現(xiàn)了一定程度的降低。土壤pH值降低的原因有兩個方面:第一,防雪林林帶中的枯枝落葉等有機質被土壤中微生物分解而產(chǎn)生有機酸,中和土壤的堿性物質,使得其pH降低。第二,公路風吹雪防雪林選擇榆樹、楊樹等,這些樹木的根系分泌物一般是酸性的。

        相對于對照組土壤(無防雪林)土壤成分而言,隨著公路防雪林的不斷生長,土樣中鹽含量呈減少趨勢,減小了26.3%~32.5%左右。這是因為農(nóng)墾區(qū)公路在建設防雪林之后,會增加林帶內(nèi)土濕度,減小地下水礦化度(減緩鹽漬化),改善農(nóng)田小氣候,并通過葉面向空中蒸騰,從而起到控制和降低地下水位作用。

        3.5 防雪林土壤改造生態(tài)環(huán)境效果分析

        農(nóng)九師額敏墾區(qū)公路在布置防雪林后,既降低了冬季風吹雪對行駛車輛的干擾,又改善了農(nóng)墾區(qū)自然環(huán)境,促進生態(tài)系統(tǒng)平衡。按照實際測算資料可知:農(nóng)墾區(qū)的防雪林植被覆蓋率為24.33%,積雪量大概在16 510 600 m3/年,每年的融雪水量約為1 238.3萬m3。和公路沿線空曠地帶相比,防雪林內(nèi)風速平均減少了30%~50%,氣溫振幅減少±1.5~30 ℃,空氣相對濕度增加了2%~5%,蒸發(fā)量減小了5%~20%。

        防雪林內(nèi)土的有機質和礦物成分含量提高,使得當?shù)貜暮瞪矟u漸過渡成更加豐富多樣性濕生植被,即植被群落更加豐富,含有植物111種,分屬27科、76屬。此外,通過防雪林的建設,確保防雪林林區(qū)不會遭受大風吹蝕,改善了土壤墑情,能促進當?shù)剞r(nóng)作物和牧草生長。

        由于農(nóng)九師額敏農(nóng)墾區(qū)屬于缺水區(qū),且年內(nèi)分布不均衡,水源成為該地區(qū)經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的關鍵限制因素,額敏農(nóng)墾區(qū)防雪林用水量大概在15 363 000 m3/年。為能使后期農(nóng)墾區(qū)公路防雪林的順利建設,不僅要采用節(jié)水技術(如低壓管道輸水)高效充分的利用當?shù)厮Y源,還要盡量利用當?shù)氐姆e雪融水或尋找新水源。

        4 結束語

        防雪林生物防治是治理農(nóng)墾區(qū)公路風吹雪、變害為利、應用廣泛的防治措施,在工程中應優(yōu)先考慮采用。防雪林防治公路風吹雪,既治理了雪害,又保護和改變了生態(tài)環(huán)境,防治水土流失,具有良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。

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