同一规格沙障,地形部位不同,其防护作用可能产生很大的差异。对PLA沙障和麦草沙障3种规格在沙丘3个部位的土壤硬度值分别进行平均,得到土壤硬度随沙丘不同部位而变化的趋势(见下图)。
从土壤硬度计测出的数据图可以看出,不同处理的沙丘迎风坡土壤硬度大于坡顶的,且显著大于背风坡的。PLA沙障所在沙丘3个部位硬度zui大,麦草沙障所在沙丘的次之,裸沙丘的zui小。
经方差分析可知,PLA沙障所在沙丘迎风坡与坡顶差异不显著,二者与背风坡的差异显著(P<0.05),麦草沙障迎风坡与背风坡的差异显著(P<0.05)。PLA沙障、麦草沙障及裸沙丘对应部位的土壤硬度差异极显著(P<0.0001)。说明在铺设沙障后,虽然沙丘整体的土壤硬度相对于裸沙丘而言显著增大,但是两种沙障所在沙丘不同部位的土壤硬度变化的总趋势一致,均是迎风坡的土壤硬度zui大,坡顶次之,背风坡的zui小。
沙丘不同部位土壤硬
度存在差异主要是由于不同部位受到纯净气流(气流速度小于起沙风速时)及风沙流的作用效果不同。气流从迎风坡经过坡顶到背风坡,其强度变化过程是先增大后减小。
第1种情况:纯净的气流作用于迎风坡时,产生一个垂直于沙丘面的作用力,使迎风坡面被压实;相比之下,位于坡顶的沙粒受到垂直向下的力较小,主要是由于二部位受到气流的作用角度存在差异心引,故其被压实的程度与迎风坡不同;气流经过背风坡时,由于气流强度减弱,背风坡沙粒受到气流产生垂直于沙表面的作用力更小,所以,造成背风坡面压实强度低。
第2种情况:风沙流主要是通过气流和携带的沙粒共同作用,其中气流的作用与纯净气流作用情况一致;气流中携带的沙粒通过撞击作用使沙丘表面沙粒运动,一部分沙粒受到外来沙粒平行于沙丘表面方向的撞击而离开原来位置随风沙流运动,一部分沙粒受到垂直于沙丘表面方向的撞击而被砸实。并且,随着迎风坡到坡顶地形的变化(其他外界条件不变),风沙流携带的垂直沙丘表面运动的沙粒数相对于平行沙丘表面运动沙粒数逐渐减少,所以,迎风坡的土壤硬度大于坡顶的;由于地形的变化,背风坡的气流强度减弱,携沙能力也随之降低,风沙流中部分沙粒被堆积下来,较松散,所以背风坡土壤硬度小。由于PLA沙障与麦草沙障各部位沙障对平缓气流有较强的阻碍作用,形成紊流,使各部位沙粒受到气流的作用力均相应地大于裸沙丘的,所以,两种沙障所在沙丘土壤硬度大于裸沙丘的;但是,由于两种沙障所在沙丘与裸沙丘整体受到的作用力相似,所以,zui后使得三者的各部位土壤硬度差异情况也相似。