风沙灾害成因及防沙对策

二连浩特－北京地势剖面图
海拔高度(m)
2000
戈壁带 明沙带
1000
二连浩特
伏沙带 化德
沙黄土
零星分 沙黄土带 平原
布区
沙质
物
张北
张家口 北京
0 100 200 300 400 500 600
西北 东南
水平距离(km)
主要沙化地区地表物质组成
90
80 含 70 量 60 (%)
科尔沁 河北坝上 毛乌素
Basify Grassland (Bottomland) [Changling of Jilin Prov.]
Exclosure Pasture [Xilinhot]
Basify Grassland (Ridgeland) [Changling of Jilin Prov.]
土地利用分类与变化
数据：NOAA/AVHRR; 方法：监督分类;精度检验：随机取点检验精度
mm 1500
mm 1000
降水1000
750 500
500
250
1950 1960 1970 1980 1990 2000 1950 1960 1970 1980 1990 2000
温度
11 oC
张家口
10
9
8
7
6
1950 1960 1970 1980 1990 2000
10 oC
榆林
9
8
7 1950 1960 1970 1980 1990 2000
风沙活动主要路径
乌鲁木齐
北京
兰州 西安
• 东北路径 • 华北路径
西北路径 西部路径
土壤含水率与起沙风速的关系
14 起沙风速(m/s)
13
12
11
10
9
8
7
6
0
2
4
土壤含水率(％)
6
8
10
不同粒径砂尘颗粒的运动方式
细
0.05 0.10 0.15
悬移
跃移
0.50 1.00
蠕移
2.00 粗
粒径 (mm)
国内
中科院治沙队工作 (50-60年代) 《中国沙漠概论》(1974) 《风沙地貌学》(1987) 《中国沙漠分布图》(1:400万)(1979) 《中国沙化土地分布图》(1:400万)(1999)
三北防护林工程(70-90年代) 中国防治荒漠化行动 全国防沙治沙工程
（一）国外经验与教训
农田防护林带
背景 70年代萨哈尔干旱
国际社会广泛关注 发展畜牧解决人畜饮水
行动 国际资助6.25亿美元
钻出大量深水井建立固定的生活区 由游牧转为定居
后果 同心圆状的土地沙化
绿色植物丧失 国际组织1987年中止了该计划
启示 在半干旱干旱地区
人畜高度集中导致土地沙化
（二）国内成就与问题
治沙试验站
沙坡头 民勤 莫索湾
不合理
干旱区
阻固结合 机械与植物措施综合治理 无灌溉植物固沙 沙生植物园 白梭梭固沙 绿洲沙化治理样板
半干旱区
榆 林 飞播固沙 提高植被覆盖度 沙珠玉 半隐蔽沙蒿沙障 粘土沙障 直播造林
半湿润区
章古台 利用樟子松 防风固沙林
沙化治理十大试验示范基地分布图
嫩江沙地 赤峰地区
新疆和田
乌兰布和 伊金霍洛
甘甘肃肃河河西西走走廊廊
沙尘暴过程与下垫面性质关系示意
沙尘暴过程与下垫面性质关系示意
合理利用
植被恢复与重建历程 20-30年
封育保护
滥牧
退耕还林
草 飞播、种草
滥垦
滥采
草地沙化过程10年
流沙固定
风沙灾害加剧人起主导作用
沙化土地 局部治理 整体恶化
天
气候干燥多大风
70’ 1560km2/年 80’ 2100km2/年 90’ 2400km2/年
植被盖度与土壤风蚀量的关系
1.4 风蚀量(kg/m2·min)
1.2
1
0.8
当风速为15m/s
0.6
0.4
0.2
植被盖度
0
(%)
10.8 27.4 58.7 69.7
作物秸秆覆盖与土壤风蚀的关系
7 土壤风蚀量(t/ha)
6 5 4 3 2 1 0
小麦直立 小麦平铺 大豆直立 大豆平铺
秸秆数量 (kg/ha)
背
景
40
35
105
110
115
120 ( oE)
研究区与资料长度：圆 点：1951以来， 正方形：1880以来
0.08 2.5
35.0
5.0
0.04
功率谱值
0.00 0
5 10 15 20 25 30 35
波数
夏季降水的功率谱分析(根据1880年以来资料计算)
有35年左右的波动, 最近几十年处于降水偏少的时期
1999年土地利用分类 图
林地 草地1（草甸） 草地2（典型）
草地3（荒漠草原） 难利用地（温带） 裸地1（高寒）
灌丛 农田 退化草地
裸地2 水体
宁
山 陕
夏
西
西
河
南
古 蒙 内
京 北
河
北
古 蒙 内
京 北
河
北
东 山
江 苏
国 韩
日 本
几个概念的解释
荒漠
沙漠
沙化土地
沙地
中国沙漠 戈壁及沙化土地分布
10 oC
乌鲁木齐
9
8
7
6
5
4
1950 1960 1970 1980 1990 2000
mm 100
降水 50
0 1950 1960 1970 1980 1990 2000
mm 500 400 300 200 100
1950 1960 1970 1980 1990 2000
气
( oN)
候
50
变
化
45
0.05 0.005
沙砾 粗沙 细沙 粉沙 粘粒
北京平原地表物质颗粒组成
含40量(%)
38.06 38.30
35
30
细
粉
25
沙
沙
19.20 20
15
10
5 1.60 2.84 0
粒径(mm)
植被盖度与起沙风速的关系
起沙风速(m/s)
10
8.27
8.7
7.84
6
10.23
植被盖度(%)
10.8 27.4 58.7 69.7
800 700
2000 4000
问题
• 大面积搞生产小面积搞生态 • 防沙治沙与脱贫致富相脱节 • 水土资源利用不合理 • 防沙治沙工程与科技不密切
问题：1.大面积搞生产小面积搞生态 2.防沙治沙与脱贫致富相脱节
局部治理 整体恶化
人
防沙治沙 脱贫致富
小面积 搞生态
大面积 搞生产
问题
3.水土资源利用
兰州
11
10
9
8 1950 1960 1970 1980 1990 2000
mm 900
mm 500
400
降水 600
300
300
200
1950 1960 1970 1980 1990 2000
1950 1960 1970 1980 1990 2000
14 oC
温度 13
12
和田
11 1950 1960 1970 1980 1990 2000
沙漠 戈壁 沙化土地 沙地
蚕食耕地 埋压村庄 道 路 加剧贫困
流沙埋压村庄
我国强与特强沙尘暴动态变化
25 发 生
20 次 数
15
23 13 14
10
8
5
5
0
50 60
70
80 90 年代
风沙灾害形势严峻
沙化
1.58亿亩草地 150万亩林地
沙害
年损失540亿元 生态损失难以估计
93.5.5黑风暴
彰武
青海高寒干旱区
榆林
永定河沙地
新疆绿洲外围流动沙丘 节水造林配套技术
节 水：比传统方法节约70-80% 成活率高：造林成活率达到85-90%以上
内蒙磴口沙地渠道防渗技术
低压渗水技术解决沙地渠道漏水 乔、灌、草相结合的林网结构
内蒙古毛乌素沙地“三圈”综合治理模 式
滩地绿洲高效农业 软梁地经济果林 硬梁地水保固沙育草
背景 改造沙漠建造长绒棉基地
咸海每年蒸发掉500亿方水换取
150万吨优质棉花
行动 50年代引阿姆河水建造卡拉库姆运河
咸海流域水浇地620万公顷
产棉800多万吨
后果
区域盐碱化，产量急剧下降 “白风暴”(含盐分的风暴)增
多
启示
咸海面积缩小 干旱区大规模区域性调水工程
土地开发导致生态灾难
非洲萨哈尔带的"打井援助计划"
麻黄基地
宁夏广夏（银川）模式 － 治沙工程产业化
葡萄园
葡萄酒发酵厂
广夏模式与传统农业方式的经济效益比较
方式及作物 灌溉定额 1m3水的 1亩沙地的 (m3/亩) 产出(元) 产出(元)
传统方式 水稻 1500 小麦 550
广夏模式 麻黄 160 葡萄 130
0.53 1.27
12.50 30.77
“中国地理”报告
风沙灾害形成原因及防沙对策 史培军
北京师范大学资源科学研究所 环境演变与自然灾害教育部重点实验室
一、现状 二、形成原因分析 三、国内外研究进展、防治经验与教训 四、对策
一、现状
Land Use/Cover in Grassland and Farming-pastoral Zone of North China
mm 600
降水 400
200 1950 1960 1970 1980 1990 2000
mm 750 600 450 300 150
1950 1960 1970 1980 1990 2000
温度
9oC 呼 和 浩 特
8 7 6 5 4 1950 1960 1970 1980 1990 2000
12 oC
Hills and Ravines [Huangfuchuan]
Semifixed Sandland [Ordos]
Hills and Ravines (Original Vegetation) [Huangfuchuan]
Grape Yard [Ordos]
Hills and Ravines (after harness) [Huangfuchuan]
毛乌素沙地南缘--榆林治沙模式
飞播固沙 成苗率在50%以上 家庭庄园式农林牧开发
庭院生态 经济模式
开沟造林 防风保水
沙地樟子松
内蒙科尔沁沙地立体开发
沙地农田防护林体系
沙地果园
沙地西瓜
北京永定河岸沙地综合治理开发
景观型防护林体系
防风林带
草方格沙障
沙漠葡萄园
荒漠绿洲生态农业模式
和田绿洲
衬膜水稻
沙丘
4
2
Latitude (o)
0
-2
-4
-6
1979
1950 1960 1970 1980 1990 2000
夏季250mm等雨量线平均位置的变化. 1979年以来明显偏南，与全球温度的显著变暖同步
( oN) 50
45 1951-59
40
1980-89
35
105
110
115
120 ( oE)
1950年代和1980年代夏季250mm等雨量线的位置
中国气候类型分布图 中国植被类型分布图
研究区域年降水量与NDVI空间变化的相互关系
NDVI
180 160 140 120 100 80 60 40 20
0 0
y = 0.1582x + 54.976 R2 = 0.4611
100 200 300 400 500 600 700 年降水量/mm
科尔沁沙地 沙化动态
116人丧生 264人受伤 直接损失5.6亿元
埋压
2.4万个村庄 1400公里铁路 3万公里公路 5万多公里的灌渠
二、形成原因分析
温度
14 oC
北京
13
12
11
10 1950 1960 1970 1980 1990 2000
14 oC
天津
13
12
11
10 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Degradated Pasture [Sonid Right Banner]
Desertificated Grassland [Sonid Right Banner]
Natural and Exclosure Grassland [Baiyin Xile Farmland]
Natural Grassland [Baiyin Xile Farmland]
50
乌兰布和
40
黄土高原
30
20
10
粒径(mm)
0
>1
1-0.25 0.25- 0.05- <0.005
wenku.baidu.com
0.05
0.005
沙砾 粗沙 细沙 粉沙 粘粒
主要沙漠地区地表物质组成
100 含
90 80
量
70 (%)
腾格里 巴丹吉林
60
塔克拉玛干
50
40
30
20
10
粒径(mm)
0
>1
1-0.25 0.25- 0.05- <0.005
1997年
通辽 1990年
1987
河北坝上草地沙化动态 1996
流沙与沙化草地 农田
固定沙质草地 灌草地与林地
水域
90年代
流沙与沙化草地 固定沙质草地 农田 水域
榆林
毛乌素沙地沙化动态
60年代
北京地区土地
75年
利用变化
97年
91年
城镇 农田 草地
灌草地 林地 水域
北京建筑工地裸土
沙尘暴过程与下垫面性质关系示意
风障
美国 大平原地区农田土壤风蚀防治
条带耕作
小麦秸秆还田
林地封育保护
舍饲畜牧业
澳大利亚 沙区利用经验
草地动态监测
风能利用
集水农业
地膜覆盖
以色列 沙区集约化节水农业
节水灌溉型人工草地
咸水灌溉的花卉产业
稀树草原化工程
灌木防护体系
以色列 沙区植被建设与防护体系
防护林建设
集水造林
前苏联(现中亚五国和俄罗斯)的"世纪工程"
地
表层富沙土
人
经济落后
穷—垦—穷
生
天然植被衰退 人工植被错季
三、国内外研究进展、 防治经验与教训
国内外风沙灾害研究
国外
风沙和荒漠沙丘物理学 (1941) 沙地风蚀过程的实验研究和沙堆防止问题(1960) 风蚀物理机制与控制 (1963) 全球沙海研究(1979) 1977 联合国 内罗毕防治荒漠化会议 1994 联合国防治荒漠化公约 6月17日 荒漠化日