甘肃民勤风沙灾害与沙化治理技术取得新的突破
风沙灾害是当今世界最为严重的生态和环境问题。我国是世界上遭受风沙灾害面积较大、分布较广、危害较为严重的国家之一。民勤绿洲地处巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠之间，犹如插入两大沙漠之间的一只“楔子”，不但阻隔着两大沙漠的合拢，而且也阻止沙漠的进一步南移，是固守河西走廊的重要屏障，是全国荒漠化监控和防治的前沿地带，具有极其重要的生态战略地位。
但近年来民勤绿洲沙漠化十分严重，已成为全国主要的沙尘源之一。甘肃河西地区沙漠化面积约1.8万亩，其中民勤县就达到了1.5万亩。上世纪50年代以来，北部沙漠向前推移了50-70m，侵占耕地约6000亩，西部沙漠东移30-60m，侵占耕地约7000亩。该地区年均强沙尘暴日数达到29天，近2万人成为“生态难民”。
为科学保护民勤地区生态环境，掌握民勤地区风沙运动和沙丘扩展与移动规律及土地沙化的趋势及成因，形成一套治理效果最佳、成本最低、效果持久的综合治沙方案，科技部支持立项了国家科技支撑计划项目课题“甘肃民勤风沙灾害与沙化治理技术研究及示范”，支持科研经费848万元。该项课题由兰州大学牵头承担，与甘肃省治沙研究所、西北工业大学单位共同完成 ，中科院郑晓静院士作为课题负责人。
经过课题组四年多的深入研究，在甘肃民勤风沙灾害与风沙治理技术方面取得了丰硕的研究成果，并进行了示范应用。在课题研究期间，课题组在民勤青土湖和薛百乡建立了野外观测站，在研制、集成相关仪器的基础上首次实现了对大气表面层三维空间内多因素（三维风速、三维电场、温湿度、沙尘浓度、近地表输沙率和能见度等）实时同步测量；基于自主研发的实验观测仪器开展了相应实验观测，建立了风沙流模型 (EWBS)、沙丘场模型 (CSCDUNE)，揭示了风沙流和沙丘场形成演化规律，提炼出了风沙流输沙率和沙丘移动速度的经验公式，首次实现了对百平方公里沙丘场形成演化过程的模拟，不仅能够反演沙丘场的形成，而且能够预测沙丘场的发展；应用MPI并行运算技术实现了对风沙流模型和沙丘场模型的程序编写，计算结果与实验结果不仅定性上一致，而且定量上吻合；通过引入民勤的实际环境变量（摩阻风速、刮风时长和沙粒粒径等）和植被及格状沙障对输沙过程及侵蚀过程的影响，实现了对沙漠绿洲过渡带和铺设格状沙障后沙漠扩展速度的预测；针对塑料网沙障结构参数、铺设方法对区域防风固沙效能的影响展开定量数值模拟分析，基于模型预测结果提出了20cm高塑料网格沙障的优化设置方法、格状沙障带新的铺设方式（“斑马线”），及沙障孔隙率等优化参数的确定方法，并提出了适宜于强风沙活动区域的低成本机械-生物治理优化模式。
课题组将沙丘场演化模式成功拓展到新的防沙治沙工程设计与评估，在民勤县西沙窝沙障试验示范区进行了示范应用，其中草方格沙障300亩，粘土沙障500亩左右，塑料沙障及仿真植物固沙300亩，建筑垃圾沙障10亩，草基高立式向日葵杆沙障30亩，示范应用面积总计达到1140亩。通过采用套管保苗、加装围栏等措施使示范区内栽植梭梭成活率达到87%，平均植被盖度42%，较对照区增加28个百分点。在民勤县南湖、腾格里沙漠边缘完成技术推广，总面积超过5000亩。采用课题研究成果优化的防沙治沙工程设计方案，在与草方格防沙治沙效果相同的条件下，可以减少铺设面积和成本约60%，减少施工量约70%。
课题执行期间，课题组共完成1个风沙流预测模型、1个沙丘场演化预测模型，建成1个多因素野外观测站（可用于地学、大气和流体力学研究），取得3项发明专利、4项软件著作权，出版专著1部，制定2项地方标准，发表17篇SCI论文。培养博士8名，硕士12名。
课题研究成果不仅在甘肃民勤得到了示范应用，也引起了国际同行的关注。2013年9月30日至10月4日，课题负责人发展中国家科学院院士、中科院院士郑晓静教授在发展中国家科学院第24次院士大会上应邀做了题为“风成沙丘场演化及其扩展速度预测的跨尺度定量模拟”大会报告，引起了与会学者的极大兴趣和讨论，发展中国家科学院总部的公共服务部进行了专题采访，并以题为“Scientist models the spread of deserts”（“科学家模拟出沙漠扩展”）在其网页上进行了专题报道，高度评价这一学术成果：“来自于中国兰州大学的中国科学家郑晓静发现了用以预测沙丘场形成与发展的数学模型，这一应用于地球上沙漠地带的沙丘场模型能给出针对沙尘暴与沙漠变化的村庄防护的更好战略决策。”
图1 经优化的塑料沙障
图2 示范区内栽植梭梭成活率达到87%