北京市科委项目建议书(2002年度-地表起沙(尘)模拟、观测与综合防治技术-课题1建议书)终稿.doc
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北京市科技计划项目
课题建议书
所属项目名称：
北京市防沙治沙相关技术研究
课题名称：
地表起沙（尘）模拟、观测与综合防治技术
所属技术领域：
社会发展
课题建议单位：
北京市防沙治沙工程技术中心
北京师范大学中国沙漠研究中心
项目依托单位：
北京师范大学
主管处室：
北京市科学技术委员会社会发展处
课题建议书的组织方式：
定向征集
二○○二年八月十日
填写说明
1．建议书各项内容应当实事求是，用钢笔填写或计算机打印填报（A4），字迹要工整清楚，页面保持整洁。
2．建议书中各栏大小可随内容调整。
不够时，可以自行加页。
3．填写内容涉及到外文名称，要写清全称和缩写字母。
4．市科技经费是指市科委管理的财政经费；国家有关部委拨款是指国家有关部、委、局所拨科技经费；经费预算中的“其他”一栏是指市科委以外的各级财政拨款和承担单位融资、集资、入股等各种形式的经费来源，本栏需具体填写。
5．经费支出明细中各项开支范围说明见《北京市科技课题合同经费预算编制规定》（试行）（文件下载网址：
）。
6．课题建议书的组织方式分为：
（1）公开征集；
（2）定向征集；（3）招投标。
7．本建议书中，凡无需填写的条款，就在该条款填写的空白处划（/）表示。
8．本建议书一式三份报送市科委。
一、课题的目的、意义、必要性及它在所属项目中的作用
北京郊县农田风蚀严重并有加剧趋势的事实，在20世纪80年代就已得到研究结果的证实。
研究结果表明，农田风蚀产生的严重后果，一方面使地表粗化，土壤肥力下降，土地生产力降低作物在风沙（尘）打击下严重减产甚至造成禾苗死亡，严重影响土地的可持续利用和农业经济的发展；另一方面风蚀过程释放的沙尘使大气颗粒污染物大量增加，危害人体健康，降低能见度和影响交通。
北京郊县以种植业为主，农田面积分布广泛。
在冬春季节，气候干燥，风力强盛，收获后的农田表土处于裸露状态，再加上春耕对农田地表的扰动，可蚀性颗粒大量增加，农田风蚀起尘异常强烈。
据研究，北京郊县的农田基本上都是沙质和沙质壤土，地表每年平均风蚀深度约0.8厘米，严重的地段每年风蚀量可达9.6吨/亩。
近三年的环境监测结果显示，总悬浮颗粒物（TSP）是北京市大气的首要污染物，年平均出现频度约占60%，在风沙强盛的春季高达80%，峰值期与沙尘暴频发期同步。
在TSP中，粒径≤10μ的可吸入颗粒物（PM10）对人体健康造成的危害最大，其主要来源就是农田、沙化土地及城区裸地等风蚀而逸入大气的土壤粉尘。
因此，本课题通过室内模拟和观测观测，研究北京郊区不同地表条件下的风蚀量和沙尘输送规律及其与土地利用格局的关系，研制和开发出适合北京郊区的风蚀防治技术，提出土地利用结构调整的优化模式及相关政策。
本课题作为重点项目“北京市郊区地表风蚀防治综合技术研究”的第一课题，是该项目核心部分和重要保障，课题的实施可以有效抑制郊区起沙起尘、减少城区大气沙尘量，为北京市生态建设和环境保护提供科学的决策，特别是对实现北京2008年“绿色奥运”将发挥积极的贡献。
二、课题所属领域国内外研究开发现状和发展趋势
美国中西部和前苏联中亚地区分别在20世纪30和40年代，因大规模开垦土地而频繁爆发沙尘暴引起人们对土壤风蚀问题的重视，并投入大量的人力、财力研发土壤风蚀机理和防治技术，提出通过削弱地表风速、增加地表粗糙度和地面覆盖等技术来控制地表风蚀。
削弱地表风速技术主要是通过建设防风林带；防风蚀耕作技术包括带状耕作、行垄耕作、轮作制、免耕法和长期休闲等方式；地表覆盖技术主要是使用秸秆、留茬、固化剂、保水剂、覆盖作物和砂砾石等对农田表土进行覆盖。
这些技术可改善土壤理化性质、提高作物产量并有效地抑制地表风蚀，推广后收到了显著效果。
我国对风蚀问题的研究和防治风蚀技术的开发起步较晚，直到1980年前后才得到重视。
目前，针对地表风蚀防治技术的研发，仅实施了小范围带状耕作、轮作等简单的风蚀防治措施。
防治风蚀技术的开发和集成，还处于空白状态，更没有整套技术的推广应用。
因此，开发地表防治风蚀技术是北京市乃至全国实施防沙治沙工程的一项关键应用技术。
在地表起沙（尘）规律研究方面，目前国内外广泛采用的是风洞实验与野外观测相结合的手段。
美国和前苏联分别早在20世纪30年代和50年代就开始运用风沙环境风洞，研究地表风蚀的发生机制和防治风蚀技术。
目前，国内外现有的风沙环境风洞主要是中小型的，而且功能不够完善。
国内同类实验室只有三座，包括中国科学院原兰州沙漠研究两座室内风洞和内蒙古林学院的野外风洞，但这些风沙环境风洞仅限于理论研究，从事工程设计方面的能力极为有限。
综观国内外同类实验室的功能和主要研究方向可以看出，目前还没有专门从事风沙环境工程技术的实验室，特别是将风沙环境工程风洞和野外风沙综合观测试验场结合起来进行有效的技术开发和集成。
可以预见，通过本课题的实施，建成风沙环境工程技术试验平台，将会极大地推动风沙环境工程技术开发的进展。
三、课题现有工作基础
自1980年以来，本课题组成员对我国土壤风蚀与沙质荒漠化防治做了大量研究工作，课题申报人与参加人积累了丰富的经验，取得了丰硕的研究成果。
在西北地区、农牧交错带等地区完成的国家级项目主要有：
北方农牧交错带环境演变研究、西北地区沙漠化土地动态变化研究、内蒙古土壤侵蚀遥感制图研究、西北地区风沙灾害与灾情信息系统建立、农牧交错带土壤自然风蚀规律与人为加速效应的实验研究、坝上地区土地沙漠化及整治途径，青海共和盆地土地沙漠化防治研究等。
与课题研究任务相关的科研成果有：
揭示了中国沙漠形成演化与气候变化的总体规律及区域差异；提出区域农业自然灾害灾情形成的动力学机制；组织编制了《中国自然灾害地图集》、《青海共和盆地土地沙漠化图》、《河北坝上地区土地沙漠化图》等；系统提出中国北方生态环境恶化的形成原因，特别在土壤风蚀、水土流失的形成机理方面进行了深入研究；揭示了我国农牧交错带土壤风蚀的地带性规律和不同人为扰动形式对土壤风蚀的加速作用机制等。
先后发表100多篇研究论文，出版专著10余部，20多项研究成果获国家和省部级奖励。
北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室建有气象卫星遥感信息接收与处理系统、GPS全球定位系统、土壤侵蚀实验室、农业水旱灾害模拟实验室、资源与环境信息处理实验室等，可以进行卫星影像数据存储处理、土壤风蚀模拟与测定、土壤理化性质分析。
北京师范大学中国沙漠研究中心现有成套的集沙仪和进口测尘仪，专门研究土壤风蚀、起尘输移过程及其影响因子（水分条件、土壤、植被等）。
四、课题实施目标及考核指标（具有明确的可考核性）
1.风沙环境工程技术试验平台将被建设成为总体工作能力达到亚洲最强大，世界第一流水平，完全满足北京市乃至国内风沙环境工程的技术开发和集成需要。
2.野外风沙综合观测试验场，将成为防沙治沙应用技术试验基地。
它可以独立进行推广防沙治沙工程技术的中试，也可以与风沙环境工程风洞配套使用，相互提供技术支撑，开发新技术。
3.开发出一套能够在郊县农业区推广的、环境保护和农业可持续发展相结合的最佳风蚀防治技术，为北京市防沙治沙工程的实施提供强有力的技术保障。
4.用本项目研究成果，在郊区建立3处农田（种植业用地）、1处经济林和1处草地的防治风蚀示范地，每处20亩。
12
五、主要研究开发内容（包括要解决的主要问题、解决措施、技术关键、创新
点）
（1）地表风蚀综合防治技术体系
l选择草田轮作地、倒茬地、留茬地和新耕地作为试验地，检验增加地表残留物、提高表面粗糙度和保持根系层水分等耕作、管理技术对起尘量的控制效果，在此基础上总结并开发出有效的、具有推广价值的最佳风蚀防治技术。
l在风蚀最为剧烈的冬春季节，通过小区和大田试验，开发生物地膜、表面固化和抗风作物等防风蚀应急技术。
l通过小区和大田试验，确定农田防风林网的最佳林种结构、合理密度和优化配置。
l通过实地调查、田间试验和模拟，对不同作物品种组合、不同土地覆被结构的经济效益和生态防护功能进行比较，确定合理的草、田、林比例。
并通过种植结构优化、景观生态设计使农业生产、生态和田园景观达到完美结合。
l首先用已经购置的测尘仪测量、确定市区各种裸地的起尘量，以及市区起尘量地域等级分布；针对工地、街道路面、其他可发生二次起尘裸地的具体起尘特点，研究出有效、便捷、低成本的防起尘技术。
（2）风沙环境工程技术试验平台
室内模拟与野外观测设备主要包括风沙环境工程风洞和野外风沙综合观测试验场两部分。
①建设场地
风沙环境工程风洞占地面积为1500m2，长75m，宽20m。
房屋设计为两层，第一层为实验大厅和部分大型仪器设备，房屋高度10m，室内安装风洞的地基需要作整体特殊加固处理；第二层为小型仪器设备和人员办公，总建筑面积3000m2。
野外风沙综合观测试验场占地面积5500m2，周边呈矩形，长边与冬半年主风向平行。
所需场地由北京师范大学解决，地点拟在北京市房山区良乡。
②建设内容
A.拟建风沙环境工程风洞的规模和性能
a风洞类型与规模
采用直流开口吹气型，风洞全长约48m，实验段长度24m，宽3m，高2m，其顶部设置供沙箱和喷水设备，实验段扩散角0.5度左右，以克服轴向静压梯度。
b设计技术要求
风洞洞体共分九段，分别为风扇段、过渡段、阻尼器、第一扩散段、稳定段、收缩段、速度车、实验段、第二扩散段。
实验段两侧为活动侧板，并用透明材料（如钢化玻璃板）制作，每块侧板为1.5m´2.0m，目的是便于实验观测；实验段下风向10.5m长度范围内为活动顶板和底板，目的是便于布置模型和放置土壤槽天平、多分力天平等设备。
实验段内的轴心风速为2～40m/s连续可调。
实验段气流的正常紊流度在0.5%以下，如有特殊需要，可通过阻尼器达到增强紊流度的目的；速度车可以使实验段的边界层增加到1m左右。
动力系统采用变频调速系统，闭环控制。
洞体结构可采用槽型钢做加强肋和支架，试验段顶板和底板用5mm厚钢板制作，侧板用12mm厚钢化玻璃板。
B.风沙环境工程风洞的配套仪器设备与经费概算
a洞体
160.0万元
其中：
洞体框架材料和加工
81万元
钢材25吨（含加工费）
35.0万元
钢化玻璃（30块，1.5m´2.0m，含加工费）
7.5万元
供沙箱和喷水设备
5.0万元
风扇和传动轴
16.5万元
其他材料和加工费
15.0万元
b动力、自控系统
40.0万元
其中：
变频器、控制柜、电机等
25.0万元
闭环控制系统（包括计算机、软件、传感器等）
15.0万元
c设计（国家标准15～30％）、安装、调试等
60.0万元
d辅助仪器设备
142.2万元
其中：
高速运动图象分析仪（1台）
14.0万元
高速频闪光源（1台）
2.6万元
沙尘垂直采样观测系统（1台）
5.0万元
野外多点风速仪（2台）
2.4万元
皮托排管（10头自动记录）
2.5万元
皮托管（散20头自动记录）
6.0万元
风蚀土壤槽天平
24.0万元
野外多点风速仪（2台）
2.4万元
20和50cm高积沙仪（各1个）
0.8万元
风沙土工力学（1套）
26.5万元
三维移测架
29.0万元
三分力天平
27.0万元
C.野外风沙综合观测设备与经费概算29.8万元
风、沙、尘综合观测塔（高15m）
18.0万元
真空泵（6台）
4.2万元
2m高度积沙仪（4台，开口4cm´4cm）
2.4万元
10路（1路风向）风速仪（3台）
3.5万元
铝合金的风速仪支杆（套接式，共20m）
0.2万元
20和50cm高积沙仪（各两个），已计划，可室内外公用
平整场地
1.5万元
D.实验室土建
390.0万元
六、技术经济效益分析、推广应用前景分析、课题实施的风险分析（含
市场风险、技术风险、政策风险、管理风险等）
土地荒漠化是世界各国政府与科技界共同关注的重大环境与社会问题。
随着社会的发展、经济增长和生活水平的不断提高，人们对生存环境质量提出了更高的要求，而风蚀防治又是一项长期而艰巨的工作，因此，具有稳定和持续增长的国际国内市场。
尤其是我国目前实施的西部大开发战略，为风蚀防治技术提出了紧迫的需求；北京成功申办2008年奥运会，更对生态环境建设和城市环境质量提出了更高的要求。
本课题具有很好的技术基础，研究示范点有相应的野外站点作为支撑，具有多年防沙治沙和土壤风蚀防治的工作积累。
课题采用的技术大多属于成熟自有的技术，需要引进和研发的创新技术也有一定的研究基础和便捷的渠道。
对现有技术进行组装集成，形成适应北京郊区不同类型地表风蚀防治技术体系和优化土地利用结构模式，用于指导区域防沙治沙试验示范和生态环境建设工程。
就风沙环境工程风洞实验室而言，从国内外已有的开口吹气式风洞建设来看，小型和中型风洞的洞体结构和材料、动力系统、控制系统的技术是成熟的。
大型开口吹气式风洞的设计原理与同类中型风洞是一样的。
洞体结构和材料技术成熟；动力系统采用单风扇或多风扇设计也有很多先例，技术上不存在问题；控制系统可采用自动化程度和运行效率低的手工操控，也可采用自动化程度和运行效率高的闭环自控系统，后者已有成熟的设备，只需根据我们的具体需要进行合理配置，即可保障正常运行。
野外风沙综合观测试验场建设都是常规仪器设备，除真空泵需要购买成品外，其他设备均可自行研制，费用大幅降低。
本课题为社会公益型的研究示范课题，技术成熟，易于推广应用，市场风险极低。
七、课题年度目标和年度实施计划
年
度
分年度目标和实施内容
2
0
0
2
年
l确定试验示范区、风沙环境工程风洞和野外风沙综合观测试验场的场地；
l收集有关的详细技术资料，购置必要的试验材料和观测仪器。
2
0
0
3
年
l提出北京郊县农田风蚀防治的耕作管理和工程覆盖技术的设计原理、技术要求和操作规范
l完成农田防护林网和种植结构、功能优化的观测、试验和技术设计，以及城市裸地起尘防治技术
l完成风沙环境工程技术试验平台和野外风沙综合观测试验场建设
2
0
0
4
年
l构建示范区生态与生产优化技术模式
l开展一定范围的技术推广
l总结风蚀防治的技术和理论成果
l对风沙环境工程风洞和野外风沙综合观测试验场的所有仪器设备进行调试
l提请北京市科委进行项目成果审查
八、课题经费预算894.0（单位：
万元）
（1）课题经费来源：
来源
2002年
2003年
2004年
2005年
2006年
合计
市科技
经费
47.0
233.0
22.0
/
/
302.0
国家有关
部委拨款
/
/
/
/
/
/
项目依托单位
匹配经费
130.0
355.5
27.0
/
/
512.5
课题承担单位自筹经费
26.5
15.0
38.0
/
/
79.5
银行贷款
/
/
/
/
/
/
其他
/
/
/
/
/
/
合计
203.5
603.5
87.0
/
/
894.0
（2）课题经费支出：
科目
2002年
2003年
2004年
2005年
2006年
合计
人员费用
1.6
4.0
4.0
/
/
9.6
试验外协费
5.0
13.0
6.8
/
/
24.8
合作交流费
/
/
/
/
/
/
设备购置费
96.5
270.5
65.0
/
/
432.0
材料费
2.0
7.0
3.0
/
/
12.0
资料、印刷费
1.4
1.5
2.6
/
/
5.5
调研费
5.0
3.0
1.0
/
/
9.0
租赁费
/
1.5
1.5
/
/
3.0
其他费用
（土建、差旅、管理费等）
92.0
303.0
3.1
/
/
398.1
/
/
合计
203.5
603.5
87.0
/
/
894.0
（3）拟购置的仪器设备：
（单价在5万元以上，含5万元）
名称
型号
数量
金额
经费来源
购买时间
主要用途
风洞洞体
自制
1套
160.0
北京市科委
2003
试验平台
动力、自控系统
产成品选配
1套
40.0
北京市科委
2003
提供动力、数采
设计、安装、调试
60.0
北师大、中心
2002－2004
前、后期工作
颗粒运动图像分析仪
中国科大研制
1台
14.0
工程中心
2004
沙尘运动分析
沙尘采集系统
自制
1套
5.0
工程中心
2002
沙尘流量测定
散20头皮托管
自制
1套
6.0
北京市科委
2002
气流场测定
风蚀土壤槽天平
太原工业
大学研制
1台
24.0
北京市科委
2002
土壤风蚀量
测定
风沙土工程力学
中科院南京土壤所
1套
26.5
北师大
2003
土壤物理特性测试
三维移测架
太原工业
大学研制
1套
29.0
北师大
2003
数据采集
三分力天平
太原工业
大学研制
1台
27.0
北师大
2004
气动力学测定
观测塔
自制
1座
18.0
工程中心
2002
沙、尘观测
合计
10
409.5
（4）课题实施所需的其他配套条件
1.需要北京师范大学提供风洞实验室建设场地（北京市房山区良乡），配套土建工程（总建筑面积3000m2）总经费390.0万元，仪器设备费122.5万元；工程中心提供仪器设备费79.5万元。
2.北京郊区有关区县科技部门为野外观测和风蚀防治技术推广提供场地及相关的政策支持等。
九、预期主要成果形式、知识产权归属与管理
1.建成“风沙环境工程技术试验平台”，满足北京市乃至国内风沙环境工程的技术开发和集成需要。
产权归北京市防沙治沙工程技术中心，由北京市科委和北京师范大学共同管理。
实验室将对北京市和教育部有关单位开放，进一步申报北京市或教育部重点实验室，力争在课题完成后3年内，将其建设成为国家重点实验室；
2.开发出一套能够在北京郊县农业区推广的、环境保护和农业可持续发展相结合的最佳风蚀防治技术，知识产权归由北京市科委和北京师范大学共同所有。
3.制定北京郊区防治风蚀的土地利用优化模式，为生态建设和城市大气污染防治提供科学的指导和借鉴；
4.提交课题研究报告。
十、课题建议单位联系信息一览
单位名称
北京市防沙治沙工程技术中心、北京师范大学中国沙漠研究中心
联系人
邹学勇
电话
62207162
传真
62208460
电子信箱
zouxy@
邮政编码
100875
通讯地址
北京市新街口外大街19号北京师范大学北京市防沙治沙工程技术中心
十一、课题负责人简况
姓名
性别
年龄
学历
所学专业
从事专业
职务（职称）
邹学勇
男
38
博士
自然地理
风沙物理与风沙工程
中心副主任/教授
电话
622071062
传真
62208460
邮政编码
100875
通讯地址
北京市新街口外大街19号北京师范大学北京市防沙治沙工程技术中心
主
要
业
绩
项目申请人邹学勇教授，现任北京师范大学中国沙漠研究中心主任、北京市防沙治沙工程技术中心副主任。
长期从事风沙物理与风沙工程、沙漠化基础理论和应用技术研究，尤其在风沙工程设计理论和应用、风沙流运动－动力学过程、荒漠化发生的驱动机制方面有较深入的研究。
先后负责中国科学院重大项目、国家基金重大项目二级课题、省级重点项目等16项；取得7项科研成果。
在Geomorphology、科学通报等刊物上发表论文（著）30余篇（本）。
十二、课题主要参加人员
姓名
年龄
学历
职务（职称）
从事专业
在课题中的主要分工
史培军
43
博士
中心主任/教授
土地利用
组织和负责实验平台建设
高尚玉
51
博士
教授
荒漠化
土壤风蚀
刘连友
40
博士
教授
沙尘暴
风洞实验
严平
36
博士
副教授
土壤风蚀
防治风蚀耕作技术
哈斯
38
博士
副教授
风沙地貌
野外观测
伍永秋
39
博士
教授
土壤侵蚀
风洞实验
张宏
41
博士
副教授
生态学
农业产业结构
十三、其他需要说明的问题
/
十四、课题建议单位意见
经审核，该课题建议书所填内容属实。
课题负责人及课题组其他成员都是国内长期从事土壤风蚀及其控制技术研究的科研骨干，具有丰富的研究积累和经验，曾取得一系列重要的科研和技术开发成果；原中国科学院兰州沙漠研究所的“风沙物理与风沙工程实验室”的风洞及附属测试仪器更新、配套，就是本课题组成员完成的。
因此，课题负责人及课题组成员完全有能力承担本课题的研究工作。
如果课题被批准，我单位将保证为课题组成员提供充足的时间和其他有利的工作条件，并提供信誉担保。
单位负责人：
（签章）
（单位公章）
2002年8月10日
十五、专家论证意见
专家姓名
所在单位
从事专业
职称（职务）
专家组长（签章）：
年月日
十六、市科委主管处室审核意见
处长：
（签章）
年月日
升级会员 