沙漠公路防护林不同林带位置的风沙流结构

利用BSNE集沙仪对沙漠公路两侧防护林的近地表风沙流结构进行研究,结果表明:(1)随着高度的增加,不同林带位置上部的输沙量趋于一致,各点风沙流输沙量差异主要集中在近地表处,而植被覆盖与否对近地表气流中的输沙量有决定性作用,输沙量表现为:迎风面流沙地林带间背风面林带内。(2)迎风面及流沙地风沙流输沙量主要分布在距地表20 cm高度内,背风面则集中分布在50 cm高度内,均占观测高度输沙总量的74%以上,林带间及林带内风沙流输沙量在各高度层分布较为平均,介于11%~23%之间。(3)护林体系外(迎风面、背风面及流沙地),风沙流输沙垂直分布差异很大,输沙量随高度增加呈幂函数形式降低,而防护林体系内(林带间及林带内),风沙流垂直分布差异趋于减小,输沙量随高度增加呈多项式形式先降低后增加。     

内蒙古高原小叶锦鸡儿灌丛沙堆对气流结构与风蚀的影响

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛沙堆是内蒙古高原东南部农牧交错区的主要风沙堆积类型。通过对该区典型灌丛沙堆周围风沙气流的野外观测,结果表明,气流方向与强度和输沙率,随沙堆不同位置而发生变化。绕过沙堆两侧的气流和越过沙堆上部的气流在背风侧汇集,并在同等沙堆高度的范围内和1.5倍沙堆高度的水平范围内出现涡流。从灌丛沙堆迎风坡脚经南北两侧至背风坡脚以及背风侧5倍沙堆高度的水平距离间,风速依次出现逐渐增大—最大—逐渐减小—最小—回増至旷野风速的变化过程。在不同风向条件下,灌丛沙堆背风侧气流的风速廓线,并不完全遵循对数变化规律,沙堆南侧气流在0.3~0.6 m高度处出现变异。另外,沙堆周围输沙率在迎风侧和南北两侧与风速变化基本一致,但在背风侧因气流方向紊乱而出现变异。输沙率随高度增加,在沙堆迎风侧至两侧各部位呈有规律递减,但在背风侧无规律。     

沙质地表与砾质戈壁风沙运动对比研究——以敦煌莫高窟窟顶风沙运动为例

通过野外观测资料分析,阐明在沙质地表下,风速相当时不同风向风沙流的结构不同,即含沙量影响风沙流结构.一般随着含沙量的增大,各层的绝对输沙量相应增加,相对输沙量在下层增加,上层减少.但也有不一致的情况,本次野外观测就出现了下层减少上层增加的情况.戈壁风沙流结构与沙质地表显著不同,其风沙流结构呈独特的"象鼻"效应,即在一定高度有一个最大输沙量,且这个高度随风速的增大而增加.西北风作用下,自鸣沙山至窟顶输沙量逐渐减少.戈壁具有一定的阻沙效应,风速为7.7 m/s时,每100 m阻沙率达10%左右.沙山前沿固沙带对输沙量起着重要作用,有防护措施与无防护设施相比较,西北风的输沙量可减少95%左右.偏东北风在缺少沙源的情况下,主要以输送为主,偏南风实际输沙量明显小于偏西北风,输沙量由沙源地到窟区逐渐减少.     

呼伦贝尔沙质草原风蚀坑地表风沙流结构特征

在呼伦贝尔沙质草原北部沙带中段风蚀坑集中分布区内,选取不同发育阶段的风蚀坑,通过同步观测风蚀坑地表(0～200 cm)风速及输沙通量,分析并比较风沙流结构特征,为呼伦贝尔沙质草原风蚀坑治理提供理论依据。研究表明:在裸地沙斑、活跃发展、固定阶段及重新活化阶段的风蚀坑,风速廓线基本遵循对数分布规律;而在未风蚀草地、消亡阶段的风蚀坑,气流受下垫面扰动,呈"S"形分布。风蚀坑各发育阶段输沙量与高度的最优拟合模型为负指数模型,不同发育阶段风蚀坑内部风沙流输沙量差异较为明显;超过95%的输沙量均在地表0～30 cm高度内,且63. 97%～90. 96%的输沙量集中分布在距地表10 cm高度内。风沙流跃移高度与风速正相关,依次为:活跃发展重新活化裸地沙斑固定阶段消亡阶段未风蚀草地。通过分析风沙流通量系数,可知在裸地沙斑、活跃发展及重新活化阶段,输沙量有向高层移动的趋势;而在其他阶段,由于植被盖度较高,使得风沙流多集中在近地层。     

新疆和田河流域单株柽柳灌丛流场的实验研究

柽柳是新疆和田河流域广泛分布的一种灌木,是影响柽柳灌丛沙堆发育的主要因素之一.依据风沙运动实验相似理论,以新疆和田河流域的柽柳灌丛为原型,用塑料制作成高(h)10 cm、冠幅10 cm×10 cm单株柽柳灌丛实验模型,在风洞中选用6,8,10,12 m/s和14 m/s5组不同风速,分别对单株柽柳灌丛模型作纯气流流场的模拟实验和在风沙流作用条件下单株柽柳灌丛周围沙粒蚀积特征的观测.模拟实验表明:在不同动力条件作用下,单株柽柳灌丛迎风侧的"足部"为一明显的气流减速区,但沙粒的蚀积特征表现为风蚀;在单株柽柳灌丛的上方一倍植株高度的范围内为气流加速区;在单株柽柳灌丛的背风侧顺风向为弱涡流区,表现为积沙、气流恢复区、风蚀;而在单株柽柳灌丛的两侧为气流的加速区,表现为强烈的风蚀;随着实验风速的增加,单株柽柳灌丛后涡流区内,积沙形成的沙条长短轴的长度经历了一个先减小后增大的变化过程;柽柳灌丛引发的风沙流流场结构的变化,干扰了风沙流的运行,对于维持柽柳灌丛沙堆的形态,促进柽柳灌丛沙堆的增长具有重要的作用.     

风速对海岸沙丘表面风沙流结构影响的实证研究

在河北昌黎黄金海岸形态典型的横向沙脊顶部,对不同风速下的风沙流结构进行了观测。结果表明:随着风速的增加,风沙流中40 cm高度内的绝对输沙量增加,40~60 cm高度内各层的绝对输沙量减少;相对输沙量,在0~4 cm高度内减少,4~20 cm高度内增加,20~44 cm高度内变化较小,44~60 cm高度内减少;风沙流结构模式在0~40 cm高程内为指数分布,但在0~60 cm高程内随风速增大由幂函数分布转变为指数函数分布,在40~60 cm高程内则转变为相关性更强的多项式函数分布。风速变化对风沙流结构的上述影响,主要与随风速增加增大了沙粒的搬运高度以及气流搬运沙物质的粒度组成有关。     

乌兰布和沙漠风沙流结构的研究

作者观测了固定、流动沙丘风沙流结构,并运用拟合曲线、拟合方程等方法对固定、流动沙丘风沙流结构进行了分析研究。结果表明,两种沙丘输沙率均与风速成正比,与高度成反比;0-40cm高度内输沙量与风速之间遵循指数关系;流动沙丘的沙粒运动主要集中在近地层0-6cm高度范围内;另外,植被阻截沉沙效果特别明显,植被覆盖度在30%时,沉沙效果达到95%以上,且随风速的增大而增加。     

典型株型沙生灌丛对风沙流场影响的数值模拟

研究典型株型沙生灌丛周围的流场分布,旨在为干旱、半干旱地区合理选择不同株型的防风沙植被提供理论依据。本文利用FLUENT软件对3类典型株型（坛形、梭形、帚形）灌丛周围的流场进行数值模拟,分析不同植株形态对风沙流的影响,并加以风洞试验验证,结果表明：（1）3类株型周围流场可分为5个区,且株后均存在3个涡流。受涡流强度的影响,在积沙初始阶段,梭形、帚形植株主要在株后6～7 H处积沙,而坛形植株在3 H附近积沙。（2）受植株最大侧影面积高度层的影响,3类株型灌丛株后1 H处的风速极小值依次出现在0.3 m、0.4 m、0.8 m高度处,最优防护高度依次为0.2～0.4 m、0.3～0.6 m、0.8～1 m。3类株型株后的空气动力学粗糙度逐渐减小,且坛形的粗糙度明显高于其他株型。（3）3类株型在-2～10 H范围内均可有效降低风速,株后近地表区防风效益表现为坛形>梭形>帚形,而中高空区防风效益均随株距增加而减小。（4）在T=10 s时,3类植株周围总积沙长度分别为8.5 H、6H、4.5 H,梭梭、沙拐枣分别在距入口5～5.5 m、4.5～6 m处存在不同程度的风蚀现象。对比其他...     

新疆S214省道高立式芦苇沙障合理间距分析

以新疆S214省道沙害防治区段为背景,应用CFD(computational fluid dynamics)数值模拟方法分析了高立式芦苇沙障周围的风沙流场,结果表明:高立式芦苇沙障周围流场可分为迎风侧减速区,上方加速区和背风侧恢复区,背风侧无明显涡流区生成,沙障间的合理间距与风速呈负相关。现场布置模式对20 m·s~(-1)的风沙流有较好防护效果,低于此风速时,第二道沙障背风侧基本无恢复区生成,后两道沙障迎风侧积沙较多且紧贴沙障分布,压埋沙障速度较快。通过相贴原理优化沙障间距,可以充分发挥各道沙障的防护作用,有效抵御风沙流侵袭,适当延长沙障使用年限。根据前人观测数据、现场调查和数值模拟结果,建议研究区内高立式芦苇沙障间距宜为20～25 m。该研究结果可为研究区内高立式芦苇沙障的合理布置提供理论依据,也可为其他风沙防护工程的建设提供参考。     

不同盖度沙蒿群丛防风作用研究

以天然沙蒿群丛为研究对象,初始盖度为60%,人工降低其盖度为50%,40%和30%,用多剖面自计式遥测风速仪连续观测记录沙蒿林内距离地面0.1 m,0.5 m,1.0 m,2.0 m,3.0 m,4.0 m,5.0 m和6.0 m高度处的风速变化。当沙蒿群丛盖度由30%增加到60%,风速廓线变化不明显,风速廓线方程、空气动力学粗糙度、边界层位移厚度和边界层动量损失厚度的值较为接近,没有随盖度呈现出规律性的变化,在这个盖度变化范围内,沙蒿群丛降低风速的作用相似。     

塔里木沙漠公路防沙体系建设几个问题的探讨

沙害主要取决于两个系统因素的共同作用 :动力系统—风力和响应系统—下垫面状况。塔里木沙漠公路沿线风沙地貌形态类型复杂多样 ,沙源充足 ;起沙风频数高 ,作用时间长 ,防沙难度极大。已建成的高立式芦苇阻沙栅栏和 1 m× 1 m半隐蔽芦苇草方格固沙沙障结合的“阻固”体系 ,有效控制了沙害 ,但也存在一定问题。定位观测表明 ,沿线起沙风和输沙方向集中于 NE、ENE、E三个方向 ,占 46%～ 68% ,从理论上说 ,应加大风侧 (路东侧 )防护力度 ,而实际上固沙带内部强烈的风蚀与沙埋过程 ,使其有效年限与设置宽度关系不明显 ,宜采取窄宽度勤维修原则 ,上风侧宽度控制在 3 0 m～ 40 m,每 3～ 4年更新一次并及时维修。下风侧可不设置高立式沙障 ,固沙带宽度控制在 1 0 m～ 1 5 m为宜 ;高立式沙障与半隐蔽方格沙障前沿之间空留宽度控制在 8H以内较为适宜。依沙害程度 ,以单一原状芦苇固定沙障、复膜沙袋阻沙体活动沙障及固定沙障与活动沙障有机结合加强前沿阻沙力度 ;不同沙害部位设置不同规格不同高度的半隐蔽方格沙障、固化路肩边坡创造输沙断面等技术 ,形成立体防护体系 ,足以控制沙害。     

Morphology and formation mechanism of sand shadow dunes on the Qinghai-Tibet Plateau

The formation and development of dunes depend on wind-blown sand movement which is affected by the characteristics of sand material, topography, wind regimes and other factors. In this paper, we investigated two sand shadow dune groups in Shigatse and Za’gya Zangbo of Tibet and an individual dune in Da Qaidam of Qinghai, and analyzed their topographies and morphologies, and the physical characteristics of the sand, wind regime and sand transport. Formed under harsh conditions behind hills, these mature sand shadow dunes are hundreds of meters long, have significant ridges and crescent dunes downwind, and have a hill pass on one or both sides. Wind tunnel experiments revealed that the hill gap and wind velocity are important factors in the formation of these dunes. Sand shadow dunes formed only when the gap spacing is two-thirds of the hill height. When wind velocities are 20 m/s, the sand body is divided into two parts. The hill pass allows the transport of sand by wind, creating a "narrow-pipe effect", which causes the transported material to gradually accumulate in the center of the shadow zone. We observed that the following are needed for sand shadow dunes to form:(1) strong winds, sufficient sand, suitable obstacles and a dry climate;(2) one or both sides of the obstacle forming the shadow zone must have a hill pass; and(3) the windward side of the obstacle must have a wide, flat area, providing adequate spacing for wind flow and transport of material and the leeward side must have a sufficiently broad, flat area to allow the release of the transported material. Research results on these newly discovered dunes on the Qinghai-Tibet Plateau could contribute to the understanding of dune geomorphology.     

灌木林优化配置格局对土壤风蚀的影响

低覆盖度时,灌木林的水平配置格局成为制约土壤风蚀的重要因素。以宁夏盐池县风沙区人工灌木林基地为试验区,研究了不同下垫面类型和不同配置格局的灌木沙障对风速、近地表输沙率和地表粗糙度的影响。结果表明:灌木林的防治土壤风蚀能力与灌木林的种类、高度和配置格局有直接关系:行带式配置能显著提高灌木林的防风效果,其中以沙柳林效果最佳;三行一带、平均高1.5m、行距1.5m、插深0.5m配置规格的沙柳沙障对地表土壤风蚀的控制效果最好,但防护范围限15倍带高以内;在行数一定的情况下,沙障高度越低,控制土壤风蚀能力越强。     

草原灌木带空气动力学粗糙度研究

为了定量研究灌木带修复退化草原的机理,采用集沙仪和风速廓线仪野外采集了不同高度灌木带及退化草原的风蚀物及风速廓线,利用最小二乘法对风速廓线数据进行计算得到了相应的空气动力学粗糙度。结果表明:灌木带对草地的防护机理在于提升了地表的空气动力学粗糙度,降低了近地表的风速,从而导致灌木带相对退化草原的抗风蚀能力增强,大量风蚀物集中在近地表30 cm范围内;距灌木带的距离越远,空气动力学粗糙度呈现下降趋势;同时对不同高度灌木带的研究发现,0.3 m、0.7 m和1.5 m高的灌木带分别在距背风面3 m、5 m和6 m处的空气动力学粗糙度与退化草原的值趋于一致,此距离为该灌木带的有效防风蚀范围,空气动力学粗糙度及有效防护范围均随灌木高度的增加而增大。     

绿洲荒漠化及其评价指标体系的初步探讨

针对目前荒漠化评价指标体系中存在的问题，在大量前人工作的基础上，选取位于极端干旱区的民勤绿洲作为研究样区，在对绿洲荒漠化特点及其发生的自然与人为原因分析的基础上，对绿洲沙质荒漠化发生的边界范围，荒漠化评价指标选取原则等问题进行了探讨，最后从灌丛沙堆发育程度，土壤、植被、人为因素，地貌形态及其发育程度等5个方面，提出了一套以地面工作为基础的绿洲沙质荒漠化评价指标体系。     

民勤绿洲人工梭梭林群落结构及种群生态特征

采用野外样方调查方法,分别对生长于民勤绿洲盆地不同立地类型的人工梭梭群落内的物种重要值、多样性等生态特征进行分析,将其划分为3个类型：梭梭-一年生植物群聚、梭梭-一年生植物-灌木群聚和梭梭-灌木群落;分别分布于流动沙丘、半固定沙丘和固定沙地上,随着沙地固定程度的增加,人工梭梭群落由梭梭-一年生植物群聚（先锋群落,盖度23%、多样性指数0.26）演替到梭梭-一年生植物-灌木群聚（盖度30%、多样性指数0.34）再演替到梭梭-灌木群落（盖度40%,多样性指数0.60）;在人工梭梭群落演替过程中,人工梭梭种群在不同沙地类型上生长状况不同,沿着流动沙地→半固定沙地→固定沙地为衰退型,这种衰退与土壤水分的含量有关。     

Effect of the W-beam central guardrails on wind-blown sand deposition on desert expressways in sandy regions

Many desert expressways are affected by the deposition of the wind-blown sand,which might block the movement of vehicles or cause accidents.W-beam central guardrails,which are used to improve the safety of desert expressways,are thought to influence the deposition of the wind-blown sand,but this has yet not to be studied adequately.To address this issue,we conducted a wind tunnel test to simulate and explore how the W-beam central guardrails affect the airflow,the wind-blown sand flux and the deposition of the wind-blown sand on desert expressways in sandy regions.The subgrade model is 3.5 cm high and 80.0 cm wide,with a bank slope ratio of 1:3.The W-beam central guardrails model is 3.7 cm high,which included a 1.4-cm-high W-beam and a 2.3-cm-high stand column.The wind velocity was measured by using pitot-static tubes placed at nine different heights(1,2,3,5,7,10,15,30 and 50 cm)above the floor of the chamber.The vertical distribution of the wind-blown sand flux in the wind tunnel was measured by using the sand sampler,which was sectioned into 20 intervals.In addition,we measured the wind-blown sand flux in the field at K50 of the Bachu-Shache desert expressway in the Taklimakan Desert on 11 May 2016,by using a customized 78-cm-high gradient sand sampler for the sand flux structure test.Obstruction by the subgrade leads to the formation of two weak wind zones located at the foot of the windward slope and at the leeward slope of the subgrade,and the wind velocity on the leeward side weakens significantly.The W-beam central guardrails decrease the leeward wind velocity,whereas the velocity increases through the bottom gaps and over the top of the W-beam central guardrails.The vertical distribution of the wind-blown sand flux measured by wind tunnel follows neither a power-law nor an exponential function when affected by either the subgrade or the W-beam central guardrails.At 0.0H and 0.5H(where H=3.5 cm,which is the height of the subgrade),the sand transport is less at the 3 cm height from the subgrade surface than at the 1 and 5 cm heights as a result of obstruction by the W-beam central guardrails,and the maximum sand transportation occurs at the 5 cm height affected by the subgrade surface.The average saltation height in the presence of the W-beam central guardrails is greater than the subgrade height.The field test shows that the sand deposits on the overtaking lane leeward of the W-beam central guardrails and that the thickness of the deposited sand is determined by the difference in the sand mass transported between the inlet and outlet points,which is consistent with the position of the minimum wind velocity in the wind tunnel test.The results of this study could help us to understand the hazards of the wind-blown sand onto subgrade with the W-beam central guardrails.     

塔克拉玛干沙漠腹地复合纵向沙垄间地沙丘空间分形及稳定性

塔克拉玛干沙漠的大地貌格局是高大复合沙垄和宽广垄间地相间分布,而垄间地是研究简单沙丘发育过程的良好试验场地。基于Google Earth影像,以分形理论为基础,对塔克拉玛干沙漠腹地复合纵向沙垄区垄间地上覆沙丘在主导风方向上的分形特征进行了分析,结果表明：① 垄间地沙丘形状指数（面积-周长关系）的标度-频度双对数关系非常显著,分形关系客观存在,并且不受统计时所用标度的影响;② 垄间地各类沙丘的分维值存在差异,其中,饼状沙堆和沙片分维值最大（1.337）,新月形沙丘次之（1.170）,简单线性沙丘最小（1.087）;③ 垄间地沙丘分维值的空间差异较大,在1.187~1.656,其分维数：背风坡脚（1.24）＜垄间地中部（1.40）＜迎风坡脚（1.50）,变异系数为0.106;④ 垄间地沙丘稳定性指数与分维值的空间分布相反,即背风坡脚（0.26）＞垄间地中部（0.16）＞迎风坡脚（0.10）;⑤ 垄间地沙丘分维值空间差异主要与沙丘发育程度有关,其中,风信是动力基础,沙源是物质基础。在流动沙漠,沙丘分形维数可以作为反映其风沙环境特征的定量指标。     

高立式沙障不同叠加模式的阻沙量对比分析

为了解决尼龙阻沙网在沙埋情况下的防风阻沙,采用不同叠加模式的尼龙阻沙网进行防护。设置3种高立式沙障叠加模式方案,叠加位置分别位于迎风坡、阻沙网、背风坡,迎风坡与背风坡叠加的尼龙阻沙网与原有阻沙障距离和长度均相同,叠加的阻沙网高度为沙埋原有阻沙障的一半,且叠加的尼龙阻沙网需高出原有尼龙阻沙障。选择高1.2 m的沙埋阻沙障进行叠加,迎风与背风坡叠加的位置距原有阻沙障水平距离约45 cm。通过野外观测发现：① 不同叠加模式的高立式沙障阻沙量不同,即阻沙网＞迎风坡＞背风坡;② 3种不同叠加模式的积沙量都随着阻沙网的不断叠加而增加,且增加的阻沙量越来越大;③ 随着阻沙网的不断叠加,3种不同叠加模式的单位阻沙成本不断变化。迎风坡与阻沙网模式的单位阻沙成本不断降低,最后趋于平稳;背风坡模式有所不同,其单位阻沙成本先有所增加,然后再下降,最终趋于平稳。阻沙成本为：阻沙网<迎风坡<背风坡。     

策勒绿洲-沙漠过渡带不同植被沙丘表面风沙沉积物粒度特征分析研究

通过对策勒绿洲-沙漠过渡带不同植被类型下沙丘表层风沙沉积物粒度分布特征进行研究,探讨不同荒漠植被类型下风沙沉积物的沉积规律。结果表明:胡杨、骆驼刺、柽柳、花花柴灌丛沙堆表层沉积物粒级组成均以极细砂(57.20%-60.37%)为主,其次为极粗粉砂(18.47%-21.34%)和细砂(16.56%-19.03%),骆驼刺灌丛沙堆表面整体风沙沉积物平均粒径最细(84.06μm),胡杨沙堆表面整体沙物质平均粒径最粗(88.88μm)。四种植被沙堆表面沙物质的分选性总体上在中等-较好水平,分选系数介于1.44-2.02之间,胡杨沙堆表层沙物质的偏度值在顶部附近属于极负偏,骆驼刺、柽柳、花花柴灌丛沙堆表面沙物质均为负偏。峰度值介于0.95-1.51之间,胡杨沙堆顶部附近及骆驼刺沙堆表层沙物质主要属于窄峰态,柽柳、花花柴沙堆表面沙物质属于中等峰态。沙物质平均粒径与偏度值呈极显著正相关性(p<0.01),沙物质的分选系数与峰度值呈极显著正相关性,沉积物粒度特征空间差异主要受物源、植被高度、冠型、疏透度等因素影响。