不同农垦地下垫面对风蚀起沙风速的影响分析

以新疆塔里木盆地垦区为例,研究不同地表粗糙度下垫面对风蚀起沙的临界摩擦速度和起沙风速的影响。根据Shao的方法计算不同下垫面起沙风速,结果表明:塔里木盆地垦区所选的小麦、棉花、红枣这3种地类2m高度临界摩擦速度(u*t)分别为棉花地0.40m/s,红枣地0.43m/s,小麦地1.85m/s;2m高度临界起沙风速(ut)分别为棉花地5.3m/s,红枣地5.7m/s,小麦地7.5m/s,小麦地较其他2种地类更具有抵抗风蚀的作用。     

近地层沙尘水平通量与集沙效率野外观测分析

沙漠是沙尘物质的重要源区,沙漠近地层沙尘水平通量的测量与研究是认识沙尘输送过程、评估风沙活动强度的基础。集沙仪是测量沙尘水平通量的最重要手段之一,被广泛应用于各种观测试验中。集沙效率是集沙仪最重要的参数,是校正沙尘水平通量测量数据的依据。选择塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区的典型平沙面为观测点,利用全自动高精度集沙仪,H-11B型Sensit风蚀传感器、10 m气象塔,于2010.7-2010.8月开展了野外观测试验,基于观测数据对全自动集沙仪的集沙效率、近地层沙尘水平通量进行了分析研究。结果表明:相同时段内,集沙总量与Sensit风蚀传感器所记录的跃移颗粒数具有较好的线性关系,R~2值平均为0.6053;全自动集沙仪在5 cm高度上的平均集沙效率为94.3%;观测期间,不同沙尘天气过程的沙尘输送量存在显著差异,通过宽2 cm×高5 cm截面的最大沙尘水平通量为190.335 kg,最小为1.2 kg;5 cm高度上的跃移输沙率总体上随着风速的增加而增大,但其中有部分天气时段输沙率随风速的变化不一致,而此情况下对应时段的地表温度明显更大。     

前期降雨与不同沙源条件小流域产沙关系的对比研究

为了解不同沙源条件下前期降雨对小流域产沙的贡献和作用,本文利用不同沙源条件下2个典型小流域(云南蒋家沟流域和四川遂宁玉丰小流域)以及一组篱笆减少侵蚀试验的降雨和产沙资料,选取前期降雨、过程降雨、产沙历时以及雨强因子,运用主成分分析法 ,进行对比研究,并分析了其机理.结果表明,前期降雨在玉丰小流域渐变型产沙中,首属第1主成分;但在蒋家沟突变型产沙中首属第1主成分.     

不同沙埋程度下带状沙障的防风固沙效果研究

沙障在防护过程中,易发生沙障沙埋现象。为了对比分析不同沙埋程度下沙障的防风固沙效果差异,该文通过风洞模拟和野外试验相结合的方法,研究了沙袋沙障在裸露、浅埋、深埋3种状态下,防护区近地层风流场、输沙通量等风沙运动规律,并以未设置沙障的流沙区作为对照,明确了沙埋过程中沙障的防风固沙效果变化规律。结果表明,沙障在经历裸露至深埋过程中:1)对过境气流的防护距离、防护高度逐渐减小,近地层风速廓线变化趋势与对照相同,并逐渐服从对数函数;2)沙障防护区输沙分布高度显著降低(P0.01),输沙分布高度由42 cm(裸露)降低至34 cm(浅埋),最终降至28 cm(深埋),而对照的输沙分布高度为24 cm;3)近地层输沙率分布曲线逐渐服从对数函数,0～50 cm高度范围输沙量也呈现递增趋势;4)3种埋设深度野外试验说明,经过两个风季后,裸露、浅埋、深埋的沙袋沙障防护区土壤风蚀呈现降低趋势,风蚀深度分别比对照降低了18.53%、72.97%、80.40%。研究可以为沙障高度优化及应用技术提升提供理论依据。     

古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风速变化规律研究

于2007年春季(风季),利用DETI可移动测风系统对古尔班通古特沙漠半固定沙垄进行实地观测,系统研究沙垄表面2m高度气流速度变化规律,发现坡脚风速、入射角和坡面形态对其有显著影响。在大气呈中性稳定的条件下,风速由迎风坡脚至丘顶逐渐加速,在垄顶达到最大,至背风坡的中上部剧烈降低,此后又逐渐恢复。垄顶风速随坡脚风速的增大而线性增大。在相同风速条件下,大角度入射时迎风坡的风速增加幅度和背风坡的风速降低幅度均明显高于小角度入射的情形,可见入射角的大小控制着沙垄表面风速的变化幅度。地形对风速变化的影响在于,在缓而长的坡面上,迎风坡风速放大率较短而陡的坡面要大,当短而陡的坡面作为背风坡时,风速的降低则较缓长的坡面更为剧烈。对古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风流速度变化规律进行研究,将有助于理解半固定沙垄表面的蚀积过程和动态,为科学防沙治沙提供理论依据。     

库布齐沙漠新材料沙障的风速廓线特征

[目的]在库布齐沙漠杭锦旗独贵塔拉工业区测试HDPE网和植物纤维网新材料沙障防沙技术,为工程沙障对比优选提供理论支持。[方法]采用Met One 014A/024A型8通道风速风向仪(CR200X数采仪),观测沙障内20,80,150和200cm这4个高度的1min平均风速,对比分析不同材料、规格、高度的方格沙障及前沿高立式阻沙栅栏影响下的风速廓线特征。[结果](1)几种不同规格和高度的HDPE网和植物纤维网方格沙障及前沿高立式阻沙栅栏,都能显著降低近地表风速,具有良好的防风固沙效应。(2)方格沙障中心风速垂直变化幅度和变化规律,仅与沙障平面规格和外露高度密切相关,与试验材料基本无关;相同平面规格的方格沙障,外露高度越大,降风效果越显著;相同外露高度的方格沙障,小规格沙障的降风效果较为显著。(3)沙障防风固沙效益对比,需要充分考虑地貌部位、坡向、坡度、地表状况等的影响,对比观测未实施防沙措施的裸沙区对应地貌部位的输沙强度、风沙流场等因素,以便准确获取工程沙障效益参数。[结论]库布齐沙漠采用的新材料工程沙障措施具有显著的降风效应,在库布齐沙区的生态治理领域具有良好的推广前景。     

乌兰布和沙漠东北缘近地层风速和降尘量特征

选择乌兰布和沙漠东北缘荒漠-绿洲过渡带和绿洲为定位监测点,基于磴口生态站近地层(0~50 m)风沙监测塔2013年全年的风速和降尘数据,分析了沙漠东北缘近地层风沙时空变化规律。研究结果如下:1)过渡带和绿洲内近地层的风速均随着高度增加而增大,风速廓线特征可用幂函数表示;过渡带风速显著高于绿洲内风速。2)过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减少,其分布特征遵循幂函数关系;过渡带沙尘水平通量显著高于绿洲内,说明绿洲防护体系对沙尘具有明显的削弱作用;过渡带沙尘水平通量与降尘量之间为线性关系,而绿洲内二者之间为指数函数关系。3)在春、夏、秋、冬季,过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减小;春季是沙尘水平通量和降尘量集中的季节,其次为夏季,秋季和冬季相对较低;一年四季中,过渡带沙尘水平通量和降尘量均高于绿洲内。     

高立式沙柳沙障防风效益研究

 通过鄂尔多斯市伊金霍洛旗纳林陶亥镇境内毛乌素沙地边缘沙区的高立式沙柳沙障风速野外观测,利用Surfer（8.8）软件绘制了高立式沙柳沙障体系内外的风速流场图,分析高立式沙柳沙障的防风效益。结果表明:当旷野风速大于起沙风速时,复式带状高立式沙柳沙障体系内外风速变化较明显,防沙带2m高处风速呈现带前增强,带内平缓,带后减弱的趋势;而防沙带0.5m高处风速带内更趋向于平缓、稳定。此外,对沙柳沙障的粗糙度进行了研究。结果表明:障前212H（障高）范围内下垫面粗糙度变化不大;障间粗糙度明显增大;障后212H处的粗糙度比障间粗糙度降低了33.3%,但还是高于旷野对照点粗糙度,为旷野粗糙度的29倍。     

1960—2020年黄河、长江、珠江入海水沙通量演变特征

[目的] 基于动态更新数据综合对比中国三大河流入海水沙通量的特征,为流域开发和管理提供依据。[方法] 收集黄河(利津站)、长江(大通站)、珠江(高要站、石角站、博罗站)5个水文控制站1960-2020年实测数据,采用滑动平均法、Pettitt检验法、双累积曲线法以及小波变换分别对水沙通量的趋势性、变异性、周期性特征进行分析,采用交叉小波变换和小波相干谱探究径流量和泥沙量的共振周期与相干性。[结果] 近60 a黄河、长江、珠江入海水沙通量均发生了明显变化,黄河径流量和泥沙量在1986年突变减少,泥沙量在1997年二次突变减少;长江和珠江入海径流量未发生变异,泥沙量分别于1992,1999年突变减少。这三大河流入海水沙具有显著的年际和年代际周期特征,年代际共同演化周期分别集中于1980年以前、1990年以前和2000年以前。年际共同演化周期为5 a,"丰-枯"转换频繁。交叉小波分析结果显示,黄河、长江和珠江的入海径流量和泥沙量在1965-1975年具有显著的1~3 a的共振周期,以正相位演变为主。[结论] 中国三大河流入海水沙具有显著的趋势性、变异性和周期性特征,可以据此进行的流域开发和管理更有效。     

不同结构类型棉秆沙障防风固沙效应研究

棉秆沙障具有原材料丰富,设置形式灵活多样,无污染等优点。在流沙上设置了植入式、栅栏式、集束式3种结构类型、6种规格的棉秆沙障,观测各沙障对近地表风速的影响,以及沙障内沙粒运动及沙面形态变化。结果表明:各种结构和规格的棉秆沙障均可在一定程度上增大地表粗糙度,降低近地表风速,减缓障内沙粒运动,降低输沙量。其中,带枝叶植入式行列沙障防风固沙效果最好,但稳定性较差,易于倒伏;栅栏式格状沙障防护效果次之,从100cm到10cm的风速降幅为75%,近地表10cm处风速仅为流沙上风速的33%,沙障稳固,维护量小。具体设置棉秆沙障时,其结构与规格的选择可根据当地的风沙流强度确定。     

戈壁风沙流结构和风速廓线特征研究

通过对戈壁地表风沙流特性的风洞模拟实验,旨在探讨戈壁地表性质是如何影响气流的紊动性,并对风沙流的结构和风沙活动层内的风速廓线产生影响,从而对野外风沙工程的设计提供理论依据。实验发现:在戈壁地表风沙活动层主要集中在距地表20cm范围内;由于沙颗粒与戈壁地表的砾石发生碰撞,浓度分布不再简单的服从对数关系递减,其极值出现的高度随风速的增加而上移,呈现"象鼻效应";不同风速下风沙活动层内同一高度含沙颗粒浓度之间存在很好的相关性。     

塔里木盆地西南缘不同下垫面的摩阻风速和空气动力学粗糙度

[目的]分析各下垫面摩阻风速和地表空气动力学粗糙度变化特征,揭示不同下垫面的风蚀潜力大小。[方法]通过2010—2012年野外气象观测,尝试计算由流动沙漠到绿洲4个连续下垫面的摩阻风速和空气动力学粗糙度的变化并分析其变化原因,评价摩阻风速和空气动力学粗糙度其对风蚀敏感性的影响。[结果]流动沙地和半流动沙地摩阻风速(u*)和空气动力学粗糙度(z0)的年内变化不明显,固定沙地和绿洲的摩阻风速和空气动力学粗糙度年内变化呈现单调递增变化规律。摩阻风速在流动沙地、半流动沙地、固定沙地和绿洲4个下垫面分别为0.33,0.44,0.61,和0.81m/s。空气动力学粗糙度在流动沙地、半流动沙地、固定沙地和绿洲4个下垫面分别为0.39,13.58,39.51和310.8mm。[结论]流动沙地风蚀发生的潜力最大而绿洲风蚀发生的潜力最小。     

塔中地区近地层风沙流的结构特征

[目的]分析特定高度的风沙流结构,阐明其风沙流运动规律,为防沙治沙提供理论依据。[方法]采用全方位微梯度集沙仪和风速仪,收集2014年7月至2014年8月风沙流输沙样,通过对近地层0—85mm风沙流输沙率、风速进行分析。[结果]输沙率与风速的最佳拟合关系为幂函数,相关系数为0.968 7。随风速的增大,风沙流输沙率主要集中在0—35mm,0—5和15—35mm百分含量基本呈上升的趋势,5—15和35—85mm百分含量基本呈下降的趋势。[结论]风沙流运动是一种贴近地面沙物质的搬运过程,随风速的增大,输沙量越来越集中在0—35mm范围内。因此,采取各种措施改变近地表层的风状况及风沙流结构就能有效地削弱风沙活动的强度。     

新疆准东露天煤矿开采区降尘量时空特征及影响因素

[目的]针对新疆准东五彩湾露天煤矿开采区浮尘扩散的问题,选定多种气象因子分析其对浮尘扩散和自然沉降的影响,为监测自然降尘污染提供时间和空间依据。[方法]通过统计分析不同的气象因子同自然降尘量的相关性,确定主导影响因子;通过对自然降尘量时间序列和空间序列的分析,研究准东露天煤矿开采期引起的自然降尘污染的时间和空间变化规律。[结果](1)随着时间的推移自然降尘量总体呈三峰趋势;(2)气象因子对于自然降尘量的影响强弱表现为:平均风速平均土壤湿度平均环境温度;(3)该地区开挖期间自然降尘分布受人为扰动和风的叠加影响。[结论]4,6和9月份由于开采强度较大,自然降尘量相对较大;平均环境湿度对自然降尘量影响不大。风为该地区影响自然降尘的主要气象因子。自然降尘主要分布在主导风上下风向距煤矿开采区、堆渣区和工业区约8~10km范围区域。     

承德沙尘天气空间分布特征、成因及防治措施

基于1981—2010年承德9个气象站的沙尘天气及相关气象数据,采用统计分析和相关分析方法,对承德地区沙尘天气(包括浮尘、扬沙和沙尘暴)的空间分布特征和成因进行分析并提出相应的防治措施。研究表明:承德沙尘天气呈由西北向东南沿滦河谷地递减的空间分布特征,其成因是气候因子和下垫面共同作用的结果。气候因子中大风日数的空间分布与承德沙尘天气的空间分布相关性最大,下垫面的地形以及地表性质也对该地区沙尘天气的分布产生重要影响。人类只有通过合理调整土地利用结构,加强植被保护,减轻人口对资源环境的压力才能真正达到防治沙尘灾害的目的。     

青海湖沙地人工治理沙丘的风速廓线变化特征

对青海湖湖东沙地麦草方格沙障结合沙棘实生苗的人工治理沙丘进行风速廓线及其风沙防护效益研究,结果表明,人工治理措施明显降低了沙丘各部位的近地层风速,增强了高层风速。与流动沙丘相比,垂向风速增加率的差异使人工治理沙丘不同部位的超越高度值出现“坡脚 > 坡中 > 丘顶”的规律。风速垂向气流的变异导致不同高度层的防风固沙效果不同,低层风沙防护效益显著高于中、高层。同时结合坡度,植被盖度等因子,分析了影响风速廓线的变化原因,从而为青海湖沙地人工治理效果进行评估与初步指导。     

流动沙丘不同部位风蚀积沙特征研究

[目的]探究和利用流动沙丘各部位的风蚀积沙规律,为提升固沙技术措施提供依据。[方法]在典型新月型沙丘上设置3台光电子式积雪深度测定仪观测流动沙丘不同部位的风蚀和积沙规律。[结果]在特定风速下落沙坡随着起沙风速变化其积沙深度由1cm逐渐增加到12cm,并在起沙风速下降时形成一个强烈的积沙过程;迎风坡在起沙风速时处于最大的风蚀状态,并随风速变化形成一个由强风蚀到弱风蚀的转变过程;沙丘顶部在临近起沙风速时处于风蚀过程,并随起沙风速的逐渐增加又处于积沙过程。此外,流动沙丘迎风坡在12月至翌年5月间净风蚀深度月均值约为29.85cm;落沙坡在12月至翌6月间积沙深度月均值净增加139.5cm;而沙丘顶部在3—11月为风蚀发生期,平均风蚀深度变化值为27.3cm,12月至翌年3月为积沙发生期,平均积沙深度变化值为29.47cm。[结论]风速对流动沙丘不同部位风蚀积沙特征变化具有重要影响,而且不同部位风蚀积沙程度存在明显差异。     

科尔沁沙地流动沙丘塑料防沙网防风固沙效果试验

为了检测塑料防沙网的防风固沙效果,在科尔沁沙地开展不同设置方式(立式、平铺及组合)、不同间距(立式)塑料防沙网的固沙效果比较研究.结果表明:塑料防沙网的设置可以提高植被恢复速度,防护区短期内物种数量、植被盖度迅速增加,其中以平铺防沙网与立式防沙网相结合效果较好;立式防沙网能够明显降低风速,最大可降低风速达48.2％,间距6 m的防沙网降低风速效果好于间距10 m的防沙网;立式防沙网具有较好的阻沙效果,可阻拦沉降较大粒径的沙尘,但对土壤水分无明显影响;平铺式防沙网具有较强的抗风蚀作用,固着沙表面效果显著.塑料防沙网固沙方式可在植物生存困难区域设置有效的防风固沙系统.     

风力机运行对稀相颗粒输运特性的影响

风力机的运行环境复杂多样,海上盐雾、雨滴、沙尘等（体积分数小于10-6）的稀相颗粒流场是当前海、陆风力机经常面临的工作环境,然而风力机运行对稀相颗粒输运特性的影响尚不明晰。该研究采用风洞试验的方法,研究风力机对稀相颗粒输运特性的影响规律。该试验中,风为载流体,沙粒作为惯性颗粒,分别测量了0～100、>100～200、>200～300 μm粒径沙尘在距离风轮平面后1d、2d、3d、5d、8d（d代表风轮直径）处的输沙通量分布。研究发现,三组粒径条件下在1d断面位置处风力机的输沙通量随高度增加出现3次先增大后减小的变化,风力机运行改变了沙尘的输运特性,叶尖高度处出现沙尘聚集现象,叶根高度处的输沙通量则被削弱;通过对比三组粒径条件下风力机的阻沙量发现,叶尖位置>100～200 μm粒径下风力机的阻沙量最多,0～100 μm粒径下风力机的阻沙量次之,>200～300 μm粒径下风力机的阻沙量最少,体现了叶尖涡对不同粒径沙尘颗粒的选择性聚集;对比不同断面位置风力机的输沙通量发现,随着输运距离的增加,风力机尾流逐渐恢复,输沙通量也逐渐减小;总体来看,风力机的存在阻碍了沙尘的输运,且对>100～200 μm粒径的颗粒阻碍作用最大。该试验结果揭示风力机对风沙输运特性的影响特征并对海上盐雾颗粒输运研究具有借鉴意义。