流动沙丘风沙流结构的定量研究

在对野外风沙流进行实测的基础上,运用拟合曲线、拟合方程等方法对0～48cm垂直高度层内风沙流结构进行了分析研究。结果表明：0～48cm高度内总输沙率及各高度层输沙率均与风速呈幂函数关系;各高度层输沙率百分比与风速呈指数函数关系;各高度层输沙率与高度呈幂函数或指数函数关系;上、中、下各层输沙率与总输沙率呈良好的幂函数关系。     

沙漠公路防护林影响下近地表风沙流粒度特征的空间分异

利用BSNE集沙仪对沙漠公路两侧灌木混交防护林影响下的近地表风沙流粒度特征进行了研究,结果表明:在水平方向上,风沙流粒度沿主风向从林带上风侧到下风侧邻近林带流沙地,平均粒径减小,分选变差,而且越向下风向变化越大,但两条阻沙林带间风沙流粒度受沙丘影响不同于其他点,其平均粒径增大,分选性变好;在垂直方向上,风沙流平均粒径随高度先减小后增大,在植物冠层高度之上略有增大。受防护林影响,风沙流粒度的垂直分异减缓,而不同观测点之间的季节变化增大。防护林影响范围内近地表风沙流粒度的时空变化特征与防护林垂直疏透度、季节以及防护林内具体位置的微环境有关。     

古尔班通古特沙漠东缘风沙流结构特征

为探讨古尔班通古特沙漠东缘半固定沙丘风沙流结构特征,采用方口梯度集沙仪和便携式气象站,收集2015年5-9月期间气象数据及风沙流沙样,对近地表风沙流的输沙率、粒径组成分布、粒度参数及平均跃移高度进行分析。结果表明:输沙率(Q)随高度(H)变化规律明显,均表现为负幂(Q=aH~(-b))形式递减,相关系数均较高,风沙运移主要集中在近地表0-40cm,其输沙量占总量的73.7%~97.9%;风沙流组成以细砂(0.1~0.25mm)为主,中砂(0.25~0.5mm)次之,平均粒径集中在120~250μm之间,随着高度的增加,风沙流中极细砂含量增加,中砂含量减少,平均粒径大小呈递减趋势;风速、局地植被分布差异都会造成风沙流结构差异,沙粒的平均跃移高度与风速大小呈正相关性,同时风向的变化也造成局地风沙流平均跃移高度在纵深上分布规律的差异。     

库布齐沙漠含水率对风沙运动影响的风洞模拟

采用室内分析和风洞模拟试验的方法,研究了不同风速下库布齐沙漠沙丘沙含水率对粗糙度、风速廓线和风沙流结构变化的影响。根据风洞实际动力情况,确定试验进口风速为6,8,10,12,14,16m/s;除干沙外,人工配制了含水率为0.25%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%6组不同湿度的沙样,分别开展了风洞模拟试验。结果表明,地表粗糙度随着风速的增加而增大,但随湿度的增加整体呈减小趋势;试验所包含的湿度范围内,其风速廓线均随高度呈对数分布,随风速的增大,风速廓线的对数规律越好,风速梯度逐渐减小;湿度越大输沙率随风速增加的绝对量变小,但相对量有所增加;随着湿度的增加输沙率呈整体下降趋势;不同湿度输沙率都出现随高度增加而减少的趋势,当湿度达到2.5%时,不管任何高度风蚀过程几乎停止;干沙输沙量80%集中于近地表5cm内,但随着湿度增加,5cm以上输沙率所占比重呈增加趋势,当湿度介于0.25%~1.5%时,地表5~8cm之间输沙量占总输沙率的30%以上。说明在地表含水率较高的库布齐沙漠,采用格状沙障等增加地表粗糙度的机械防沙措施能收到比西部沙漠和戈壁地区更为理想的效果,而且采用固沙措施的高度也应高于干沙地区。     

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。     

新疆策勒县沙漠-绿洲过渡带风沙流结构及输沙粒度特征

[目的]为了分析3个不同下垫面近地表风沙流结构差异及输沙粒度特征,为输沙模型的建立提供理论依据。[方法]对策勒绿洲—沙漠过渡带风速梯度和输沙率进行野外观测,采用拟合函数回归方法分析。[结果]在0—200cm高度范围内,流沙地近地表输沙率或输沙通量与高度服从指数函数或对数函数关系,且拟合程度较高;半固定沙地近地表输沙率或输沙通量随高度服从指数函数关系,拟合程度中上等,稍差于流沙地;固定沙地输沙率随高度变化服从多项式函数关系,拟合程度中等—差。[结论]平均风速较大时,流沙地、半固定沙地地表输沙率或输沙通量随高度变化多服从指数关系,且拟合程度好于平均风速较小的输沙阶段;近地表跃移、蠕移沙粒无论在垂向还是在水平方向上,离地表越高或离绿洲越近其各高度输沙率和沙粒平均粒径都有变小和变细趋势,在水平方向上流沙地输沙沙粒分选性依次好于半固定沙地、固定沙地,分选性多属于中等或中等偏上;所有输沙沙粒的偏度值分布在-0.06~0.05之间,越靠近绿洲输沙沙粒越细;所有跃移、蠕移沙粒峰态值分布在0.92~1.05之间,属于中等峰态。     

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。     

民勤绿洲外围不同下垫面条件下风沙流结构的观测研究

对民勤绿洲外围特定环境背景条件下不同下垫面的风沙流结构进行了实地观测和对比研究.结果表明:相同条件下无盖度流动沙丘输沙率顶部>中部>底部,白刺平坦砾质沙地上输沙率的大小与地表粗糙度成反比,与沙丘盖度成反比.且这两种下垫面风沙流结构(0～30 cm)都遵循负指数曲线(Q=aebh);白刺沙包不同部位风沙流结构遵循幂函数规律(Q=ahb)变化;不论梭梭疏透度如何变化,风沙流结构都遵循幂函数规律(Q=ahb);从防风固沙的效果来看.尼龙网沙障的防沙能力最好,麦草沙障次之,粘土沙障最弱;而从整个研究时段总的输沙率来看,流动沙丘＞丘间砾质沙地＞梭梭林＞白刺包＞黏土沙障＞麦草沙障＞尼龙网沙障.     

新疆的沙漠与风沙灾害治理

新疆维吾尔自治区沙漠面积占全国沙漠面积的59.2%,简介了该区沙漠的分布特点和自然特点,在分析该区风沙运动产生的6种灾害类型基础上提出了防治风沙灾害对策,并结合40年的科研实践总结出防治风沙灾害的成功经验。     

乌兰布和沙漠不同下垫面风沙流结构与变异特征

对乌兰布和沙漠流动、半固定、固定沙丘3种不同下垫面0—40 cm气流层内的风沙流结构的研究表明:（1）0—40 cm高度层,输沙量随风速的增加而增加;在不同的风速下,流动沙丘的总输沙量大于半固定沙丘,半固定沙丘的输沙量大于固定沙丘,且呈指数函数关系。（2）在同一风速下,0—40 cm高度层,三种不同下垫面的相对输沙量随高度的增加呈幂函数递减趋势。（3）随高度的增加,中沙粒基本呈递减趋势,细沙粒呈现递增趋势,但增幅因下垫面的不同而异。（4）三种不同下垫面近地表0—10 cm层风沙流结构特征数S值均小于3.8,而特征值λ均大于1,表明三种下垫面均处于风蚀或搬运状态。     

风沙对风力机翼型绕流及其气动性能的影响

中国西北地区风能资源丰富,然而该地区经常遭受沙尘天气的侵袭。风力机在强风沙环境下运行,其气动性能难免会受到沙尘的影响,并且其叶片会受到比较严重的磨损,导致机组的出力明显下降。翼型作为风力机叶片的基本组成单元,沙尘颗粒对翼型的绕流和气动特性的影响研究显得尤为必要。该文利用雷诺平均Navier-Stokes方程-大涡模拟(large eddy simulation)混合方法中的延迟分离涡模拟方法,模拟了NREL S809翼型在风沙环境下的流动特性,将不同颗粒直径条件下翼型周围的绕流情况和翼型的气动性能进行了对比,研究了空气中的颗粒对风力机翼型绕流及其气动性能的影响规律。结果表明,6.1?攻角时,颗粒对翼型绕流和升力系数的影响较小,但仍会使翼型的升力系数略微降低。随着颗粒直径的增大,翼型的升力系数先减小再增大,其中颗粒直径为20μm时达到最小值。当颗粒直径为150μm时,其升力系数仍小于洁净空气下的升力系数,但两者已十分接近。8.2?攻角时,不同直径颗粒对翼型绕流具有不同程度的影响,当颗粒直径小于20μm时,颗粒的跟随性较好,颗粒紧随气相运动,对翼型绕流的影响较小;当颗粒直径为20μm时颗粒对翼型绕流造成了极大的影响,如分离点提前、出现展向流动;当颗粒直径大于20μm后,随着颗粒直径的继续增大,颗粒的惯性力变强,颗粒逐渐独立于气相运动,对翼型绕流的影响也逐渐减弱。升力系数随颗粒直径的变化趋势和小攻角时相同,但变化幅度变大,升力系数最小时比洁净空气时减少了7.9%。该文可为不同颗粒直径的风沙环境下颗粒对翼型周围绕流流场及其对翼型升力系数影响等相关研究提供参考。     

西北干旱荒漠区典型露天煤矿不同下垫面风沙流特征

为揭示西北干旱荒漠区露天煤矿风蚀特征,选取该区域内具备代表性的典型露天矿区,对其不同场地下垫面进行分析,通过野外实地监测,分析了矿区不同下垫面风沙流特征。研究结果显示：随高度增加,块石植被低覆盖干燥（RLd）下垫面风沙流输沙量垂向特征表现为先依次递减后增加,其余下垫面则总体表现为随高度增加而减少;0.2 m为风沙流的主要输移层,砾石覆盖度、植被覆盖度与地表湿润度的增加,会有效降低风沙流水平通量。近地表土壤结构受大型机械循环作业活动变的疏松、风蚀物质粒径减小,同时因自身地表干燥,研究区近地表土壤风蚀可蚀性增加;水平通量在风季时期因人为干扰作用,沙尘加快了运移。在车工机械的影响下,矿内生产活跃区下垫面风沙流空间结构特征较其他下垫面出现向高层偏移的现象,主要开采区域风蚀程度严重,且人为干扰程度越强,偏移现象越明显。矿区周边沙地下垫面水平通量较大,地表可风蚀性质较强,受研究区盛行风及人为采矿导致地表凹陷等因素影响,该区域是矿区大粒径风蚀物质的主要来源地。因地表湿润度与植被覆盖度的增加,部分下垫面风沙流结构最优关系式为指数函数的形式,表现为随高度增加输沙量变化较急剧,其余下垫面风沙流结构最优关系式函数类型为幂函数。矿内主要开采活跃区下垫面的输移物质主要为极细粉沙,且主要粒径组风蚀物影响范围超过1.5 m,是造成露天矿区能见度下降的主要原因。研究成果可为西北干旱荒漠区露天矿区沙害防治提供理论依据和科技支撑。     

土壤含水率及物理性砂粒含量对风蚀模数影响的风洞模拟

为了探究土壤含水率及物理性砂粒含量对土壤风蚀模数的影响,在室内风洞中在5、6、9、12、15和18m/s风速下对不同含水率(0,1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%和10%)的7种土壤(物理性砂粒质量分数的分别为20%、30%、40%、50%、60%、70%和80%)进行了10min吹蚀,在风洞轴线距出口1.2m处放置旋风式集沙仪分别测定垂直方向上10个不同高度的风蚀物收集量(高度分别为20、60、120、180、240、300、400、500、600和700mm),并利用MATLAB7.4.0(R2007)软件采用3次样条插值拟合法对旋风式集沙仪不同高度的风蚀物收集量进行积分,通过换算计算土壤风蚀模数E。结果表明,物理性砂粒质量分数低于40%的土壤在各种水分条件下集沙仪不同高度风蚀物收集量均很小。物理性砂粒质量分数≤20%时,风蚀物收集量在空间上符合指数函数变化规律;20%<物理性砂粒质量分数<40%风蚀物收集量在空间上利用指数函数和幂函数拟合相关性均很好,物理性砂粒质量分数高于40%后,风蚀物收集量在空间上呈现幂函数曲线变化规律。9m/s风速基本上是风蚀物空间动态发生变化的临界点;低于临界风速,风蚀物收集量与高度符合指数曲线变化规律;高于临界风速,二者符合幂函数曲线变化规律。集沙仪不同高度的总输沙量随风速的增加而增大,二者符合指数曲线变化关系。物理性砂粒质量分数低于40%的土壤,不会有风蚀现象发生;当物理性砂粒质量分数大于40%后,土壤容易发生风蚀,而且风蚀程度随物理性砂粒含量的增加而增大,尤其当土壤含水率低于3%时,极易发生风蚀。风速越大土壤风蚀模数越大,风蚀模数与风速按照指数曲线规律进行变化。阴山北麓旱作区冬春季节土壤地表含水率一般维持在3%～4%,土壤的物理性砂粒质量分数基本在50%～80%;单纯从土壤水分和土壤物理性砂粒含量考虑,阴山北麓旱作区大部分地区是沙尘暴的发生源。     

Protective effect of multi-row HDPE board sand fences:A wind tunnel study

Recently,sand fences,made of high density polyethylene(HDPE)board,which is resistant against harsh plateau environmental conditions,could possibly be used to co...     

Effect of boundary layer on drying mechanisms of beach and desert sand

A boundary layer developed over a flat-plate surface plays a great role in the mechanisms of convective drying. Beds of desert sand, beach sand and glass beads were subjected to forced convective drying in a scaled-up wind tunnel. The resulting temperature distribution profiles demonstrated clearly the stages of the drying process. A mathematical model is proposed to predict the temperature profile along the surface at various intervals. Good agreement was obtained between predicted and measured temperature profiles throughout the bed. The results showed a significant difference in the temperature along the bed. Surface temperature decreased gradually with increase in the distance from the leading edge. In a bed of 1 m long, the difference in the surface temperature was 11°C for the case of desert sand, and was 8°C for the case of beach sand. The results also revealed that the part of the bed closest to the leading edge dried faster. The reported results give a clear picture for the great role of the boundary layer in the drying mechanisms of the beach and desert sand.     

沙质海岸风口区风障阻沙特征及初步治理试验

为了研究沙质海岸风口区风障配置和堆积沙丘治理模式,为防沙治沙提供理论依据。在沙质海岸前沿风口地段设置15%、30%、45%和60%4种不同透风率的风障,开展其风速变化规律及阻沙特征研究,并选择黄花月见草、厚藤和单叶蔓荆3种草本植物在形成沙丘进行种植尝试。结果表明:1)透风率15%的风障最大防风效能达到89.23%,风速减半的防护距离为5H(H为风障高度),因堆沙效果显著,适合设置为堆沙风障;2)透风率30%与45%的风障最大防风效能分别为76.70%和71.53%,防护距离最大为6H,可在堆沙风障后设置为防风风障;3)透风率60%的风障最大防风效能为59.47%,由于堆沙能力较弱,防护距离较短而不适宜采用,在风障形成的堆沙上,种植的厚藤具有良好的生存能力和蔓延速度,是闽东南沿海前沿裸露沙地固沙的先锋草本。     

土壤风蚀物中沙粒的动力学特性分析

该文以内蒙古阴山北部的典型农牧交错带耕地为试验区,采用SC-I型沙尘采集器收集跃移沙粒,对收集到的土壤风蚀物进行分析整理,得出了沙粒动力学计算的各重要参数,并从单颗粒土壤在气流中所受的作用力出发,紧密联系野外实验测得的数据,采用4/5阶RKF算法,对沙粒不同受力状况下的运动轨迹和运动特征进行分析。研究表明沙粒粒径愈小发生漂浮所需要的条件愈低,随粒径的增大要求达到的旋转角速度ω、垂直起跳初速度v0越来越大,而小于0.075 mm的颗粒容易在脱离地面后,浮在空中从而成为悬移的主体;同时得到了沙粒最大跃移高度Hm关于风蚀物粒径D和垂直起跳初速度v0的通用双因子预测模型。研究为今后风沙运动力学理论的深入研究及土地荒漠化的防治提供依据。     

保护性耕作对农田土壤风蚀影响的试验研究

在河北省北部的丰宁县坝上地区建立农田土壤风蚀试验区，采用美国BSNE采样器观测不同耕作处理条件下的农田风蚀土壤损失情况。试验结果表明：在风蚀过程中，土壤颗粒主要集中在近地表层运动，悬浮在空气中的土壤颗粒随着高度的增加逐渐减少，且与高度之间符合幂函数关系；风蚀土壤颗粒粒度组成随高度增加，砂粒级颗粒含量减少，而粉砂及粘土含量增加；免耕覆盖(NTC)、免耕覆盖＋耙(NTCH)和免耕无覆盖(NTN)三种处理分别比传统翻耕减少风蚀量73.75%、75.31%和14.17%，由秸秆覆盖和少免耕相结合的保护性耕作可明显地减少农田土壤损失；在覆盖和耕作两因素中，覆盖对减小风蚀的作用最大，地表耕作的作用次之；另外，保护性耕作地能够减少农田土壤养分损失。     

风沙化土地逆转过程中生态环境变化的研究

通过对山东省禹城市沙河洼风沙化土地逆转过程中中小气候、风沙流结构、土壤养分、土壤微生物、土壤物理性状及植被群落等观测，研究了该地区生态环境的变化特征，指出采取综合治理措施是改善脆弱生态环境的有效途径。     

Element contents of perennial plant species in the sand desert near Nizzana (Israel)

In the arid sand dune ecosystem of Nizzana, northwestern Negev, Israel, three perennial species were investigated for concentrations of the elements C, N, S, P, Ca, Mg, K, Na and Cl. From the dune tops (crests) to the dune valleys six different ecotopes (habitats) were discerned where the sampling took place. The soil conditions are known due to previous investigations of H.-P. Blume and his coworkers. The species Anabasis articulata and Cornulaca monacantha (both Chenopodiaceae) showed considerable variation of element contents according to the ecotopes. In some ecotopes of the dune valleys they showed higher contents of sodium and chloride than in the ecotopes of the proper dune, and by Na/K ratios of > 1 they indicated slightly halophytic character. The glycophyte Thymelaea hirsuta (Thymelaeaceae) exhibited very low element concentrations which practically did not change between the ecotopes. The conclusion was drawn that Thymelaea is characterized by a higher selectivity of ion uptake than the two other species.