风沙运动数值模拟研究的进展

本文从模型建造，模拟结果两方面对风沙流，沙波纹，沙丘，粉尘运动等的数值模拟研究进展作了简便介绍和评述，并提出了研究展望。     

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。     

非均匀沙风沙运动悬移层数值模拟

本文针对沙尘暴天气的风沙气固两相流 ,采用 FLUENT软件 ,对风沙运动进行了 2 D数值模拟分析 ,比较了流体边界条件对流场的影响。本文提出一个新的沙粒起动体积浓度的表达式 ;并在计算中作为边界条件。计算结果揭示了风沙运动中沙尘的体积浓度分布及其在粒径变化及风速变化影响下的变化规律     

风沙防治中覆网床面风沙流特性的风洞模拟

在风沙防治中,根据气流与沙物质地表作用的机理来看,主要有三种途径。一是降低床面风速,二是减少沙源,第三就是阻截运动气流与床面的相互作用。借助风洞模拟实验,对覆网床面风沙流特性研究发现:覆网床面沙面稳定性主要受覆网形状参数的影响,通过对覆网床面风速廓线、风沙流结构观测,主要探讨孔隙度、孔径等覆网参数对沙面稳定性的影响机理。另外,覆网床面蚀积状态还受进口风速的影响,在风速较小时,床面表现为积沙,风速较大时,床面开始风蚀。     

基于野外观测的风沙流跃移和蠕移运动规律研究

利用H11-sensit风蚀传感器、风速仪、微梯度集沙仪,于2014.7~2014.8在塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区进行了风沙流跃移和蠕移运动连续观测试验,分析了该区域典型天气和不同风速下跃移、蠕移运动的规律。结果表明:(1)85mm高度范围内,随风速的增加,跃移量/蠕移量之比呈负幂数函数下降,最终趋于稳定,当风速在8.5m·s~(-1)左右时,跃移量/蠕移量之比约为8~10;(2)风速达到6.9m·s~(-1)时,总跃移量最大值为1952.01g;风速达到7.6m·s~(-1)时,总蠕移量最大值为211.79g。(3)总跃移量和总蠕移量的比值随风速的增加呈指数递减,典型天气过程中不同风速下的总跃移量和总蠕移量比值约为8~24。     

沙漠地区风沙活动特征——以中国科学院风沙观测场为例

运用中国科学院风沙科学观测场的实测资料,对腾格里沙漠风沙环境特征进行初步分析,内容包括起沙风、风沙活动强度、风沙流结构和沙漠边界层的风速廓线.该地区的起沙风以6～8 m/s为主,占总起沙风的71.63%,其次为8～10 m/s,占19.24%,两者之和占90.87%;大风日数为4天;风向以W-N组风向为主;占全年的53.14%.年输沙势为36.56VU,风能属于低风能环境,单一主风向和单风态风环境.风沙流主要集中在地表的0.1 m,占总输沙量的95.46%.观测场近地层厚度大于50 m.     

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.     

流动沙丘区公路路基风沙流场数值模拟及路面沙害形成机制

基于CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟,以青海省中灶火省道303公路为研究区域,对流动沙丘区公路路基风沙流场进行了模拟分析,揭示了流动沙丘区路面沙害的形成机制,以期为流动沙丘区路面沙害的防治提供理论依据.数值模拟结果表明:当气流经过流动沙丘和路基时,气流速度产生分区;当存在流动沙...     

沙河洼农田地表风沙运动与土壤风蚀的初步研究

本文通过对农田不同地表类型的粗糙度，对近地层气流运动状态、风沙流结构特征、输沙量进行了研究，指出改变农田地表性质，就可在一定程度上防止土壤风蚀的发生。     

南疆铁路风沙流结构特征研究

通过对南疆铁路戈壁风沙流进行现场观测研究,提出了关于风沙流密度的计算方法,将大风所携沙粒定量化,解决了风沙运动研究中如何利用现场定时观测研究风沙流动态变化的技术难题.根据现场实测资料分析,揭示了南疆铁路风沙流密度随高度和风速的变化关系.从中可以看出,风沙流密度随高度变化显现斜"L"形,以3m高为分界点;而相对的风沙流密...     

来流廓线对风沙流场和风沙堆积影响的数值模拟——以挡沙墙为例

来流风速廓线是控制与影响风沙流场变化的关键因素。基于CFD欧拉非定常模型,通过对不同来流廓线形式在特定粗糙度下垫面的数值分析,探究来流廓线对流场风速与积沙形态的影响。结果表明:2种来流廓线形式均在挡沙墙周围形成速度分区。其中,在背风侧,均匀流时回流区不明显,对数流时则回流区较明显;在迎风侧,均匀流时速度发生突变,对数流时则呈对数规律递增;不同来流形式下挡沙墙积沙分布不同,均匀流时只在背风侧形成积沙,而对数流时两侧均有积沙,且迎风侧积沙多于背风侧,来流速度越大,迎风侧积沙减小,而背风侧增多。     

不同粒径沙粒胶结体覆盖对地表风蚀和输沙率抑制效应的风洞模拟

沙粒胶结体(sand cemented bodies,缩写为SCB)是由众多沙粒胶结而成的大颗粒物质,广泛分布于塔克拉玛干沙漠腹地部分垄间地表。通过风洞实验测定了不同风速下不同粒径沙粒胶结体覆盖对沙床面的土壤风蚀率和输沙率变化的影响。结果表明:风速和粒径是影响SCB覆盖沙床面风蚀率的主要因素。在一定的风力条件下,风蚀率随沙粒胶结体粒径的增加呈指数递减变化,在一定的胶结体覆盖度下,风蚀率随风速增加而增大,且粒径越大风蚀率随风速的增加而增大的趋势更为明显;风速不是影响地表输沙率的主要因素,胶结体粒径在一定程度上对输沙率的影响起主导作用。随着胶结体粒径的增加,沙粒在胶结体覆盖床面产生上升过程,且输沙率随粒径的增加而增大,胶结体覆盖对输沙率的抑制作用主要体现在胶结体覆盖的密度效应上,密度越小输沙率越高。即同一盖度下的胶结体颗粒物,大粒径的胶结体较小粒径胶结体沙床面分布密度、数量都相对较小。因此,大粒径胶结体地表输沙率相对较大。不同粒度范围的胶结体覆盖沙床面表现出不同的风蚀和输沙率抑制效应,依次为:2~3 mm3~5 mm5~7 mm7~10 mm10 mm。     

Observation of saltation activity at Tazhong area in Taklimakan Desert,China

A two-year field observation of saltation activity was carried out at Tazhong area,the hinterland area of the Taklimakan Desert with highly frequent dust storms.From 1 September 2008 to 31 August 2010,a piezoelectric saltation sensor(Sensit) was used to continuously collect the data on saltation activity at a level sand surface.Analysis on the data suggests that saltation activity can occur at any time of the year when conditions are favorable;however,the necessary conditions are rarely satisfied in most time.In the daytime of spring or summer,saltation activity can persist even over a continuous one-hour-or-so period.It is found that,from 1 September 2008 to 31 August 2010,saltation activity accounts for more than 3% of the total yearly time,and it tends to peak in spring and summer months with strong winds.During winter months when winds are weak,however,it is often at a minimum.It seems that precipitation does not appear to be significant in reducing saltation activity in arid regions like Tazhong.     

风成沉积物源分析方法及其应用研究进展

风成沉积物的物源追踪对于重建干旱区地表过程、恢复区域过去大气环流模式的变化历史以及更加深刻地理解各种不同类型风积物的环境意义具有重要作用,同时还能帮助我们厘清物源变化与气候变化以及构造运动之间的关系。在回顾了风成沉积物的矿物学、元素地球化学、同位素地球化学以及单矿物地球化学等物源示踪方法及其应用的研究现状的基础上,探讨了各种物源分析方法的优势以及可能存在的问题,并对未来的物源研究进行了展望。     

半干旱风沙区黄柳幼苗生长发育对沙埋的响应

以科尔沁沙地黄柳(Salix gordejevii)幼苗为研究对象,通过0 cm,10 cm,20 cm和40 cm 4个沙埋处理,研究其生长发育对沙埋的响应。结果表明：随着沙埋深度的增加,黄柳幼苗的死亡率增加,存活率下降。沙埋对黄柳幼苗的株高、相对高度增长率,分配到根、茎、叶的生物量和根冠比有显著影响,对绝对高度增长率和生物量无显著影响。轻度沙埋有利于黄柳幼苗高度增加,随着沙埋深度的增加,株高依然增加,相对高度生长率却下降。轻度沙埋使黄柳幼苗的生物量较多地分配到根,随着沙埋深度的增加,较多的生物量分配给地上部分,根冠比下降。说明黄柳幼苗可通过加快茎的生长或改变生物量的分配等方式维持光合作用能力,增加对沙埋的抵御能力。     

巴图湾水库风沙入库量的估算

风沙入库给干旱、半干旱地区的水库带来了严重的填淤危害。本文通过对内蒙古乌审旗南部巴图湾水库岸边流动沙丘不同部位风速与风沙流的同步观测,计算出库岸流动沙丘表面的平均输沙率。利用巴图湾水库1986~2005年9月份的5期TM遥感影像统计出水库两岸受不同风向影响的流动沙丘断面的平均长度,结合巴图湾水库附近乌审旗河南乡气象站1985~2004年的气象资料,统计出不同风向大于起沙风的风速年均持续时间,初步计算出巴图湾水库的年均入库风沙量。结果表明:(1)巴图湾水库的年均入库风沙量为3.65万t,其中西岸风沙入库量为3.55万t,东岸为0.10万t。西岸风沙危害最为严重,是治沙工作的重点。(2)巴图湾水库的风沙入库具有明显的时间性和方向性。受季风气候的影响,风沙入库的方向会随着风向的变化而改变。东南风与西北风是造成东西两岸风沙入库的主要风向。西北风对风沙入库量的贡献最大。(3)在大于起沙风的风速中,5~12 m/s风速段是风沙入库的主要风速。当风速中7 m/s以上的风速持续时间有一个较小的增加时,入库风沙量将会有一个巨大的增加。(4)库岸半固定沙丘的风沙入库,降尘和风水复合侵蚀引起的库岸坍塌也是入库风沙量的重要组成部分。因此,巴图湾水库的实际年入库风沙量应该大于3.65万t。     

人工植被下风沙土演变研究综述

在流沙上建立了人工植被可以促进风沙土的成土发育。本文概述了人工植被风沙土与流沙的理化性质,微物,土壤酶的差异及其演变趋势。     

Sand flux estimation during a sand-dust storm at Tazhong area of Taklimakan Desert, China

In this paper, the sand transport during a sand-dust storm in the Tazhong area of the central Taklimakan Desert from 11:29 to 23:56 on July 19, 2008 was observed and measured in real time. The sand flux at Tazhong was estimated using sand transport empirical formulas. The critical friction velocity at Tazhong was 0.24 m/s and the functional relation between the wind speed and sediment discharge at the height of 2 m was established. It was also found that the calculated values by Lettau's sediment discharge formula were close to those of the instrument measurements. The horizontal sand flux and the vertical sand flux during this sand-dust storm at Tazhong were respectively 258.67×10-4 kg/(m·s) and 40.07×10-7 kg/(m2·s).     

浑善达克沙地植物蒸腾特征的研究

采用 L i-1 60 0型气孔仪测定了浑善达克沙地主要建群乡土植物种不同季节的蒸腾速率及其环境因子的日进程 ,结果表明 :浑善达克沙地中榆树、黄柳、圆叶桦、砂杞柳、羊草蒸腾速率的日变化均呈单峰曲线 ,而叉分蓼和楔叶茶子呈双峰曲线。同一种植物在不同样地土壤水分条件下 ,蒸腾速率不同。各植物种蒸腾速率的季节变化明显 ,7、8月份蒸腾速率高 ,6月份最低。各植物种中 ,黄柳为低蒸腾植物。回归分析表明 ,影响蒸腾速率最主要的因子为光照强度 ,其次为气温和空气相对湿度 ;蒸腾速率与各因子呈线性相关 ,其关系可用方程 Tr=a+b RH+c T+d Q表示。通过蒸腾速率的比较 ,提出了浑善达克沙地植被恢复应以建立“人工疏林草原”为主。     

Interactive effects of wind speed,vegetation coverage and soil moisture in controlling wind erosion in a temperate desert steppe,Inner Mongolia of China

The rapid desertification of grasslands in Inner Mongolia of China poses a significant ecological threaten to northern China. The combined effects of anthropogenic disturbances(e.g., overgrazing) and biophysical processes(e.g., soil erosion) have led to vegetation degradation and the consequent acceleration of regional desertification. Thus, mitigating the accelerated wind erosion, a cause and effect of grassland desertification, is critical for the sustainable management of grasslands. Here, a combination of mobile wind tunnel experiments and wind erosion model was used to explore the effects of different levels of vegetation coverage, soil moisture and wind speed on wind erosion at different positions of a slope inside an enclosed desert steppe in the Xilamuren grassland of Inner Mongolia. The results indicated a significant spatial difference in wind erosion intensities depending on the vegetation coverage, with a strong decreasing trend from the top to the base of the slope. Increasing vegetation coverage resulted in a rapid decrease in wind erosion as explained by a power function correlation. Vegetation coverage was found to be a dominant control on wind erosion by increasing the surface roughness and by lowering the threshold wind velocity for erosion. The critical vegetation coverage required for effectively controlling wind erosion was found to be higher than 60%. Further, the wind erosion rates were negatively correlated with surface soil moisture and the mass flux in aeolian sand transport increased with increasing wind speed. We developed a mathematical model of wind erosion based on the results of an orthogonal array design. The results from the model simulation indicated that the standardized regression coefficients of the main effects of the three factors(vegetation coverage, soil moisture and wind speed) on the mass flux in aeolian sand transport were in the following order: wind speedvegetation coveragesoil moisture. These three factors had different levels of interactive effects on the mass flux in aeolian sand transport. Our results will improve the understanding of the interactive effects of wind speed, vegetation coverage and soil moisture in controlling wind erosion in desert steppes, and will be helpful for the design of desertification control programs in future.