戈壁风沙流若干特征研究

本文从理论推导入手，阐述了戈壁风沙流中沙粒起跃角度、跃移高度和风沙流结构、强度、能量分布状况等特征，指出与流沙地表风沙流的显著差异，并得到风洞实验验证。

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。

南疆塔中-38团沙漠公路沿线风沙输移规律与防沙体系研究

在建塔中-38团沙漠公路由塔克拉玛干沙漠腹地延伸至其东南缘,全程皆分布不同程度的风沙危害形式,对沙漠公路的建设、服役、养护等造成严重威胁。基于该地区的遥感影像解译及风况数据分析,揭示了沙漠公路沿线不同区段内的风沙环境特征和沙丘移动规律,在此基础上提出了相应的沙害防治体系框架。通过研究发现:(1)沙漠公路沿线区段盛行起沙风向为NE、ENE、E,起沙风频率由21.7%增长至33.8%,风向特征由锐双峰态势发展为钝双峰态势,风沙环境逐步恶劣;(2)沿线区段输沙势介于178.23~309.43 VU,风能环境为低至中等,合成输沙方向介于SW-WSW,风向变率为中等;(3)区段沙丘年平均移动速度在3.16~6.26 m·a^(-1)之间,沙丘移动速度和方向存在明显空间差异,且部分区段沙丘移动方向与合成输沙方向一致性较差。基于以上沙漠公路区段环境特征,提出阻-固结合的沙漠公路防沙体系,对沙漠公路沙害的发展变化规律与公路的可持续研究具有实际应用价值。

基于无人机技术黄河沿岸沙丘移动速度监测及影响因素分析

为更便捷地监测乌兰布和沙漠黄河沿岸沙丘移动速度并解析其影响因素,该研究以乌兰布和沙漠沿黄段沙丘为研究对象,应用无人机航拍技术开展沿岸沙丘的季节性地貌过程和影响因素研究。结果表明:1)研究区沙丘年移动速率1.08~2.27 m/a,多年平均输沙势为78.82 VU,年合成输沙势为25.92 VU,处于低风能环境,8~12 m/s等级风输沙势是年输沙势的主要部分,约占73.24%。方向变率(合成输沙势(Resultant Drift Potential,RDP)与输沙势(Drift Potential,DP)的比值)RDP/DP保持在0.30~0.46之间,属于中等变率。合成输沙方向RDD为57.83°~107.39°,与沙丘移动方向较为一致,西风组占全年输沙势的52.09%,是沙丘年移动的主要驱动力。2)沙丘移动速率具有明显的季节特征,整体呈现春季移动速率快,冬末-春初次之,秋季与秋末-冬末相近,夏季移动速率最慢。其中,秋末-冬末、春季和秋季输沙势DP 8.48~20.49 VU,合成输沙势方向在90.02°~95.54°之间,RDP/DP值均在0.3~0.8之间,属于中等变率,西风组作用显著,这与年合成输沙方向及沙丘走向较为一致;冬末-春初和春末-夏季分别受东北风(NE)和南风组(SSE、S、SSW)作用,沙丘通过形态变化适应风向,移动速度降缓。季节输沙势主要集中在8~10m/s风速等级,约占整个季节输沙势的40.76%~56.93%。3)综合各季节和年际输沙势与沙丘移动距离呈线性正相关,拟合方程为y=1.02+0.006 62x(R;=0.339,F=5.616,P=0.045),方程总体显著,输沙势可以表征该地区沙丘移动距离。基于无人机监测的沙丘运动研究综合显示,风况是该地区影响该地区沙丘移动的主要动力,其中西风组8 m/s以上风速是研究区沙丘移动的主要驱动力。风向变率和合成输沙势方向与沙丘移动方向一致时沙丘移动则快,不一致时则缓;无人机可在较大尺度上为沙丘移动提供更为便捷的监测服务,研究结果可为同类地区沙丘移动的无人机监测提供参考依据。

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6～8m／s为主，占总起沙风的71．63％，其次为8～10m／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0．1m，占总输沙量的95．46％。观测场近地层厚度大于50m。

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。

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;而相对的风沙流密度与风速则显现正相关变化,当高度为2m、风速≤40m/s时,风沙流密度随着风速的增大,其变化趋势逐渐变缓,其最大值逐渐趋近于0.0339g/m3。沙粒颗分试验结果表明"戈壁风沙运动存在较明显的分层现象,所携沙粒粒径以0.1～0.25mm为主。