高立式尼龙网沙障周围风沙运动特性的数值模拟与试验

为探究沙障影响下的风沙运动规律,明晰不同情况高立式尼龙网沙障周围的风速变化和积沙分布,补充野外试验数据不足的问题。该研究以磴口-乌斯太的穿沙公路为研究背景,基于FLUENT数值模拟的方法,对不同障排数量、沙障高度及入口风速下高立式尼龙网沙障周围的风速和积沙分布进行数值模拟,并通过野外试验进行验证。结果表明:不同情况高立式沙障沿水平方向的流场形式均以“V”和“W”型存在,而高立式沙障背风侧垂直方向的风速廓线形式主要以“S”型为主;风速为8 m/s,相邻障排间距为3 m条件下,分析不同障排数量对风沙运动的影响发现,单排、双排和三排高立式沙障的防护范围分别为第一排沙障至其后的6、13和20 m处,随沙障排数的增加总积沙量呈现递增趋势;风速为10 m/s,双排沙障间距8 m条件下分析沙障高度对风沙运动的影响发现,60、100、120和150 cm高立式沙障的水平流场分层点分别为0.8、1.2、1.5和2.0 m;沙障高度150 cm,双排沙障间距20 m条件下分析入口风速对风沙运动的影响发现,当风速增至15 m/s以上时,150 cm的双排沙障背风侧基本上无积沙分布,高立式沙障逐渐失去了防护作用。经野外验证真实值与模拟值的最大相对误差为8.18%,最小相对误差为1.32%,验证了模拟的合理性,该研究成果较好地反映了高立式沙障周围的风沙运动情况,为后续研究提供了数据基础和依据。

阿拉善戈壁区白刺灌丛沙堆形态特征研究

戈壁地区分布着许多大小不同的白刺灌丛沙堆,为了探究造成戈壁地区灌丛沙堆差异的影响因素,通过对阿拉善戈壁地区白刺灌丛形态(灌丛高度、灌丛长度、灌丛宽度)与沙堆形态(沙堆高度、沙堆长轴、沙堆短轴)指标的测定,分析了白刺灌丛沙堆空间的差异性及其影响因子。结果表明:(1)戈壁地区白刺灌丛沙堆规模受到沙源与风力以及灌丛的影响,规模小于沙漠地区灌丛沙堆。其中,沙源决定了沙堆的发育规模,风力状况决定沙堆形态以及堆积位置,灌丛形态决定沙堆的形态。(2)随着灌丛沙堆的规模越大,灌丛与沙堆参数间相关性越好。灌丛特征决定沙堆特征,其中,灌丛长对沙堆长轴影响最大,灌丛宽对沙堆短轴影响最大,灌丛高度对沙堆高度影响最大。(3)灌丛沙堆在不同立地条件下的沙堆参数关系不同,当灌丛参数间拟合方程为二次函数且二次项系数为负数时,说明灌丛沙堆的发育空间较小,并且可能进入衰退阶段,当沙堆阐述间拟合方程为线性关系时,说明灌丛沙堆正处于发育阶段。

石嘴山市沿黄两岸土地利用变化分析研究

采用2008年、2013年和2017年3期Landsat 4-5、Landsat 8卫星影像数据和ZY-3国产资源卫星影像数据,运用ARCGIS 10.3和ENVI 5.3软件,通过人工目视解译与非监督分类的手段,提取石嘴山市沿黄两岸的土地利用信息,定量分析石嘴山市沿黄两岸土地利用总体变化过程及影响因素。结果表明:石嘴山市2008-2017年,土地一直处于持续开发利用状态,主要表现为草地转化为建设用地和耕地,耕地、未利用地和建设用地的面积不断增加,分别占研究区沿黄两岸总面积比例的11.37%、38.4%和40.92%,同时草地的面积在持续减少,减少面积占总面积的4.7%。近10年石嘴山市沿黄两岸土地利用变化速度最快的是耕地、建设用地以及草地,其中建设用地和草地土地利用动态变化幅度处于缓慢下降趋势。

锡林浩特草原大针茅返青特征及其与气象因子的关系

植被物候被认为是环境条件、季节和年际间变化最直接、最敏感的综合指示器,也是农牧民确定播种、收割、放牧的重要依据,研究植被物候变化与气象因子的关系已成为热点科学问题。为探明典型草原区牧草返青特征及其与气象因子的关系,以典型草原区优势植物种大针茅(Stipa grandis)为研究对象,通过对锡林浩特草原2014-2017年大针茅返青情况的调查,分析了返青期芽、叶的生长特征;并结合气象资料,对大针茅返青与气象因子进行相关性分析,结果表明,(1)锡林浩特草原大针茅返青期主要集中于3月下旬至4月下旬,且返青期芽、叶生长始期缓慢、盛期较快、末期平缓。(2)1971-2017年锡林浩特草原气温呈上升趋势,降水波动较大,呈递减趋势,较历史时期相比平均提前4.2 d·(10 a)^-1。(3)大针茅返青过程中,气温与降水为主导因子,4月与春季气温、春季降水与大针茅返青显著相关,其中气温为决定性因子,降水为影响性因子。最低气温与平均气温决定了返青的开始,最高气温与春季降水的多少决定了返青的快慢。该文确定的锡林浩特草原大针茅返青时间及其生长特征可为典型草原区物候期的预测提供基础数据资料;得到的影响大针茅返青的关键气象因子对典型草原区农牧业生产具有重要意义与参考价值。

一次大风过程对戈壁区新月形沙丘形态演变的影响

为探究戈壁区新月形沙丘演变过程,观测了一次大风过程前后不同高度新月形沙丘蚀积分布、形态演变及沉积物粒度变化特征。结果表明:大风作用下沙丘高度(H)增幅不大、形变显著,表面蚀积厚度主要分布在±0.1 m范围内,体积明显减小,减小量为原体积的2%~3.5%,且体积减小比率ΔV/V与H呈对数关系,函数式ΔV/V=-0.55ln(H)+3.7849(R^2=0.87);脊线发生偏移,偏移距离L_P与H呈对数关系,L_P=7.8382ln(H)-4.0733(R^2=0.96),低坡度平缓沙丘不易发生这种偏移现象;表面沉积物粒度明显变粗,且部位分异显著,丘顶细粒物质大量流失,平均粒径变粗、分选性变好,受局地粗沙砾石组分局部沉积的影响,迎风坡底部及翼角平均粒径变粗、分选性变差。

巴音温都尔沙漠风况及输沙势特征

巴音温都尔沙漠为阿拉善高原东部低山丘陵盆地型沙漠,由独立、间断分布的博客台沙漠、海里沙漠和白音查干沙漠组成,本文利用巴音温都尔沙漠区4个气象站实测的2016—2020年风速、风向数据,分析了该区风况和输沙势变化特征。结果表明:巴音温都尔沙漠2016—2020年年际间风速变化不大,年平均风速为6.12 m·s^(-1),年平均起沙风风速为9.33 m·s^(-1)。风速月际间变化较明显,呈显著的春季、夏季两极分化趋势,春季起风的频率最高(最高达67.77%);主导风为WSW偏W风向,4个气象站的年输沙势均值为359.99 VU,年合成输沙势均值为204.46 VU,年输沙势的方向变率指数均值为0.55,整体属于中风能环境,中等风向变率,钝双峰或锐双峰风况。输沙势季节差异大,冬季输沙势最大(453.72 VU),夏季输沙势最小(287.74 VU)。根据风况和输沙势分析,建议对该区进行长期的风沙流观测,从风能环境和风沙活动规律方面为巴音温都尔沙漠区风沙灾害防治提供科学依据。

锡林浩特草原小叶锦鸡儿灌丛的阻雪能力及其对积雪形态的影响

通过对典型草原区小叶锦鸡儿灌丛积雪体的调查,研究了灌丛特征(灌丛高度、灌丛迎风侧宽度、灌丛顺风侧长度)对积雪形态(积雪高度、积雪宽度、雪辫长度)的影响.结果表明:小叶锦鸡儿灌丛高度与积雪形态参数呈显著二次多项式函数关系,灌丛迎风侧宽度、灌丛顺风侧长度与积雪形态参数呈显著幂函数关系(指数<1).灌丛积雪形态和发育特征是灌丛特征参数共同影响和作用的结果,其中,灌丛高度对积雪高度影响最大,灌丛迎风侧宽度对积雪宽度和雪辫长度影响最大.灌丛较小时积雪形态发育较快,随后逐渐趋于稳定.灌丛二维滞雪范围模型直接反映灌丛对风力的干扰范围和积雪的潜在范围,间接反映灌丛的滞雪能力;灌丛三维阻雪体积模型直接反映一定雪源、风况条件下灌丛的阻雪能力.本文建立的灌丛滞雪范围和灌丛阻雪体积模型可为典型草原风吹雪区积雪资源估算和雪害防治提供理论依据.

锡林郭勒典型草原区平坦草地风雪流结构特征

通过对锡林郭勒典型草原区平坦草地积雪全覆盖状况下风雪流野外观测,分析了近地表100 cm高度内的风雪流结构。结果表明:风雪流结构表现为移雪强度随距离雪面高度增加而急剧减弱。风雪流活动范围随着2 m处风速增强而逐步增大。风雪流结构函数在低风速条件下(4~7 m·s^(-1))符合对数函数关系衰减,高风速条件下(>8 m·s^(-1))呈幂函数关系衰减;风雪流搬运高度主要集中在近地表20 cm范围内,该高度内移雪量达到总移雪量的80%以上;近地表100 cm高度范围内的平均移雪强度与2 m处风速符合极显著的幂函数关系,关系式为Q=3.378 6×10^(-7)·V^(5.5390)(P<0.001,R^2=0.972 9)。近地表风速的增加,会导致风雪流搬运能力的急剧增强。相关结论可为典型草原区风雪流防治提供理论依据。

巨菌草留茬沙障防风固沙效益及其适宜模式研究

基于对乌兰布和沙漠刘拐沙头黄河沿岸相近株距（10-15 cm）、不同行距（1 m,2 m）、不同留茬高度（10cm,30 cm）巨菌草的防风阻沙试验的观测数据分析。结果表明：（1）巨菌草留茬沙障的防风固沙效益与沙障的高度和行距有直接关系,高度一定,行数越多,带距越小,防护效果越好,但所需材料增加。（2）巨菌草留茬沙障内输沙量主要集中在地表15 cm以下,近地表0-5 cm处沙障对风沙流的阻碍能力较强。沙障行距为1 m、2 m时,高10 cm的沙障分别经9带、12带后风速降至起沙风速以下;高30 cm的沙障对风的阻碍能力增强,分别经7带、9带后地表无流沙运动。（3）沙障的设置应在保证高效的前提下降低成本。行距2 m、高30 cm的巨菌草留茬沙障,气流经过9个条带（18 m宽）后,风速可降至起沙风速以下,此设置模式宜在干旱地区推广。

戈壁沙砾质地表沉积物全粒径分布模式及其对分选作用的指示意义

戈壁地表沉积物组分呈多峰态分布的特征,研究其全粒径分布模式是认识戈壁成因及形成过程的基础。目前粒度分布模式(对数正态分布、Weibull分布等)难以正确表达呈多峰态的沉积物粒度分布特征,本文利用单调递减函数P(d_i)=Cd_i^(-μ)exp(-d_i/Dc),对戈壁地表沉积物粒度的全粒径分布模式进行解析。结果表明:(1)该函数能够反映出戈壁地表沉积物组分的全粒径分布特征,拟合优度R^2>0.99,参数C值范围为52.64～166.75,μ为-0.083～0.108,Dc为0.103～2.336;(2)在分选作用下,以富沙组分为主的戈壁地表,跃移组分含量高,μ值、Dc值偏小,以富砾组分为主的戈壁地表,蠕移及风蚀残余组分含量高,μ值、Dc值偏大;(3)全粒径分布模式参数值可以揭示洪积扇戈壁的分选沉积特征,为解析戈壁地表的成因以及风蚀风积作用提供新的指标参数。

额济纳旗典型地表沙尘释放潜力及沙尘天气频发成因

额济纳旗位于极端干旱的内陆河下游,绿洲退化严重,沙尘天气频发,已成为内蒙古西部主要沙尘源区。为揭示该区域沙尘频繁成因,对区域4种典型地表(富沙砾戈壁、富沙戈壁、绿洲退化地、绿洲)沉积物组分、风蚀强度、沙尘释放强度、多年平均月沙尘日数及大风日数等进行了综合分析。结果表明:以风沙活动为主要特征的绿洲退化地,粉沙黏土组分含量高,PM10沙尘释放强度大(0.2796 kg·d^-1·m^-2),为研究区强沙尘释放地表;富沙及富沙砾戈壁地表,风蚀强度大,但粉沙黏土组分含量低,PM10沙尘释放强度较大(0.1267kg·d^-1·m^-2,0.0672 kg·d^-1·m^-2);尽管绿洲地表粉沙黏土组分含量高,但由于植被、水分等因素的制约,其PM10沙尘释放强度最小(0.0240 kg·d^-1·m^-2)。额济纳旗绿洲被大面积强沙尘释放源(绿洲退化地和戈壁)包围,局地沙尘内循环过程中粉尘颗粒的富积,为当地高频沙尘天气提供了丰富的尘源,这是额济纳旗沙尘天气频发的主要原因。

不同高度双行尼龙阻沙网的合理间距研究

双排、多排高立式沙障其高效的防风阻沙作用在线路工程风沙防治中被广泛关注,阻沙网布设间距是沙障布设中首要解决的问题。基于阻沙网风速流场和输沙量测定结果,对乌兰布和沙漠穿沙公路间距12m高度为60cm、80cm、100cm和120cm阻沙网布设的合理性进行了研究。结果表明:(1)从风速流场分析,双排流场形式主要以"双峰型"为主,第二排阻沙网后的风速加速率极小值均小于第一排阻沙网后的风速加速率,即双排之间存在叠加效应。(2)从集沙仪0~50cm的输沙量分析,近地表风速与输沙量之间符合幂函数关系为Q=0.00004V5.9337,且4种高度的中间过渡区集沙仪输沙量均在4~8m范围内出现先下降后上升的趋势。(3)在低风速(<12m·s-1)平坦的流沙环境下,双排阻沙网的合理布设间距分别为4m、5.5m、6.5m和8m。建议铺设带数可依据实际风况与线性沙害程度调整为:60cm及以下3~4带,80-100cm高2~3带,120cm高1~2带。