新月形沙丘脊线处的风沙流结构
发布时间：2021-02-28 10:11
分析流动沙丘脊线处的风沙流结构对认识其形态-动力学过程至关重要,进而为干旱区绿洲保护和生态重建提供基础数据支撑和理论依据。利用传统的被动式集沙仪,分别对正风向与反风向情况下新月形沙丘脊线附近0～60 cm高度内的风沙运动进行观测,通过函数拟合方法分析风沙流结构。结果表明:正风向时,输沙量随高度增加符合幂函数递减的规律,气流对沙物质的输运集中在近地表30 cm高度内;反风向时,输沙量随着高度的增加先增加后减少,变化趋势近似符合双高斯函数,气流含沙量在30～50 cm高度内最多。
【文章来源】：中国沙漠. 2019,39(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
研究区概况Fig．1Studyareaoverview
46cm高度。在沙丘对称轴的上风向设置风速仪以记录风速，风速杆与新月形沙丘的距离为28m。共进行了两次观测，时长分别为50min和20min，风速廓线给出的对应指示摩阻风速为0．29m·s－1和0．61m·s－1。文献［22］仅分析了输沙率沿脊线的分布特征，这里进一步探讨丘顶附近脊线处的风沙流结构。反风向作用的观测地点位于乌力吉东南部(图1观测点2)。选取一新月形沙丘为研究对象，高45m，两个翼角之间的水平距离为314m，从沙丘脊线中部到迎风坡脚的长度为162m。如图2所示，在新月形沙丘反风向脊线附近的右翼设置新型方口集沙仪，集沙仪与脊线水平距离为43cm，自下而上的第一个集沙盒与脊线在同一高度，并且始终与地面垂直。反风向的风沙流在沙丘脊线处向正风向一侧吹动，由于风力较大，使含沙气流向空中扬动。集沙仪总高85cm，可收集距地面60cm高度内所有的风蚀物，由固定座、前盖的盒体、集沙盒3部分组成［27］。集沙仪的前面有10个进沙口，进沙口之间留有空隙，可使部分气流顺利通过集沙仪。每个进沙口对应一个集沙盒，集沙盒分别设置在2、12、22、32、38、44、49、53、57、60cm高度。集沙盒由铁皮制成，长3cm，宽1．5cm，面积为4．5cm2。风洞实验表明该集沙仪的集沙效率与沙粒粒径有关，当颗粒粒径小于0．25mm时，集沙效率小于25%，粒径0．25～0．5mm，最大集沙效率达69．7%，粒级0．5～0．85mm，集沙效率为59．6%［27］。在同侧翼角中部脊线处设置超声风速仪以记录风速，频率为5Hz，设置在距地面50cm高度处［28］。观测时间分别为12、13
流中含沙量增加，而在26cm以上高度输沙率变小，则说明风沙运动以跃移为主，气流在近地表搬运沙子的能力较强。在此风速条件下，用式(1)的幂函数进行拟合，图3B给出了拟合参数和相关系数。由此可知，较强的相关性再次证实了输沙率随高度符合幂函数递减的特征。2．2反风向反风向数据采集的时间分为3段，时长分别为12、13、9min。由脉动风速计算得到3个时间段的摩阻风速分别为0．15、0．21、0．20m·s－1。按照与正风向情况相同的数据分析方法处理，得到反风向风沙流结构图(图4)。显然，与正风向的风沙流结构有本质上的差别。新月形沙丘背风坡短而陡，反向的近地表气流急剧加速，导致跃移速度和长度都有明显的增加，从而风沙流中的沙粒对气流有很强的跟随性。越过沙脊后继续随着反向风以一定角度上扬，风速越大，上扬高度越高(图2)。反向风时3个风速条件下的风沙流结构特征相似，皆呈现出先增加后减少的趋势。具体来看，在风速为0．15m·s－1时，0～30cm高度内，输沙率随高度变化趋势比较和缓;30～50cm高度内，输沙率随着高度剧烈增加，随后又迅速下降。输沙率在0～30cm高度内只占7．04%;在30～50cm内占到了总输沙率的80．19%;在49cm高度处达到最大值，占总输沙率的36%。当风速增大到0．21m·s－1时，输沙率在0～30cm高度内随高度变化较为缓慢，而在30～45cm高度增加剧烈，最高值出现在44cm高度处，峰值输沙率占总输沙率的37%，之后在45～60cm高度输沙率随着高度的增加迅速下降，输沙率在0～30cm只有9%，在30～50cm高度内占总输沙率的84．44%，50cm以上只有2．
【参考文献】：
期刊论文
[1]黄河乌兰布和沙漠段沿岸不同高度典型沙丘风沙特征[J]. 尹瑞平,郭建英,董智,何京丽,李锦荣,田世民,代豫杰. 水土保持研究. 2017(05)
[2]库姆塔格沙漠北部三垄沙地区风沙运动特征[J]. 杨转玲,钱广强,董治宝,罗万银,张正偲,逯军峰,李继彦. 中国沙漠. 2018(01)
[3]新型平口式集沙仪对不同粒级颗粒的收集效率[J]. 王仁德,李庆,常春平,郭中领. 中国沙漠. 2018(04)
[4]塔克拉玛干沙漠平坦沙地风沙流结构的空间差异性研究[J]. 熊敏,何清,杨兴华,霍文,杨帆. 信阳师范学院学报(自然科学版). 2017(03)
[5]塔克拉玛干沙漠腹地贴地层风沙流结构研究[J]. 康永德,杨兴华,何清,杨帆,霍文,艾力·买买提明,周长帅. 沙漠与绿洲气象. 2017(02)
[6]新月形沙丘稳定性机理——以甘肃河西沙区为例[J]. 常兆丰,李亚,张剑挥,王强强,张德魁,唐进年,王祺,张慧文. 生态学报. 2017(13)
[7]库布齐沙漠含水率对风沙运动影响的风洞模拟[J]. 宗玉梅,俎瑞平,王睿,韩庆杰,顾梦鹤,王军战. 水土保持学报. 2016(06)
[8]古尔班通古特沙漠东缘风沙流结构特征[J]. 周颖,曹月娥,杨建军,刘巍,张婷婷,吴芳芳. 水土保持学报. 2016(03)
[9]库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面风沙流结构变异[J]. 陶彬彬,刘丹,管超,哈斯额尔敦. 地理科学进展. 2016(01)
[10]绿洲边缘新月形沙丘表层沉积物粒度与重金属分布特征[J]. 陈新闯,郭建英,董智,李红丽,李锦荣,王合云. 环境科学学报. 2015(11)
硕士论文
[1]乌兰布和沙漠黄河沿岸磴口段风积沙运移过程与规律[D]. 陈新闯.山东农业大学 2016
[2]荒漠草原地表风沙流变化研究[D]. 王静.内蒙古师范大学 2012
本文编号：3055699
【文章来源】：中国沙漠. 2019,39(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
研究区概况Fig．1Studyareaoverview
46cm高度。在沙丘对称轴的上风向设置风速仪以记录风速，风速杆与新月形沙丘的距离为28m。共进行了两次观测，时长分别为50min和20min，风速廓线给出的对应指示摩阻风速为0．29m·s－1和0．61m·s－1。文献［22］仅分析了输沙率沿脊线的分布特征，这里进一步探讨丘顶附近脊线处的风沙流结构。反风向作用的观测地点位于乌力吉东南部(图1观测点2)。选取一新月形沙丘为研究对象，高45m，两个翼角之间的水平距离为314m，从沙丘脊线中部到迎风坡脚的长度为162m。如图2所示，在新月形沙丘反风向脊线附近的右翼设置新型方口集沙仪，集沙仪与脊线水平距离为43cm，自下而上的第一个集沙盒与脊线在同一高度，并且始终与地面垂直。反风向的风沙流在沙丘脊线处向正风向一侧吹动，由于风力较大，使含沙气流向空中扬动。集沙仪总高85cm，可收集距地面60cm高度内所有的风蚀物，由固定座、前盖的盒体、集沙盒3部分组成［27］。集沙仪的前面有10个进沙口，进沙口之间留有空隙，可使部分气流顺利通过集沙仪。每个进沙口对应一个集沙盒，集沙盒分别设置在2、12、22、32、38、44、49、53、57、60cm高度。集沙盒由铁皮制成，长3cm，宽1．5cm，面积为4．5cm2。风洞实验表明该集沙仪的集沙效率与沙粒粒径有关，当颗粒粒径小于0．25mm时，集沙效率小于25%，粒径0．25～0．5mm，最大集沙效率达69．7%，粒级0．5～0．85mm，集沙效率为59．6%［27］。在同侧翼角中部脊线处设置超声风速仪以记录风速，频率为5Hz，设置在距地面50cm高度处［28］。观测时间分别为12、13
流中含沙量增加，而在26cm以上高度输沙率变小，则说明风沙运动以跃移为主，气流在近地表搬运沙子的能力较强。在此风速条件下，用式(1)的幂函数进行拟合，图3B给出了拟合参数和相关系数。由此可知，较强的相关性再次证实了输沙率随高度符合幂函数递减的特征。2．2反风向反风向数据采集的时间分为3段，时长分别为12、13、9min。由脉动风速计算得到3个时间段的摩阻风速分别为0．15、0．21、0．20m·s－1。按照与正风向情况相同的数据分析方法处理，得到反风向风沙流结构图(图4)。显然，与正风向的风沙流结构有本质上的差别。新月形沙丘背风坡短而陡，反向的近地表气流急剧加速，导致跃移速度和长度都有明显的增加，从而风沙流中的沙粒对气流有很强的跟随性。越过沙脊后继续随着反向风以一定角度上扬，风速越大，上扬高度越高(图2)。反向风时3个风速条件下的风沙流结构特征相似，皆呈现出先增加后减少的趋势。具体来看，在风速为0．15m·s－1时，0～30cm高度内，输沙率随高度变化趋势比较和缓;30～50cm高度内，输沙率随着高度剧烈增加，随后又迅速下降。输沙率在0～30cm高度内只占7．04%;在30～50cm内占到了总输沙率的80．19%;在49cm高度处达到最大值，占总输沙率的36%。当风速增大到0．21m·s－1时，输沙率在0～30cm高度内随高度变化较为缓慢，而在30～45cm高度增加剧烈，最高值出现在44cm高度处，峰值输沙率占总输沙率的37%，之后在45～60cm高度输沙率随着高度的增加迅速下降，输沙率在0～30cm只有9%，在30～50cm高度内占总输沙率的84．44%，50cm以上只有2．
【参考文献】：
期刊论文
[1]黄河乌兰布和沙漠段沿岸不同高度典型沙丘风沙特征[J]. 尹瑞平,郭建英,董智,何京丽,李锦荣,田世民,代豫杰. 水土保持研究. 2017(05)
[2]库姆塔格沙漠北部三垄沙地区风沙运动特征[J]. 杨转玲,钱广强,董治宝,罗万银,张正偲,逯军峰,李继彦. 中国沙漠. 2018(01)
[3]新型平口式集沙仪对不同粒级颗粒的收集效率[J]. 王仁德,李庆,常春平,郭中领. 中国沙漠. 2018(04)
[4]塔克拉玛干沙漠平坦沙地风沙流结构的空间差异性研究[J]. 熊敏,何清,杨兴华,霍文,杨帆. 信阳师范学院学报(自然科学版). 2017(03)
[5]塔克拉玛干沙漠腹地贴地层风沙流结构研究[J]. 康永德,杨兴华,何清,杨帆,霍文,艾力·买买提明,周长帅. 沙漠与绿洲气象. 2017(02)
[6]新月形沙丘稳定性机理——以甘肃河西沙区为例[J]. 常兆丰,李亚,张剑挥,王强强,张德魁,唐进年,王祺,张慧文. 生态学报. 2017(13)
[7]库布齐沙漠含水率对风沙运动影响的风洞模拟[J]. 宗玉梅,俎瑞平,王睿,韩庆杰,顾梦鹤,王军战. 水土保持学报. 2016(06)
[8]古尔班通古特沙漠东缘风沙流结构特征[J]. 周颖,曹月娥,杨建军,刘巍,张婷婷,吴芳芳. 水土保持学报. 2016(03)
[9]库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面风沙流结构变异[J]. 陶彬彬,刘丹,管超,哈斯额尔敦. 地理科学进展. 2016(01)
[10]绿洲边缘新月形沙丘表层沉积物粒度与重金属分布特征[J]. 陈新闯,郭建英,董智,李红丽,李锦荣,王合云. 环境科学学报. 2015(11)
硕士论文
[1]乌兰布和沙漠黄河沿岸磴口段风积沙运移过程与规律[D]. 陈新闯.山东农业大学 2016
[2]荒漠草原地表风沙流变化研究[D]. 王静.内蒙古师范大学 2012
本文编号：3055699
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