论文部分内容阅读
本文利用DETI可移动测风系统对古尔班通古特沙漠半固定沙垄进行了实地观测,结合同期多向集沙和阶梯式积沙试验,系统研究了典型沙垄表面的风速变化和沙面活动规律。得出以下主要结论:
(1)垄顶风速放大率随入射角的增大呈指数关系递增,而背风坡风速占垄顶风速的比率,则随入射角的增大呈线性递减的趋势。当入射角从5°变化到85°时,垄顶风速放大率由1增至2.3,背风坡上部风速占垄顶风速的比率则由0.8降至0.2,可见入射角大小控制着沙垄表面风速变化的幅度。
(2)大角度入射气流速度变化主要受控于沙垄形态,以爬坡所致的迎风坡气流被压缩、聚合造成的流速逐渐增大为其显著特征,背风坡则以回旋涡流造成的风速剧降为特点;小角度入射气流速度变化主要受控于地表植被状况,以爬坡所致的流速增大作用相对较弱,背风坡形成的弱涡流场不会造成风速的剧降。
(3)沙垄底部和下部风速廓线的对数拟合关系较好,两坡上部和沙垄顶部风速廓线发生偏折。气流小角度入射时,迎风坡中部和上部受小半灌木层和灌木层阻滞作用的影响,在40cm和100cm的对应高度上廓线向左偏折,背风侧风速降低幅度不大,在40cm左右的高度上形成弱涡流中心;气流大角度入射时,沙垄各部位廓线斜率明显增大且未发现对应的偏折,背风侧上部各层风速大幅度降低,可见地形的影响占据首位。
(4)垄顶风速放大率的存在,大大增加了沙垄顶部的输沙率和活动性,从某种程度上讲是古尔班通古特沙漠长期以来在垄顶部广泛存在流动带的动力因素。特别是在大角度入射的风力作用下,这种效果就更为显著。若以坡脚风速代表区域近地面风速的大小,以中角度入射的平均风速放大率1.7来进行推算,那么在初始风速大于2.9m/s时,垄顶风速即可大于5m/s而产生风沙活动。
(5)沙面活动区域主要集中于沙垄顶部约20m宽的范围,垄间和两坡下部鲜有风沙活动。当起沙风从沙垄两侧交错入射时,气流不断地将流动带内的沙物质从一侧搬运到另一侧,因而形成了流动带两侧蚀积量较大的特征:流动带中部作为输沙的床面,虽然输沙量较大但其表面平坦、没有固着沙物质的植被,因此蚀积量较小。
(6)各风速级别下,沙垄顶部输沙率的垂线分布均符合指数分布规律,1cm以下的输沙率集中在0.7~3.57g/cm2.min-1之间,18~20cm处的输沙率数值几乎为零;各层输沙率均随风速的增大而增大。输沙量主要分布在0~5cm内,风速为6~14m/s时,5cm以下的输沙量约占输沙总量的77%左右;约90%的输沙量集中在10cm以下。风向相同时,输沙总量随风速的增大而增大,但底层含沙量百分比逐渐减小,上层含沙量逐渐增加。
(7)垄顶输沙势与多向集沙之间具有良好的相关性。利用二者的对应关系,初步推测1 VU的输沙风能在1m的过沙宽度上可以产生25kg的输沙量。如果能充分利用研究区的气象资料,即可建立单个沙垄实际输沙量与风速、风向的定量关系,这将对古尔班通古特沙漠的防沙治沙工作具有重要理论和实践意义。