论文部分内容阅读
本文以莫高窟顶戈壁自然床面和不同人工床面在多风向条件下的风沙活动为研究对象,通过对2009年春季五场沙尘暴的实地观测,研究不同类型下垫面条件对风速、脉动风速、输沙率、风沙流结构和风沙流粒度特征的影响,分析不同类型戈壁床面的输沙、阻沙效益,并探讨莫高窟风沙危害防护体系中砾石防护带的最佳配置方法,获得初步结论如下:
(1)不同盖度、粒径的戈壁床面导致输沙率和风沙流结构等的变化。当沙源供给较丰富时,砾石床面以堆积性质为主,偏西风条件下盖度在20%以上、砾石粒径3~5cm的床面阻沙率在30%以上。偏东风条件不饱和风沙流作用下,砾石床面以风蚀和输沙过程为主,盖度30%、砾石粒径2~4cm左右的床面对被阻截的偏西风沙物质的输送量可达风沙流输沙总量的50%;砾石粒径1~2cm的床面稳定。
(2)人工戈壁床面使近地表风速降低,风速廓线斜率变小,同一场风力作用下人工床面与自然戈壁风沙流底部风速差异可达1m·s-1以上,单纯用同一高度水平风速计算输沙势可能与实际情况有一些差异。风速脉动值在跃移层内随高度增加而减小、跃移层外随高度增加而增加,各观测高度相对脉动强度都大于0.16;饱和风沙流底部气流的脉动比不饱和风沙流小。
(3)偏东风对窟顶东侧的积沙有较强的搬运能力。偏东风风速大于10m·s-1时,窟顶自然戈壁东西向断面上存在一个各观测点输沙率相当的阶段,表明戈壁向鸣沙山的长距离风沙搬运作用明显。
(4)不同盖度、粒径的床面的戈壁风沙流不同。砾石粒径3~5cm的床面在盖度只有20%的情况下对风沙流物质组成和粒度参数也有较大影响,使近地表平均粒径增加,比20cm高度上大20μm左右;这一作用随风沙流经过砾石区的路径长度的增加而更加显著,影响高度与床面粒径相近。盖度60%、粒径1~2cm的床面对风沙流粒度特征的影响与窟顶自然戈壁相似,风沙流平均粒径随高度增加而增加,20cm高度比2cm大30μm。
(5)自然戈壁带虽然有一定的阻沙功能,但阻沙效率很低,对入侵风沙流的削弱作用不强。要更大程度的减小风沙危害,应进行高立式栅栏、草方格沙障等防护措施建设,切断西北风条件下的入侵沙源;在窟项西侧的沙砾质戈壁上,应铺设盖度在20‰~30%之间,粒径3~5cm的人工砾石床面。