風(fēng)沙流的基本情況分析研究

李海燕

【摘要】? ? 風(fēng)沙地形形成過(guò)程是和整個(gè)風(fēng)蝕過(guò)程相聯(lián)系的，同時(shí)也是風(fēng)沙流與沙地表面狀況、沙地的地形或障碌物相互作用的結(jié)果?；诖耍疚倪M(jìn)行了分析研究，主要包括：起沙風(fēng)、風(fēng)沙流、沙粒的移動(dòng)方式和風(fēng)沙流的結(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】? ? 沙地地形? ? 風(fēng)沙地形? ? 風(fēng)沙流? ? 沙粒? ? 風(fēng)沙

一、起沙風(fēng)

沙地地表的沙粒有不同的形狀、比重和體積，因而每個(gè)沙粒都有一定的重力。風(fēng)欲移動(dòng)這些沙粒時(shí)，風(fēng)力必須大于沙粒的重力，沙粒才能移動(dòng)。使沙粒移動(dòng)的臨界風(fēng)速稱為起沙風(fēng)。風(fēng)移沙粒不僅是風(fēng)力和沙粒重力的矛盾統(tǒng)一，而且在不同的沙地地表情況下，受沙地水分和地表粗糙度及粒徑的影響。干燥的沙粒容易被移動(dòng)，粗糙的地表摩擦力大，常需較大的風(fēng)力才能使沙粒移動(dòng)。因此，起沙風(fēng)的風(fēng)速是一個(gè)變數(shù)，它取決于風(fēng)力、沙粒的粒徑以及沙地水分和沙地地表狀況等。根據(jù)試驗(yàn)站的觀測(cè)，粒徑為0.15mm的細(xì)沙較，在光板地上風(fēng)速5.2m/s就開(kāi)始移動(dòng);同樣的粒徑在粗沙表畫，必5.85m/s才能移動(dòng)。在光板地上移動(dòng)0.25mm粒徑的細(xì)沙，風(fēng)速就需達(dá)到6.Sm/s，正因?yàn)樵诓煌瑮l件下，起沙風(fēng)的風(fēng)速是個(gè)變數(shù)，而且和觀測(cè)風(fēng)速的高度有關(guān)。因此，產(chǎn)生了不同研究者提出的不同起沙風(fēng)的風(fēng)速值。根據(jù)上述觀測(cè)資料，一般細(xì)沙粒開(kāi)始移動(dòng)沙表附近的風(fēng)速為4.0m/s。一般氣象站觀測(cè)資料都是8m高處的風(fēng)速，而風(fēng)速受地表的摩擦，愈近地表風(fēng)速愈小。

二、風(fēng)沙流

當(dāng)起沙風(fēng)吹拂沙表面時(shí)，將疏松的沙粒揚(yáng)起，并卷入運(yùn)動(dòng)的氣流中隨之搬運(yùn)前進(jìn)，即形成風(fēng)沙流。風(fēng)沙流形成的原因：根據(jù)空氣運(yùn)動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)分析，沙粒所處的表面附近壓力存在著差別時(shí)，或者是當(dāng)氣流中不同高中度上存在著速度梯度的情況下，在沙粒的附近產(chǎn)生種上升力，當(dāng)上升力大于沙粒的重力，并克服了沙表面的摩擦力時(shí)，沙粒即被卷入氣流而形成風(fēng)沙流。影響沙粒上升力的因素是風(fēng)速和風(fēng)速梯度;而阻礙沙粒脫離地表的因素是沙粒的質(zhì)量、形狀和體積的大小、沙粒之間膠結(jié)的程度以及沙表面的粗糙度等。據(jù)觀測(cè)，隨著沙粒粒徑的增大，起沙風(fēng)的風(fēng)速也必須增大;在較粗糙的地表上，由于地表對(duì)沙粒的摩擦阻力增大，起沙風(fēng)也必須增大。

三、沙粒的移動(dòng)方式

當(dāng)風(fēng)力大于起沙風(fēng)的情況下，沙粒開(kāi)始移動(dòng)。沙粒的移動(dòng)，因沙粒的大小及比重不同，基本上可分為三種方式：

（一）滑動(dòng)或滾動(dòng)沙粒沿地表面不均勻的移動(dòng)，最粗沙粒是這樣移動(dòng)的。粗沙粒徑為0.5～1.0mm。

（二）跳躍式移動(dòng)沙粒從沙表面躍起，在風(fēng)沙流中沿拋物線形狀運(yùn)動(dòng)后，又降落到地面、然后繼續(xù)躍起，或在撞擊沙表時(shí)失去運(yùn)動(dòng)的能力，使其他沙粒移動(dòng)。大部分中沙和細(xì)沙以跳躍式移動(dòng)為主。中沙粒徑為0.25-0.5mm;細(xì)沙的粒徑為0.05～0.20m。躍動(dòng)的沙粒以拋物線形狀又降落到地面時(shí)，它的運(yùn)動(dòng)方向必然和水平方向成一定角度、這個(gè)角度為俯沖角，俯沖角一般介于10～16之間。角度的大小根據(jù)粒徑大小、上升的高度和風(fēng)速面定。粒徑意小，風(fēng)速意大，角度意平，沙粒飛的意遠(yuǎn)。以熟物找方式高速運(yùn)動(dòng)的顆粒，在移動(dòng)中通過(guò)沖擊的方式，可以推動(dòng)6倍于它的直徑或200倍于它的重量的表層顆粒，使重量為風(fēng)力所不能單獨(dú)移動(dòng)的顆粒能夠發(fā)生滾動(dòng)因此，躍動(dòng)的沙粒，更加劇了沙表的破壞，引起更多的沙粒移動(dòng)。在中等風(fēng)速時(shí)，跳躍運(yùn)動(dòng)的沙粒也是沙粒移動(dòng)的主要方式。

（三）懸浮式移動(dòng)沙位離開(kāi)地表，一直在風(fēng)沙中運(yùn)動(dòng)，直至風(fēng)沙演情況發(fā)生變化使其降落到地面為止。以這種方式移動(dòng)的沙粒主要是細(xì)沙和粉沙。粉沙的粒徑0.01細(xì)沙或粉沙懸浮流動(dòng)的結(jié)果，使沙地細(xì)粒含量減少，因面使沙地受質(zhì)上的損失。0.05mme風(fēng)速愈大，沙粒躍移盒高。根據(jù)觀測(cè)，在7m/k的風(fēng)速下，滾動(dòng)沙?；顒?dòng)的高度不到1cmi;躍動(dòng)的沙?；顒?dòng)的高度不到60cm;懸浮的沙粒高度60cm以上。當(dāng)風(fēng)速增大至8.7-10.5m/s時(shí)，它們活動(dòng)的高度也增加，滾動(dòng)的可達(dá)1cm左右躍動(dòng)的沙粒高達(dá)100cm，懸溶的可達(dá)150cm以上。

四、風(fēng)沙流的結(jié)構(gòu)

風(fēng)沙流的結(jié)構(gòu)是指沙位在氣流（風(fēng)）中的分布。也就是說(shuō)風(fēng)沙流在距地表不同高度上的密度差異。這種差異是由風(fēng)沙流中沙粒移動(dòng)的方式和每一種方式移動(dòng)的數(shù)量不同而成的。風(fēng)沙流的密度和高度存在著一定的規(guī)律性，在同一風(fēng)速作用下，風(fēng)沙流各部分沙粒的密度與高度成反比。即距地面盒高，密度愈小，90%左右的沙粒在距離地表很近的10cm高度，而在其余高度不超過(guò)30cm的空氣層中，僅有10%的沙粒。風(fēng)沙流的強(qiáng)度（含沙量的大?。╇S風(fēng)速的變化而變化。當(dāng)風(fēng)速增大，風(fēng)沙流中的總含沙量也增大。據(jù)甘肅民勤治沙站實(shí)測(cè)，在7m/s風(fēng)速之下，距地面2m高的范圍內(nèi)，風(fēng)沙流在2小時(shí)內(nèi)通過(guò)1m2斷面的總輸沙量為42.4kg，當(dāng)風(fēng)速增加為8.7m/s時(shí)，風(fēng)沙流中的總輸沙量為934.2kg，增加了1倍多。但由于沙粒對(duì)氣流也有反作用，在同一風(fēng)速下，沙量的進(jìn)一步增加，就會(huì)導(dǎo)致氣流的負(fù)荷過(guò)重而使氣流速度降低和含沙量的降低。