风力侵蚀的教学目的和方法

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1、第4章风力侵蚀的教学目的和方法教学目的：分析风力侵蚀发生机制及其发展规律，阐述风力侵蚀形式及影响风力侵蚀的自然因素。教学方法：以学生课外自学为主，教师辅导和参阅课外书为辅。计划学时：约4学时。第4章风力侵蚀4.1风沙运动4.2风蚀与风积作用4.3沙漠化成因与类型4.4沙尘暴4.1风沙运动风沙运动是一种贴近地面的气流对沙粒的搬运现象。4.1.1近地层风的性质大气对流层中贴近地面100m范围内的气层称为近地层，一切风沙运动都与本层大气的性质及活动状况有关，因此也是风力侵蚀学研究的重点。层流和紊流层流的空气质点运动轨迹平稳，邻近的空气质点平衡运动，互不干扰。紊流的空气质点运动不规则，并且互相干扰

2、，各气流层层间夹杂了大小不同的涡旋运动。层流大气是否失去其稳定性取决于流体的惯性力与粘滞力之间的比例关系。湍流与地表粗糙度湍流运动是一种叠加在一般流动上的不规则的旋涡状的混合运动。湍流发生时，通过旋涡运动进行风的动能的传递和交换。风吹过地表时，受地面磨擦阻力的影响，风速减小，并把这种阻力向上层大气传递。风速不与高度、而是与高度的对数值成正比，说明风速廓线是随高程呈对数分布的。4.1.2沙粒的运动沙粒起动的机制半个多世纪以来，中外科学家对静止沙粒受力起动机制进行了深入的研究，并形成了多种假说，如冲击碰撞说，压差升力说及湍流的扩散作用说等，但都没有圆满地解决这一问题。1980年吴正和凌裕泉在风

3、洞中用高速摄影方法对沙粒运动过程进行了研究。沙粒碰撞所产生的冲击力在沙粒起跳中起主导作用。临界风速与起沙风假定地表风力逐渐增大，达到某一临界值后，地表沙粒脱离静止状态开始运动，这时的风速称为临界风速或起动风速，一切大于起动风速的风称为起沙风。起动风速与沙粒粒径、地表性质、沙粒含水率等多种因素有关。国内外专家研究证实，在一般情况下起动风速和沙粒粒径的平方根成正比。沙粒运动形式据观测研究，风沙流中沙粒依风力大小、颗粒粒径、质量不同而以悬移、跃移、蠕移三种形式向前运动。当沙粒起动后以较长时间悬浮于空气中而不降落，并以与风速相同的速度向前运动时称为悬移。悬移运动的沙粒称为悬移质。沙粒在风力作用下脱

4、离地表进入气流后，降落到沙面时有相当大的动能，能使其降落点周围的一部分沙粒受到撞击而飞溅起来，造成沙粒的连续跳跃式运动。沙粒的这种运动方式称为跃移，跃移运动的沙土颗粒称为跃移质。沙粒在地表滑动或滚动称为蠕移，蠕移运动的沙粒称为蠕移质。4.1.3风沙流及其结构特征风沙流是气流及其搬运的固体颗粒（沙粒）的混合流。它的形成依赖于空气与沙质地表两种不同密度物理介质的相互作用，而它的特征对于风蚀风积作用的研究及防沙措施的制定有重要意义。含沙量随高度的分布风沙流中沙粒随高度的分布称为风沙流结构。根据野外观测，气流搬运的沙量绝大部分（90%以上）是在沙面以上30cm的高度内通过的，尤其是集中在0～10c

5、m的高度（约占80%），风沙流结构特征值近地表气流层沙粒分布性质，即风沙流的结构决定着沙粒吹蚀与堆积过程的发展。前苏联学者兹纳敏斯基提出了采用Qmax/Q的比值（用S表示）作为风沙流结构的指标（Qmax为气流中0～1cm层的沙量），称之为风沙流的结构数，并以此作为判断风蚀过程的方向性。为了说明风沙流的结构特征与沙粒吹蚀、搬运和堆积的关系，吴正等人引用了特征值λ作为判断的指标，风沙流结构特征值λ（无量纲）为：λ＝Q2-10/Q0-1式中:Q0-1―0～1cm高度气流层内搬运的沙量（g/min或%）；Q2-10―2～10cm高度气流层内搬运的沙量（g/min或%）。风沙流的固体流量气流在单位时

6、间通过单位宽度或面积所搬运的沙量叫做风沙流的固体流量，也称为输沙率。影响输沙率的因素是很复杂的，它不仅取决于风力的大小、沙粒粒径、形状和其比重，而且也受沙粒的湿润程度、地表状况及空气稳定度的影响。4.2风蚀与风积作用4.2.1风蚀与风积作用的概念风和风沙流对地表物质的吹蚀和磨蚀作用，统称为风蚀作用。风沙流运行过程中，由于风力减缓或地面障碍等原因，使风沙流中沙粒发生沉降堆积时称风积作用。经风力搬运、堆积的物质称为风积物。4.2.2风沙蚀积作用与沙丘的运动沙丘移动方向沙丘移动的方向取决于有一定延续时间的起沙风的风向，移动总方向与大于起沙风的年合成风向大体相一致，但不完全重合，二者之间有一交角。

7、沙丘移动方式沙丘移动方式取决于风向及其变化，它可分为三种方式。其一为前进式，即在单一的风向作用下终年保持向某一方向移动；其二为往复前进式，即在两个风向相反而风力大小不等的情况下往复向前移动；其三为往复式，即它是风力大小相等而风向相反的情况下产生的往复移动。沙丘移动速度沙丘移动速度主要取决于风速和沙丘本身的高度，沙丘移动速度与其高度成反比，而与输沙量成正比，所以沙丘移动的速度也就同样和风速的三次方成正比。横向沙丘由于走向与