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1、第20卷第1期地球科学进展Vol.20No.12005年1月ADVANCESINEARTHSCIENCEJan.,2005文章编号:1001-8166(2005)01-0019-05戈壁风沙流结构特性及其意义X12131屈建军,黄宁,拓万全,雷加强,董治宝,1111刘贤万,薛娴,俎瑞平,张克存(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室,甘肃兰州730000;2.兰州大学物理学院力学系,甘肃兰州730000;3.中国科学院新疆生态与地理研究所,新疆乌鲁木齐830011)摘要:通过砾质戈壁风沙流野外实测数据的分
2、析以及风洞模拟实验研究发现:戈壁风沙流结构具有与沙漠风沙流完全不同的风沙流特征,戈壁风沙地表的粗糙度随风速的增大而增加,其表面风沙流输沙量高度分布表现出独特的/象鼻0效应,在一定高度处呈现最大值,并随风速的增加而增高。该/象鼻0效应导致戈壁风沙流结构特征值K远大于1,不论风速多大,风沙流都处于未饱和状态的非堆积搬运状态。这种特殊性质比较清楚地解释了敦煌莫高窟千年来不被沙山埋没的谜底。并且在风沙防治工程实践中,采用砾石压沙措施,构造类似与砾质戈壁的下垫面,人工促使风沙流结构呈现/象鼻0形状,可使防沙工程达到理想的输导作用。关键词
3、:戈壁;风沙流结构;输沙量高度分布;/象鼻0效应;粒度高度分异;风沙实验中图分类号:P512文献标识码:A戈壁一词,来源于蒙语。原指蒙古高原上地面1研究方法[1]平坦,组成物质为碎石或卵石的砾石地表。戈壁1.1野外观测是我国干旱区广泛分布的风成地貌类型之一,在地野外观测地点选在甘肃省敦煌莫高窟窟顶戈壁质时期曾是风沙活动和沙尘暴的主要源地之区,戈壁宽约700~1000m,自窟顶至鸣沙山,由东[2,3]一。戈壁地区人烟稀少,交通不便及自然条件向西渐与鸣沙山相接。按地表物质组成可划分为砾严酷,因而有关戈壁地表风沙活动研究的报道甚少。
4、质戈壁带、沙砾质戈壁带、平坦沙地与沙山(图1)。地表风沙流结构分布特征是研究风沙流过程及其控[4~10]表1表示砾质戈壁地表物质组成,主要以砾石(>2制措施的物理学原理。目前,有关沙漠表面的[11]mm)为主,其覆盖度约60%。集沙仪应用0~20输沙通量及其结构特征已进行了大量的研究。其代cm高的阶梯状集沙仪,同时应用手持风速仪测量2表成就为:输沙率与超过沙粒起动风速的3次方成[5,6]m高度处的风速。正比,且其高度分布呈指数递减规律。戈壁地112风洞实验表由于砾石的覆盖,其输沙通量及结构特征发生了很大的变化。近年来,随着西部
5、大开发战略的实施,实验是在中国科学院寒区旱区环境与工程研究戈壁地区工矿开发及城镇、交通、通讯建设的加快,所野外沙风洞中进行,该风洞是一直流闭口吹气式戈壁风沙流理论研究的落后已成为限制区域开发的低速风洞,洞体全长38.78m,实验段21m,截面积重要问题。1.2m@1.2m。根据实验时的气压和气温,用数字X收稿日期:2003-11-11;修回日期:2004-04-31.*基金项目:国家重点基础研究发展规划项目/重大工程对风沙地貌发育过程的影响研究0(编号:G1999043505);国家自然科学基金项目/库姆塔格沙漠羽毛状沙丘形成
6、发育过程研究0(编号:49971013)资助.作者简介:屈建军(1959-),男,陕西高陵人,研究员,主要从事风沙物理与风沙工程研究.E-mail:qujianj@lzb.ac.cn20地球科学进展第20卷式微压差计系统调节进口风速,在洞体中央沿1.0、cm,共分为60层。实验采自敦煌莫高窟窟顶砾质戈1.5、3.0、6.0、12.0、20.0、35.0、50.0cm8个不同高壁原样置于距实验段入口下风向9m处,在其上风度用比托管测量风速廓线。实验选取8、12、16、20向9m长的洞底均匀铺设厚约10cm的采自敦煌鸣m/s4个不
7、同风速。测量输沙率垂直分布采用平口沙山的沙漠沙。比托管距离戈壁前缘5m,积沙仪式积沙仪,风沙流入口断面为0.5cm@1.0cm,高60位于比托管后2m处(图2)。表1戈壁上不同地区的粒配及砾石覆盖度Table1GravelcoverageandgraingradationindifferentregionsofGobi砾石极粗沙粗沙中沙细沙极细沙粉沙砾石样方>2mm2~1mm1~0.5mm0.5~0.25mm0.25~0.125mm0.125~0.63mm<0.63mm覆盖度(%)Ñ153.943.302.172.347.68
8、23.007.5865Ñ250.802.781.563.3811.9623.326.2062Ò138.64.463.023.4812.4826.1411.8225Ò227.386.103.222.6811.6835.6813.2618Ó127.328.923.502.2011
