半湿润地区农田土壤粉尘释放的风洞模拟研究

采用风洞模拟手段对地处半湿润区的北京市农田土壤风蚀中的粉尘释放规律进行研究。结果表明,研究区农田粉尘释放强度随风速增大呈指数规律增大,粉尘在风蚀物的含量随风速增大呈指数规律降低。近地表粉尘质量流量随高度增加呈幂函数规律降低,在风蚀物中的含量随高度增加呈线性增大。粉尘粒径随风速增大而变粗,之后达到稳定状态。近地表粉尘粒度组成沿垂直方向的变化可以划分为两段,0～20 cm高度层的双峰态分布和20～60 cm高度层的三峰态分布。随着高度增加,释尘粒度组成变细。     

土壤风蚀过程颗粒释放机理研究

针对目前土壤风蚀中土壤颗粒释放过程机理研究存在的不足,建立了颗粒在土壤表面起动、滚动、起跳的土壤颗粒释放力学模型,同时考虑了太阳辐射及地表温度产生的向上垂向风速对颗粒起动风速的影响,并采用前人的实验结果与本文模型数值计算结果进行了对比分析,证明其模型的合理性。数值结果表明：起动风速随颗粒粒径的增大先减小后增大,其中在0.12~0.14 mm粒径范围内颗粒最容易起动,同时床面温度越高对颗粒的起动风速影响也越明显,同一粒径下床面温度越高起动风速越小。颗粒在床面上的运动不是纯滚动,而是滚动中有滑动。颗粒起跳速度主要分布在0.3~0.65 m/s之间;起跳角度30°~35°之间;颗粒起跳的角速度主要分布在600~1 200 rev/s。土壤颗粒释放微观过程的研究将对改进土壤风蚀输送过程中的宏观监测与预报起到重要作用。     

半干旱区采煤塌陷对风蚀影响强度模糊综合评判——以神府-东胜煤田补连塔矿风沙区为例

以神府-东胜煤田补连塔矿风沙区为例,通过野外系统观测,以采煤塌陷后1～4 a的塌陷区和对照(非塌陷区)风蚀侵蚀性因子、塌陷地表土壤特征等因素为参评因子,在各因子等级指标划分的基础上,利用模糊数学理论,建立神府-东胜煤田补连塔矿风沙区风蚀强度评价模型。通过该模型运算,结果表明:2005年塌陷区样地(塌陷1 a)风蚀评判综合指数为0.94,属极重度风蚀区;2004年塌陷区样地(塌陷2 a)综合指数为0.7322,属重度风蚀区;2003年塌陷区(塌陷3 a)和2002年塌陷区(塌陷4 a)综合指数分别为0.3881和0.2373,为中度风蚀区;对照 (非塌陷区)样地其综合指数为0.0088,属轻度风蚀区。模型运算结果符合实际,说明以模糊数学理论为基础建立的风蚀强度评价模型可靠、可行,可用于指导实践。     

不同砾石覆盖度戈壁床面风蚀速率定量模拟

通过风洞实验,利用称重传感器自动记录风蚀观测样方重量变化过程,对供沙条件下不同砾石覆盖度戈壁床面风蚀速率进行了定量模拟研究。结果表明:砾石覆盖度是影响戈壁风蚀速率的关键因子,戈壁床面风蚀速率随砾石覆盖度增加按指数规律递减。各实验风速下,砾石覆盖度>50%时,戈壁床面风蚀速率随砾石覆盖度增加而减小量有限,甚至无风蚀发生;而盖度从10%到50%时,风蚀速率显著减小。因此,两种实验粒径砾石(3 cm与4 cm)至少在50%盖度时才能达到较好的风蚀防治效果。戈壁风蚀防护机理主要是砾石覆盖度的增加增大了砾石间沙粒的临界起动剪切风速,而且减少了作用在砾石间可蚀地表的剪切压。与沙质对照床面相比,10%~90%砾石盖度戈壁床面沙粒临界起动剪切风速增大了0.8~3.4倍,只有0.5％~28%的剪切压作用在砾石间可蚀地表。     

采煤塌陷地水域淹没范围模拟分析

采煤塌陷改变了矿区周边的地形地貌特征,使大量的耕地、园地变成水域。选择山东省龙口采煤塌陷区为研究对象,运用ArcGIS软件采集五期1:1万等高线和离散高程点数据,生成1×1 m2正方形网格的数字地面模型(DEM),以地表没有发生塌陷前的1978年DEM为标准高程数据,与其他各期DEM数据进行差值运算处理,得到不同时期采煤塌陷区面积。然后根据水利部门48年来的观测数据,计算出采煤塌陷区不同频率年份丰水期水文特征值,采用"无源淹没"分析法,计算给定水位条件下的采煤塌陷区水域淹没范围。     

北京市农田风蚀的野外观测研究

针对半湿润区农田风蚀较弱的特点,采用集沙仪加风速廓线仪和插杆黏捕加电镜分析两种手段对北京市农田的风蚀特征进行了野外观测。结果表明,3类主要风蚀农田中,耙平翻耕地风蚀强度最大,玉米留茬地次之,不耙平翻耕地最弱。随着风速增大,各类农田地表的风蚀强度均呈增加的趋势,并且都表现出较好的指数规律性。风蚀物含量垂向分布遵循幂函数递减规律,风蚀物最大粒径和平均粒径垂向分布亦遵循幂函数和指数函数递减规律,风蚀物粒度组成以粒径小于100 μm的悬移质为主。因此,本研究所得结果反映的是一种以悬移质为主的风沙流结构特征,而这可能是半湿润区最常态的一种的农田风蚀状况。     

不同扰动方式对沙砾质戈壁地表风蚀量的影响

通过野外风洞实验,测定了不同破坏方式、破坏面积和风速下的沙砾质戈壁风蚀量。结果表明：不同破坏方式引起的风蚀量不同,扰动强度越大造成的风蚀量越多;相同扰动方式下连续破坏造成的风蚀量稍高于间隔破坏。风蚀总量随破坏面积的增大而增加,且服从指数函数。风速为8～10 m·s^-1时,扰动的戈壁地表以轻微侵蚀为主;10～12 m·s^-1 是风蚀量增幅最大阶段;当风速大于 12 m·s^-1时,以强烈风蚀为主。风沙流中沙物质的主体是细沙和极细沙,在20 cm高度范围内,自风沙流下层至上层细沙含量比较稳定,极细沙含量逐渐降低,中沙含量逐渐上升。     

青海苏干湖表层沉积物粒度分布模式 与大气粉尘记录

位于干旱区柴达木盆地具有年纹层的苏干湖是以地下水补给为主的内陆封闭湖泊, 其表层沉积物粒度具有多组分峰态分布特征, Weibull 函数的拟合结果发现, 其粒度分布全部具 有4 个基本组分: 超细粒组分, 众数粒径在1 μm 上下; 细粒组分, 众数粒径在5~10 μm; 粗粒组分, 众数粒径在50~100 μm; 砂组分, 众数粒径在500 $m 左右。粒度主峰出现在细 粒组分或者粗粒组分。直接来自大气粉尘的冬季湖泊冰面样品及当地尘暴样品的Weibull 函数粒度拟合也显现出了相似的分布模式, 冰面样品的粒度主峰位于众数粒径在15~20 μmm 的 细粒组分, 砂组分(众数粒径452.9μm) 的出现指示出砂粒在冬半年沿冰面而进入湖泊中心。 尘暴降尘样品在尘暴季节(5 月份) 和非尘暴季节(11 月份) 的粒度分布普遍具有3 个组分, 缺少砂组分, 强沙尘暴事件样品则由4 个组分组成, 粒度主峰均位于众数粒径在100~200 μm 的粗粒组分。结果显示, 苏干湖湖泊沉积能够较好记录当地大气粉尘, 砂组分与湖泊周边干旱地表经历的近地面强沙尘活动有关, 粗粒组分记录了区域性的尘暴事件, 细粒组分主要反映 流域径流状况, 超细粒组分代表干旱区的大气背景粉尘和气溶胶。研究表明, 苏干湖内陆湖 泊沉积客观记录了区域大气粉尘和尘暴事件, 具有重建干旱区大气粉尘变化历史的潜在优势。     

青藏铁路格尔木-拉萨段风成沙物源及其粒度特征

青藏铁路格尔木-拉萨段沿线地表松散沉积物广泛分布,为风沙活动的产生提供了丰富的物质来源。地表松散沉积物按成因分为现代风成沙,河流冲积物,古风成沙和洪积、湖积沉积物。粒度分析结果显示,格-拉段沿线风沙物质（沙丘沙、防沙体系积沙）样品（56个）平均粒径变化于1.29～3.25 Φ之间,均值2.36 Φ（0.19 mm）。平均粒径在2～3 Φ（0.25～0.125 mm）之间的样品占总数的78.57%。粒度组成以细沙为主（65.20%）,其次是中沙（20.53%）,0.5～0.1 mm范围重量百分比在49.44%～99.67%之间,平均为85.98%。在所有样品中,细沙和中沙合计在90%以上者占样品总数的55.36%。极细沙平均含量为7.99%,粗沙平均含量为5.50%。样品整体分选程度较好,标准偏差σ1在0.3～1.26之间,平均为0.58。偏度变化在-0.41到 0.36之间,样品中以正态分布为主,占53.57%;正偏者占12.50%;负偏者占19.64%;极负偏和极正偏各占7.14%。KG值变化于0.56～1.24,平均为1.00,为中等峰态。KG值在0.90～1.11之间者占71.43%。粒度分析表明,不同来源沙物质粒度特征有明显的差别,能很好地反映其形成过程和环境特征。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴和地表沙物质粒度特征北大核心CSCD

围绕塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴及沙尘暴前后地表沙物质的粒度特征,对塔中地区的沙尘样品开展了粒度参数计算、粒度组分分离和函数模型拟合分析。结果表明:(1)表沙样品的平均粒径为143μm,细沙和极细沙含量占87.02%;沙尘暴过后表沙样品的平均粒径为97μm,极细沙和细沙含量占79.44%。(2)沙尘暴样品的平均粒径为82μm,粉沙和极细沙含量占80.89%。(3)沙尘暴过后表沙样品的平均粒径减小46μm,黏粒、粉沙和极细沙含量增加,表明沙尘暴携带的大量细粒物质对表沙的粒度特征有重要影响。(4)沙尘暴样品粒度随高度的变化主要受控于风速,风速阈值7.7~8.4 m·s^(-1),不同高度平均粒径与平均风速的函数关系,在三维空间中采用二阶多项式曲面模型能够很好地拟合。     

呼伦湖西南部咸水湖干涸湖滨带沉积物粒度特征

沙粒是区域地表沙化的重要物质基础，以呼伦湖西南部典型间歇性干涸盐湖的湖滨带为研究对象，通过野外采样和室内测定，分析沉积物粒度组成及平均粒径、标准偏差、偏度和峰态值等粒度参数，探讨粒度与可蚀性特征。结果表明：区内干涸盐湖湖滨带沉积物属沙壤土，干涸湖滨带是潜在的风蚀粉尘释放源；粉砂和细砂是湖滨带沉积物呈现空间变化的主要粒级，从湖心到湖滨带，沉积物粒径频率分布曲线呈三峰态向双峰态渐变，地表粗化现象明显；风力搬运侵蚀是表层沉积物粒度发生变化的主要原因。受主风向影响，呼伦湖西南部咸水湖干涸湖滨带存在沿主风向扩大趋势，如进一步连通成片可能发展为呼伦贝尔沙地新的风蚀区，应该引起重视。     

沙土内摩擦角与粒径、含水率及天然坡角的关系

沙的摩擦性质是影响沙丘形态的重要因素之一,研究沙土内摩擦角对于探讨床面沙波形态、沙丘流动性、沙丘稳定性、沙丘防护等都具有实际意义。本文实验研究了内摩擦角与粒径、含水率及天然坡角的定量关系。结果表明:当粒径从<0.125 mm增大到0.315～0.4 mm时,内摩擦角从32.25°减小到28.06°; 而粒径从0.315～0.4 mm增大到0.63～0.8 mm时,内摩擦角却从28.06°增大到31.47°。主要原因是,粒径小时颗粒的比表面积大,颗粒间接触面积大使得内摩擦角大。粒径大时,颗粒表面棱角突出,颗粒间嵌入咬合作用明显使得内摩擦角大。当含水率从0%增加到15%时,内摩擦角从29.07°增大到31.84°; 而含水率从15%增加到20%时,内摩擦角却从31.84°减小到30.75°。主要原因是一定含水率下沙土表现出黏聚性,而高含水率下水的润滑作用使得颗粒间摩擦力减小。内摩擦角与天然坡角都反映沙土摩擦特性,两者相等。     

雅鲁藏布江米林宽谷段新月形沙丘粒度分异研究

雅鲁藏布江中游米林宽谷段阶地面上广泛发育带状延伸,由上段风蚀槽、中段过渡区和下段堆积区组成的风沙活动带。风沙活动带各段新月形沙丘表面沉积物粒度分析表明,沙丘表面沉积物总体为细沙、中等分选、极细偏、多峰,表面粒度分布模式多属丘顶最粗型。受沙源和分选距离的影响,沙丘沙粒度特征在风沙活动带内表现出一定的空间差异性,上段风蚀槽内发育的沙丘规模小,粒径细,分选差,极细偏,多峰;中段和下段沙丘表面沉积物粒径变粗,分选变好,正偏转向近对称,多峰转为单峰。     

风力侵蚀对无定河流域产沙作用定量分析

本文利用无定河的水文泥沙观测日值资料和该流域内及周围气象站气象观测月值资料,通过流域的水沙关系与各年风蚀气候因子,估计了风力作用对无定河流域产沙的贡献量。结果揭示出:在风沙区,由于水力的搬运作用仍然决定了流域输沙量的大小,所以风力作用产生的输沙模数很小,在总输沙量中只占约1/4;风力作用增加输沙量比例最大的地区是穿过风沙区和丘陵沟壑区交界区,既有活跃的风沙活动又有强烈的黄土水蚀,风力和水力形成强耦合侵蚀搬运作用的干流上游,占输沙量的1/3以上;位于靠近风沙区并有片沙分布的黄土丘陵沟壑区的流域,风蚀产沙占流域输沙量的比例约为1/10;在黄土丘陵沟壑区,相对强烈的水力侵蚀,风力作用对产沙影响较小。整个无定河流域风力作用产生的输沙量包括入河风沙、降尘以及风力与水力的耦合侵蚀搬运作用可能增加的泥沙,接近流域总输沙量的1/6。     

柴达木盆地东南部土壤风蚀研究

柴达木盆地东南部土壤风蚀风洞模拟实验结果表明,土壤风蚀强度随风力作用和下垫面因子不同而不同。净风对土壤风蚀作用较小,但在挟沙风作用下,风蚀强烈。地表类型不同风蚀强度变化很大,流动沙地是耕地(小麦留茬)的数百倍。土壤质地不同起沙风速不同,细沙和极细沙比例越高风蚀量越大。翻耕地与未翻耕地风蚀变化悬殊,翻耕地风蚀量是未翻耕地的10倍以上。自然植被和人为留茬均有抑制风蚀的作用。     

风沙流中不同粒径组沙粒的 输沙量垂向分布实验研究

在非均匀沙床面上, 风沙流中不同粒径组沙粒的输沙量垂向分布, 是非均匀风沙运动研究的重点。研究首先通过风洞实验, 收集了风洞中垂线垂向输沙量分布沙样, 然后对集沙沙样进行了沙粒粒度分析实验, 实验分析结果得出了不同粒径组沙粒的输沙量垂向分布规律, 基于稳定平衡风沙跃移运动模型和本文实验结果, 最后数值模拟研究了不同粒径组沙粒输沙量垂向分布, 与沙粒起跳速度和角度之间的关系。本文研究结果得出, 在非均匀风沙流中, 粗粒径组沙粒垂向输沙量上部符合指数递减分布但近床面区偏离指数分布, 呈现为偏大型分布, 粗粒径组对应的沙粒起跳速度和角度分布均为指数函数; 细粒径组沙粒垂向输沙量在整 个高度上均符合指数递减规律, 细粒径组沙粒对应的起跳速度分布为指数函数, 起跳角度分布为高斯函数。沙粒的平均起跳速度, 在0.4u*~2.2u* 之间变化, 随着气流风速(u*) 和沙粒粒径的增加而减小。     

青海湖湖东沙地风沙沉积物的粒度特征

通过对青海湖湖东沙地克土沙区不同类型沙丘地表沉积物粒度特征的水平变化和0～20 cm垂直变化的分析,可知自然固定沙丘的表层沉积物以细砂为主,其他沙丘以中砂为主,粒度参数随着地形起伏有不同的变化特征;随着深度的增加,粗颗粒逐渐增多,细颗粒逐渐减少,粒度参数随着深度的增加呈波动减小的趋势。通过比较分析,可得出人工治理措施对沙地地表环境的影响较大,能促进细颗粒物质的沉积,有效减少地表的风蚀量。     

金字塔沙丘粒度变化及表面过程的初步研究

莫高窟顶金字塔沙丘粒径集中分布在2.44～2.94 Φ,属细砂。标准差介于0.24～0.65之间,偏度在0.03～0.31,属于正偏级。峰度在0.78～1.72,介于宽峰态至尖峰态。沙粒粒径级配是风况、地貌与沙物质相互均衡作用的结果。金字塔沙丘存在着沙臂顶部沙最细或最粗两种粒度模式。金字塔沙丘沙丘主臂(WNW—ESE)属于在双向风环境作用下,类似于横向沙丘粒度变化模式,两坡下部以风蚀为主,丘顶附近以堆积过程为主,导致沙臂两坡粒径与分选性由下而上变细与变好。频率高、风速不大的局地气流,可将大量细沙物质搬运到金字塔沙丘主臂,造成丘底到丘顶的粒度变化不大。副臂(SW)受较强NW风力作用,具有横向及纵向沙丘粒度变化模式,整个坡面处于风蚀状态,沙臂顶部风蚀最为强烈,导致从底部到顶部的粒度逐渐由细变粗。