风对沙区地形形成的作用以及沙丘的移动分析

摘要：从表面上看，由于风的作用使流动沙地的外貌形态是复杂的。但是所有这些外貌不同的形态，却存在着互相联系，甚至相互过渡的性质，而且往往在一定条件下，总是遵循着一定的规律发展和变化的。对此，本文分析研究了新月形沙丘地貌的形成情况，新月形沙丘链的形成情况，以及沙丘的移动情况。

关键词：沙区地形   风沙地形   新月形沙丘   沙丘地貌   沙纹   沙浪

一、新月形沙丘地貌的形成情况

有外国学者将新月形沙丘地貌的形成过程分成四个阶段，即沙纹、沙浪、沙峰、新月形沙丘。

（一）沙纹的形成。是沙地表面形成的波纹，它是流沙在地形发展中的最初形状。风移沙粒以后，沙地表层的沙粒就发生了按粗细分选的现象，移动得慢的最粗的沙粒，沿地表液动，并聚积成小沙堤，两个沙堤之间间隔着一定的距离，这就是沙纹。根据风速和沙粒粗细不同，沙纹的距离（指沙纹脊与沙纹之间的距离）也不同，沙纹脊的高度变化情况也不十分明显，一般而论大约在1.5米～2米之间的范围内。沙纹移动的情况，沙纹是按着波浪形向前移动，表层沙粒在沙堤的向风坡上滑动或滚动，达到沙脊后，又向下滚动，这就引起了沙纹的移动。沙纹的移动速度很慢，根据观测资料，在5m/s风速条件下，1.0m长的一个沙纹脊上，1.0cm厚的沙地表层，每小时移动20cm，7m/s风速下移动30cm。

（二）沙浪的形成。沙纹形成后就在沙纹脊的背风部，形成稳定的水平涡旋。涡旋的方向与主风方向不一致，这种涡旋不仅对沙表粗沙的移动，而且对风沙流都起着一定的阻碍作用。沙纹背部的涡旋和空气层中的涡旋相互作用，方向相同的使水平涡旋具有一种新的回转速度，两方向相反的则互相抵消。这种情况造成沙表风速的不均匀现象，使沙粒从风沙流中不均匀的落下;另一方面，由于地表粗糙度和地形起伏的变化，会造成沙纹移动速度的差别，使沙纹聚积起来。风沙流和沙表相互作用的结果，逐渐形成沙浪（或平形沙堆的小地形）。在个别情况下，沙浪的基部宽达2m，高达20-25cm。

（三）沙峰的形成。新月形沙丘锥形的形成。当中等风速时风绕着沙浪流动，并不形成涡旋。但是风速很大时沿着沙浪运动的气流以很快的速度越过沙浪顶部。在沙浪的青风部处于平静无风状态，因而气压较大，于是从气压大的背风部前方，因气流急速流过，压力变小，沙浪的背风部前方产生了气流。这个气流的方向与越过沙浪顶部气流的方向相反。反向气流与越过沙浪顶部的气流相互作用的结果，减低了一部分风力，因而使风沙流中的沙粒沉积，在沙浪的背风部就形成了不大的落沙坡。落沙坡与向风坡很显然被峰顶线区分开。这样的地形称之为沙峰。有固定沙峰的沙浪已具有新月形沙丘的特征。

（四）新月形沙丘的形成。沙峰要进二步形成新月形沙丘，必须在风沙流密度增大的条件下，使沙峰在大风季节结東时，形成不低于50cm高的沙丘。当沙峰能达到这一高度时，那么在其背部就能形成独特的涡旋，并有可能向前移动和继续增加高度，最后形成新月形沙丘。如果达不到上述條件，则沙丘的维形极易被其他方向的风吹垮。当风沙流运动过程中遇到各种障碍物时（如起伏的地形、沙生灌木以及人工改造过的小地形等），不久以后，该障碍物被埋没。这时气流开始从这个新形成的小丘的上面和两侧迁回而过。如风沙流密度很大则小丘上部连续有沙粒堆积着，使其面积和高度不断增加，小丘两侧向前移动而逐渐变成两个顺风的兽角，这时舌状沙丘就变成了新月形沙丘。新月形沙丘的特征是有两上不同的坡面：平缓和稍凸起的迎风坡，以及陡峭和稍凹的背风坡。较细的沙粒形成的落沙坡较陡;相反，较粗的沙粒所形成的落沙坡较缓。在迎风坡和风坡相联接的地方形成弧形的沙着。新月形沙丘的高度变化很大，由0.5m～10～15m。

二、新月形沙丘其他的情况分析

（一）新月形沙丘链的形成情况。新月形沙丘链是由许多个别的新月形沙丘左右相连而形成。曲折的沙丘链，每一个曲弧都有一个较高的峰顶。两个相邻的峰顶之间稍凹一些，好似单个新月形沙丘两翼的兽角相连接在一起一样。新月形沙丘链的迎风坡和落沙坡都和新月形沙丘相似。新月形沙丘链的高度一般在3～15m范国内，有些地区可达30m。

（二）格状新月形沙丘。格状新月形沙丘由两个相互垂直的新月形沙丘链构成的。原因有两个方面，一是当有互相垂直的两种风向经常交替吹刮时。二是平行的新月形沙丘链的进一步发展而成。因为在毎一个新月形沙丘链上高低起伏不同，低处向前移动的较快，赶上前列沙丘链，就形成了另一个与主风方向平行的沙丘链。

在腾格里沙漠的南缘沙坡头地区，这一类型的沙丘是由主要风向西北风和次要风向东北风造成的。据中卫铁路防沙研究站记载，这类沙丘纵横长度一般为50～100m。高度（横向与西北风垂直的）为5～30m，纵向的（与东北风垂直的）约5～10m。背风坡约30°，迎风坡20左右，中间是一个注地。这类沙丘因沙丘链靠近，没有新月形沙丘链的低洼而平坦的丘间低地，而在四周沙梁包固之下当中形成一个很深的圆穴。所以西北群众有的把这类沙丘称为“牛眼睛沙”。这类沙丘往往分布在大面积流动沙地的中心，它的周固分布着新月形沙丘链，因此在自然界经常见到新月形沙丘链和格状新月形沙丘之间的过渡类型。格状新月形沙丘一般比新月形沙丘链高大，移动速度也比新月形沙丘链缓慢。

（三）综合新月形沙丘。在流沙层很厚的沙区，沙丘能堆积成很大的沙山。在这些沙山上又形成新月形沙丘链，在丘间低地并伴生着其他类型的沙丘，这类沙丘称为综合新月形沙丘。因此，综合新月形沙丘是指高50-150m，具有显著不对称斜坡的大沙丘。迎风坡缓而长，背风坡陡而短，在迎风坡上又发育着一系列有规则排列的新月形沙丘链，而丘间低地上还有其他类型的沙丘。这类沙丘一般分布在大沙漠地带。

（四）沙垄的形成。沙垄是单向风或在数个近似的定向风的条件下形成的。沙垄两则斜坡比较对称，高度不大，但较长，移动较缓。在河西走席沙漠民動、沙井子地区，这类沙丘可达650～700m，最长达1200m;宽度40～60m，最宽200m。

（五）金字塔形沙丘。这类沙丘发生在主要气流为山势障碍返回的气流产生干扰，造成巨大涡旋的地区。由于多个风向的相互作用，把沙子吹扬堆积起来，形成金字塔形沙丘。在塔克拉玛干民丰一带，这类沙丘的高度可达100-200m左右。

（六）沙堆的形成。在水分条件较好，植物生长较好的地方，风沙流被植物阻拦，发生堆积而形成。有些不怕沙压的植物，沙堆能不断增高。如自刺堆，一般能高达3m。在塔里木和柴达本盆地的柽柳沙堆，一般情况下可以高达5～10m，最高可以达到30m。

三、沙丘的移动情况分析研究

研究沙丘移动规律在治沙工作中具有很重要的意义。为固定流沙首先应该掌握沙丘的移动规律，以便用人工的方法来控制沙丘的移动。不同类型的沙丘虽然有其不同的移动持点，但有其共同的规律。本节着重讨论新月形沙丘的移动问题。沙丘的移动方向和速度決定于沙丘的内部条件如机械组成、湿度、植被状况和外部条件，如风向、风速、风的延续时间、风沙流的密度等。沙丘移动和固定的过程，应该看做是沙丘内部条件和外部条件矛盾的对立统一过程。与新月形沙丘链横轴成直角吹来的风沙流密度很小的强风，遇到沙丘基部的沙粒之后，使沙粒大量移动，直到最大的吹蚀量，并不断的改变迎风坡的坡角，使其适应当时的风力为止。与此同时，风沙流也达到极限饱和的程度，这时吹蚀才逐渐减弱，并有少量的沉积。沿迎风坡移动的沙粒到达沙脊后，即进入迎风坡的涡旋区，再往前移一段越过沙脊，就借重力作用落在落沙坡上。如果风力较弱，沙粒不能沿着较大风力形成的迎风坡上去，而在迎风坡的基部逐渐沉积，并在这里逐渐形成较缓的坡面，直到沙粒能够借减弱的风力沿这个新坡面向上吹去为止。与此同时，风吹去新月形沙丘顶部的沙粒，使其降落在落沙坡上，于是新月形沙丘的高度开始降低。

在上游风蚀区有充足的沙子供给，使风沙流的密度能保持很大的条件下，由于沙丘所造成的摩擦阻力，将一部分沙粒沉积，一部分沙粒吹走。因来沙量大于去沙量，沙丘体积就会不断扩大，其高度也不断增高。在5m/s以上某种稳定风速的条件下，新月形沙丘横断面上沙粒的移动情况，可划分成几个区。

（一）吹扬区。当风沙流没有从外面带来悬浮流动的沙粒时，在吹扬区一般只产生沙粒离开沙丘表面的现象。

（二）转移和交换区。从吹扬区吹来的沙粒，在这里自然的被分类。当风沙流撞击缓坡上、中部的表面时，沙粒就开始按颗粒的粗细分开，由于风沙流对沙表产生的机械作用，进入本区的沙粒一部分落下;另一部分引起新的沙粒离开地表，卷入风沙流，并增大风沙流的密度，随着日益加快的风速，继续向前移动。然而当风速不大时，风沙流的强度也不大，大量沙粒成沙纹状，从吹扬区急剧向这里移动，使迎风坡的表面逐渐增高。因此在这一区内，看不到直接的吹扬现象，而是外来的沙粒在这里转移和交换。

（三）堆積区。由于在沙脊的背风面形成的反向涡旋，使从沙資上飞下来的沙粒卷入涡旋，落在落沙坡上。呈沙纹状流动的沙粒，到达沙脊后，即在本身重量的影响下，顺坡面滚下，并按其重量和粒径的大小分别落在落沙坡的各层中。

（作者简介：李海燕，工程师，现任职于吉林省白山市水土保持试验站，研究方向为水土保持方案编制，水土保持环境监测与验收，小流域综合治理等。）