风沙流的基本情况分析研究

李海燕

【摘要】    风沙地形形成过程是和整个风蚀过程相联系的，同时也是风沙流与沙地表面状况、沙地的地形或障碌物相互作用的结果。基于此，本文进行了分析研究，主要包括：起沙风、风沙流、沙粒的移动方式和风沙流的结构。

【关键词】    沙地地形    风沙地形    风沙流    沙粒    风沙

一、起沙风

沙地地表的沙粒有不同的形状、比重和体积，因而每个沙粒都有一定的重力。风欲移动这些沙粒时，风力必须大于沙粒的重力，沙粒才能移动。使沙粒移动的临界风速称为起沙风。风移沙粒不仅是风力和沙粒重力的矛盾统一，而且在不同的沙地地表情况下，受沙地水分和地表粗糙度及粒径的影响。干燥的沙粒容易被移动，粗糙的地表摩擦力大，常需较大的风力才能使沙粒移动。因此，起沙风的风速是一个变数，它取决于风力、沙粒的粒径以及沙地水分和沙地地表状况等。根据试验站的观测，粒径为0.15mm的细沙较，在光板地上风速5.2m/s就开始移动;同样的粒径在粗沙表画，必5.85m/s才能移动。在光板地上移动0.25mm粒径的细沙，风速就需达到6.Sm/s，正因为在不同条件下，起沙风的风速是个变数，而且和观测风速的高度有关。因此，产生了不同研究者提出的不同起沙风的风速值。根据上述观测资料，一般细沙粒开始移动沙表附近的风速为4.0m/s。一般气象站观测资料都是8m高处的风速，而风速受地表的摩擦，愈近地表风速愈小。

二、风沙流

当起沙风吹拂沙表面时，将疏松的沙粒扬起，并卷入运动的气流中随之搬运前进，即形成风沙流。风沙流形成的原因：根据空气运动力学的观点分析，沙粒所处的表面附近压力存在着差别时，或者是当气流中不同高中度上存在着速度梯度的情况下，在沙粒的附近产生种上升力，当上升力大于沙粒的重力，并克服了沙表面的摩擦力时，沙粒即被卷入气流而形成风沙流。影响沙粒上升力的因素是风速和风速梯度;而阻碍沙粒脱离地表的因素是沙粒的质量、形状和体积的大小、沙粒之间胶结的程度以及沙表面的粗糙度等。据观测，随着沙粒粒径的增大，起沙风的风速也必须增大;在较粗糙的地表上，由于地表对沙粒的摩擦阻力增大，起沙风也必须增大。

三、沙粒的移动方式

当风力大于起沙风的情况下，沙粒开始移动。沙粒的移动，因沙粒的大小及比重不同，基本上可分为三种方式：

（一）滑动或滚动沙粒沿地表面不均匀的移动，最粗沙粒是这样移动的。粗沙粒径为0.5～1.0mm。

（二）跳跃式移动沙粒从沙表面跃起，在风沙流中沿抛物线形状运动后，又降落到地面、然后继续跃起，或在撞击沙表时失去运动的能力，使其他沙粒移动。大部分中沙和细沙以跳跃式移动为主。中沙粒径为0.25-0.5mm;细沙的粒径为0.05～0.20m。跃动的沙粒以抛物线形状又降落到地面时，它的运动方向必然和水平方向成一定角度、这个角度为俯冲角，俯冲角一般介于10～16之间。角度的大小根據粒径大小、上升的高度和风速面定。粒径意小，风速意大，角度意平，沙粒飞的意远。以熟物找方式高速运动的颗粒，在移动中通过冲击的方式，可以推动6倍于它的直径或200倍于它的重量的表层颗粒，使重量为风力所不能单独移动的颗粒能够发生滚动因此，跃动的沙粒，更加剧了沙表的破坏，引起更多的沙粒移动。在中等风速时，跳跃运动的沙粒也是沙粒移动的主要方式。

（三）悬浮式移动沙位离开地表，一直在风沙中运动，直至风沙演情况发生变化使其降落到地面为止。以这种方式移动的沙粒主要是细沙和粉沙。粉沙的粒径0.01细沙或粉沙悬浮流动的结果，使沙地细粒含量减少，因面使沙地受质上的损失。0.05mme风速愈大，沙粒跃移盒高。根据观测，在7m/k的风速下，滚动沙粒活动的高度不到1cmi;跃动的沙粒活动的高度不到60cm;悬浮的沙粒高度60cm以上。当风速增大至8.7-10.5m/s时，它们活动的高度也增加，滚动的可达1cm左右跃动的沙粒高达100cm，悬溶的可达150cm以上。

四、风沙流的结构

风沙流的结构是指沙位在气流（风）中的分布。也就是说风沙流在距地表不同高度上的密度差异。这种差异是由风沙流中沙粒移动的方式和每一种方式移动的数量不同而成的。风沙流的密度和高度存在着一定的规律性，在同一风速作用下，风沙流各部分沙粒的密度与高度成反比。即距地面盒高，密度愈小，90%左右的沙粒在距离地表很近的10cm高度，而在其余高度不超过30cm的空气层中，仅有10%的沙粒。风沙流的强度（含沙量的大小）随风速的变化而变化。当风速增大，风沙流中的总含沙量也增大。据甘肃民勤治沙站实测，在7m/s风速之下，距地面2m高的范围内，风沙流在2小时内通过1m2断面的总输沙量为42.4kg，当风速增加为8.7m/s时，风沙流中的总输沙量为934.2kg，增加了1倍多。但由于沙粒对气流也有反作用，在同一风速下，沙量的进一步增加，就会导致气流的负荷过重而使气流速度降低和含沙量的降低。