風成沙丘數值模擬研究綜述

管 超，陶彬彬，劉 丹，周炎廣

（北京師范大學資源學院，北京 100875）

關于風成沙丘的研究，人們從靜態或當前狀態的沙丘場中的沙丘形態以及分布規律認識到風成沙丘的形成是一個長期的過程，短期內無法解決。早期采用野外觀測的方法進行定性研究，這有很多弊端。有些學者采用風洞實驗以及水槽試驗來模擬沙丘的動力環境，但是其問題在于相似性不夠，雖然利用特征尺度的概念可以分別得到大氣環境和水環境下的特征尺度值［1］，保證了幾何相似性，但是由于尺度縮小后動力發生變化，動力相似并沒有很好解決；還有，由于野外觀測環境和儀器精度問題的限制，特別是沙丘背風坡流場的湍流度較高，野外觀測和風洞試驗都很難對流場的詳細結構和剪應力分布給出滿意的結果。因此既能夠保證幾何相似和動力相似又能夠長時間、大范圍的實現風成沙丘的仿真研究，計算機數值模擬的引入就顯得極其重要，同時也可以很快地給出不同沙丘的形狀參數。就目前的研究現狀而言，計算機數值模擬主要從以下兩個方面來實現：一方面通過模擬沙丘形成各個階段表面流場的狀況來反演出沙丘各個階段的形態變化；另一方面通過“沙體元”的遷移計算其沉積概率來實現“沙體元”的堆積與侵蝕，進而得到沙丘的形成過程。這兩方面分別是從沙丘的外在流場和內部積蝕的角度來模擬，相關理論已經較為完善，但仍有局限性，與野外實測數據仍存在誤差。……