風對沙區地形形成的作用以及沙丘的移動分析

摘要：從表面上看，由于風的作用使流動沙地的外貌形態是復雜的。但是所有這些外貌不同的形態，卻存在著互相聯系，甚至相互過渡的性質，而且往往在一定條件下，總是遵循著一定的規律發展和變化的。對此，本文分析研究了新月形沙丘地貌的形成情況，新月形沙丘鏈的形成情況，以及沙丘的移動情況。

關鍵詞：沙區地形 ? 風沙地形 ? 新月形沙丘 ? 沙丘地貌 ? 沙紋 ? 沙浪

一、新月形沙丘地貌的形成情況

有外國學者將新月形沙丘地貌的形成過程分成四個階段，即沙紋、沙浪、沙峰、新月形沙丘。

（一）沙紋的形成。是沙地表面形成的波紋，它是流沙在地形發展中的最初形狀。風移沙粒以后，沙地表層的沙粒就發生了按粗細分選的現象，移動得慢的最粗的沙粒，沿地表液動，并聚積成小沙堤，兩個沙堤之間間隔著一定的距離，這就是沙紋。根據風速和沙粒粗細不同，沙紋的距離（指沙紋脊與沙紋之間的距離）也不同，沙紋脊的高度變化情況也不十分明顯，一般而論大約在1.5米～2米之間的范圍內。沙紋移動的情況，沙紋是按著波浪形向前移動，表層沙粒在沙堤的向風坡上滑動或滾動，達到沙脊后，又向下滾動，這就引起了沙紋的移動。沙紋的移動速度很慢，根據觀測資料，在5m/s風速條件下，1.0m長的一個沙紋脊上，1.0cm厚的沙地表層，每小時移動20cm，7m/s風速下移動30cm。

（二）沙浪的形成。沙紋形成后就在沙紋脊的背風部，形成穩定的水平渦旋。渦旋的方向與主風方向不一致，這種渦旋不僅對沙表粗沙的移動，而且對風沙流都起著一定的阻礙作用。沙紋背部的渦旋和空氣層中的渦旋相互作用，方向相同的使水平渦旋具有一種新的回轉速度，兩方向相反的則互相抵消。這種情況造成沙表風速的不均勻現象，使沙粒從風沙流中不均勻的落下;另一方面，由于地表粗糙度和地形起伏的變化，會造成沙紋移動速度的差別，使沙紋聚積起來。風沙流和沙表相互作用的結果，逐漸形成沙浪（或平形沙堆的小地形）。在個別情況下，沙浪的基部寬達2m，高達20-25cm。

（三）沙峰的形成。新月形沙丘錐形的形成。當中等風速時風繞著沙浪流動，并不形成渦旋。但是風速很大時沿著沙浪運動的氣流以很快的速度越過沙浪頂部。在沙浪的青風部處于平靜無風狀態，因而氣壓較大，于是從氣壓大的背風部前方，因氣流急速流過，壓力變小，沙浪的背風部前方產生了氣流。這個氣流的方向與越過沙浪頂部氣流的方向相反。反向氣流與越過沙浪頂部的氣流相互作用的結果，減低了一部分風力，因而使風沙流中的沙粒沉積，在沙浪的背風部就形成了不大的落沙坡。落沙坡與向風坡很顯然被峰頂線區分開。這樣的地形稱之為沙峰。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。沙峰要進二步形成新月形沙丘，必須在風沙流密度增大的條件下，使沙峰在大風季節結東時，形成不低于50cm高的沙丘。當沙峰能達到這一高度時，那么在其背部就能形成獨特的渦旋，并有可能向前移動和繼續增加高度，最后形成新月形沙丘。如果達不到上述條件，則沙丘的維形極易被其他方向的風吹垮。當風沙流運動過程中遇到各種障礙物時（如起伏的地形、沙生灌木以及人工改造過的小地形等），不久以后，該障礙物被埋沒。這時氣流開始從這個新形成的小丘的上面和兩側遷回而過。如風沙流密度很大則小丘上部連續有沙粒堆積著，使其面積和高度不斷增加，小丘兩側向前移動而逐漸變成兩個順風的獸角，這時舌狀沙丘就變成了新月形沙丘。新月形沙丘的特征是有兩上不同的坡面：平緩和稍凸起的迎風坡，以及陡峭和稍凹的背風坡。較細的沙粒形成的落沙坡較陡;相反，較粗的沙粒所形成的落沙坡較緩。在迎風坡和風坡相聯接的地方形成弧形的沙著。新月形沙丘的高度變化很大，由0.5m～10～15m。

二、新月形沙丘其他的情況分析

（一）新月形沙丘鏈的形成情況。新月形沙丘鏈是由許多個別的新月形沙丘左右相連而形成。曲折的沙丘鏈，每一個曲弧都有一個較高的峰頂。兩個相鄰的峰頂之間稍凹一些，好似單個新月形沙丘兩翼的獸角相連接在一起一樣。新月形沙丘鏈的迎風坡和落沙坡都和新月形沙丘相似。新月形沙丘鏈的高度一般在3～15m范國內，有些地區可達30m。

（二）格狀新月形沙丘。格狀新月形沙丘由兩個相互垂直的新月形沙丘鏈構成的。原因有兩個方面，一是當有互相垂直的兩種風向經常交替吹刮時。二是平行的新月形沙丘鏈的進一步發展而成。因為在毎一個新月形沙丘鏈上高低起伏不同，低處向前移動的較快，趕上前列沙丘鏈，就形成了另一個與主風方向平行的沙丘鏈。

在騰格里沙漠的南緣沙坡頭地區，這一類型的沙丘是由主要風向西北風和次要風向東北風造成的。據中衛鐵路防沙研究站記載，這類沙丘縱橫長度一般為50～100m。高度（橫向與西北風垂直的）為5～30m，縱向的（與東北風垂直的）約5～10m。背風坡約30°，迎風坡20左右，中間是一個注地。這類沙丘因沙丘鏈靠近，沒有新月形沙丘鏈的低洼而平坦的丘間低地，而在四周沙梁包固之下當中形成一個很深的圓穴。所以西北群眾有的把這類沙丘稱為“牛眼睛沙”。這類沙丘往往分布在大面積流動沙地的中心，它的周固分布著新月形沙丘鏈，因此在自然界經常見到新月形沙丘鏈和格狀新月形沙丘之間的過渡類型。格狀新月形沙丘一般比新月形沙丘鏈高大，移動速度也比新月形沙丘鏈緩慢。

（三）綜合新月形沙丘。在流沙層很厚的沙區，沙丘能堆積成很大的沙山。在這些沙山上又形成新月形沙丘鏈，在丘間低地并伴生著其他類型的沙丘，這類沙丘稱為綜合新月形沙丘。因此，綜合新月形沙丘是指高50-150m，具有顯著不對稱斜坡的大沙丘。迎風坡緩而長，背風坡陡而短，在迎風坡上又發育著一系列有規則排列的新月形沙丘鏈，而丘間低地上還有其他類型的沙丘。這類沙丘一般分布在大沙漠地帶。

（四）沙壟的形成。沙壟是單向風或在數個近似的定向風的條件下形成的。沙壟兩則斜坡比較對稱，高度不大，但較長，移動較緩。在河西走席沙漠民動、沙井子地區，這類沙丘可達650～700m，最長達1200m;寬度40～60m，最寬200m。

（五）金字塔形沙丘。這類沙丘發生在主要氣流為山勢障礙返回的氣流產生干擾，造成巨大渦旋的地區。由于多個風向的相互作用，把沙子吹揚堆積起來，形成金字塔形沙丘。在塔克拉瑪干民豐一帶，這類沙丘的高度可達100-200m左右。

（六）沙堆的形成。在水分條件較好，植物生長較好的地方，風沙流被植物阻攔，發生堆積而形成。有些不怕沙壓的植物，沙堆能不斷增高。如自刺堆，一般能高達3m。在塔里木和柴達本盆地的檉柳沙堆，一般情況下可以高達5～10m，最高可以達到30m。

三、沙丘的移動情況分析研究

研究沙丘移動規律在治沙工作中具有很重要的意義。為固定流沙首先應該掌握沙丘的移動規律，以便用人工的方法來控制沙丘的移動。不同類型的沙丘雖然有其不同的移動持點，但有其共同的規律。本節著重討論新月形沙丘的移動問題。沙丘的移動方向和速度決定于沙丘的內部條件如機械組成、濕度、植被狀況和外部條件，如風向、風速、風的延續時間、風沙流的密度等。沙丘移動和固定的過程，應該看做是沙丘內部條件和外部條件矛盾的對立統一過程。與新月形沙丘鏈橫軸成直角吹來的風沙流密度很小的強風，遇到沙丘基部的沙粒之后，使沙粒大量移動，直到最大的吹蝕量，并不斷的改變迎風坡的坡角，使其適應當時的風力為止。與此同時，風沙流也達到極限飽和的程度，這時吹蝕才逐漸減弱，并有少量的沉積。沿迎風坡移動的沙粒到達沙脊后，即進入迎風坡的渦旋區，再往前移一段越過沙脊，就借重力作用落在落沙坡上。如果風力較弱，沙粒不能沿著較大風力形成的迎風坡上去，而在迎風坡的基部逐漸沉積，并在這里逐漸形成較緩的坡面，直到沙粒能夠借減弱的風力沿這個新坡面向上吹去為止。與此同時，風吹去新月形沙丘頂部的沙粒，使其降落在落沙坡上，于是新月形沙丘的高度開始降低。

在上游風蝕區有充足的沙子供給，使風沙流的密度能保持很大的條件下，由于沙丘所造成的摩擦阻力，將一部分沙粒沉積，一部分沙粒吹走。因來沙量大于去沙量，沙丘體積就會不斷擴大，其高度也不斷增高。在5m/s以上某種穩定風速的條件下，新月形沙丘橫斷面上沙粒的移動情況，可劃分成幾個區。

（一）吹揚區。當風沙流沒有從外面帶來懸浮流動的沙粒時，在吹揚區一般只產生沙粒離開沙丘表面的現象。

（二）轉移和交換區。從吹揚區吹來的沙粒，在這里自然的被分類。當風沙流撞擊緩坡上、中部的表面時，沙粒就開始按顆粒的粗細分開，由于風沙流對沙表產生的機械作用，進入本區的沙粒一部分落下;另一部分引起新的沙粒離開地表，卷入風沙流，并增大風沙流的密度，隨著日益加快的風速，繼續向前移動。然而當風速不大時，風沙流的強度也不大，大量沙粒成沙紋狀，從吹揚區急劇向這里移動，使迎風坡的表面逐漸增高。因此在這一區內，看不到直接的吹揚現象，而是外來的沙粒在這里轉移和交換。

（三）堆積區。由于在沙脊的背風面形成的反向渦旋，使從沙資上飛下來的沙粒卷入渦旋，落在落沙坡上。呈沙紋狀流動的沙粒，到達沙脊后，即在本身重量的影響下，順坡面滾下，并按其重量和粒徑的大小分別落在落沙坡的各層中。

（作者簡介：李海燕，工程師，現任職于吉林省白山市水土保持試驗站，研究方向為水土保持方案編制，水土保持環境監測與驗收，小流域綜合治理等。）