風沙流的基本情況分析研究

李海燕

【摘要】? ? 風沙地形形成過程是和整個風蝕過程相聯系的，同時也是風沙流與沙地表面狀況、沙地的地形或障碌物相互作用的結果。基于此，本文進行了分析研究，主要包括：起沙風、風沙流、沙粒的移動方式和風沙流的結構。

【關鍵詞】? ? 沙地地形? ? 風沙地形? ? 風沙流? ? 沙粒? ? 風沙

一、起沙風

沙地地表的沙粒有不同的形狀、比重和體積，因而每個沙粒都有一定的重力。風欲移動這些沙粒時，風力必須大于沙粒的重力，沙粒才能移動。使沙粒移動的臨界風速稱為起沙風。風移沙粒不僅是風力和沙粒重力的矛盾統一，而且在不同的沙地地表情況下，受沙地水分和地表粗糙度及粒徑的影響。干燥的沙粒容易被移動，粗糙的地表摩擦力大，常需較大的風力才能使沙粒移動。因此，起沙風的風速是一個變數，它取決于風力、沙粒的粒徑以及沙地水分和沙地地表狀況等。根據試驗站的觀測，粒徑為0.15mm的細沙較，在光板地上風速5.2m/s就開始移動;同樣的粒徑在粗沙表畫，必5.85m/s才能移動。在光板地上移動0.25mm粒徑的細沙，風速就需達到6.Sm/s，正因為在不同條件下，起沙風的風速是個變數，而且和觀測風速的高度有關。因此，產生了不同研究者提出的不同起沙風的風速值。根據上述觀測資料，一般細沙粒開始移動沙表附近的風速為4.0m/s。一般氣象站觀測資料都是8m高處的風速，而風速受地表的摩擦，愈近地表風速愈小。

二、風沙流

當起沙風吹拂沙表面時，將疏松的沙粒揚起，并卷入運動的氣流中隨之搬運前進，即形成風沙流。風沙流形成的原因：根據空氣運動力學的觀點分析，沙粒所處的表面附近壓力存在著差別時，或者是當氣流中不同高中度上存在著速度梯度的情況下，在沙粒的附近產生種上升力，當上升力大于沙粒的重力，并克服了沙表面的摩擦力時，沙粒即被卷入氣流而形成風沙流。影響沙粒上升力的因素是風速和風速梯度;而阻礙沙粒脫離地表的因素是沙粒的質量、形狀和體積的大小、沙粒之間膠結的程度以及沙表面的粗糙度等。據觀測，隨著沙粒粒徑的增大，起沙風的風速也必須增大;在較粗糙的地表上，由于地表對沙粒的摩擦阻力增大，起沙風也必須增大。

三、沙粒的移動方式

當風力大于起沙風的情況下，沙粒開始移動。沙粒的移動，因沙粒的大小及比重不同，基本上可分為三種方式：

（一）滑動或滾動沙粒沿地表面不均勻的移動，最粗沙粒是這樣移動的。粗沙粒徑為0.5～1.0mm。

（二）跳躍式移動沙粒從沙表面躍起，在風沙流中沿拋物線形狀運動后，又降落到地面、然后繼續躍起，或在撞擊沙表時失去運動的能力，使其他沙粒移動。大部分中沙和細沙以跳躍式移動為主。中沙粒徑為0.25-0.5mm;細沙的粒徑為0.05～0.20m。躍動的沙粒以拋物線形狀又降落到地面時，它的運動方向必然和水平方向成一定角度、這個角度為俯沖角，俯沖角一般介于10～16之間。角度的大小根據粒徑大小、上升的高度和風速面定。粒徑意小，風速意大，角度意平，沙粒飛的意遠。以熟物找方式高速運動的顆粒，在移動中通過沖擊的方式，可以推動6倍于它的直徑或200倍于它的重量的表層顆粒，使重量為風力所不能單獨移動的顆粒能夠發生滾動因此，躍動的沙粒，更加劇了沙表的破壞，引起更多的沙粒移動。在中等風速時，跳躍運動的沙粒也是沙粒移動的主要方式。

（三）懸浮式移動沙位離開地表，一直在風沙中運動，直至風沙演情況發生變化使其降落到地面為止。以這種方式移動的沙粒主要是細沙和粉沙。粉沙的粒徑0.01細沙或粉沙懸浮流動的結果，使沙地細粒含量減少，因面使沙地受質上的損失。0.05mme風速愈大，沙粒躍移盒高。根據觀測，在7m/k的風速下，滾動沙粒活動的高度不到1cmi;躍動的沙粒活動的高度不到60cm;懸浮的沙粒高度60cm以上。當風速增大至8.7-10.5m/s時，它們活動的高度也增加，滾動的可達1cm左右躍動的沙粒高達100cm，懸溶的可達150cm以上。

四、風沙流的結構

風沙流的結構是指沙位在氣流（風）中的分布。也就是說風沙流在距地表不同高度上的密度差異。這種差異是由風沙流中沙粒移動的方式和每一種方式移動的數量不同而成的。風沙流的密度和高度存在著一定的規律性，在同一風速作用下，風沙流各部分沙粒的密度與高度成反比。即距地面盒高，密度愈小，90%左右的沙粒在距離地表很近的10cm高度，而在其余高度不超過30cm的空氣層中，僅有10%的沙粒。風沙流的強度（含沙量的大小）隨風速的變化而變化。當風速增大，風沙流中的總含沙量也增大。據甘肅民勤治沙站實測，在7m/s風速之下，距地面2m高的范圍內，風沙流在2小時內通過1m2斷面的總輸沙量為42.4kg，當風速增加為8.7m/s時，風沙流中的總輸沙量為934.2kg，增加了1倍多。但由于沙粒對氣流也有反作用，在同一風速下，沙量的進一步增加，就會導致氣流的負荷過重而使氣流速度降低和含沙量的降低。