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1、风蚀与风积作用培训课件一、风蚀与风积作用的概念1.感念风和风沙流对地表物质的吹蚀和磨蚀作用,统称为风蚀作用。其中风将地面的松散沉积物或基岩上的风化产物吹走,使地面遭到破坏称吹蚀作用。风沙流以其所含沙粒作为工具对地表物质进行冲击、磨损的作用称磨蚀。如果地面或迎风岩壁上出现裂隙或凹坑,风沙流还可钻入其中进行旋磨,其结果是大大加快了地面破坏速度。 风沙流运行过程中,由于风力减缓或地面障碍等原因,使风沙流中沙粒发生沉降堆积时称风积作用。经风力搬运、堆积的物质称为风积物。 2.搬运过程气流搬运沙量的多少是由风力大小决定的。在一定风力条件下气流可能搬运的沙量称为容量(相当于水流的挟沙力),气流中实际搬运的
2、沙量称风沙流的强度,容量和强度的单位可取g/cm2·h。强度与容量之比称为风沙流的饱和度,这也是一个无量纲参数。此比值越小风沙流的风蚀能力就越大。若风沙流容量减小,则侵蚀力下降或发生沙粒的堆积。 在风沙搬运过程中,当风速变弱或遇到障碍物(如植物或地表微小起伏),以及地面结构、下垫面性质改变时,都会影响到风沙流容量而导致沙粒从气流中跌落堆积。如果地表具有障碍物,气流在运行时会受到阻滞而发生涡漩减速,从而消弱了气流搬运沙粒的能量(容量减小),使风沙流中多余部分的沙粒在障碍物附近大量堆积下来,形成沙堆。这种因障碍(包括地表的急剧上升或下降)形成的堆积,称之为遇阻堆积。堆积的强度取决于障碍物
3、的性质和尺度,障碍物愈不透风,涡流减速范围愈大,沙粒的堆积也愈强烈,形成较大的沙堆。 地面结构、下垫面改变引起沙粒堆积,主要是由于不同表面结构具有不同的输沙率和不同的风沙流结构所致。根据风洞实验和野外观察,沙粒在坚硬的细石床面(如沙砾戈壁)上运动和在疏松沙床上运动是不同的。前者沙粒产生强烈地向高处弹跳(图4.8),增加了上层气流搬运的沙量,并且沙粒在飞行过程中飞得更远,在沿下风方向的一定范围内,和地面冲撞的次数减少了,因而气流因补给沙粒动量而消耗的能量也减少了,所以,对于气流的阻力减少。后者沙粒的跃移高度和水平飞行距离都较小,在搬运过程中向近地面贴紧,下层沙量增加很大,也就增加了近地面气流的能
4、量消耗,减弱了气流搬运沙粒的能力。 因此在一定风力作用下,松散沙床面上的输沙率比坚硬细沙床面上的输沙率要少得多。正是由于松散的沙质床面上的输沙率低,风易被沙所饱和。所以我们在野外常会看到在疏松的沙土平原上一般要比沙砾质戈壁上积沙多,易于形成沙堆。当然沙砾戈壁上在没有障碍物(地形起伏或人为障碍)的情况下,一般不易于积沙的原因,还与其沙粒的供应不充分(沙粒因受细石的掩护,在一般风力下不易起沙)、风不易为沙粒所饱和有关。这种因地面结构改变,或由于外在阻力的影响,地表风逐渐变弱,使容量减小而产生的堆积,称为停滞堆积。回到最上面 二、风沙蚀积作用与沙丘的运动 沙漠中各种类型的沙丘都不是静止和固定不变的,
5、而是运动和变化的。沙丘的移动是通过沙粒在迎风坡风蚀、背风坡堆积而实现的。 1.沙丘移动方向沙丘移动的方向取决于有一定延续时间的起沙风的风向,移动总方向与大于起沙风的年合成风向大体相一致,但不完全重合,二者之间有一交角。例如新疆莎车阿瓦提地区沙丘移动的总方向平均为南50°东,而起沙风的年合成风向是北40°西。皮山地区沙丘移动的总方向平均为南70°东,而起沙风的年合成风向是北70°西。 2.沙丘移动方式沙丘移动方式取决于风向及其变化,它可分为三种方式,其一为前进式,即在单一的风向作用下终年保持向某一方向移动;其二为往复前进式,即在两个风向相反而风力大小不等的
6、情况下往复向前移动;其三为往复式,即它是风力大小相等而风向相反的情况下产生的往复移动。 3.沙丘移动速度沙丘移动速度主要取决于风速和沙丘本身的高度,如果沙丘在移动过程中,形状和大小保持不变,则迎风坡吹蚀的沙量应该等于背风坡堆积的沙量。 横向沙丘由于走向与主风向垂直,在同等风力条件下有效作用面积最大,因此在各种类型的沙丘中移动速度是最快的。纵向沙丘除横向移动外,还有纵向移动的特点,以新月形沙垄为例,它不仅沿着垂直于沙脊的方向移动,还沿着脊线方向移动。在两个锐角相交风的作用下,运动的总方向既不与沙垄垂直,也不单纯地沿着沙垄纵向伸展,而是与沙垄构成一个斜交的角度,交角介于2540°之间,移
7、动速度比横向沙丘要慢的多。 复合型沙垄的运动是通过覆盖其上的新月形沙丘和沙丘链的运动来实现的,根据航空相片查明,整个复合型沙垄基本上平行于合成风向,或两者呈小角度的斜交关系,而其上叠加的次生新月形沙丘和沙丘链,它们和整个垄体构成90°的交角,且与风向近于垂直。 金字塔沙丘是多向风作用下的一种典型沙丘类型。它虽属裸露沙丘地貌形态,但因其形成的动力条件是多方向风的作用,且各个方向风的风力较为均衡,故沙丘来回摆动,但总的移动量并不大。 复合型横向沙丘(如复合型新月形沙丘和复合型新月形沙丘链等)表面层层叠置着次一级的新月形沙丘和沙丘链,沙丘的移动则是通过复盖在其上的次一级沙丘的移动来实现的。这种复合型沙丘移动速度比简单类型沙丘慢许多。 沙丘移动速度除了受风速和沙丘本身高度的影响外,还与沙丘的水分含量、植被状况及下伏地貌条件的差异性等多种因素有关。沙丘在湿润时,沙粒的粘滞性和团聚作用较强不易被吹扬搬运,所以影响到沙丘移动的速度降低。沙丘下伏地面有起伏时也能降低其上沙丘移动的速度。植被对沙丘移动速度的影响,在于沙丘上生长了植被后增加了其粗糙度而消弱了地表风速,减少了沙粒吹扬搬运的数量,从而使沙丘移动速度大大减慢,甚至完全静止。所以植物固沙是治理沙漠的重要措施。
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