土壤侵蚀类型

4.1.3 风沙流及其结构特征
风沙流是气流及其搬运的固体颗粒（沙粒）的混
合流。它的形成依赖于空气与沙质地表两种不同密度
物理介质的相互作用，而它的特征对于风蚀风积作用
的研究及防沙措施的制定有重要意义。
风沙流结构
风沙流中沙粒随高度的分布称为风沙流结构。
根据野外观测，气流搬运的沙量绝大部分（90%以 上）是在沙面以上30cm的高度内通过的，尤其是集 中在0～10cm的高度（约占80%）.
4.1 风沙运动
风沙运动是一种贴近地面的气流对沙粒的搬运现
象。
4.1.1 近地层风的性质
大气对流层中贴近地面wenku.baidu.com00m范围内的气层称为近地层， 一切风沙运动都与本层大气的性质及活动状况有关，因此也
是风力侵蚀学研究的重点。
层流和紊流
层流的空气质点运动轨迹平稳，邻近的空气质点平衡运
动，互不干扰。 紊流的空气质点运动不规则，并且互相干扰，各气流层 层间夹杂了大小不同的涡旋运动。 层流大气是否失去其稳定性取决于流体的惯性力与粘滞 力之间的比例关系。
之间，移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。
式中：U*――摩阻速度（或剪切速度），U*＝（τ/ρ）；
U 5.75U * lg z z0
τ――地面剪切力；ρ――空气密度；U――高度为z处的风速；
K――卡曼常数（为0.4）； z0――光滑床面与空气粘滞性 有关的参数，在床面粗糙时则等于标志床面粗糙度的特征高度。
4.1.2 沙粒的运动(movement of sand granule)
沙粒起动机制(moving mechanism)
半个多世纪以来，中外科学家对静止沙粒受力起动机制进 行了深入的研究，并形成了多种假说，如冲击碰撞说，压差升
力说及湍流的扩散作用说等，但都没有圆满地解决这一问题。
1980年吴正和凌裕泉在风洞中用高速摄影方法对沙粒运动 过程进行了研究。沙粒碰撞所产生的冲击力在沙粒起跳中起主
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，沙
丘移动速度与其高度成反比，而与输沙量成正比，所以沙 丘移动的速度也就同样和风速的三次方成正比。
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，运动 的总方向与沙垄构成一个斜交的角度，交角介于25～40°
式中: Q0-1―0～1cm高度气流层内搬运的沙量（g/min或 %）；
Q2-10―2～10cm高度气流层内搬运的沙量（g/min
或%）。
风沙流的固体流量
气流在单位时间通过单位宽度或面积所搬运的沙 量叫做风沙流的固体流量，也称为输沙率。
影响输沙率的因素是很复杂的，它不仅取决于风 力的大小、沙粒粒径、形状和其比重，而且也受沙粒 的湿润程度、地表状况及空气稳定度的影响。
导作用。
临界风速与起沙风(critical wind speed)
假定地表风力逐渐增大，达到某一临界值后，地表沙粒脱 离静止状态开始运动，这时的风速称为临界风速或起动风速， 一切大于起动风速的风称为起沙风。
起动风速与沙粒粒径、地表性质、沙粒含水率等多种因素
有关。国内外专家研究证实，在一般情况下起动风速和沙粒粒 径的平方根成正比。
4.2 风蚀与风积作用
4.2.1 风蚀与风积作用的概念
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。 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。
不同床面上沙粒的跳跃运动差别
4.2.2 风沙蚀积作用与沙丘的运动
土壤侵蚀原理
主讲：陈奇伯
第四章 风力侵蚀
第4章 风力侵蚀（Wind Erosion）
教学目的：分析风力侵蚀发生机制及其发展规律，阐述
风力侵蚀形式及影响风力侵蚀的自然因素。
教学方法：以学生课外自学为主，教师辅导和参阅课外
书为辅。
计划学时：约2学时。
第 4 章 风力侵蚀
4.1 风沙运动 4.2 风蚀与风积作用 4.3 沙漠化成因与类型 4.4 沙尘暴
湍流与地表粗糙度(roughness)
湍流运动是一种叠加在一般流动上的不规则的旋涡状的 混合运动。湍流发生时，通过旋涡运动进行风的动能的传递和
交换。
风吹过地表时，受地面磨擦阻力的影响，风速减小，并把 这种阻力向上层大气传递。由于摩擦阻力随高度增加而减小， 故风速随高度而增大。
但风速不是与高度、而是与高度的对数值成正比，说明风 速廓线是随高程呈对数分布的，其形式为：
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。
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 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。
风沙流结构特征值
近地表气流层沙粒分布性质，即风沙流的结构
决定着沙粒吹蚀与堆积过程的发展。 前苏联学者兹纳敏斯基提出了采用 Qmax/Q 的比 值（用S表示）作为风沙流结构的指标（Qmax为气流 中0～1cm层的沙量），称之为风沙流的结构数。
为了说明风沙流的结构特征与沙粒吹蚀、搬运和堆积的 关系，吴正等人引用了特征值λ 作为判断的指标，风沙流 结构特征值λ （无量纲）为： λ ＝Q2-10/Q0-1
沙粒粒径与起动风速关系
沙粒运动形式
据观测研究，风沙流中沙粒依风力大小、颗粒 粒径、质量不同而以悬移、跃移、蠕移三种形式向 前运动。
当沙粒起动后以较长时间悬浮于空气中而不降
落，并以与风速相同的速度向前运动时称为悬移。 悬移运动的沙粒称为悬移质。
沙粒在风力作用下脱离地表进入气流后，降落
到沙面时有相当大的动能，能使其降落点周围的一 部分沙粒受到撞击而飞溅起来，造成沙粒的连续跳 跃式运动。沙粒的这种运动方式称为跃移，跃移运 动的沙土颗粒称为跃移质。 沙粒在地表滑动或滚动称为蠕移，蠕移运动的 沙粒称为蠕移质。