风沙物理学

风沙物理学

一、实习目的及意义

本次实习是在榆林市，它位于陕西最北部，地处陕甘宁、蒙晋交界接壤地带，东临黄河与山西相望，西连宁夏、甘肃、北临内蒙，南接本省延安市。本次实习让我对沙漠或沙地的起源、形成、现状和发展，风沙运动规律和防沙措施有了实际和直接的了解和理解。

多门学科的综合应用会使我们对待问题的全面了解和更好地解决。学以致用，实践是检验真理的唯一标准，理论联系实际，从实践中总结规律。

二、实习内容

1.榆林沙区沙物质来源

榆林沙区乃至整个毛乌素沙地的沙物质主要是第四纪时期，甚至更早的地质时期，地质地貌形成演变过程的产物，而这一时期以及现代的河湖相沉积物普遍含沙量较高，从一定意义上讲，榆林沙区的沙物质可以是无限的。榆林沙区荒漠化自然发生发展的现象也是普遍存在的，如河流阶坎滩地，沙丘迎风坡等自然风蚀，流动沙丘的迁移等。

至第四纪早期，随着黄河水系的逐渐形成，黄土高原流经毛乌素沙地的河流逐渐发育形成，主要：无定河、榆溪河、窟野河、佳芦河等，在河流形成的同时，河流河漫滩和阶地上的土地向沙漠化发展，构成河流谷地就地起沙型沙漠化，就无定河本身的现代河床沙漠化而言，主要为风沙活化所形成的。

红碱淖是由于今年来湖泊面积减少而加剧了沙漠化过程。

红石峡坐落于榆林城北三公里的长城脚下，因山皆红石而得名，其第三纪砂岩风化现状也存在众多问题。

2.沙漠化过程及其变迁

榆林市处于毛乌素沙漠和陕北黄土高原的交错地带，地貌、地形较为复杂，由东南向西北，即黄土梁峁区、黄土梁岗和沙漠滩地、不同地貌单元的土地沙漠化有所不同，且该地为温带大陆性季风气候，特征为气温低，干燥多风。

自然条件是榆林地区沙漠化发生和发展的客观因素，不合理的人类活动则是沙漠化的诱发因素。从地质背景分析，榆林地区的沙漠化受全球气候变化，青藏高原抬升，西风环流变化，东亚季风的综合控制。第四纪早期受青藏高原升降影响，鄂尔多斯高原持续抬升，河流下切加剧，毛乌素地区早期湖泊泄水，在该区留下大量的河湖相砾石沉积，为沙化提供物质基础。第四纪以来该地区气候在流动中向干旱趋势发展，在冰期气候干旱寒冷，植被减少，地表砾石裸露，在强劲的季风吹扬下，沙漠扩展，大量的粗颗粒物质沉降在长城沿线陕北地区。全新世纪以来，全球气候便得相对暖和湿润，在流沙之上形成一层黑垆土，将流动沙覆盖固定。由于农垦等人类活动以及河流的切割作用，黑垆土流失，下层沙层裸露，固定的沙层活化，形成土地沙化沙源。在风化作用下吹扬至山坡地表，使土地沙化。干旱多风的气候是本地沙漠化流失过程的最主要的自然营力。本区另一个气候特点是风大，风沙活动频繁。

在沙漠化进程中，位于靖边县的统万城，它当时是西夏王国的都城，今年来，由于风沙吹蚀，雨水冲蚀和打击作用下，城堡外层呈现坑洼不平，大小不一的风蚀空隙，同时不合理的人为活动加剧了其破坏程度和侵蚀程度。

在榆林地区脆弱的自然环境下，不合理的人类活动则引起了土地沙漠化的发生和发展，主要是过度放牧，过度开垦和过度樵采等，植被的破坏加剧了土地荒漠化的进程，总之，全球气候的变化以及脆弱的生态环境是榆林地区的土地沙漠化的发生和发展有着直接与客观的联系，再加上人类不合理的经济活动更加速了沙漠化进程。

3.榆林新月形沙丘的形成以及成因

新月形沙丘的形成过程如下图所示：

新月形沙丘形成过程可以概括为四个阶段：沙堆阶段—盾状沙丘阶段—雏形新月形沙丘阶段—新月形沙丘形成阶段.

新月形沙丘形成的成因：风沙流流经沙堆产生不同的风速变化，气压不同的分布特点，沙堆顶部风速大，气压小，背风坡风速小，气压小，沙堆背风坡形成涡流，将沙子堆于沙堆背风坡两侧，并形成凹地，不断加积，沙丘增大，背风坡的沙粒因重力下滑，涡流再次吹向两侧，发育两翼，形成新月形沙丘。

4.风沙流结构特征测定方法

4.1含沙量的垂直分布

津格（1953年）用沙丘的级配傻进行风洞实验，测定了床面以上不同高度输沙律分布的函数关系，得出如下方程：

Q z=(b/2+a)1/n Q z:高程Z处输沙率b: 随沙粒粒径和剪切力而变化的常数

a: 参考高度n：指数

结论：离地面越远气流所含沙粒越细，越靠近地面气流所含沙粒越粗。

4.2风沙流结构指标

风沙流结构可用一定的指标来表示，如：兹纳门斯基对风沙流结构特征与沙子吹蚀和堆积的关系进行了风洞试验，可以得出：

风沙流结构特征值：λ=Q2-10/Q0-1

Q2-10：为2-10cm高度气流层内的输沙量Q0-1：为0-1cm高度内气流层输沙量

λ>1:处于非堆积搬运状态λ<1:处于利于气流中沙粒堆积状态

λ≈1：无堆积亦无吹蚀

5.榆林地区主要植物形态特征

5.1 黑沙蒿

别名油蒿，沙蒿。半灌木，高50-70cm，主茎不明显，多分枝，茎枝外皮暗灰色或暗灰褐色，具纵条棱，叶梢肉质，当年生枝条褐色至黑紫色，瘦果小，长卵形或长椭圆形。5.2沙米

一年生草本，高20-100cm，茎直立，坚硬，多分枝，叶互生无柄，叶脉凸出，胞果卵圆形，扁平，除基部外，周围略具翅，种子圆形，扁平。

5.3花棒

豆科岩黄芪属灌木，叶小退化成条形或条状披针形，叶两面均有附属物，为白色柔毛或糠秕状披覆物，叶均纸质，具同化枝，叶灰绿色。

5.4臭柏

常绿匍匐灌木，天然针叶灌木，根系发达，枝叶繁茂，植物表现为匍匐生长，属浅根性树种，主根不明显，侧根发达，种子近圆形。

5.5沙柳

属灌木或小乔木，叶条形或倒披针形，长1.5-5cm,边缘外卷，上部分有疏生具腺细齿，下半部近全缘，蒴果长3cm，无梗，长圆形，树皮幼嫩时为紫红色，有时绿色，有时为灰白色。

5.6沙竹

多年生根茎形沙生禾本科野生牧草，秆直立，高80-150cm,秆末端的叶鞭黄褐色，残留呈纤维状，叶片质地坚韧，常席卷长达50cm，圆锥花序直立。

6.榆林沙区沙地植物群落演替规律

流动沙地条件下，在榆林沙地封禁后，首先出现的是散生单株的籽蒿和沙竹，籽蒿具有强大的根系，不易被吹断，抗风。沙竹能在流动沙地成为先锋植物是靠柔韧细长的丛状叶和地下茎，同时流动沙地有较好的土壤水分条件，可供植物利用，加以人工利用固沙措施营造樟子松的优良地类。

在半固定沙地上，半固定沙地是流动沙地向固定沙地的过度阶段，植物种相应开始聚居，个体增加，由于不同的人为治沙措施和条件，形成不同的植物群落。

樟子松是成林性和竞争力极强的树种，只要樟子松郁闭成林，其他植物种都将被淘汰，形成纯樟子松林。

（1）紫草沙障

在流动沙地栽植樟子松，用稻麦、秸秆搭设为障，为樟子松创造了成活条件，同时也有油蒿，猫头刺开始入侵定居，在夏季雨后迅速出现短命一年生的沙米、

绵蓬等。

（2）沙柳紫穗槐活动障

在沙障搭设后，栽植樟子松，同时猫头刺、油蒿开始入侵，形成沙柳、紫穗槐与樟子松、油蒿、猫头刺群居，如果沙障间未栽植樟子松而形成踏郎、油蒿、

猫头刺群居，建群植物种紫穗槐，沙柳由优势种逐渐衰退死亡。

（3）花棒固沙障

花棒是榆林地区治沙的重要先锋树种，花冠树冠郁闭后，在林下出现一年生禾草和苔藓，冬季禾草干枯，苔藓休眠干枯形成一层坚硬的黑色结皮，花棒种

子没有实生苗，根孽力远不及踏郎，因花棒繁殖力低下，在群落中处于劣势地

位，为使衰弱的花棒复壮。

花棒经平茬改变了林地的光照条件，踏郎、油蒿趁机侵入花棒林地，禾草消失，形成踏郎、油蒿和花棒萌蘖苗群落。

总结：1、自然条件恶劣，大多数植物生长在能够生存的临界条件下。

2、沙地干旱而使得植物种减少，