风沙流的运动及结构特点.ppt
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第七章风沙地貌风对地表松散堆积物的侵蚀、搬运和堆积过程所形成的地貌,称为风沙地貌。
地表到处都可有风,但只有当风吹扬起地表松散颗粒,形成风沙流的过程忠,才能形成各种风沙地貌。
风沙地貌主要分布在干旱气候区。
那里日照强、昼夜温差大、物力风化盛行、降雨少(小于250mm/a)而集中,年蒸发量大,常超过降雨量数倍甚至数百倍,植被稀疏矮小,疏松的沙质地表裸露,特别是风大而频繁,所以风沙作用就成为干旱区塑造地貌的主要营利。
当然,风沙作用并不局限于干旱区,在半干旱区和大陆性冰川外缘,甚至在植被稀少的沙质海岸、湖岸和河岸,也有风沙作用,也可形成风沙地貌。
第一节风沙作用一、风沙流的特征风经过松散物质所组成的地表,当风速达到使沙粒脱离地表进入气流中移动的临界速度(即起沙风速)时,才能形成风沙流。
起沙风速的大小与沙粒粒径和地表性质等自然条件有关。
根据观察,在粒径0.1-0.25mm为主的干燥裸露的沙质地表中,起沙风速一般为4-5m/s。
一般来说,沙粒粒径与起沙风速呈正比,沙粒粒径愈大,起沙风速也愈大。
粒径与起沙风速的关系见下表风沙流中沙粒大小与高度的关系,一般是离地表愈高,细粒愈多,主要是悬移;愈近地表粗粒愈多,主要是跃移和蠕移。
风沙流中高度愈低含沙量愈高。
据观测,绝大部分沙粒都在离地表30cm以内,特别集中在10cm以下。
当风速为m/s时,测得含沙量90%都分布在地表10cm之内。
风沙流中含沙量不仅随高度变化,也随风速而变化,当风速显著超过起沙风速后,风沙流中的含沙量急剧增加。
风速愈大,在地表10cm内含沙量的绝对值也愈大。
二、风沙作用(一)风沙侵蚀作用风沙对地表物质的吹蚀和磨蚀作用,统称风沙的侵蚀作用。
1.吹蚀作用风吹过地表时,产生紊流,使沙离开地表,从而使地表物质遭受破坏,称为吹蚀作用。
风的吹蚀能力,与地表物质粒径的起沙风速大小直接有关。
风速超过起沙风速愈大,吹蚀能力愈强,一般组成地表的颗粒愈小,愈松散、干燥,要求的起沙风速较小,受到的吹蚀愈强烈。
风沙流运动特征及对公路的危害1 风沙运动基本规律1.1 风沙流运动的特征风沙流是指含有沙粒的运动气流。
运动的沙粒由于是从气流中获取运动的动量,因此,沙粒只是在一定的风力条件下才开始运动。
当风力逐渐增大到某一临界值以后,地表沙粒开始脱离静止状态而进入运动,这个使沙粒开始运动的临界风速称为起动风速。
一切超过起动风速的风,被称为起沙风。
起动风速是确定风沙运动发生与否及其强度的重要判据。
沙粒的起动风速主要受沙粒粒径的制约。
拜格诺根据流体在起动条件下,作用在沙粒上的迎面阻力(拖曳力)和重力的平衡,导出了沙粒开始移动的临界速度与粒径关系表达式,见下式:——临界摩擦速度;式中 U*t——沙粒密度;ρsd——沙粒的粒径;g——重力加速度;A——经验系数。
则为任何高程Z上的流体起动速度Ut——粗糙度。
式中 Z式(1-10)、式(1-11)表明,若设系数A是一个常数,则起动风速和沙粒径的平方根成正比。
沙粒的起动风速除主要取决于粒径外,还与地表性质、沙子含水率和植被盖度等多种因素有关。
地表性质对起动风速的影响,表现为粗糙地表由于摩擦阻力大,必然要增大起动风速。
水分(含水率)和盐分能显著地影响沙粒的起动风速。
沙子在湿润情况下,能增加其黏滞性,加强沙子的团聚作用,因而也就要求沙子的起动风速值加大。
植被盖度对起动风速的影响不言而喻。
沙面上生长有植被,可增大粗糙度。
根据观测,在沙丘上种草以后,其粗糙度要比种草前增大25倍。
由于粗糙度增大,摩擦阻力加大,从而提高了临界起动风速。
鉴于起动风速受到众多因素的影响,因此,在实际工作中,多采用风速仪进行野外观测,来确定某一地区的沙子起动风速。
吴正和凌裕泉(1965年)曾在我国新疆塔里木盆地布古里沙漠中,对沙丘的起动风速进行了观测(表1-42)。
观测结果表明,对于一般干燥裸露的沙质地表来说,当离地表2 m高处风速达到4 m/s左右,或相当于气象台站风标风速≥5 m/s时,大部分沙子(沙漠沙多属0.1~0.25 mm的细砂)可被起动,形成风沙流。