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黄河乌兰布和沙漠段沿岸风沙活动及沙漠沙移动特征 0 黄河泥沙问题分析与建议 黄河乌兰布和沙漠段穿过中国北方干旱向半干旱过渡区。该地区干旱少雨，风吹频繁，两岸沙活动强烈，沙丘密集，沙丘密集，沙丘密集，沙丘链高约7.20米，最大65米。西北高东南低。整个地形倾向于黄河，地形趋势与主风基本一致，大量沙丘直接流向黄河。目前已有约50 km的流动沙丘直接侵入黄河河道,其风成沙入黄以粗砂(0.1 mm)为主,是黄河粗砂的重要策源地,致使黄河乌兰布和沙漠段的泥沙含量显著增加。 黄河泥沙含量的剧增,使黄河河床淤积抬高速度加快,造成乌兰布和沙漠沿黄段的黄河主流发生摆动,河岸崩塌,冲毁农田和林地,对下游三盛公黄河枢纽工程和其他水利工程构成严重威胁;河道淤积造成同水位下过流量不断减少,形成“地上悬河”,给当地防凌防汛任务形成巨大的压力,使内蒙古黄河段成为防凌防汛最为严重的河段;乌兰布和沙漠使河套引水总干渠也饱受流沙侵袭的危害,每年用于干、支、斗、农、毛渠的清淤费高达500万元;河道淤积还使每年护岸防洪工程耗费大量人力、物力和财力,严重威胁人民群众的生命财产安全,极大影响了当地和下游地区社会经济的可持续发展。 长期以来由于缺乏先进的监测设备与科学技术的支撑,致使乌兰布和沙漠黄河沿岸段风成沙入黄量的估算结果说法不一,从0.19~0.80亿t/a,数据相差太大,严重影响了各级部门的防治决策。目前,亟待开展黄河乌兰布和沙漠段入黄沙量监测研究,需科学、准确摸清入黄输沙量,为研究黄河泥沙问题、维持黄河健康生命、不断完善黄河沿岸综合防护体系提供科学的决策依据,因此,对黄河乌兰布和沙漠段沿岸风沙活动规律的研究不仅具有科学上的意义,而且具有非常重要的实践意义。据此,本文对黄河沿岸乌兰布和沙漠段沿岸的起沙风况、风沙流结构特征、沙丘形态特征、沙丘移动规律、沙物质组成进行了定量研究,以期为科学、准确、合理计算入黄风积沙量奠定基础。 1 材料和方法 1.1 左与相关系数 乌兰布和沙漠沿黄段位于内蒙古乌海市乌达区与巴彦淖尔市磴口县之间,N 39°35′~40°19′、E106°46′~E107°02′,右与鄂尔多斯杭锦旗相邻。该区气候干燥,雨量稀少,年平均降水量142.7 mm,年平均气温8.0℃,风沙频繁,地表风蚀强烈,年平均风速3.7 m/s,大风和风沙一年四季均有出现,以3—5月份最多,风向多为西风及西南风,多年平均大风日数10~32 d,多年平均扬沙日数75~79d,沙尘暴日数19~22 d,属于典型的中温带大陆性干旱季风气候。 1.2 沙物质检测方法 研究选取黄河乌兰布和沙漠段刘拐子沙头流动沙丘直接入黄段沿线长5 km,宽3 km的地段建立风沙观测场,观测时间为2010年5月—2011年5月,具体试验设计如下: 1)风沙流结构观测:利用18个梯度积沙仪进行同步观测,梯度积沙仪为30个连续的2 cm×2 cm进沙口的积沙仪,每隔1 h观测1次,每次观测时间5~69 min,同时利用全方位梯度积沙仪、可旋转式积沙仪在沿岸对不同立地的积沙进行观测,共观测43次; 2)沙丘移动监测:采用测桩法进行监测,布设观测桩监测2 650 m,每隔2 m测定沙丘垂直断面的水平向前移动距离,每月测定1次,特殊天气(大风、沙尘暴之后进行加测);同时利用三维激光扫描仪对沿岸1 244 m沙丘脊线的相对高程及移动距离进行测量; 3)风速、风向监测:利用自动气象站进行观测离地面1与2 m高处的风速、风向,每隔6 min自动记录各观测数据的平均值与最大值,同时利用磴口县气象站近30 a的气象资料进行统计分析; 4)沙物质粒径分析:采用筛分法对黄河沿岸及沙漠腹地(距离黄河沿岸的直线距离15 km)各选取10个典型沙丘,每个沙丘按照迎风坡与背风坡等距离取样,每个沙丘取21个样品,取样深度0~30 cm,3-6月份每月取样1次。 数据分析采用Exce12003和SPSS13.0软件进行数据整理、作图和分析。 2 结果和分析 2.1 次主风方向及风速 依据磴口县气象站30 a(1980-2010)自计风向风速资料,黄河乌兰布和沙漠断沿岸≥5 m/s的主风向是西南—西,占61.69%,次主风方向为WNW-NW,占13.73%,其次为东北—东北东,占12.32%(图2)。多年平均风速为3.7 m/s,多年起沙风速集中于3-5月份,占51.07%。平均风速以≥5和6.0 m/s风速出现的频率为主,占50.26%,≤10 m/s的起沙风速出现的频率占97.38%,大于10 m/s的风速频率(起沙风相同风速发生小时数之和占全年总起沙风小时数的百分比)只占2%左右(图3)。 2.2 沙物质粒径分布 在风成地貌中,沙物质粒径起着很重要的作用,其组成不但直接反应母岩的性质或颗粒所受外力作用的强弱,而且和风沙搬运量的大小