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高立式沙障处风沙活动强度的对应关系 人们早就注意到，即使在沙漠的同一区域，沙带的活动强度也因地形类型和位置而异。这可从设立在大沙垄顶处沙丘顶部的麦草方格或芦苇方格更易风蚀破坏,高立式沙障(以下简称栅栏)更易被沙埋等现象中明显地表现出来。后一种现象实际上已清楚地表明,设立在防沙带外侧的栅栏,其风沙沉积情况与风沙活动强度之间有一定的对应关系。因而可反过来这样:在设置一段时间后,比如一个风季或一年,通过测定相同透风度栅栏处的积沙量,得知风沙活动强度在不同区域的变化情况,从而可进一步地推断当地风沙运动的某些规律或特征。这种思路与做法,至今未见报道。究其原因,一个重要因素,就是缺少可供研究的对象。 2002年8月20日,塔克拉玛干沙漠中另一条公路支线——塔～且沙漠公路正式投入运营。该路起点为沙漠腹地的塔中一井(38°48′39.3″N;83°55′41.3″E),终点与G315线K1944+500(38°11′18.4″N;84°26′54.2″E)相接。线路总体走向128°,与当地的主要起沙风向ENE风(落沙坡总体倾向230°～245°)的夹角在63°～78°左右,为大角度相交,有利于上述研究工作的展开。为此,我们选取了合适路段,进行了专项研究,并得出了一些结论。 1 景观区范围的影响 在栅栏处,风沙沉积的原因主要有三种:一是栅栏设立后,改变了局部气流场,导致一定范围内的近地表风速明显降低,从而削弱了搬运风沙的能力;二是栅栏本身以障碍物的形式所表现出的对运动沙粒的拦截作用;三是栅栏设立在天然条件下就已经存在的风沙沉积区中,如落沙坡处等,从而被动地接受风沙沉积。三种情况中,后一种较为特殊。由于风沙沉积并非由栅栏引起,故其积沙量与风沙活动强度的对应关系十分复杂。而这也不是本文所要研究的。 本文立足于探讨由栅栏引起的风沙沉积。这就要求研究对象(栅栏)不能设置在天然条件下就已经存在的风沙沉积区中。为满足这一要求,在沙丘分布区,选取的研究对象一般都设置在较为平坦的沙地或沙丘的迎风坡上,如在迎风坡的底部、中部与顶部等,并与落沙坡之间有一定的距离。 在较为平坦的沙地及沙丘迎风坡上,风沙运动具有贴近地表的性质。故对栅栏来说,若其孔隙率及孔隙大小合适,则只要能在沙面上保持一定高度,如在40 cm以上,就能够拦截住绝大部分的由过境风沙流所携带的运动沙粒。在这种情况下,栅栏处的积沙量与风沙活动强度之间有较为明显的对应关系。进一步分析如下。 (1) 在风沙沉积原因中,栅栏对局部气流场的改变发生在一定范围之内。只有在此范围之内,也就是在栅栏的影响区之内,原来的风蚀或风沙流过境之地才会因近地表风速减弱等,导致风沙沉积。而在影响区之外,即在栅栏设置前后气流场基本上没有发生明显变化的区域,风沙活动强度的变化也不大。据此,再考虑到在栅栏内侧一般都会有固沙带,使得栅栏处的风沙沉积基本上都来自于外侧(也就是设置在上风侧的栅栏,其风沙沉积,基本上都来自于上风侧的外侧;而设置在下风侧的栅栏,其风沙沉积,基本上都来自于下风侧的外侧),可知由栅栏处的积沙量所表征的,实际上并不是栅栏处的风沙活动强度,而是其外侧影响区边缘(与非影响区交界处)的风沙活动强度。 (2) 受诸如栅栏高度、孔隙度、风速等多种因素影响,上述所谓的栅栏外侧影响区,其大小与强度不仅十分复杂,而且还经常地变化。例如,随着栅栏逐渐被掩埋,影响区的范围迅速地缩小;远方的近地表风速(U∞)较大时,栅栏前的积沙量相应地减少;等等。受此影响,上述所谓的栅栏外侧影响区,其边缘实际上也不是固定的。据风洞试验及野外调查资料,后者的范围大约在1～7H间,并多为3～5H(H为栅栏高出沙面的高度)。 这样,一方面栅栏处的积沙量表征的,实际上是某一区域(由经常变动的影响区边缘所构成的区域)的风沙活动强度的加权平均值。若在此区域内,风沙活动强度变化很大(如栅栏设置在小沙丘上,其影响区变化的范围可从迎风坡顶部延伸至中部或底部,甚至有可能延伸到落沙坡上等),则其表征意义就不明显了。另一方面,也存在这样的问题,当栅栏的影响区变小时,早先已接受风沙沉积之处,将有可能转变成风蚀之地,风蚀的沙粒是先前已沉积的,从而使栅栏处的积沙量将要比这一区域(由经常变动的影响区边缘所构成的区域)风沙活动强度的加权平均值小一些。这种情况,在栅栏逐步被掩埋时,表现得更为明显。 野外调查发现,在栅栏设置初期,外侧来沙一般都沉积在栅栏所在处,并多在3H范围内。到栅栏被埋时,沉积的风沙已堆积成沙丘;沙丘的迎风坡虽然会因风力的不同而产生风蚀或风积,但其基本上形态却因受被埋栅栏的影响而不会发生较大的改变,这样的动态平衡表明此处的风沙活动是以风沙流过境为主。将这几种现象结合起来分析,可知由栅栏外侧影响区边缘的位置变化,而导致的先沉积后又被风蚀的这一部分风沙量,总的来说,在数值上还