成果基本信息 | ||||||
关键词: | 荒漠绿洲过渡带;灌丛沙堆;风沙流;白刺 | |||||
成果类别: | 技术成熟度: | |||||
体现形式(基础理论类): | 体现形式(应用技术类): | 无 | ||||
成果登记号: | 9622018J0073 | 资源采集日期: | 2018-10-15 |
研究情况 | |||||
单位名称: | 甘肃省治沙研究所 | 技术水平: | |||
评价证书号: | 评价单位: | 国家自然科学基金委员会 | |||
评价日期: | 2018.03.26 | 评价证书号: |
转化情况 | |||||
转让范围: | 推广形式: | 无 | |||
已转让企业数(个): | 0 |
联系方式 | |||||
联系人(平台): | 玉女士 | 联系人(平台)电话: | 0771-5885053 | ||
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成果简介 | |||||
1、课题来源与背景 “民勤荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆表面风沙流特征与沙堆形成演变的关系研究 ”(41361001)是国家自然科学基金委员会于2013年9月批准立项,由甘肃省治沙研究所承担的地区科学基金项目,经费50.00万元。 2、研究目的与意义 本项目拟以分布在石羊河流域下游,甘肃省民勤县境内的荒漠-绿洲过渡带的白刺灌丛沙堆为研究对象,采用野外观测、风洞实验和数值模拟相结合的方法,以野外观测和风洞实验结果为依托,通过对白刺灌丛沙堆的形态矢量特征、植被状况及相应的沙堆表面风沙运动及沙物质蚀、积规律的测量和分析,实现不同类型(阶段)白刺灌丛沙堆表面风沙两相流流场的数值模拟,分析白刺灌丛沙堆表面的空气动力学特征,揭示植被、风力和沙物质三者之间的相互影响和耦合关系,阐明植物影响下的沙堆表面风沙运动在沙堆形态塑造过程中的作用以及在沙堆形态发生改变后的响应。项目研究结果将为预测荒漠绿洲过渡带内灌丛沙堆的演化趋势,引导其向更有利于绿洲的方向发展提供理论依据。 3、主要论点与论据 ①白刺灌丛沙堆形态特征 在白刺灌丛沙堆体积不断增大的过程中沙堆长轴、短轴、高度、迎风坡长度以及背风坡长度相互之间均具有良好的正相关性,尤其是长轴、短轴、高度之间的相关系数均在 0.9 以上,属于显著相关。这表明白刺灌丛沙堆的体积增长是三者协同增长的结果,长轴、短轴以及高度任何一个都是决定白刺灌丛沙堆体积增长的必要因子。 ②白刺灌丛沙堆沉积结构 处于稳定阶段的白刺灌丛沙堆内部沉积结构特点是:从下往上沉积层层理逐渐清晰,灌丛沙堆内部整体颗粒粒度小,各层次之间粒径分布参数等级之间差异不大。内部沉积物主要是由粒径介于 63um-500um 的极细沙、细沙以及中沙组成。在不同位置处沙粒粒径大小不同,从沙堆迎风坡中部到背风坡中沙粒平均粒径逐渐减小,分别为 195.0um(迎风坡中部)、172.7um(沙堆中部)和 149.9um(背风坡中部)。 ③白刺灌丛沙堆表面风沙输运规律 在西北风影响下,三个处于不同发育阶段的白刺灌丛沙堆轴线风速变化趋势基本一致,从沙堆迎风坡坡脚至背风坡中上部风速逐渐降低,在背风坡中上部达到风速最小值后开始逐渐增大。背风坡中上部横向风速存在差异,表现为:形成初期从左到右背风坡中上部横向风速先减小后增大;过渡阶段的风速变化过程包含了两个风速减小增加的变化过程以及两个最小风速值;稳定阶段风速变化过程又恢复至先减小后增大。 ④风沙输运规律对形态及沉积层结构变化的影响 形态结构不断变化的灌丛沙堆将原本在横向上分布较为均匀的风沙流堆隔开,变为从灌丛沙堆两侧向下风向区域输运,并改变白刺灌丛沙堆背风坡中上部沉积物的传输路径。在西北风的影响下,白刺灌丛沙堆表面大部以积沙为主,而在东风所形成的沙尘天气过程中,三个沙堆迎风坡及背风坡呈现出完全不同的风蚀、积沙规律。 ⑤白刺灌丛沙堆形态变化对风场影响的数值模拟 均匀风场会在白刺灌丛沙堆的影响下形成不同的加速/减速区及气流轨迹,进而形成其表面规律性的沙尘水平通量分布趋势及蚀积规律,并最终决定着白刺灌丛的形态变化过程。 ⑥研究结果在固沙工程中的初步应用 以白刺灌丛沙堆形态特征为原型,对传统的20 cm高1m×1m尼龙网格沙障结构及布设方式进行了优化,能节省33%的塑料沙障使用量,一方面可以极大的改善施工条件、提高工作效率,另一方面极大的延长了沙障的使用寿命,提升单位长度塑料网沙障的防沙固沙效益。 4、创见与创新 本项目在风洞试验中通过建立不同类型(阶段)的白刺沙堆模型,利用先进的仪器设备测量沙堆表面沙尘颗粒的起动风速、沙尘颗粒运动速度、沙尘通量及沙堆表面沙尘颗粒迹,进而对不同类型(阶段)沙堆表面的风沙运动规律进行观测和研究,阐明沙堆表面风沙运动在沙堆形态塑造过程中的作用,分析在沙堆形态改变后沙堆表面风沙运动的响应及机理。 5、社会经济效益、存在问题 优化现有尼龙网格沙障的布设方式,并在民勤县布设一定面积的试验示范区,结果表明在节省33%的尼龙网格沙障使用量的情况下,优化后的20cm 高塑料沙障(V 字形)能够取得与传统的1m×1m 尼龙网格沙障相近的防风固沙效果。此结果将在今后风沙危害区治理中进一步推广应用,产生较明显的经济和生态效益。此外,研发的多种适应于强风沙环境条件的风沙观测设备,有望在西部地区的气象、农林业环境监测、风沙灾害治理等领域转让应用,产生相应的经济和社会效益。 6、历年获奖情况 无 七、成果简介 本项目以分布在石羊河流域下游,甘肃省民勤县境内荒漠-绿洲过渡带的白刺灌丛沙堆为研究对象,采用野外观测和数值模拟相结合的方法,对白刺灌丛沙堆表面风沙流输运规律与灌丛沙堆形态特征变化之间相互关系及响应过程进行了分析,阐明沙堆表面风沙运动在沙堆形态塑造过程中的作用,分析在沙堆形态改变后沙堆表面风沙运动的响应及机理,为预测荒漠绿洲过渡带内灌丛沙堆的演化趋势,引导其向更有利于绿洲的方向发展提供理论依据。 |