若干典型沙丘形态动力学过程研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王训明 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2001 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 陈广庭 |
| 关键词 | 横向沙丘 线形沙丘 沙丘形态 形态动力学 过程 塔克拉玛干沙漠 |
| 中文摘要 | 在回顾沙丘形态动力学过程研究的历史和研究进展的基础上，本文选择塔克拉玛干沙漠中部作为研究区，结合形态学、地貌学、动力学等，通过系统的野外风沙观测，采样分析，以及室内对航片、卫片以及大比例尺地形图的判读和分析，选择本区域内典型的沙丘类型-横向沙丘和线形沙丘，对其形态动力学过程进行了初步的讨论，并结合区域沙丘形态特征以及其它影响沙丘形态动力学过程的因子，对区域所发育的复合、复杂沙丘形态的成因进行了讨论，并得到以下初步结论：(1)简单形态的沙丘体的形态参数如沙丘的宽度、长度、高度等之间的关系可以采用比较简单的线性关系来表述，但不同区域的简单沙丘形态的形态参数的表述形式有很大的差异。这主要是区域不同，其风环境、沙源的丰度、以及植被等条件有明显差异所致。即使是形态最为简单的简单新月形沙丘，其形态特征也很难用固定的函数关系表述。以简单形态的新月形沙丘和横向沙丘来说，二者的形态差异在塔克拉玛干沙漠中部地区主要是由于沙源的丰度不同所致。(2)区域复合、复杂沙丘的形态参数之间没有明显的相关关系。复合、复杂新月形沙丘及沙丘链的平均长度与平均宽度之间存在随沙丘或沙丘链长度的增加，平均宽度增加的趋势，但沙丘间距之间没有明显的变化；复合、复杂线形沙丘的平均宽度与沙丘的长度之间也没有明显的联系；由于复合穹状沙丘区域沙源的缺乏，沙丘体形态主要是在风环境与沙源两种因素的作用下形成，沙丘形态从沙漠北部向南部方向尺度渐渐增大。(3)塔克拉玛干沙漠中部处于明显的低风能环境。其输沙方向变率与沙丘形态之间的联系与世界上其他区域有明显的不同。如沙漠北部边缘输沙方向变率为0．54，但仍发育了复合、复杂新月形沙丘及沙丘链。这主要是因为尽管输沙方向在春夏季有一定的改变，但总体上合成输沙方向仍与沙丘的移动方向基本一致；复合、复杂线形沙丘区域沙丘两侧的输沙能力比值大致在2：1左右，因而形成了该区域特殊的复合、复杂线形沙丘形态。(4)对简单横向沙丘表面的气流输沙率物质结构，以及形态学特征的观测表明，在横向沙丘迎风坡坡脚尽管剪切速度有所下降，但起动剪切速度同时减小，起动剪切速度减小与不饱和风沙流是沙物质在迎风坡坡脚不能产生沉积的主要原因。对沙丘背风坡发育的二次流的野外观测表明，近地面一定高度内沙丘背风坡气流仍有一定的强度，由于背风坡的沙丘沙粒径较小等因素，背风坡气流仍保持一定强度的输沙率，输沙方向与沙丘走向基本上垂直，这种作用与沙物质向背风坡崩落、迎风坡的输沙过程等共同作用，因而使横向沙丘在运动中保持其形态。(5)从横向沙丘迎风坡坡脚至沙丘顶部，风速与输沙率均增大，一些学者提出的小风速时输沙率的增大率表现为线性关系而大风速时为指数关系的观点在本次野外观测中也有所体现，但不同沙丘表面其表现形式并不相同。内边界层内输沙率与风速之间确实存在相关关系，但在不同的观测点、不同的沙丘表面以及不同尺度的沙丘上，相关关系有所变化。这主要是因为沙物质的粒度组成、沙丘形态的参数、以及气流的性质等的变化所致。(6)平均风速并不能完全反映野外实际状态下气流的性质。在低－中强度的风沙活动过程中，被输送的沙物质的粒度组成与下垫面物质有明显的差异，一般情况下，被输移的沙物质平均粒径小于下垫面沙的平均粒径，且被输移的沙物质的粒度分布表现为明显的单峰态形式分布，输沙过程表现为典型的随机过程。(7)区域内样本横向沙丘的沉积模式表明，该区域发育的简单横向沙丘内部沉积构造主要以前积层系为主，但从沙丘迎风坡坡脚至沙丘顶部倾向有所偏转，这说明在区域大尺度气流的作用下，沙丘在主风向的控制下移动，但在移动过程中亦有侧移现象发生。这种沉积模式表明该区域的简单横向沙丘在区域环流的控制下可能与其他同类型的沙丘体复合，因而形成复合、复杂沙丘体。(8)对区域内发育的线形沙丘的风沙活动监测和形态动力学过程的观测表明，地表物质结构、近地层气流、以及外界环境如植被、水分条件等是控制线形沙丘形成的动力学过程的主要因素，在线形沙丘不同的发育阶段，其形态、表面物质结构等亦不相同。野外采样分析和风沙观测表明，简单线形沙丘表面气流的分布随风向有所改变，当风向发生变化时，不同沙丘部位的气流强度亦有所变化，气流方向的分布与Tsoar(1978)所提出的平行风学说大致相似，但随沙丘尺度的加大，当气流从沙丘一侧向另一侧运行时，在沙丘的一些区域另一侧气流表现出明显的二次流特征。(9)当气流与线形沙丘走向正交时，迎风一侧的坡脚的输沙率远大于另一侧同部位的输沙率，但当气流与沙丘走向斜交时，同地貌部位的输沙率则差异并不是太大，这是线形沙丘在动力学过程中能保持其形态的最为主要的原因之一。多变的风向使风沙内边界层内气流与输沙率之间的函数关系不十分明显；随风速或输沙率的增大，被输移的沙物质的粒度分布趋于统一。(10)简单线形沙丘的沉积构造个观测表明，该区域的简单线形沙丘主要受双向风作用，在这种风况下，线形沙丘形成后不断被加积和向前延伸，同时在延伸的过程中有明显的侧向移动，并随沙丘发育史的延长，在侧移过程中简单线形沙丘之间可能有合并过程发生，最终形成复合、复杂线形沙丘体。(11)与世界上其它区域的沙丘沙相比较，似乎塔克拉玛干沙漠有世界上最细的沙丘沙分布：沙丘主要由粒径在2．00-4．00Ф(0．25-0．063)的细沙和极细沙构成，但在复合、复杂线形沙丘区域，有少量的1．00-2．00Ф(0．50-0．25mm)的中沙分布。不同的沙丘形态其粒度分布有一定的差异，复合、复杂新月形沙丘平均粒径为3．08Ф，复合穹状沙丘3．21Ф，复合、复杂线形沙丘在2．63-3.41Ф之间，星状沙丘2．81Ф。从沙漠北部边缘到南部边缘，细沙和极细沙含量增加，这主要与风环境、沙丘的发育史以及下伏沉积物有密切关系。(12)与以前一些学者对沙丘沙粒度分布以及参数所进行的研究相比较，该区域内沙丘的沙丘沙粒度分布有一定的差异。虽然沙丘顶部沙丘沙最粗的分布模式存在，但分选性分布的模式与其并不相同；对次生沙丘的采样分析表明沙丘顶部沙丘沙最细、最粗的分布模式在沙丘形态动力学过程中都可能存在，沙丘顶部沙丘沙最细的分布模式主要是由于弱风沙活动强度因素所造成，在风沙活动较弱的情况下，主要发育沙丘顶部沙丘沙最细和分选性最好的分布模式。(13)对丘间地所发育的简单新月形沙丘采样分析表明，简单形态的新月形沙丘主要由具有近似相同的粒度分布以及分布参数的物质组成，随着沙丘形态向复合、复杂形态转变，并在风环境、沙丘发育史以及下伏沉积物等的影响下，沙丘表面粒度分布与组成渐渐产生分异。 (14)对复杂形态沙丘表明所发育的次生简单形态沙丘的表面动态变化的观测表明，同一次风沙活动过程中不同沙丘以及不同沙丘表面的蚀积有明显的差异，这主要是因为沙源的丰度以及局地风沙活动的强弱不同所致。其过程表明，尽管在同一区域，由于不同的局地风沙活动过程和沙源丰度，也可能形成不同的沙丘形态，并得以维持，这是塔克拉玛干沙漠的一些区域简单线形沙丘和新月形沙丘能共存的主要原因。 (15)本区域的复合、复杂新月形沙丘形态是经过一系列的形态动力学过程发展而来。首先是在简单形态的新月形沙丘或横向沙丘发育的基础上，沙丘群之间不断被合并和加积，形成复合形态沙丘，并随时间的推移复合沙丘的一翼在风沙活动过程中与另一沙丘的一翼链接，进而形成复合、复杂形态的新月形沙丘或沙丘链；此外，本区域的复合、复杂形态新月形沙丘形态与沙丘的发育史有密切的联系，其仍处于形态发育的初期或中期，随沙丘发育史的延长，该类沙丘形态仍可能继续发展，形态更趋于复杂。 (16)本区域内发育的复合穹状沙丘体的形态动力学过程与该区域的沙源匮乏有密切联系。这主要是因为复合穹状沙丘区域的风环境尤其是输沙方向变率与复合、复杂新月形沙丘区域基本上一致，但沙丘形态迥同。假如沙源不是控制该类沙丘形态的主要因素，则本区域内内的复合穹状沙丘处于形态发育的过渡阶段，随沙丘发育史的延长，该形态沙丘则会发展而成为复合、复杂线形沙丘形态。 (17)作为本区域主要的沙丘形态类型，至少可以从7个方面证明，复合、复杂线形沙丘的发育经历了简单新月形沙丘、新月形沙丘群、简单线形沙丘、复合线形沙丘、以及复杂线形沙丘等5个阶段。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 107 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/22094]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王训明. 若干典型沙丘形态动力学过程研究[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2001. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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