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1、风沙物理学实习报告1、 实习目的意义本次实习旨在加深对沙漠或沙地的起源、形成、现状和发展，风沙运动规律和防沙措施的认知和理解。学会用多学科综合应用来对待问题，以求全面了解和更好地解决。学以致用，实践是检验真理的唯一标准，理论联系实际，从实践中总结规律。 2、 实习地概况1、榆林市概况榆林地处陕甘宁蒙晋五省（区）交界接壤地带，位于东经072811115，北纬36573934之间，东临黄河与山西相望，西连宁夏、甘肃，北邻内蒙尔多斯市，南接本省延安市。地域东西长385公里，南北宽约263公里，总面积43578平方公里，占陕西省总土地面积的21.17%。地势由西部向东倾斜，地貌分为风沙草滩区、黄土丘陵
2、沟壑区、梁状低山丘陵区三大类。榆林气候属暖温带和温带半干旱大陆性季风气候，四季分明，年、日温差较大，无霜期短，年平均气温10，平均降水400毫米左右，且多为短阵型降雨，强度大，历时短，降水集中在7、8、9月份。气象灾害较多，几乎每年都有不同程度的干旱、霜冻、暴雨、大风、冰雹等灾害发生，尤以干旱、冰雹和霜冻危害严重。 榆林市全市已发现8大类48种矿产资源，尤其是煤炭、石油、天然气、岩盐等能源矿产资源富集一地，分别占陕西省总量的86.2%、43.4%、99.9%和100%。平均每平方公里地下蕴藏着622万吨煤、1.4万吨石油、1亿立方米天然气、1.4亿吨岩盐。资源组合配置好，国内外罕见。其中：煤炭
3、预测6940亿吨，探明储量1500亿吨。全市有54%的地下含煤，约占全国储量的五分之一，埋藏浅、易开采，单层最大厚度12.5米，是国内最优质环保动力煤和化工用煤。煤田主要分布在榆阳、神木、府谷、靖边、定边、横山六县区。天然气预测储量6-8万亿立方米，探明储量1.18万亿立方米，是迄今我国陆上探明的最大整装气田；石油，预测储量6亿吨，探明储量3亿吨；岩盐，预测储量6万亿吨，约占全国总储量50%，其潜在价值达33万亿元，探明储量8854亿吨；湖盐，预测储量6000万吨，探明储量330万吨。此外，还有丰富的高岭土、铝土矿、石灰岩、石英砂等资源。2、榆林沙区沙物质的来源毛乌素沙地是古滨河沙堤受风力作用
4、就地起沙形成的。榆林沙区的沙物质主要来源于第四纪时期，甚至是更早的地质时期，为地质地貌形成演变过程中的产物，且这一时期，以及现代的河湖相沉积物普遍含沙量较高。至第四纪早期，随着黄河水系的逐渐形成，主要有永定河,榆溪河,红柳河,无定河等，在河流形成的同时，河流河漫滩和阶地上的土地向沙漠化发展，构成河流谷地就地起沙型沙漠化。就无定河本身的现代河床沙漠化而言，主要为风沙活化所形成的。红碱淖，中国陕西省北部毛乌素沙地内一淡水内流湖，位于陕西省神木县尔林兔镇与内蒙古鄂尔多斯市新街镇刀劳窑村陕蒙交界处。红碱淖作为全国最大的沙漠淡水湖，对黄河中上游能源化工区、毛乌素沙漠与鄂尔多斯高原生态系统、水资源调节和气
5、候环境的稳定起着极其重要的作用。但近年来，由于矿产资源开发、降水量减少等原因，湖水面临着持续萎缩的严酷现实，跑马的沙地越来越大，从而沙范围越来越大，加剧了沙漠化过程。还有红石峡砂岩的风化，风蚀也为榆林沙区提供了丰富的沙物质。3、沙漠化过程及其变迁调查现代的毛乌素沙地是以水力为主的搬运所形成的河湖相合湖相沉积的基础上，在风力作用下，沙物质进一步搬运、分选而成的。统万城迄今已有一千五百多年历史，因为残存的城址呈白色，当地人称为白城子。该城在历史学与地理学上都很有名，它被沙漠所掩埋，过去认为是蒙古沙漠南移的见证。在筑城史上，它以城池坚固和罕见的残暴筑城方式而引人注目。统万城初建时，这里曾是一片水草肥
6、美、景物宜人的地方。这样的自然环境，怎么会变成今天这种样子呢？近代以来的考察研究认为，这里所以会变成为沙漠，主要是由于历代滥伐森林，大量开垦草原，植被遭严重破坏。从宋代到明代、清代，不断大面积地毁坏森林和草原，水土流失，底沙泛起，结果使沙漠像脱缰野马，吞没了耕地，填塞了河湖。古人写诗叹道：“茫茫沙漠广，渐远赫连城。”考古资料证实，在唐代以前，陕北也是森林茂密、水草丰盛、湖泊星布，是适宜农牧的好地方。如今却是童山秃岭，沟壑纵横，风沙干旱，生产低下。 红碱淖作为全国最大的沙漠淡水湖，对黄河中上游能源化工区、毛乌素沙漠与鄂尔多斯高原生态系统、水资源调节和气候环境的稳定起着极其重要的作用。但近年来，由
7、于矿产资源开发、降水量减少等原因，湖水面临着持续萎缩的严酷现实，跑马的沙地越来越大，从而沙范围越来越大，加剧了沙漠化过程。第四纪早期受青藏高原隆升影响，鄂尔多斯高原持续抬升，河流下切加剧，毛乌素早期湖泊泄水。在该地区留下了大量的河湖相沙砾石沉积，为沙化提供物质基础。第四纪以来该区气候在流动中向干旱趋势发展，在冰期，气候干旱寒冷，植被减少，地表沙砾裸露，在强劲的冬季风吹杨下，沙漠扩展大量的粗颗粒物质沉降在长城沿线陕北黄土地区。全更新世以来气候变得相对湿润，在流沙之上形成一层黑土，将沙流固定，由于农垦等人类活动以及河流切割作用，黑土消失，下部沙层暴露，固定的沙层活化，形成土地沙化沙源，在风力吹杨至
8、山坡地表，使土地沙化。综上，自然条件是榆林地区土地沙漠化发生与发展的客观因素，不合理的人类活动则是沙漠化的诱发因素。4、新月形沙丘的形成过程（1） 根据实测资料绘制大保当复合沙丘：见附图1（2） 绘制复合新月形沙丘的逆向小沙丘形态图，分析成因：（3） 新月形沙丘的形成过程：新月形沙丘形成过程可以概括为四个阶段：沙堆阶段盾状沙丘阶段雏形新月形沙丘阶段新月形沙丘形成阶段。新月形沙丘形成的成因：风沙流流经沙堆产生不同的风速变化，气压不同的分布特点，沙堆顶部风速大，气压小，背风坡风速小，气压小，沙堆背风坡形成涡流，将沙子堆于沙堆背风坡两侧，并形成凹地，不断加积，沙丘增大，背风坡的沙粒因重力下滑，涡流再
9、次吹向两侧，发育两翼，形成新月形沙丘。5、榆林沙地风速起沙风速的观测与分析（1)含沙量的垂直分布 在小纪汗林场实习中固定沙丘上做的起沙风速测定实验没有得到数据。但是根据风沙物理学所学的，津格（1953年）用沙丘的级配沙进行风洞实验，测定了床面以上不同高度输沙律分布的函数关系，得出如下方程： Qz=(b/2+a)1/n 式中字母含义：Qz 高程Z处输沙率； B 随沙粒粒径和剪切力而变化的常数； a 参考高度 ； n 指数 。 我们也可以得出结论：离地面越远气流所含沙粒越细，越靠近地面气流所含沙粒越粗。 (2) 风沙流结构指标 由于实习当天的天气状况晴朗，风向不稳且较小所以实习中风沙流结够测定实验
10、没有得出数据。风沙流结构可用一定的指标来表示，如：兹纳门斯基对风沙流结构特征与沙子吹蚀和 堆积的关系进行了风洞试验，可以得出： 风沙流结构特征值：=Q2-10/Q0-1 式中：Q2-102-10cm高度气流层内的输沙量 ； Q0-1 0-1cm高度内气流层输沙量 ； 1:处于非堆积搬运状态 ； 1:处于利于气流中沙粒堆积状态 ； 1：无堆积亦无吹蚀 ，为非蚀积搬运。6、风沙流结构特征测定方法和注意事项：风沙流结构是指风沙流中沙粒数量随垂直高度的分布特征及变化规律。用以研究气流中沙量随高度的分布特征；垂直高度层内分布的沙量随风速、下垫面、总输沙量等因素的变化规律。可在野外实地观测，也可在风洞中进
11、行试验研究，所用仪器主要是风速仪、集沙仪、天平等。通过测定风速、输沙量、粗糙度等，分析影响风沙流结构的因素，研究风沙流结构特征及结构指标，从而掌握风沙运动规律和性质。沙粒运动特点既可以通过垂线方向沙粒运动参数变化的特征来反映，也可以通过穿越某给定断面以后沙粒降落过程中参数的变化特征来反映，二者有着密切的关系。 垂线方向沙粒运动参数的表现形式多为平均跳跃高度、跳跃高度的随机分布、输沙量及其垂线分布等； 水平方向沙粒运动表现为平均跳跃长度、跳跃长度的随机分布、沙粒的降落量及其沿气流方向的分布等。三、实习主要内容：1、榆靖高速靖边县黄蒿界 靖边县黄蒿界，这里属于半沙漠干旱地区，沙漠植物多稀疏、矮小。
12、通过老师讲解，我们认识了许多西北沙漠地区特有植物，如花棒、沙柳、柠条、阿尔泰紫苑等植物，实地了解了沙漠植被的生物特性和生态特性，可以看到这里的土层很薄，用手一挖就能见到沙子，甚至脚踩过去都会破坏这里的地表结皮层，可见这里的生态环境是非常脆弱的，但是可以看到人们已经这里治理成一片绿洲。在这里我们进行了样地调查，以下是测量结果。表1 榆靖高速公路黄蒿界样方调查数据表乔木灌木盖度草本盖度枯落物厚度沙表面状况样方1（55m）花棒0.20.1有黑或黑绿色薄沙结皮样方2（1010m）小白杨柠条、黑沙蒿、花棒0.60.1样方3（1010m）小白杨莲蓬、飞蓬、黑沙蒿、花棒所选样方中乔木，植被稀少，灌木以花棒为
13、主，覆盖度不高。被固定的沙表面有黑色或黑绿色薄沙结皮，阻止了风与沙颗粒的直接接触，增加了地表粗糙程度，减少风蚀。于此同时，在样方2与样方3内选取标准木进行生长状况调查，数据记录如下表2：表2 小白杨生长状况调查样方统计表胸径(cm)树高(m)冠幅(m2)样方2（1010m）7.273.6481784.53694.352.564.554.08044.54.85.8564样方3（1010m）11.79.52.78894.34.51.08163.23.81.020115.59.54.84可以发现样方内的主要乔木小白杨，长势较差，矮小细弱且通直性较差。结合高速公路边缘和沙区的气候状况，我们认为水分是限
14、制小白杨生长的主要原因。降水稀少，日照强烈，沙层由于植被覆盖少而使水分大量蒸发，高速路上的强劲风力也是带走植物表面水分的一个原因。同时我们也选择灌丛样方进行试验，记录数据如下表3：表3 灌木样方调查表样方物种冠幅株高物种数盖度1沙柳1.52.110.7花棒1.231.25142紫穗槐0.92.4710.5沙柳2.221.521花棒0.980.4513柠条1.32.320.6花棒1.10.63黑沙蒿0.710.77204花棒2.63.4210.4黑沙蒿0.70.746柠条1.541.851 通过以上数据，我们知道样地内主要生长着根系生长能力很强的花棒，沙柳以及其他耐旱的植物。群落集群分布，有时一丛是一株。2、古迹参观：统万城 统万城是东晋时南匈奴贵族赫连勃勃建立的大夏国都城遗址，也是匈奴族在人类历史长河中留下的唯一的都城遗址，是中国北方最早、最著名的都城，已有近1600年历史。 统万城是沙漠历史地理考察的典型例证，它的兴衰反映了当地人地关系的变化和生态环境的变迁，揭示了人类活动对脆弱生态环境的巨大影响，不合理的人类活动是城址周围环境恶化的主要原因。统万城遗址全部为夯土建筑遗存，位于无定河台地之上。城市的基本格局仍旧保留。部分城垣、城门、马面及角楼遗
