新疆和田河流域灌（草）丛沙堆发育机制研究

【摘要】： 灌(草)丛沙堆是干旱半干旱地区沙漠、半湿润沙地和沙质海岸带常见的风积生物地貌类型。灌(草)丛沙堆的研究在风沙地貌学、土地荒漠化监测与评价、区域环境演变等方面具有重要意义。 本文以新疆和田河流域典型的灌(草)丛沙堆为研究对象，以风沙地貌学、风沙物理学、植物地理学、植物生态学和沉积学等学科理论为指导，在沙漠腹地的和田河两岸、和田绿洲与沙漠的过渡带，实测了223个柽柳沙堆、120个芦苇沙堆和123个骆驼刺沙堆的形态参数，在各类沙堆表层共采集了约500个沉积物样品，在洛浦县和墨玉县绿洲边缘实地进行了典型沙堆顶部的风速剖面和风沙流观测，进行了以旨在阐明沙堆发育动力机制的风洞模拟实验和反映沙堆物质机械组成的粒度分析实验。经过综合分析，本文主要结论如下： 和田河流域的沙堆类型主要有柽柳沙堆、芦苇沙堆和骆驼刺沙堆，其中柽柳沙堆主要分布在泛滥平原、淤积平坦地、干湖沼平原、河流两岸、高位河漫滩、两岸阶地、典型盐土地段、两岸广大流沙区的丘间洼地和绿洲边缘；芦苇沙堆分布在和田河阶地和积水洼地周缘、绿洲边缘、淤积洼地和洪泛平原上；骆驼刺沙堆分布在河流沿岸沙地、洪积冲积平原土壤水分相对较充足且适度盐化的地块、人为干扰较为频繁的地区以及绿洲边缘。 和田河流域沙堆形态主要以迎风坡和背风坡的坡度和长度差异较小、空间几何形态近似半椭球体为主，系区域低风能环境、较弱输沙势作用结果。其中，增长阶段的柽柳沙堆主要呈现近似圆锥形态，成熟稳定阶段近似半球形；芦苇沙堆整体形态则呈现迎风坡短而陡、背风坡长而缓的近似半椭球体；骆驼刺沙堆的整体形态呈现迎风坡长而缓、背风坡短而陡的近似半椭球体。各类沙堆的长轴和短轴在增长发育阶段中是协同增长的，沙堆水平尺度与高度表现出显著的相关性。 灌(草)丛引发的近地面流场结构变化，干扰了风沙流的运行，在灌(草)丛后涡流区使风沙流由不饱和状态转变为过饱和状态，再加上灌(草)丛本身对风沙流的阻截，促使风沙流中的部风固体碎屑物质在灌(草)丛中和灌(草)丛后发生沉降堆积，灌(草)丛的存在对于维持灌(草)丛沙堆的形态和促进灌(草)丛沙堆的增长具有重要作用。 灌(草)丛周围土壤的蚀积特征表现为：在灌(草)丛的迎风侧根部为明显的风蚀区，灌(草)丛背风侧弱涡流发生部位表现为积沙区，灌(草)丛背风侧气流恢复区和灌(草)丛两侧气流加速区则表现为风蚀区，积沙区即为灌(草)丛沙堆的增长发育区。 不同形态沙堆顶部植物改变流场结构的力学作用原理基本相同，都是通过增加沙堆表面的粗糙度，对气流阻滞消能，令气流减速进而改变各个高度气流速度和涡流影响强度范围，导致风沙流结构特征相应变化。灌(草)丛沙堆丘顶植被引发的流场结构变化，促使粉尘沉降堆积、沙堆增长发育。 柽柳、芦苇、骆驼刺三种典型灌(草)丛沙堆表面沉积物均为粉砂质砂，沙堆表层沉积物的粒径分布范围依次为0.399～1002.374μm、25.178～282.507μm和0.447～2000μm。沙堆的不同地貌部位沉积物的各粒级、平均粒径、分选系数呈现出有规律的变化，系风沙流、沙堆形态、灌(草)丛和沉积物综合作用的结果。 区域沙源和风力的共同影响下，随着柽柳灌丛的生长、繁荣和衰败，和田河流域柽柳沙堆的发育经历增长、稳定和衰退三个阶段，增长阶段以柽柳垂向生长、风沙迅速加积的圆锥形沙堆为主要特征，稳定阶段以柽柳植物动力作用强劲的半球形沙堆为代表，衰退阶段以柽柳枯萎、沙堆迎风侧开始出现弧形沙丘或背风侧发育风影沙丘为标志，丘顶发育风蚀凹坑则表明柽柳沙堆已经发展到风蚀残留阶段。 和田河流域灌(草)丛沙堆发育的区域模式主要表现为两种类型：即沙漠腹地河流两岸因河道自然摆动引发的灌(草)丛沙堆演化模式；绿洲-荒漠过渡带人类活动影响下的下的灌(草)丛沙堆演化模式。

【关键词】：灌(草)丛沙堆 形态特征 风洞实验 模拟流场 表面压力 粒度分析 发育机制 和田河流域
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P931.3
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