風(fēng)沙物理學(xué)shijuan

1、一、名詞解釋18.曲面附面層分離：指實(shí)際流體通過彎曲壁面時(shí)，從曲面某一點(diǎn)開始附面層脫離壁面，并產(chǎn)生漩渦的現(xiàn)象（根本原因：逆壓梯度）。24.風(fēng)沙流結(jié)構(gòu):風(fēng)沙流中的沙物質(zhì)在搬運(yùn)層內(nèi)隨高度的分布特征。25.風(fēng)沙流自平衡機(jī)制：風(fēng)沙流躍移系統(tǒng)因風(fēng)場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)粒子的相互作用，而建立一種負(fù)反饋機(jī)制來(lái)控制系統(tǒng)中輸送沙粒的總量，這種負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制即為。23.輸沙量/輸沙率:風(fēng)沙流在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積/單位寬度所搬運(yùn)的沙量。35.沙城暴策源地：指一次沙塵暴天氣過程中，第一次發(fā)生在沙塵暴的所有地區(qū)中，處于最上風(fēng)方向的地區(qū)。20.風(fēng)速廓線：指風(fēng)速隨高度變化的曲線（近地面層風(fēng)的垂直分布）31.飽和路徑長(zhǎng)度:風(fēng)沙流由吹蝕

2、變?yōu)槎逊e在時(shí)間上要有一段間隔，空間上表現(xiàn)為一定的距離，這段距離為。33.二次流：邊界層氣流，由于流場(chǎng)不均勻，將受到橫向壓力差的作用，發(fā)生垂直于主流而指向壓力較小一邊的附加運(yùn)動(dòng)。1. 流體:流體是一種受任何微小剪切力都能連續(xù)流動(dòng)的物質(zhì)（判斷）。2.黏性:流體微團(tuán)間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生切向阻力的性質(zhì)（產(chǎn)生原因：流體內(nèi)部分子間吸引力，流體與固體壁面之間附著力作用）。3.流線:某一相同時(shí)刻在流場(chǎng)中畫出的一條空間曲線，在該時(shí)刻曲線上所有質(zhì)點(diǎn)的速度矢量均與這條曲線相切（歐拉法）。4.跡線:單個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)在連續(xù)時(shí)間過程中的流動(dòng)軌跡線（拉格朗日法）。5.定常流動(dòng):流動(dòng)參量不隨時(shí)間變化的流動(dòng)。6.非定常流動(dòng):流動(dòng)參

3、量隨時(shí)間變化的流動(dòng)。7.流束:流管內(nèi)的流體叫流束。8.流管:由流線圍成的管狀區(qū)域。9.流量:單位時(shí)間內(nèi)通過某一過流斷面的流體量。10.平均流速:流量和有效截面積的比值。11.伯努利定律：在一個(gè)流體系統(tǒng)中，流蘇越快，流體產(chǎn)生的壓力就越小。12.切向應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的切向阻力。13.層流:在流速較小的情況下，各流層互不混合，只做相對(duì)滑動(dòng)的流動(dòng)。14.紊流:流體質(zhì)點(diǎn)做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，相互混摻、軌跡雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。15.層流底層:紊流流動(dòng)中緊貼固體表面的一層層流流動(dòng)的物體。16.粗糙度:固體表面凸出物的平均高度。17.附面層:指實(shí)際流體流過物體表面時(shí)，由于黏性的影響，在緊靠物體表面沿法線方向形成的速度

4、階梯很大的薄層。（特點(diǎn)：層內(nèi)物面上流速為0，速度梯度很大，層內(nèi)外沒有明顯的界限。19.絕熱變化：指當(dāng)空氣團(tuán)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，不伴隨熱量低支出或收入的狀態(tài)（分為絕熱增溫，降溫）。21.起動(dòng)風(fēng)速:當(dāng)風(fēng)速增大到某一臨界值時(shí)，地表沙粒從靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這個(gè)使沙粒開始運(yùn)動(dòng)的臨界風(fēng)速成為（分為流體起動(dòng)值：能量來(lái)自氣流的直接推動(dòng)；沖擊起動(dòng)值：能量主要來(lái)自躍移顆粒的沖擊作用）。22.風(fēng)沙流:指含有沙粒的運(yùn)動(dòng)氣流/風(fēng)通過自己的搬運(yùn)能力，將地表松散的沙粒吹起納入氣流，并攜帶著一起運(yùn)動(dòng)，這樣的二項(xiàng)流叫風(fēng)沙流。26.下墊面粗糙度:地表風(fēng)速為0的高度。27.沙粒形狀:沙粒整體的幾何形態(tài),用球度表示。28.沙粒磨圓

5、度:表示沙粒棱角尖鈍程度的參數(shù)（判斷）。29.休止角:沙物質(zhì)堆積成丘時(shí)，斜坡與水平面所能達(dá)到的最大角度。30.中值粒徑:粒徑累計(jì)曲線上對(duì)應(yīng)重量百分?jǐn)?shù)為50的粒徑。32.土壤風(fēng)蝕:指土壤或其母質(zhì)在一定風(fēng)力作用下，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞以及土壤顆粒發(fā)生位移的過程。33.可蝕風(fēng)：一切超過最小臨界啟動(dòng)風(fēng)速的風(fēng)。34.風(fēng)蝕模數(shù):單位時(shí)間單位面積上的風(fēng)蝕量。35.土崩:在無(wú)保護(hù)物地段隨順風(fēng)距離的增加而加速土壤運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱為土崩。36.沙塵暴:強(qiáng)風(fēng)將地面上大量塵沙吹起卷入大氣中,使空氣很渾濁，水平能見度1km的天氣現(xiàn)象。37.風(fēng)洞:通過人工控制，產(chǎn)生風(fēng)場(chǎng)的裝置。二、填空1.風(fēng)沙物理學(xué)界一般將英國(guó)物理學(xué)家拜格諾于1

6、941年出版的風(fēng)沙和荒漠沙丘物理學(xué)作為風(fēng)沙物理學(xué)誕生的標(biāo)志。2.風(fēng)作為矢量，是用風(fēng)速和風(fēng)向來(lái)表示的。3.我國(guó)氣象站臺(tái)所采用的蒲福風(fēng)力分級(jí)法中，將風(fēng)力共分為13級(jí)，其中大風(fēng)屬于第8級(jí)。4. （黏性）流體運(yùn)動(dòng)存在層流和紊流兩種不同狀態(tài)，判別其狀態(tài)的依據(jù)是雷諾數(shù)。5.關(guān)于沙粒的啟動(dòng)機(jī)制，目前有代表性的風(fēng)沙起動(dòng)假說有：壓差升力學(xué)說（馬格努斯效應(yīng)），紊流擴(kuò)散與振動(dòng)學(xué)說，沖擊碰撞學(xué)說（拜格諾：沖擊起動(dòng)值Rec為紊流。11.紊流流動(dòng)的特點(diǎn)：無(wú)序性，耗能性，擴(kuò)散性）。13.動(dòng)力玫瑰圖的繪制方法：以一年中各風(fēng)向平均動(dòng)力風(fēng)速的平方與該風(fēng)向的頻次之乘積按比例會(huì)出。步驟：1）起沙風(fēng)統(tǒng)計(jì)，2）動(dòng)力玫瑰圖繪制。14.蒲福

7、風(fēng)力分級(jí)將風(fēng)分為13個(gè)等級(jí)：靜風(fēng)，軟風(fēng)，軟，微，和，清靜，強(qiáng)，疾，大，烈，狂，暴，颶。15.空氣運(yùn)動(dòng)的原因：空氣團(tuán)受力，空氣團(tuán)之間存在溫度差異。16.植被冠層的風(fēng)速廓線：風(fēng)速沿風(fēng)向的水平變化，風(fēng)速的鉛直變化特征。16.沙物質(zhì)的形成：剝離作用，脹裂，風(fēng)力磨蝕，水、冰的碾壓。17.沙物質(zhì)的來(lái)源：河流沖積物，沖積湖積物，洪積沖擊物，基巖風(fēng)化的殘積物。18.顆粒的粒度分級(jí)：1）真數(shù)，mm；2）粒徑的對(duì)數(shù)值。（粒徑越小，對(duì)數(shù)值越大；粒徑越大，粒級(jí)間的間距越大）（判斷）。19.粒度參數(shù):當(dāng)量直徑、中值粒徑、平均粒徑、標(biāo)準(zhǔn)差、偏差、峰態(tài)。23:影響沙粒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的因素：沙粒的粒徑，起跳角，運(yùn)動(dòng)形式。24.風(fēng)沙

8、流的結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)：1判斷風(fēng)沙流的飽和程度（飽和，不，過）；2判斷地表的蝕積狀況（風(fēng)蝕，非堆積搬運(yùn)，風(fēng)積）。26.風(fēng)沙地貌類型:1）風(fēng)蝕地貌類型:風(fēng)蝕蘑菇、風(fēng)蝕柱、風(fēng)蝕殘丘、風(fēng)蝕雅丹、風(fēng)蝕谷、風(fēng)蝕洼地；2）風(fēng)積地貌類型:大尺度地貌-沙漠與沙地、黃土高原;中小地貌-各種沙丘（新月形沙丘為代表）;微地貌-沙波紋（沙紋、沙脊、沙條）。27.土壤風(fēng)蝕過程:1）可蝕風(fēng)作用下,分分離起跳、搬運(yùn)、沉積3個(gè)階段2）土壤顆粒的起動(dòng):起動(dòng)風(fēng)速;土壤顆粒的的運(yùn)動(dòng):三種方式;土壤風(fēng)蝕量與塵粒濃度;土粒沉積3土壤風(fēng)蝕的順風(fēng)發(fā)展:土崩4土壤風(fēng)蝕的分選作用:土壤表層粗化5風(fēng)力侵蝕方式:吹蝕、磨蝕。28.沙塵暴分級(jí):1）特強(qiáng)沙

9、塵暴,10級(jí),瞬間最大風(fēng)速25m/s，能見度50m；2）強(qiáng)沙塵暴,8級(jí),20m/s，能見度500m；3）沙塵暴,6-8級(jí),17m/s,2級(jí),能見度1000；4）揚(yáng)沙,能見度1000-10000m；5）浮塵，10000。30造成氣候干燥的原因：緯度和大氣環(huán)流因素；海陸分布和地勢(shì)的影響。30.風(fēng)洞必須滿足的相似條件：幾何相似，運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力。1.流體特征:流動(dòng)性。2.流體主要物理性質(zhì):質(zhì)量（密度），重量（重度），壓縮性與膨脹性，粘性（粘度）。3.牛頓內(nèi)摩擦公式及其應(yīng)用:t/F=yAV/h（T內(nèi)摩擦力;u流動(dòng)速度葉流體粘度;A與流體接觸的面積）4.作用在流體上的力:1表面力（壓力、摩擦力（粘性力），2質(zhì)

10、量力（重力、慣性力、向心力）。三、簡(jiǎn)答2. 沙物質(zhì)水分狀況的特殊性及原因：特殊性表現(xiàn)在沙丘表層有一定厚度的干沙層，其.jm下保持著較穩(wěn)定的濕沙層，原因分為：1）有特殊的氣候條件（風(fēng)大，輻射強(qiáng)，降水少，蒸發(fā)大）；2）沙土孔隙度大，滲透性強(qiáng)，毛管作用弱，水分輸出多；3）導(dǎo)熱，導(dǎo)溫性查。2.簡(jiǎn)述風(fēng)沙流蝕積原理：就某一地段而言，當(dāng)躍起的沙粒數(shù)量多于跌落的沙粒數(shù)量時(shí)，即為吹蝕，反之為風(fēng)蝕；當(dāng)躍起的沙粒數(shù)量與跌落的沙粒數(shù)量基本相同時(shí)，成為非堆積搬運(yùn)。3.戈壁與流沙上風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)的差異性及原因：1）差異性：a戈壁風(fēng)沙流的總體分布高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沙質(zhì)地表風(fēng)沙流，b同風(fēng)速的情況下，戈壁風(fēng)沙流中沙量隨隨高度增加而減少，

11、其遞減率小于沙質(zhì)地表。隨著風(fēng)速的增大，戈壁風(fēng)沙流中的沙量隨高度增加，不同高度層內(nèi)沙量的遞減率相對(duì)較慢，但流沙地表風(fēng)沙流的這種減小很快。2）原因：礫質(zhì)戈壁組成物質(zhì)粗大，地表堅(jiān)實(shí)且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于流沙地表，風(fēng)沙流中降落的沙粒與礫石床面碰撞過程中能量損失很小，幾乎是完全的彈性碰撞，沙粒彈跳高度大。分散在較高的空間能過利用利用不同高度氣流的能量較充分，顆粒獲得大的動(dòng)量。所以礫質(zhì)戈壁風(fēng)沙流的分布高度就大，沙量隨高度增加而減小的遞減率就小。4.拋物線形沙丘的形成原因是：拋物線形沙丘是一種較特殊的固定和半固定沙丘形態(tài)。其形態(tài)特征與新月形沙丘相反，即沙丘兩翼指向來(lái)風(fēng)風(fēng)向（上風(fēng)向），迎風(fēng)坡平緩而凹進(jìn)，背風(fēng)坡陡急呈弧形凸

12、出平面圖形好似一條拋物線。拋物線沙丘的形成，植物起重要作用。如在水分條件比較好的地面，沙丘的兩側(cè)邊緣植物一般生長(zhǎng)良好，從而阻礙的移動(dòng)，沙丘中都沒有植被固定的部分，在風(fēng)力作用下繼續(xù)前移，最初略微向前突出，以后就逐漸形成弧形的拋物線沙丘。5.沙區(qū)晝夜溫差大的原因：沙物質(zhì)熱容量小，導(dǎo)熱率低，導(dǎo)溫率低。6.沙丘移動(dòng)的影響因素：7. 新月形沙丘的形成過程：沙斑（遇阻堆積）餅狀沙堆（遇阻堆積二次流作用）盾狀沙堆雛形新月形沙丘新月形沙丘（遇阻附面層分層作用）。1.風(fēng)的受力分析：水平氣壓梯度力士形成風(fēng)的直接動(dòng)力，是最基本的力，它既可以改變空氣水平運(yùn)動(dòng)的速度，又能使空氣由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而水平地轉(zhuǎn)偏向力、

13、慣性離心力、地面摩擦力都是在風(fēng)形成后產(chǎn)生和起作用的，一般對(duì)于大范圍的空氣運(yùn)動(dòng)必須考慮水平地轉(zhuǎn)偏向力的作用，對(duì)于曲線運(yùn)動(dòng)須考慮慣性離心力的作用，在討論摩擦層空氣的運(yùn)動(dòng)時(shí)須考慮地面摩擦力。3. 拜格諾實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)沙粒粒徑小于某一臨界粒徑時(shí)（0.08mm），沙粒大啟動(dòng)風(fēng)速反而要增大。解釋：1）水力光滑效應(yīng)；2）細(xì)小顆粒的特殊理化性質(zhì)引起凝聚性（巨大的表面能，帶電性）；3）粗糙度小，顆粒的特殊理化性質(zhì)，持水力增大等多因素綜合作用的結(jié)果。5. 戈壁地區(qū)風(fēng)蝕潛力大的原因：1）戈壁風(fēng)沙流分布高度高，沙粒在較高的空間，利用不同高度氣流的能量較充分，顆粒獲得大的動(dòng)量；2）地表沙物質(zhì)供應(yīng)往往不充分，使得戈壁風(fēng)沙流

14、常處于非飽和搬運(yùn)狀態(tài)，故風(fēng)蝕作用強(qiáng)烈。6. 沙粒起動(dòng)機(jī)制:沙粒的啟動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力主要是氣動(dòng)力,決定性的力是駐點(diǎn)升力。一股垂直的氣流吹向沙面可以使沙粒“四射飛濺”這一簡(jiǎn)單的現(xiàn)象就是一個(gè)佐證。駐點(diǎn)升力可以說是繞流升力的一種極端形式,它是把所有的氣流動(dòng)能在瞬間全部轉(zhuǎn)換成壓力能。駐點(diǎn)升力的產(chǎn)生過程受幾種因素的制約。1）由于表面沙粒間的空隙使氣流形成“死區(qū)”；2）由于沙面本身的粗糙度造成微區(qū)域氣流的改變3由于地面的不平整性產(chǎn)生了非平行氣流。8. 新月形沙丘的運(yùn)動(dòng)過程：1）當(dāng)起風(fēng)沙風(fēng)向與沙丘軸向一致或軸向偏角不大時(shí)：在與沙丘軸向偏角小于45度的風(fēng)作用于沙丘時(shí)，沙丘運(yùn)動(dòng)并不是按氣流方向前進(jìn)，而總是以垂直于沙丘脊

15、線的方向移動(dòng)；2）當(dāng)次方向風(fēng)與沙丘軸向夾角很大時(shí)：在次方向風(fēng)作用下，沙丘的吹蝕和堆積部位將發(fā)生變化，重塑沙丘形態(tài)以適應(yīng)新的氣流條件；3）當(dāng)與主風(fēng)向相反的反方向風(fēng)作用時(shí)：迎風(fēng)坡與背風(fēng)坡互換角色，但因新的迎風(fēng)坡坡度較陡，風(fēng)力不足以將沙粒沿坡向上搬運(yùn)，反而還堆積了氣流攜帶的沙粒，所以沙丘不但沒有后退，反而向前移動(dòng)了。11. 沙紋形成過程:天然風(fēng)成沙沙紋的形成過程可分為以下4個(gè)階段:1在起沙風(fēng)的作用下,較大的顆粒首先聚集,形成不規(guī)則的、與風(fēng)向垂直的非常細(xì)小的沙紋,而且長(zhǎng)度也很短,這個(gè)過程非常快,約幾秒或幾十秒;2小沙紋整體向前運(yùn)動(dòng),相互間開始合并,沙紋變長(zhǎng)、變寬、變高,但仍以粗大顆粒為主;3沙紋繼續(xù)合

16、并、鏈接,但粒級(jí)組成變得復(fù)雜起來(lái),逐步發(fā)育成形態(tài)完整的雛形沙紋,整個(gè)過程持續(xù)的時(shí)間最長(zhǎng),約幾分鐘;4雛形沙紋進(jìn)一步增長(zhǎng),形成接近相等間距的、有規(guī)律地排列的成熟沙紋,并以幾乎一致的速度向前運(yùn)動(dòng),這時(shí)在沙紋的表面上可發(fā)現(xiàn)分布著次一級(jí)的小沙紋。12. 植被和殘茬覆蓋是如何緩解土壤風(fēng)蝕的：1）植被緩解土壤風(fēng)蝕的方式有：a植被層覆蓋地表，形成隔離層；b枝葉削弱氣流能量；c攔截運(yùn)動(dòng)的土粒；d根系固結(jié)土壤，提高土壤抗風(fēng)蝕性。2）殘茬覆蓋對(duì)土壤的影響方式：與植物類似但不完全一樣，表現(xiàn)在a覆蓋地表，形成隔離層；b枝葉削弱氣流能量；c攔截運(yùn)動(dòng)的土粒；d根系固結(jié)土壤，提高土壤抗風(fēng)蝕性；e殘茬覆蓋使土壤蓄積更多水分。

17、9. 影響沙粒起動(dòng)因素:1）起動(dòng)風(fēng)速一般情況下與粒徑的平方根成正比（級(jí)細(xì)的沙由于受到層流底層掩護(hù)、內(nèi)聚力、摩擦力的影響,起動(dòng)風(fēng)速反而隨粒徑的減小而增加）；2）沙子含水率越大,起動(dòng)風(fēng)速越大；3）地表粗糙度越大,起動(dòng)風(fēng)速越大。12.土壤風(fēng)蝕影響因素:1侵蝕性因子:1.氣候因子:風(fēng)速、溫度、降水等2.粗糙度因子:植被（高度與蓋度）、作物殘留物覆蓋、土塊和難蝕性碎片、土壟、防護(hù)林和風(fēng)障（降低風(fēng)速,產(chǎn)生渦旋,消耗氣流能量,改變氣流特性）、地形（氣流爬坡加速,坡面顆粒起動(dòng)風(fēng)速隨坡度增加而增大）2可蝕性因子:1.受水和雨滴的粘結(jié)力和耗散力影響土壤抗蝕穩(wěn)定性2.土壤結(jié)構(gòu)體抗機(jī)械破壞的穩(wěn)定性如耕作、磨蝕和風(fēng)力的直接作用3.土壤結(jié)構(gòu)體的狀態(tài),如可蝕與不可蝕顆粒的大小、形狀、密度等4可蝕性基本因子（土壤質(zhì)地、水穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤微生物、土壤水分、碳酸鈣、有機(jī)質(zhì)分解的各種產(chǎn)物和土壤膠體物質(zhì)等）.論述題：1.新月形沙丘形成機(jī)制:氣流在運(yùn)動(dòng)過程中，遇到障礙物就會(huì)形成沙堆。地面沙堆形成后,沙堆本身就成了風(fēng)沙流運(yùn)動(dòng)的障礙。在沙堆背風(fēng)坡附面層發(fā)生分離,形成具有水平軸的渦旋，速度減弱使氣流搬運(yùn)來(lái)的沙子在沙堆背風(fēng)坡的渦旋區(qū)內(nèi)不斷聚積。隨著沙子的不斷沉積和沙堆尺寸的增長(zhǎng),背風(fēng)坡沉積量最大點(diǎn)便相對(duì)更接近沙丘