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题名	古尔班通古特沙漠沙面稳定性研究
作者	王雪芹
学位类别	博士
答辩日期	2004
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	王涛
关键词	古尔班通古特沙漠 沙垄 沙面稳定性 工程沙害 植被恢复
其他题名	On the sand surface stability in Gurbantunggut Desert
中文摘要	古尔班通古特沙漠位于准噶尔盆地腹地，属于中亚西风环流影响下温带沙漠的一部分。该沙漠面积达4.88万km~2，是我国仅次于塔克拉玛干沙漠的第二大沙漠，也是我国干旱区唯一以固定与半固定沙垄为主的沙漠。相对而言，该沙漠生物种群较为丰富，荒漠植物生长良好，生物结皮广泛发育，原始沙面较为稳定，仅在顶部形成10-40m宽度不等的流动带。如果说降水多寡所决定的植被覆盖是沙面稳定的重要因素，那么在100mm左右的类似降水条件下，国内其它沙漠流动性明显高于古尔班通古特沙漠。为此，许多学者从不同的角度对其进行探讨，主要有植被稳定、粗粒稳定、结皮稳定、悬湿沙层和气候稳定等观点，但一直缺乏沙面活动过程与气候、植被和土壤等下垫面条件相结合的系统观测与研究b随着沙漠中重大工程建设项目的持续展开，人类活动对原始地表的扰动和稳定性恢复等问题已引起人们的广泛关注，迫切需要对原始沙面稳定性问题进行系统深入的研究和探讨。本项研究从风动力和影响沙面活动的下垫面因素及相互作用入手，综合分析区域风况和水热组合；选择古尔班通古特沙漠南部典型沙垄，研究其表面的风沙流特征，测定其物质组成，并对典型地貌部位的土壤水分、植物分布和沙垄表面活动性等进行系统监测；对不同生物结皮类型进行抗风蚀强度的风洞实验，以期对该沙漠的沙面稳定性机制进行探讨。在此基础上，研究工程行为扰动地表后的沙面非稳定性问题、主要工程沙害及人工植被建设等，为古尔班通古特沙漠特殊环境条件下的工程安全和生态恢复提供理论支持。主要结论如下：（1）古尔班通古特沙漠南部固定、半固定沙垄存在于复合型低能风环境中，其中主要风向均与主梁走向呈较大角度相交。虽然降水量在l00mm左右，但冬季20cm厚的稳定积雪和较多的春雨，为早春植物的生长发育提供了良好条件。低风能和水热配置一致，是沙面整体处于稳定的气候环境背景。（2）沙垄表面的物质组成以细沙为主，属于风力有效作用的粒径范围。冬季风力弱，积雪和冻土能够对地表形成有利的保护；3月下旬风季来临但土壤表层平均含水率可达到3.5％以上，能有效抑制沙面活动；4-6月是古尔班通古特沙漠风沙活动的盛行期，输沙势占全年总输沙势的60％以上。此时正与良好的植被覆盖相对应，特别是早春短命植物形成了明显的层片，85％左右的沙垄表面在4、5、6三个月平均盖度分别为13.9％，40.2％和14.1％，而乔灌木和长营养期草本植物不足10％，因此短命植物是该区域植被稳定沙面的重要贡献者。(3)古尔班通古特沙漠广泛存在的生物结皮，对稳定沙漠大部分地表起着重要作用。苔蓟结皮、地衣结皮、藻结皮和藻类一地衣结皮依次分布于垄间低地、沙垄中下部、西坡上部和东坡中部。风洞实验结果表明其存在大幅度提高了起动风速。在25-30m／s的入口风速条件下，未经扰动的4类生物结皮均未发现沙粒起动和地表风蚀现象。裸沙面在8.42m／s的风速作用下即可起动，风蚀强度达到5.42g／m~2·min，25m／s时为72889.33g／m~2·min。在同等风速吹蚀下，4类结皮的风蚀率最大不超过裸沙面的8.95％。随着破损率的增大和风速的加强，风蚀强度显著增大。在数量级和变化趋势上以苔鲜和地衣结皮相似，藻结皮和藻类一地衣结皮相近。(4)沙垄底部向沙垄顶部风速的放大和粗糙度的减小作用，使得沙垄中上部和顶部成为输沙率和活动性较强的区域。系统监测表明沙面整体较为稳定，活动区域主要集中于垄体上部和顶部10-40米宽的范围，蚀积分布随风而变，垄间和两坡中下部稳定少变。观测期内，沙面活动与输沙势在时间变化上有较强的一致性，可见就沙丘中上部而言，其活动性受风力影响较大。沙垄的运动表现为垄顶部的沙物质，在两侧来风的交替作用下左右摆动并顺脊线方向自北向南延伸。(5)古尔班通古特沙漠工程行为扰动地表后沙面活动性有所增大，草方格能有效固定沙面。在未设防的情况下风沙危害构成对工程本身的直接危害，主要沙害类型为被切断沙垄向南延伸愈合而造成的压埋危害和垄间填方段就地起沙造成的积沙危害。在有草方格防护的情况下，工程切割沙垄的大挖方地段，表现为垄顶防护体系外流沙向南蔓移所造成对草方格的压埋危害，垄间则表现为因填方坡度不适造成的草方格内部风蚀和积沙危害。但总体来看，危害程度有限。由于沙垄顶部风沙影响高度大，风沙流运行方向稳定，仅靠草方格进行边坡防护并不能有效防止沙害。应设立高立式沙障进行挡护，或者延伸布设草方格以固定相当部分垄顶流动沙面以减少沙源。垄间要减小填方造成的不适坡度，避免局地气流引发的草方格内部风蚀和积沙。(6)针对古尔班通古特沙漠特殊环境条件，除植被自然恢复外，可利用积雪融化和春季降雨形成的湿沙层，选择适宜的植物种，采用直播、植苗等方法营造人工植被，进行防风固沙和改善生态环境。由于沙土水分条件是干旱区造林最重要的限制性因素，而土壤水分又因地段和坡向不同而异，可根据植物种的生物学特性和生态适应性，因地制宜地进行无灌溉植被恢复。由于扰动沙面土壤水分的影响深度多在6Ocm以内，主要集中于地表3Ocm的范围，浅根系草本植物在生态恢复中的作用应提到一定的高度，乔灌木造林必须考虑物种的选择、造林密度和灌溉条件等。随着地表生物结皮的形成与草本植物的入侵，人工植被的稳定性问题将有待于进行继续深入的研究和探讨。
语种	中文
公开日期	2013-08-22
页码	98
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.casnw.net/handle/362004/22004]
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	王雪芹. 古尔班通古特沙漠沙面稳定性研究[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. 2004.

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