在半球形沙堆的两翼分布着高压低压相间区(主要分布在C、D、G和H区内)。在半球形沙堆两翼分布着2~3个高压区,两个高压区之间分布着低压区,高低压区的延伸方向与风洞实验段气流方向几乎平行分布。这种高低压相间分布格局与野外考察看到的沙堆微地貌形态是吻合的。在自然状态下,半球形沙堆的两翼坡脚和腰部风蚀比较明显,常分布有平行绕流方向的风蚀凹槽,显然是气流遇沙堆阻挡在两侧绕流加速、剪切力增大、风蚀加强的结果。在本次模拟实验中也证实,在半球形沙堆模型的两翼坡脚和腰部为明显的高压区,风速强劲,这是造成这些部位风蚀发生的根部原因,而在两个高压区之间为低压区,风速较低不利于风蚀的发生。张伟民〔20〕在风洞实验中也发现,在沙丘旁侧基部两侧,气流作用较强,产生旁侧顺向高输沙率。
2.2 有植物半球形沙堆的表面压力分布特征
从有植物半球形沙堆各个风速下的表面压力分布模拟结果来看(图2c-图2d),有植物半球形沙堆的表面压力分布情况可以简单划分为沙堆迎风坡正压增压区、丘顶高压破碎区、背风坡降压负压区和两翼高低压相间分布区。
与无植物的半球形沙堆的表面压力分布情况相比较而言,“植物”对半球形沙堆的表面压力的影响主要体现在沙堆的顶部、两翼和背风坡,迎风坡的表面压力分布情况二者相似。
在有植物的半球形沙堆的顶部,由于人工植物的干扰,使原丘顶高压风蚀区破碎化。在无植物的情况下,半球形沙堆的顶部为一闭合的高压强风区域,风速比同一高度前后实验段给定风速高出1~2 m/s,而在有植物的情况下,在丘顶的来风方向和紧靠植物两侧,分布着2~3个小的相对高压区,从数值上比较,可看出有植物的半球形沙堆的表面压力值在相同风速下仅为无植物沙堆丘顶表面压力的1/2。由于植物对气流的阻截和干扰作用,使得原本无植物的沙堆的顶部相对较大较强的高压区,分解成几个相对较小较弱的高压区,人工植物的存在明显地削弱了无植物的沙堆的顶部高速高压气流,有利于风沙流从不饱和状态达到过饱和状态,导致部分碎屑物质发生沉降堆积。有关野外观测证实,在相同的起沙风作用下,横向沙丘链、裸露冲积平原和柽柳灌丛沙堆三者之间的风速比为118∶100∶87〔21, 22〕,植物对气流的阻滞影响十分明显。
另外,由于人工“植物”的干扰,半球形沙堆两翼的高低压相间分布区面积明显缩小,愈靠近沙堆上部植物所在部位,沙堆表面压力的数值比相同实验风速下的无植被的降低越多,丘顶闭合高压区和低压区范围也减小。而在背风坡降压负压区,由于植被的干扰, 0值等压线区域略有上移,负压区域大部分仅为10 Pa左右,涡旋区反向气流风速强化过程不明显,这种涡流状态更有利于沙尘的堆积。与无植物的半球形沙堆相比,植物的存在削弱了植物丛附近沙堆表面的压力,降低了气流的速度,扩大了背风坡涡流区的影响范围,为风沙流中部分颗粒的沉降、堆积创造了条件。Wasson〔4, 5〕指出在植株背风侧回流积沙区的风速仅及来流的20%,凌裕泉〔23〕认为植被不仅直接减弱了风沙流强度,而且因为植物的阻截作用,使部分大的颗粒发生沉降堆积。因此植被的存在更有利于沙堆的生长发育。
2.3 圆锥形沙堆的表面压力分布特征
从圆锥形沙堆各个风速下的表面压力分布模拟结果来看(图2e-2h),圆锥形沙堆的表面压力分布情况可以简单划分为沙堆迎风坡正压增压区、背风坡降压负压区和两翼高压区。
在圆锥形沙堆迎风坡分布着正压增压区(主要在A、B两区内)。从等压线分布图上可见,在圆锥形沙堆的迎风坡坡脚处等压线较稀疏,顺坡向上等压线逐渐加密且分布比较均匀,系迎风坡气流不断爬坡增速所致,在锥顶附近表面压力达到最大值,风速也相应地为最大值。与半球形沙堆相比,圆锥形沙堆迎风坡风压梯度变化均匀增大。
在圆锥形沙堆的背风坡分布着降压负压区(主要在E、F两区内)。当气流翻越沙堆后,在背风坡气流回旋,风速迅速降低,表面压力0值等值线区域顶点接近沙堆丘顶,再往下则气流回旋反向,代写医学论文负压值不断升高,在约1/3H2高度处负压值达到极值,并形成一个负压高值区,整个负压区俯视平面形态大致呈现三角形。其负压中心区风压值与半球形沙堆相比,要高出许多(对比图2a、2b、2e和2f)。
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