風(fēng)對(duì)沙區(qū)地形形成的作用以及沙丘的移動(dòng)分析

摘要：從表面上看，由于風(fēng)的作用使流動(dòng)沙地的外貌形態(tài)是復(fù)雜的。但是所有這些外貌不同的形態(tài)，卻存在著互相聯(lián)系，甚至相互過渡的性質(zhì)，而且往往在一定條件下，總是遵循著一定的規(guī)律發(fā)展和變化的。對(duì)此，本文分析研究了新月形沙丘地貌的形成情況，新月形沙丘鏈的形成情況，以及沙丘的移動(dòng)情況。

關(guān)鍵詞：沙區(qū)地形 ? 風(fēng)沙地形 ? 新月形沙丘 ? 沙丘地貌 ? 沙紋 ? 沙浪

一、新月形沙丘地貌的形成情況

有外國學(xué)者將新月形沙丘地貌的形成過程分成四個(gè)階段，即沙紋、沙浪、沙峰、新月形沙丘。

（一）沙紋的形成。是沙地表面形成的波紋，它是流沙在地形發(fā)展中的最初形狀。風(fēng)移沙粒以后，沙地表層的沙粒就發(fā)生了按粗細(xì)分選的現(xiàn)象，移動(dòng)得慢的最粗的沙粒，沿地表液動(dòng)，并聚積成小沙堤，兩個(gè)沙堤之間間隔著一定的距離，這就是沙紋。根據(jù)風(fēng)速和沙粒粗細(xì)不同，沙紋的距離（指沙紋脊與沙紋之間的距離）也不同，沙紋脊的高度變化情況也不十分明顯，一般而論大約在1.5米～2米之間的范圍內(nèi)。沙紋移動(dòng)的情況，沙紋是按著波浪形向前移動(dòng)，表層沙粒在沙堤的向風(fēng)坡上滑動(dòng)或滾動(dòng)，達(dá)到沙脊后，又向下滾動(dòng)，這就引起了沙紋的移動(dòng)。沙紋的移動(dòng)速度很慢，根據(jù)觀測(cè)資料，在5m/s風(fēng)速條件下，1.0m長的一個(gè)沙紋脊上，1.0cm厚的沙地表層，每小時(shí)移動(dòng)20cm，7m/s風(fēng)速下移動(dòng)30cm。

（二）沙浪的形成。沙紋形成后就在沙紋脊的背風(fēng)部，形成穩(wěn)定的水平渦旋。渦旋的方向與主風(fēng)方向不一致，這種渦旋不僅對(duì)沙表粗沙的移動(dòng)，而且對(duì)風(fēng)沙流都起著一定的阻礙作用。沙紋背部的渦旋和空氣層中的渦旋相互作用，方向相同的使水平渦旋具有一種新的回轉(zhuǎn)速度，兩方向相反的則互相抵消。這種情況造成沙表風(fēng)速的不均勻現(xiàn)象，使沙粒從風(fēng)沙流中不均勻的落下;另一方面，由于地表粗糙度和地形起伏的變化，會(huì)造成沙紋移動(dòng)速度的差別，使沙紋聚積起來。風(fēng)沙流和沙表相互作用的結(jié)果，逐漸形成沙浪（或平形沙堆的小地形）。在個(gè)別情況下，沙浪的基部寬達(dá)2m，高達(dá)20-25cm。

（三）沙峰的形成。新月形沙丘錐形的形成。當(dāng)中等風(fēng)速時(shí)風(fēng)繞著沙浪流動(dòng)，并不形成渦旋。但是風(fēng)速很大時(shí)沿著沙浪運(yùn)動(dòng)的氣流以很快的速度越過沙浪頂部。在沙浪的青風(fēng)部處于平靜無風(fēng)狀態(tài)，因而氣壓較大，于是從氣壓大的背風(fēng)部前方，因氣流急速流過，壓力變小，沙浪的背風(fēng)部前方產(chǎn)生了氣流。這個(gè)氣流的方向與越過沙浪頂部氣流的方向相反。反向氣流與越過沙浪頂部的氣流相互作用的結(jié)果，減低了一部分風(fēng)力，因而使風(fēng)沙流中的沙粒沉積，在沙浪的背風(fēng)部就形成了不大的落沙坡。落沙坡與向風(fēng)坡很顯然被峰頂線區(qū)分開。這樣的地形稱之為沙峰。有固定沙峰的沙浪已具有新月形沙丘的特征。

（四）新月形沙丘的形成。沙峰要進(jìn)二步形成新月形沙丘，必須在風(fēng)沙流密度增大的條件下，使沙峰在大風(fēng)季節(jié)結(jié)東時(shí)，形成不低于50cm高的沙丘。當(dāng)沙峰能達(dá)到這一高度時(shí)，那么在其背部就能形成獨(dú)特的渦旋，并有可能向前移動(dòng)和繼續(xù)增加高度，最后形成新月形沙丘。如果達(dá)不到上述條件，則沙丘的維形極易被其他方向的風(fēng)吹垮。當(dāng)風(fēng)沙流運(yùn)動(dòng)過程中遇到各種障礙物時(shí)（如起伏的地形、沙生灌木以及人工改造過的小地形等），不久以后，該障礙物被埋沒。這時(shí)氣流開始從這個(gè)新形成的小丘的上面和兩側(cè)遷回而過。如風(fēng)沙流密度很大則小丘上部連續(xù)有沙粒堆積著，使其面積和高度不斷增加，小丘兩側(cè)向前移動(dòng)而逐漸變成兩個(gè)順風(fēng)的獸角，這時(shí)舌狀沙丘就變成了新月形沙丘。新月形沙丘的特征是有兩上不同的坡面：平緩和稍凸起的迎風(fēng)坡，以及陡峭和稍凹的背風(fēng)坡。較細(xì)的沙粒形成的落沙坡較陡;相反，較粗的沙粒所形成的落沙坡較緩。在迎風(fēng)坡和風(fēng)坡相聯(lián)接的地方形成弧形的沙著。新月形沙丘的高度變化很大，由0.5m～10～15m。

二、新月形沙丘其他的情況分析

（一）新月形沙丘鏈的形成情況。新月形沙丘鏈?zhǔn)怯稍S多個(gè)別的新月形沙丘左右相連而形成。曲折的沙丘鏈，每一個(gè)曲弧都有一個(gè)較高的峰頂。兩個(gè)相鄰的峰頂之間稍凹一些，好似單個(gè)新月形沙丘兩翼的獸角相連接在一起一樣。新月形沙丘鏈的迎風(fēng)坡和落沙坡都和新月形沙丘相似。新月形沙丘鏈的高度一般在3～15m范國內(nèi)，有些地區(qū)可達(dá)30m。

（二）格狀新月形沙丘。格狀新月形沙丘由兩個(gè)相互垂直的新月形沙丘鏈構(gòu)成的。原因有兩個(gè)方面，一是當(dāng)有互相垂直的兩種風(fēng)向經(jīng)常交替吹刮時(shí)。二是平行的新月形沙丘鏈的進(jìn)一步發(fā)展而成。因?yàn)樵跉耙粋€(gè)新月形沙丘鏈上高低起伏不同，低處向前移動(dòng)的較快，趕上前列沙丘鏈，就形成了另一個(gè)與主風(fēng)方向平行的沙丘鏈。

在騰格里沙漠的南緣沙坡頭地區(qū)，這一類型的沙丘是由主要風(fēng)向西北風(fēng)和次要風(fēng)向東北風(fēng)造成的。據(jù)中衛(wèi)鐵路防沙研究站記載，這類沙丘縱橫長度一般為50～100m。高度（橫向與西北風(fēng)垂直的）為5～30m，縱向的（與東北風(fēng)垂直的）約5～10m。背風(fēng)坡約30°，迎風(fēng)坡20左右，中間是一個(gè)注地。這類沙丘因沙丘鏈靠近，沒有新月形沙丘鏈的低洼而平坦的丘間低地，而在四周沙梁包固之下當(dāng)中形成一個(gè)很深的圓穴。所以西北群眾有的把這類沙丘稱為“牛眼睛沙”。這類沙丘往往分布在大面積流動(dòng)沙地的中心，它的周固分布著新月形沙丘鏈，因此在自然界經(jīng)常見到新月形沙丘鏈和格狀新月形沙丘之間的過渡類型。格狀新月形沙丘一般比新月形沙丘鏈高大，移動(dòng)速度也比新月形沙丘鏈緩慢。

（三）綜合新月形沙丘。在流沙層很厚的沙區(qū)，沙丘能堆積成很大的沙山。在這些沙山上又形成新月形沙丘鏈，在丘間低地并伴生著其他類型的沙丘，這類沙丘稱為綜合新月形沙丘。因此，綜合新月形沙丘是指高50-150m，具有顯著不對(duì)稱斜坡的大沙丘。迎風(fēng)坡緩而長，背風(fēng)坡陡而短，在迎風(fēng)坡上又發(fā)育著一系列有規(guī)則排列的新月形沙丘鏈，而丘間低地上還有其他類型的沙丘。這類沙丘一般分布在大沙漠地帶。

（四）沙壟的形成。沙壟是單向風(fēng)或在數(shù)個(gè)近似的定向風(fēng)的條件下形成的。沙壟兩則斜坡比較對(duì)稱，高度不大，但較長，移動(dòng)較緩。在河西走席沙漠民動(dòng)、沙井子地區(qū)，這類沙丘可達(dá)650～700m，最長達(dá)1200m;寬度40～60m，最寬200m。

（五）金字塔形沙丘。這類沙丘發(fā)生在主要?dú)饬鳛樯絼?shì)障礙返回的氣流產(chǎn)生干擾，造成巨大渦旋的地區(qū)。由于多個(gè)風(fēng)向的相互作用，把沙子吹揚(yáng)堆積起來，形成金字塔形沙丘。在塔克拉瑪干民豐一帶，這類沙丘的高度可達(dá)100-200m左右。

（六）沙堆的形成。在水分條件較好，植物生長較好的地方，風(fēng)沙流被植物阻攔，發(fā)生堆積而形成。有些不怕沙壓的植物，沙堆能不斷增高。如自刺堆，一般能高達(dá)3m。在塔里木和柴達(dá)本盆地的檉柳沙堆，一般情況下可以高達(dá)5～10m，最高可以達(dá)到30m。

三、沙丘的移動(dòng)情況分析研究

研究沙丘移動(dòng)規(guī)律在治沙工作中具有很重要的意義。為固定流沙首先應(yīng)該掌握沙丘的移動(dòng)規(guī)律，以便用人工的方法來控制沙丘的移動(dòng)。不同類型的沙丘雖然有其不同的移動(dòng)持點(diǎn)，但有其共同的規(guī)律。本節(jié)著重討論新月形沙丘的移動(dòng)問題。沙丘的移動(dòng)方向和速度決定于沙丘的內(nèi)部條件如機(jī)械組成、濕度、植被狀況和外部條件，如風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)的延續(xù)時(shí)間、風(fēng)沙流的密度等。沙丘移動(dòng)和固定的過程，應(yīng)該看做是沙丘內(nèi)部條件和外部條件矛盾的對(duì)立統(tǒng)一過程。與新月形沙丘鏈橫軸成直角吹來的風(fēng)沙流密度很小的強(qiáng)風(fēng)，遇到沙丘基部的沙粒之后，使沙粒大量移動(dòng)，直到最大的吹蝕量，并不斷的改變迎風(fēng)坡的坡角，使其適應(yīng)當(dāng)時(shí)的風(fēng)力為止。與此同時(shí)，風(fēng)沙流也達(dá)到極限飽和的程度，這時(shí)吹蝕才逐漸減弱，并有少量的沉積。沿迎風(fēng)坡移動(dòng)的沙粒到達(dá)沙脊后，即進(jìn)入迎風(fēng)坡的渦旋區(qū)，再往前移一段越過沙脊，就借重力作用落在落沙坡上。如果風(fēng)力較弱，沙粒不能沿著較大風(fēng)力形成的迎風(fēng)坡上去，而在迎風(fēng)坡的基部逐漸沉積，并在這里逐漸形成較緩的坡面，直到沙粒能夠借減弱的風(fēng)力沿這個(gè)新坡面向上吹去為止。與此同時(shí)，風(fēng)吹去新月形沙丘頂部的沙粒，使其降落在落沙坡上，于是新月形沙丘的高度開始降低。

在上游風(fēng)蝕區(qū)有充足的沙子供給，使風(fēng)沙流的密度能保持很大的條件下，由于沙丘所造成的摩擦阻力，將一部分沙粒沉積，一部分沙粒吹走。因來沙量大于去沙量，沙丘體積就會(huì)不斷擴(kuò)大，其高度也不斷增高。在5m/s以上某種穩(wěn)定風(fēng)速的條件下，新月形沙丘橫斷面上沙粒的移動(dòng)情況，可劃分成幾個(gè)區(qū)。

（一）吹揚(yáng)區(qū)。當(dāng)風(fēng)沙流沒有從外面帶來懸浮流動(dòng)的沙粒時(shí)，在吹揚(yáng)區(qū)一般只產(chǎn)生沙粒離開沙丘表面的現(xiàn)象。

（二）轉(zhuǎn)移和交換區(qū)。從吹揚(yáng)區(qū)吹來的沙粒，在這里自然的被分類。當(dāng)風(fēng)沙流撞擊緩坡上、中部的表面時(shí)，沙粒就開始按顆粒的粗細(xì)分開，由于風(fēng)沙流對(duì)沙表產(chǎn)生的機(jī)械作用，進(jìn)入本區(qū)的沙粒一部分落下;另一部分引起新的沙粒離開地表，卷入風(fēng)沙流，并增大風(fēng)沙流的密度，隨著日益加快的風(fēng)速，繼續(xù)向前移動(dòng)。然而當(dāng)風(fēng)速不大時(shí)，風(fēng)沙流的強(qiáng)度也不大，大量沙粒成沙紋狀，從吹揚(yáng)區(qū)急劇向這里移動(dòng)，使迎風(fēng)坡的表面逐漸增高。因此在這一區(qū)內(nèi)，看不到直接的吹揚(yáng)現(xiàn)象，而是外來的沙粒在這里轉(zhuǎn)移和交換。

（三）堆積區(qū)。由于在沙脊的背風(fēng)面形成的反向渦旋，使從沙資上飛下來的沙粒卷入渦旋，落在落沙坡上。呈沙紋狀流動(dòng)的沙粒，到達(dá)沙脊后，即在本身重量的影響下，順坡面滾下，并按其重量和粒徑的大小分別落在落沙坡的各層中。

（作者簡介：李海燕，工程師，現(xiàn)任職于吉林省白山市水土保持試驗(yàn)站，研究方向?yàn)樗帘３址桨妇幹?，水土保持環(huán)境監(jiān)測(cè)與驗(yàn)收，小流域綜合治理等。）