坡度和坡形对爬坡沙丘形成影响的风洞模拟实验

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00082

摘要/Abstract

摘要：

爬坡沙丘是重要的地形障碍沙丘，其形成与地形密不可分。采用室内风洞模拟的方法，选用8°、15°、25°、35°、45°、55°等6个坡度模型和平面、凹形、凸形、凹凸组合形、台阶形5个坡形模型，分别在6、8、10、12、15、18 m·s^-1的风速条件下进行近地表风速测量，探讨坡度和坡形对气流及爬坡沙丘形成的影响。此外，在8 m·s^-1风速条件下，对上述模型分别进行加沙吹蚀实验，以验证坡度和坡形对爬坡沙丘形成的影响。结果表明：（1）模型对近地表的气流有一定的阻滞和抬升作用，且在近地表处对下层的影响大于上层；（2）25°和35°迎风坡最利于爬坡沙丘的形成，8°和15°次之，45°和55°迎风坡不易形成爬坡沙丘；（3）凹形坡和台阶形坡最适宜爬坡沙丘形成，凹凸组合坡和平面坡次之。

关键词: 爬坡沙丘, 坡度, 坡形, 风洞模拟实验

Abstract:

The climbing dune is an important kind of topographically influenced dunes， and its formation is closely related to topography. In our wind tunnel experiment， the windward slope models of six slopes of 8°， 15°， 25°， 35°， 45°， 55°， and five shapes of windward slope， such as flat slope， concave shape， convex slope， concave-convex slope and stepped slope， were used to measure near-surface wind speeds under five wind speeds of 6， 8， 10， 12， 15， 18 m·s^-1， and the influence of slope gradient and s slope form of climbing dune were discussed. And with sand supply， those models were tested to simulate the sand accumulation on the slopes under the same condition of 8 m·s^-1wind speed. which is to verify the analysis results. The results show that：（1） The models have a certain blocking and lifting effect on the air flow near the surface， and the effect on the lower layer is greater than that on the upper layer；（2） The 25° and 35° are most favorable degrees for the formation of climbing dunes， followed by 8° and 15° models， 45° and 55° models are not easy to form climbing dunes；（3） Concave slope and stepped slope are most suitable for the formation of climbing dunes， followed by flat slope and concave-convex slope.

Key words: climbing dunes, slope gradients, slope forms, wind tunnel simulation experiment

中图分类号:

X169

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图/表 13

图1 不同模型示意图及坡面测点位置

Fig.1 Schematic diagram of different models and location of measuring points on the slopes

表1 不同坡度模型的设计参数

Table 1 Model parameters of different slope gradients

模型参数	模型坡度/（°）
模型参数	8	15	25	35	45	55
高度/cm	4.5	8.3	13.5	18.4	22.5	26
长度/cm	32	31	29	26	22.5	18.4

图2 模型近地表风速测量实验布设（A，风洞布设示意图；B，风速廓线采集系统；C，皮托管阵列测量细节图；D，S型皮托管测量细节图）

Fig.2 Experimental arrangement of wind speed measurement near the surface of model

图3 8 m·s-1风速条件下不同坡度的模型迎风坡各测点的风速廓线

Fig.3 Wind speed profiles of each measuring point of model windward slope with different slope gradient under 8 m·s-1 wind speed

图4 8 m·s-1风速条件下不同坡形的模型迎风坡各测点的风速廓线

Fig.4 Wind speed profiles of each measuring point of windward slope of different slope form models under 8 m·s-1 wind speed

图5 不同风速条件不同坡度的模型风速变化率

Fig.5 Change rates of wind speed at each measuring point of windward slope with different slope gradient under 8 m·s-1 wind speed

图6 8 m·s-1风速条件下的不同坡度模型各测点的风速变化率

Fig.6 Change rates of wind speed at each measuring point of windward slope with different slope gradient under 8 m·s-1 wind speed

图7 不同风速条件下不同坡形模型的风速变化率

Fig.7 Change rates of wind speed at each measuring point of model windward slope with different slope form under different wind speeds

图8 8 m·s-1风速条件下的不同坡形模型各测点的风速变化率平面坡、凹形坡、凸形坡的坡中视为坡中2；凹凸组合坡坡面测点1、2、3对应坡中1、坡中2和坡中3；台阶形坡坡面测点1、2对应坡中1和坡中2

Fig.8 Change rates of wind speed at each measuring point of windward slope with different slope form under 8 m·s-1 wind speed

图9 8 m·s-1风速下不同坡度坡面沉积形态

Fig.9 Deposition forms over slopes with different slope gradient under 8 m·s-1 wind speed

表2 8 m·s-1风速下不同坡度迎风坡坡面沉积形态统计

Table 2 Statistics of deposition morphology of windward slopes with different slope gradient under 8 m·s-1 wind speed

坡度	爬升坡长/cm	坡面面积/cm²	坡面沉积质量/kg
8°	12	324	0.30
15°	10	364	0.45
25°	15.6	560	1.03
35°	13.5	488	0.93
45°	0	0	0
55°	0	0	0

图10 8 m·s-1风速下不同坡形坡面沉积形态

Fig.10 Deposition forms over slopes with different slope forms under 8 m·s1 wind speed

表3 8 m·s-1风速下不同坡形迎风坡坡面沉积形态统计

Table 3 Statistics of deposition morphology of windward slopes with different slope form types under 8 m·s-1 wind speed

坡度	爬升坡长/cm	坡面面积/cm²	坡面沉积质量/kg
平面坡	17	548	1.03
凹形坡	25	1092	1.84
凸形坡	11	380	0.73
凹凸组合坡	16	728	1.46
台阶形坡	*	920	2.13

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