长江源卓乃湖流域地表沉积物粒度分布与风沙流结构

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00138

摘要/Abstract

摘要：

干涸湖盆是干旱与半干旱地区沙尘暴的主要策源地。长江源地区卓乃湖流域湖泊溃堤后，大量湖底碎屑物质出露地表成为新的沙源，不断加剧的风沙灾害严重威胁着卓乃湖的生态环境与青藏铁路的安全运营。通过对卓乃湖西岸、南岸和东侧3个部位的风沙活动进行系统观测，获得了卓乃湖溃堤后地表及风沙流中沙尘物质的粒度分布以及风沙流结构。结果表明：卓乃湖西岸是流域内风沙活动最为强烈的区域，西岸和南岸是流域内的主要起沙起尘区；东侧为沉积沉降区，风沙沉积物既包括本地沙物质，也包含来自西岸和南岸的沙尘；由于湖相沉积物粒度较细，西岸的风沙流结构随高度线性递减。结合地表和风沙流中沙尘的粒度分析特征，认为卓乃湖流域沙尘以流体起动为主，而非传统观点认为的以跃移物质的轰击起动为主。高原地区干涸湖盆的风沙活动具有独特性，在风沙防治中不可照搬低海拔地区的防治模式。

关键词: 卓乃湖流域, 干涸湖盆, 粒度分布, 风沙流结构, 沙尘起动方式

Abstract:

The dry lake basin is one of the main sources of sandstorms in arid and semi-arid areas. With the burst of Zuo Lake in the source region of the Yangtze River， a large number of fragmentary materials from the lake bottom was exposed to the surface and became the new source of sand. The increasing sand storm disaster seriously threatened the ecological environment of Zuo Lake Basin and the safe operation of the Qinghai-Tibet Railway. In this paper， the grain size distribution and aeolian-sand flow structure of surface and aeolian-sand sediments after levee breach of Zuo Lake were obtained through systematic observation of aeolian-sand activities in three typical parts of west bank， south bank and east side of Zuo Lake. The results show that the west bank of Zuo Lake is the most intense area of sand activity in the basin， and the west bank and the south bank are the main source of sand and dust areas in the basin. The east side is the sedimentation area， and its blown sand sediments include both local sand materials and the dust from the west bank and the south bank. Due to the fine grain size of lacustrine sediments， the sand flow structure of west bank decreases linearly with height. Combined with the grain size results of surface and aeolian-sand flow sediments， it is speculated that the sand and dust initiation in Zuo Lake Basin is mainly aerodynamic entrainment， rather than the saltation bombardment as traditionally believed. The characteristics indicate that the aeolian sand activity in the dry lake basin in the plateau region is unique， and the prevention and control mode of low altitude areas cannot be copied in the prevention and control of aeolian-sand.

Key words: Zuo Lake Basin, dry lake basin, particle size distribution, aeolian-sand flow structure, dust entrainment mode

中图分类号:

P931.3

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图/表 9

图1 研究区概况图

Fig. 1 Sketch map of the study area

图2 风沙观测场仪器组安装示意图与架设点概况图A. 西岸、南岸观测场仪器安装示意图；B. 南岸观测场概况图；C. 东侧观测场仪器安装示意图；D. 东侧观测场概况图。图中B代表BSNE集沙仪，M代表MWAC集沙仪，D代表降尘缸

Fig.2 Schematic diagram of instrument group installation and erection point of aeolian sand observation field （A， The instrument installation schematic of W and S observation field. B， The sketch maps of S observation sites. C， The instruments installation schematic of E observation field. D， The sketch map of E observation field. B represents BSNE Sand Collector， M represents MWAC Sand Collector， D represents Dust Cylinder）

表1 沉积物粒级范围和类别名称

Table 1 Sediment particle size range and category

沉积物	粒径/Ф	类别名称	沉积物	粒径/Ф	类别名称	沉积物	粒径/Ф	类别名称
砾石	<-8	巨砾	砾石	-1~-2	极细砾	粉砂	5~4	极粗粉砂
	-6~-8	卵石	砂	0~-1	极粗砂		6~5	粗粉砂
	-5~-6	极粗砾		1~0	粗砂		7~6	中粉砂
	-4~-5	粗砾		2~1	中砂		8~7	细粉砂
	-3~-4	中砾		3~2	细砂		8~9	极细粉砂
	-2~-3	细砾		4~3	极细砂	黏粒	> 9	黏粒

表2 分选系数、偏度和峰度划分标准

Table 2 Classification standard of sorting coefficient， skewness and kurtosis

分选系数σ		偏度SK		峰度K_g
范围/Ф	描述	范围	描述	范围	描述
<0.35	分选极好	-1.0~-0.3	极负偏	<0.67	很宽
0.35~0.50	分选很好	-0.3~-0.1	负偏	0.67~0.90	宽
0.50~0.71	分选较好	-0.1~ 0.1	近对称	0.90~1.11	中等
0.71~1.00	分选中等	0.1~0.3	正偏	1.11~1.50	窄
1.00~2.00	分选较差	0.3~1.0	极正偏	1.50~3.00	很窄
2.00~4.00	分选很差			>3.00	非常窄
>4.00	分选极差

表3 地表土壤粒度参数

Table 3 The particle size parameters of surface soil

土样采集部位	粒度参数
土样采集部位	平均粒径M_z/Ф	平均粒径标准差S_d	分选系数σ/Ф	偏度SK	峰态K_g
西岸观测场	6.771	1.177	1.8433	-0.0031	1.0796
南岸观测场	6.156	0.787	2.2729	0.0045	0.8975
东侧沉降区	5.103	1.107	1.9635	0.1024	1.3478
溃堤口与溃堤河道	5.879	0.577	2.0749	0.0111	0.9465
未溃堤地面	5.685	0.425	2.4684	0.0449	0.7716

表4 风沙流中沙粒粒度参数

Table 4 The particle size parameters in aeolian-sand flow

沙粒采集部位	粒度参数
沙粒采集部位	平均粒径M_z	平均粒径标准差S_d	分选系数σ	偏度SK	峰态K_g
西岸观测场	5.225 Ф	0.996	1.9972 Ф	0.0760	0.8388
南岸观测场	4.653 Ф	0.339	2.0914 Ф	0.1133	1.0685
东侧沉降区	3.595 Ф	0.748	1.5590 Ф	0.2148	1.6214

图3 地表土壤与风沙流沙粒粒径随高度分布

Fig.3 Distribution of land surface and aeolian sand flow particle size with height

图4 3个观测场输沙量百分比和标准差随高度的分布

Fig.4 Distribution of sediment discharge and standard deviation with height in three observation fields

图5 风沙流结构函数

Fig.5 Structure function of aeolian-sand flow

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