黄河上游十大孔兑区域风能环境及输沙势特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00176

摘要/Abstract

摘要：

风况和输沙势是表征荒漠区风能环境及风沙运动的重要参数。为探明黄河流域十大孔兑区域风能环境特征，利用2018—2022年气象站数据分析了该区风况及输沙势在不同时间尺度上的变化特征。结果表明：（1）十大孔兑区域2018—2022年风速变化不大，年平均风速为3.17 m?s^-1，年平均起沙风风速为6.28 m?s^-1，不同季节之间起沙风速两极分化趋势明显，春季起沙风频率最高，月平均风速随季节变化起伏较明显。（2）受地形及海拔因素影响，十大孔兑区域风能环境呈西高东低分布特征，不同时间尺度起沙风风向均以偏西风和偏北风为主。（3）根据输沙势结果，十大孔兑区域整体上属于中等风能环境，存在相当大的空间变化，西部靠近库布齐沙漠，属于高风能区，中部属于中风能区，东部属于低风能区；不同时间尺度输沙势特征存在差异，合成输沙势方向趋于一致，以偏东南方向（SE、SSE）为主，为沙物质输入河道提供了充足动力。应将春季作为风沙重点防治时期，将靠近沙源区的西部作为重点防治区域。

关键词: 黄河流域, 风能环境, 风况, 输沙势, 十大孔兑

Abstract:

The characteristics of wind regime and sediment transport potential are crucial for characterizing the wind energy environment in desert areas and studying aeolian sand movement. The wind patterns and sediment transport potential of the Ten Tributaries in the Yellow River Basin were investigated by analyzing meteorological station data from 2018 to 2022， aiming to understand their energy characteristics and environmental impacts. The results show that：（1） There is minimal variation in wind velocity between 2018 and 2022， with an annual mean wind speed of 3.17 m?s^-1 and a yearly average sand-driving wind speed of 6.28 m?s^-1. The polarization pattern of sand-driving winds across different seasons is evident， with the highest frequency occurring during spring， while inter-monthly wind speeds exhibit significant fluctuations due to seasonal changes. （2） The intensity of wind energy varies， with higher intensity observed towards the western regions and lower intensity towards the eastern areas in the Ten Tributaries， due to the influence of topography and elevation. Prevailing sand-driving winds predominantly originate from westerly and northerly directions across different temporal scales. （3） Based on the sediment transport potential， the Ten Tributaries are classified as having a moderate overall wind energy environment. The western region， which is located in close proximity to the Hobq Desert， falls within the high wind energy region； the central region falls within the moderate wind energy region； and the eastern region falls within the low wind energy region. The characteristics of sediment transport potential vary across different time scales； however， the overall direction of resultant sediment transport potential consistently remains oriented towards the southeast （SE） and south-southeast （SSE）， ensuring sufficient momentum for sediments to enter the channel. Therefore， it is suggested that spring should be considered the key control period for wind-blown sand， and the western region near the source of sand should be regarded as the key control area.

Key words: Yellow River Basin, wind energy environment, wind conditions, sediment transport potential, Ten Tributaries

中图分类号:

P931.3

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图/表 11

图1 研究区概况与气象站点位置图审图号：基于内蒙古自然资源厅标准地图服务网站标准地图（审图号：蒙S（2020）028号和蒙S（2017）027号）制作，底图边界无修改

Fig.1 Overview of the study area and location map of meteorological stations

表1 风能环境和风向变率的划分

Table 1 Division of wind energy environment and wind condition direction variability

风能环境	评判指标	风况方向变率	评判指标
低能	DP<200	低变率	RDP/DP>0.8
中能	200≤DP≤400	中等变率	0.3≤RDP/DP≤0.8
高能	DP>400	高变率	RDP/DP<0.3

图2 十大孔兑2018—2022年度风速风向特征

Fig.2 Wind speed and direction characteristics of Ten Tributaries

图3 不同气象站年平均起沙风分布特征

Fig.3 Annual average characteristics of sand-raising wind at different meteorological stations

图4 十大孔兑2018—2022年年平均风速、起沙风风速及起沙风频率

Fig.4 The annual average wind speed， sand driving wind speed and sand driving wind frequency of the Ten Tributaries from 2018 to 2022

图5 十大孔兑起沙风月际变化

Fig.5 Monthly variation of sand driving wind

图6 十大孔兑年度及季节起沙风玫瑰图

Fig.6 Rose chart of annual and seasonal sand driving wind in Ten Tributaries

图7 十大孔兑不同气象站输沙势特征注：不同小写字母表示不同变量在P<0.05水平上存在差异

Fig.7 Characteristics of sediment transport potential of different weather stations

图8 十大孔兑输沙势分布特征

Fig.8 Distribution characteristics of sediment transport potential in Ten Tributaries

图9 十大孔兑年度及季节输沙势玫瑰图

Fig.9 Rose chart of annual and seasonal sediment transport potential in Ten Tributaries

图10 十大孔兑月际输沙势玫瑰图

Fig.10 Rose diagram of monthly sediment transport potential of Ten Tributaries

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