| 题名 | 华南热带湿润海岸风沙运动规律和防沙工程研究 |
| 作者 | 韩庆杰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-15 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 屈建军 |
| 关键词 | 风沙运动 湿度 起动 侵蚀 颗粒速度 输沙 防沙工程 效益 热带湿润海岸 |
| 其他题名 | The research on the characteristics of aeolian sand transport and sand prevention engineering in tropical humid coastal southern China |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 海岸风沙运动观测与模拟研究的区域主要集中于欧洲与北美的温带湿润海岸，而全球其它广大地区海岸风沙运动观测与模拟的研究相对较少，例如热带的湿润海岸。华南海岸风沙活动强烈，海岸沙丘地面积有2.378×105ha，不仅在中国海岸沙丘中，而且在世界热带湿润海岸沙丘中均占有重要地位。然而，对于该区域，在海岸风沙运动观测与模拟研究方面相对极为薄弱。 风沙传输主要影响海岸沙丘的增长，沙漠化和危害沿岸建筑。表面湿度被认为是一个影响风沙传输的非常重要的因素, 尤其是在海滩和前丘的交互带。因此，本文基于华南热带湿润海岸风沙运动规律的研究，在学习和总结沙坡头铁路防沙体系经验的基础上，对海岸国防设施风沙危害进行了工程防治。最终，成功建立了海岸风沙防护体系，研究了其防护效益，并在开放式沙滩成功引种了红树林。初步结论如下： 1．建立了一个新的预测热带湿润海滩湿沙起动摩阻速度的方程，结果指出对于给定粒径，湿沙的起动摩阻速度随ln100M线性增加。当我们评价一些被广泛使用的模型时，预测结果的巨大差异被表现出来。在湿度低于0.0062（=0.5M1.5A）时，Chepil（1956）和Selah and Fryrear（1995）的理论模型和试验数据有较好的一致性。在湿度高于0.0062时，Belly（1964）的经验模型和试验数据更具有可比性。模型中被广泛使用的参数M1.5可能界定了水分存在形式的过渡点。在所有测试湿度下，随着有效风速的增加，侵蚀模数的增加呈现指数为正值的幂函数关系。随着湿度的增加，侵蚀模数的降低呈现指数为负值的幂函数关系。当湿度和风速同步变化时，风蚀模数同有效风速的0.73次方成正比，但同湿度的1.48次方成反比。当M≥0.83%（= M1.5B），仅由颗粒间水膜所产生的粘滞力就足以抑制大风情况下的绝大部分侵蚀的发生。 2．海滩湿润床面，不同高度跃移沙粒的水平和垂直速度符合Gaussian 分布，平均水平颗粒速度随高度和风速增加。在所有测试风速下，伴随湿度为0.591%和1.464%的两个转折点，湿沙表面跃移云颗粒速度随湿度呈现波动或阶梯式变化格局，湿度的累计数量变化引起了沉积物中水分粘滞力和床面硬度的基本变化。这种累计效应同土壤的持水力相关，湿度0.591%和1.464%（接近于M1.5= 1.591%）相应的可能代表了由颗粒表面水膜产生的分子吸附力（M＜0.591%）和颗粒间水桥产生的毛细作用力（M＞1.464%），当0.591%＜M＜1.464%时，颗粒间的力正由分子吸附力向毛细作用力过渡。湿润床面上流沙云平均顺风向速度随高度的变化能够被表达为一个幂函数方程。整体上，平均颗粒垂直速度随着湿度而增加，颗粒的垂直运动逐渐由向下过渡为向上，过渡点湿度与水平颗粒速度的一致。 3．如果近表层输沙廓线的反向弯曲被忽略，一个湿沙表面的输沙廓线能够被表达为一个指数方程。一般，湿度增大，整体输沙率降低，高湿度床面的沙粒有相对更大的比例被传输到更高的位置。当湿度和风速增加，蠕移比例和相对衰减率降低，更多地颗粒会在更高处传输。蠕移比例的变化范围很广，从0.12到0.33，平均为0.22，依耐于湿度和风速。目前的研究中，湿度达到0.587%和1.448%（接近于1.591% = M1.5）之间时，蠕移比例、相对衰减率和输沙廓线的特征高度强烈降低，而这一湿度区间可能代表了沉积物中的力正由颗粒表面水膜中的分子吸附力向颗粒间水桥产生的毛细作用力过渡。整体输沙率的结果显示，只要湿度能够达到M1.5，颗粒间的液体桥便基本形成，由湿度产生的粘滞力就足以抑制大风情况下大部分输沙的发生。 4．根据海岸风沙活动规律及潮汐作用特点，借鉴包兰铁路沙坡头段风沙危害防治体系的经验，提出了以拦为主，拦固结合，以工程措施为先导，最终以生物措施替代工程措施的综合防治思路。在海岸潮间带设置防浪拦沙堤，拦截沙源，防止海浪对防护区固沙设施的冲击破坏；在流沙区设置蜂巢式固沙障稳定沙面；在防护区两侧布设阻沙栅栏，阻隔侧向来沙；在设施区辅以红粘土掺合、化学固沙剂和覆网措施，固定就地起沙并对过境风沙流加以输导。防护体系的建立有效抑制了风沙对国防设施的危害，促进了植被的恢复和土壤的改良，在学科上拓宽了风沙防治的研究领域，为海岸风沙危害防治提供了理论依据和技术储备。 5. 开放式沙滩红树林的成功引种为海岸红树林生态系统恢复提供了可行的方案，并对促进沙质海岸生态系统的可持续发展具有重要现实意义。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 145 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21807]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 韩庆杰. 华南热带湿润海岸风沙运动规律和防沙工程研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2009. |
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