风沙物理实习报告Word文档格式.docx
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近代以来的考察研究认为,这里所以会变成为沙漠,主要是由于历代滥伐森林,大量开垦草原,植被遭严重破坏。
从宋代到明代、清代,不断大面积地毁坏森林和草原,水土流失,底沙泛起,结果使沙漠像脱缰野马,吞没了耕地,填塞了河湖。
古人写诗叹道:
“茫茫沙漠广,渐远赫连城。
”考古资料证实,在唐代以前,陕北也是森林茂密、水草丰盛、湖泊星布,是适宜农牧的好地方。
如今却是童山秃岭,沟壑纵横,风沙干旱,生产低下。
红碱淖作为全国最大的沙漠淡水湖,对黄河中上游能源化工区、毛乌素沙漠与鄂尔多斯高原生态系统、水资源调节和气候环境的稳定起着极其重要的作用。
第四纪早期受青藏高原隆升影响,鄂尔多斯高原持续抬升,河流下切加剧,毛乌素早期湖泊泄水。
在该地区留下了大量的河湖相沙砾石沉积,为沙化提供物质基础。
第四纪以来该区气候在流动中向干旱趋势发展,在冰期,气候干旱寒冷,植被减少,地表沙砾裸露,在强劲的冬季风吹杨下,沙漠扩展大量的粗颗粒物质沉降在长城沿线陕北黄土地区。
全更新世以来气候变得相对湿润,在流沙之上形成一层黑土,将沙流固定,由于农垦等人类活动以及河流切割作用,黑土消失,下部沙层暴露,固定的沙层活化,形成土地沙化沙源,在风力吹杨至山坡地表,使土地沙化。
综上,自然条件是榆林地区土地沙漠化发生与发展的客观因素,不合理的人类活动则是沙漠化的诱发因素。
4、新月形沙丘的形成过程
(1)根据实测资料绘制大保当复合沙丘:
见附图1
(2)绘制复合新月形沙丘的逆向小沙丘形态图,分析成因:
(3)新月形沙丘的形成过程:
新月形沙丘形成过程可以概括为四个阶段:
沙堆阶段—盾状沙丘阶段—雏形新月形沙丘阶段—新月形沙丘形成阶段。
新月形沙丘形成的成因:
风沙流流经沙堆产生不同的风速变化,气压不同的分布特点,沙堆顶部风速大,气压小,背风坡风速小,气压小,沙堆背风坡形成涡流,将沙子堆于沙堆背风坡两侧,并形成凹地,不断加积,沙丘增大,背风坡的沙粒因重力下滑,涡流再次吹向两侧,发育两翼,形成新月形沙丘。
5、榆林沙地风速起沙风速的观测与分析
(1)含沙量的垂直分布
在小纪汗林场实习中固定沙丘上做的起沙风速测定实验没有得到数据。
但是根据风沙物理学所学的,津格(1953年)用沙丘的级配沙进行风洞实验,测定了床面以上不同高度输沙律分布的函数关系,得出如下方程:
Qz=(b/2+a)1/n
式中字母含义:
Qz——高程Z处输沙率;
B——随沙粒粒径和剪切力而变化的常数;
a——参考高度;
n——指数。
我们也可以得出结论:
离地面越远气流所含沙粒越细,越靠近地面气流所含沙粒越粗。
(2)风沙流结构指标
由于实习当天的天气状况晴朗,风向不稳且较小所以实习中风沙流结够测定实验没有得出数据。
风沙流结构可用一定的指标来表示,如:
兹纳门斯基对风沙流结构特征与沙子吹蚀和堆积的关系进行了风洞试验,可以得出:
风沙流结构特征值:
λ=Q2-10/Q0-1
式中:
Q2-10——2-10cm高度气流层内的输沙量;
Q0-1——0-1cm高度内气流层输沙量;
λ>
1:
处于非堆积搬运状态;
λ<
处于利于气流中沙粒堆积状态;
λ≈1:
无堆积亦无吹蚀,为非蚀积搬运。
6、风沙流结构特征测定方法和注意事项:
风沙流结构是指风沙流中沙粒数量随垂直高度的分布特征及变化规律。
用以研究气流中沙量随高度的分布特征;
垂直高度层内分布的沙量随风速、下垫面、总输沙量等因素的变化规律。
可在野外实地观测,也可在风洞中进行试验研究,所用仪器主要是风速仪、集沙仪、天平等。
通过测定风速、输沙量、粗糙度等,分析影响风沙流结构的因素,研究风沙流结构特征及结构指标,从而掌握风沙运动规律和性质。
沙粒运动特点既可以通过垂线方向沙粒运动参数变化的特征来反映,也可以通过穿越某给定断面以后沙粒降落过程中参数的变化特征来反映,二者有着密切的关系。
垂线方向沙粒运动参数的表现形式多为平均跳跃高度、跳跃高度的随机分布、输沙量及其垂线分布等;
水平方向沙粒运动表现为平均跳跃长度、跳跃长度的随机分布、沙粒的降落量及其沿气流方向的分布等。
三、实习主要内容:
1、榆靖高速靖边县黄蒿界
靖边县黄蒿界,这里属于半沙漠干旱地区,沙漠植物多稀疏、矮小。
通过老师讲解,我们认识了许多西北沙漠地区特有植物,如花棒、沙柳、柠条、阿尔泰紫苑等植物,实地了解了沙漠植被的生物特性和生态特性,可以看到这里的土层很薄,用手一挖就能见到沙子,甚至脚踩过去都会破坏这里的地表结皮层,可见这里的生态环境是非常脆弱的,但是可以看到人们已经这里治理成一片绿洲。
在这里我们进行了样地调查,以下是测量结果。
表1榆靖高速公路黄蒿界样方调查数据表
乔木
灌木
盖度
草本盖度
枯落物厚度
沙表面
状况
样方1(5×
5m)
花棒
0.2
0.1
有黑或黑绿色
薄沙结皮
样方2(10×
10m)
小白杨
柠条、黑沙蒿、花棒
0.6
样方3(10×
莲蓬、飞蓬、黑沙蒿、花棒
所选样方中乔木,植被稀少,灌木以花棒为主,覆盖度不高。
被固定的沙表面有黑色或黑绿色薄沙结皮,阻止了风与沙颗粒的直接接触,增加了地表粗糙程度,减少风蚀。
于此同时,在样方2与样方3内选取标准木进行生长状况调查,数据记录如下表2:
表2小白杨生长状况调查样方统计表
胸径(cm)
树高(m)
冠幅(m2)
样方2
(10×
7.2
7
3.6481
8
4.5369
4.3
5
2.56
4.5
4.0804
4.8
5.8564
样方3
11.7
9.5
2.7889
1.0816
3.2
3.8
1.0201
15.5
4.84
可以发现样方内的主要乔木小白杨,长势较差,矮小细弱且通直性较差。
结合高速公路边缘和沙区的气候状况,我们认为水分是限制小白杨生长的主要原因。
降水稀少,日照强烈,沙层由于植被覆盖少而使水分大量蒸发,高速路上的强劲风力也是带走植物表面水分的一个原因。
同时我们也选择灌丛样方进行试验,记录数据如下表3:
表3灌木样方调查表
样方
物种
冠幅
株高
物种数
1
沙柳
1.5
2.1
0.7
1.23
1.25
14
2
紫穗槐
0.9
2.47
0.5
2.22
1.52
0.98
0.45
3
柠条
1.3
2.3
1.1
黑沙蒿
0.71
0.77
20
4
2.6
3.42
0.4
0.74
6
1.54
1.85
通过以上数据,我们知道样地内主要生长着根系生长能力很强的花棒,沙柳以及其他耐旱的植物。
群落集群分布,有时一丛是一株。
2、古迹参观:
统万城
统万城是东晋时南匈奴贵族赫连勃勃建立的大夏国都城遗址,也是匈奴族在人类历史长河中留下的唯一的都城遗址,是中国北方最早、最著名的都城,已有近1600年历史。
统万城是沙漠历史地理考察的典型例证,它的兴衰反映了当地人地关系的变化和生态环境的变迁,揭示了人类活动对脆弱生态环境的巨大影响,不合理的人类活动是城址周围环境恶化的主要原因。
统万城遗址全部为夯土建筑遗存,位于无定河台地之上。
城市的基本格局仍旧保留。
部分城垣、城门、马面及角楼遗存清晰可辨,城内主要建筑、道路均已无存,仅遗留下高大的夯土台基。
根据航空影像分析,仍可看出城西北角的护城河及城内开渠引水的痕迹。
统万城自北宋初年下诏被毁,逐渐废弃已一千余年,遗存的破坏主要体现在自然的破坏、恶劣的自然环境所造成的风雨流沙侵蚀、地震造成的裂隙断裂,以及村民在城墙上挖凿窑洞、取土,在城内开垦农田、放养牲畜,还有游人及当地居民随意攀登、踩踏城墙等方面。
统万城是研究中国北方少数民族(尤其是匈奴民族)、古代历史文化、政治、经济、科技、军事、城市、建筑艺术以及生态环境变迁等方面的基地,具有很高的科学研究价值。
这样一座历史文化纪念碑,具有深厚的人文意蕴,它可以让人们体味它历史的辉煌与现实的悲凉,可以满足游客觅奇猎古、回归历史、回归自然的心理需求,同时也是古代文化历史、建筑艺术、环境变迁、民族史等方面的科研教学考古的旅游胜地。
3、小纪汗飞播区
纪汗林场的飞播区流动沙地条件下,在榆林沙地封禁后,首先出现的是散生单株的白沙蒿和沙竹,籽蒿具有强大的根系,不易被吹断,抗风。
沙竹能在流动沙地成为先锋植物是靠柔韧细长的丛状叶和地下茎,同时流动沙地有较好的土壤水分条件,可供植物利用,加以人工利用固沙措施营造樟子松的优良地类。
干沙层厚度测量结果如下:
表4干沙层厚度
部位
厚度(cm)
丘顶
1.6
1.8
迎风坡
背风坡
1.4
沙丘表层水分蒸发到干沙层达到一定厚度时,便可以抑制其下部土壤水分的继续蒸发。
可以保护沙地湿沙层稳定湿度。
大部分半固定和固定沙丘迎风坡的含水量比背风坡的低。
表5样方1(20×
20m)坡度22,坡向NW65
株数
数量
草本
樟子松
18
阿尔泰紫苑
13
桑树(幼龄)
沙竹
16
表6样方1内物种生长调查
标准木1
标准木2
标准木3
7.3
5.4
12.4
2.65
1.9
2.6386
1.44
8.195
标准木4
标准木5
标准木6
标准木7
标准木8
1.72
2.25
1.7
1.75
0.5304
2.0904
0.76
2.85
2.73
7.32
8.12
1.62
1.55
1.58
2.2
7.25
3.7
5.565
6.16
1.45
5.52
5.46
2.16
1.82
在飞播区对样地的调查结果如下:
表7样方2(10×
19
表8半流动沙丘不同部位植被生长调查表
5×
5m
坡度30
黑沙蒿群落
坡向45
45株
0.53
迎风坡中部
灌木盖度
10×
10m
21
20丛
50%
10.728
3.12
5.0625
2.34
0.42
4、红碱淖
红碱淖是我国最大、最年轻的沙漠淡水湖,是陕西省最大的天然湖泊。
红碱淖位于榆林市神木县和鄂尔多斯市伊金霍洛旗交界地带,与毛乌素沙漠相临,为沙漠淡水湖泊,素有“大漠明珠”之美称。
我们了解到,红碱淖处于一相对封闭的内陆区,湖泊四周有木独石梨河、壕赖河、柒卜素河、营盘河、拖河、蟒盖兔河、尔林兔河7条季节性内陆小河注水,总流域面积约1500km2。
红碱淖湖水的补给除流域内的7条河流外,主要来源于沙区地下水渗出。
营盘河发源于内蒙,是区内的主要地表水源,约占红碱淖地表水总补给量的40%左右,其他几条河流多为季节性河流,平时多干涸。
红碱淖区域地下水资源较为充沛,环湖区域沿线地下水埋藏较浅,主要含水层为第四系粉细沙层,是红碱淖的主要补给来源。
据查,红碱淖的形成距今只有八十余年的历史。
清朝道光年间,这里仍是片低洼沼泽地,积水少,易干涸。
洼地中心原有一条贯穿南北的路,是蒙汉人民往来的重要通道。
由于本地土质有大量红碱,历代商人在此设场熬碱,碱色发红,故称为红碱湿地。
后积水年多一年,逐成水潭,人称红碱淖。
5、大保当臭柏自然保护区
神木臭柏自然保护区是以保护天然臭柏灌丛及其生存环境为主要目的的自然保护区。
该自然保护区位于神木县西北部风沙区,东临瑶镇乡,西至大保当乡,北连尔林兔乡,南接高家堡镇,南北长约45公里,东西宽约5公里,总面积7666公顷。
保护区跨4个乡镇。
该区属于毛乌素沙漠的东南缘,东临秃尾河,境内以固定和半固定沙丘为主。
地表起伏不大,多在海拔1200米上下。
气候为中温带半干旱气候,年平均气温7.6℃,年平均降雨量440毫米,年蒸发量达1420毫米,冬春干旱多大风。
在这样的条件下,地带性草原治污群落很少进入,而发育了一组适应于沙地特点的半隐域性植被类型,由沙生治污臭柏组成了这里的沙地植被。
半个世纪以来,由于受樵采、放牧等人为破坏,当地区的臭柏灌丛林已由原来的2660公顷减少到2200公顷,且断续分布在秃尾河西岸的狭长地带上。
臭柏又名沙地柏、叉子园柏、爬地柏等,臭柏为常绿灌木,匍匐生长,密集成片,具有适应沙地生活的形态和生理功能。
耐干旱、寒暑,抗风沙。
实习中我们在不同样方对臭柏进行了生长状况调查,调查数据如下:
株高(cm)
主干枝长(cm)
60
176
65
142
80
210
70
220
68
178
87
78
76
9
10
56
11
45
12
40
44
50
15
均值
64.27
185.2
臭柏高
主干枝长
136
270
48
179
36
174
57
151
75
54
90
52
59.7
182
臭柏在在沙丘的不同部位均能生长。
臭柏根系发达,生长旺盛,具有固沙、改良土壤结构的重要功能,是风沙干旱、半干旱区造林、绿化、观赏的优良树种。
6、榆林沙区主要植物形态特征
⑴沙米:
一年生草本,高20—100厘米。
幼时全林密被分枝毛,后脱落。
茎直立,坚硬,多分枝。
叶互生,无柄,披外形至条形,长1—8厘米,宽4—10毫米,先端渐尖,具刺尖,基部渐狭,全缘,叶脉凸出,3—9条。
花序穗状,无总梗,通常1—3个着生于叶腋;
苞片宽卵形,先端骤尖,有短针刺,反折;
花被片1一3,膜质;
雄蕊2—3;
子房扁形,柱头2。
胞果卵圆形,扁平,除基部外,周围略具翅,果喙深裂成两个条状小喙,其先端外侧二小齿;
种子圆形、扁平
⑵绵蓬:
绵蓬是一年生草本植物,株高20~60cm,脱盐土人工栽培可达80cm以上。
茎直立,有红色条纹,多级分枝,枝细长,斜伸或开展。
叶线形,对生,长1.5~5cm,宽1~3mm。
正常年份3月上中旬至6月上旬都可出苗,出土子叶鲜红。
7~8月为花期,9~10月为结实期,11月初种子完全成熟。
成熟时植株火红,极具观赏价值。
⑶沙竹:
沙竹是禾本科沙鞭属多年生草本植物。
根状茎横走。
秆直立,高80~150厘米。
秆基部的叶鞭黄褐色,残留呈纤维状。
叶鞘光滑,叶舌膜质,叶片质地坚韧,通常席卷,长达50厘米,宽约1厘米。
圆锥花序直立,长25~50厘米;
小穗具短柄,含1花,草黄色或灰白色,长10~16毫米;
两颖近相等或第一颖较短,先端渐尖至稍钝;
内稃与外稃等长,均10~12毫米。
沙竹是典型的荒漠和半荒漠沙生植物,主要生长在中、小型流动沙丘和较缓的沙坡上,也生长在固定或半固定沙丘上,在搜薄沙的丘间低地沙竹也能正常生长,而在壤土或拈土裸露的丘间低地沙竹不能生长。
由于沙竹不衬水湿、不耐盐碱,所以在沙区含盆量较高的丘问低地及个别含盐量较低的低洼水湿地都见不到沙竹。
沙竹有很强的衬干旱、对沙埋和计风性能力。
沙竹的根与共它植物不问,为根状茎,根状茎地下横走,可延伸十几米长,最长达30一40米。
根状茎主要在地下30~50座米处。
⑷黑沙蒿:
半灌木,高50—70(100)厘米,主茎不明显,多分枝。
老枝外皮暗灰色或暗灰褐色,当年生枝条褐色至黑紫色,具纵条棱。
叶稍肉质,一或二回羽状全裂,裂片丝状条形,长1—3厘米,宽0.3—1毫米;
茎上部叶较短小,3-5全裂或不裂,黄绿色。
头状花序多数,卵形,通常直立,具短梗及丝状条形苞叶,枝端排列成开展的圆锥花序;
总苞长3(3.5)毫米,宽约2毫米,总苞片3—4层,宽卵形,边缘膜质;
有花10余个,外层雌性,能育;
内层两性不育。
瘦果小,长卵形或长椭圆形。
⑸白沙蒿:
头状花序多数,直径2~3毫米,呈复总状花序排列,有短梗及条形苞叶;
总包卵形,长3毫米,总苞片3~4层,宽卵形,边缘宽膜质,花10余个,外层雌性,能育,内层两性,不育。
瘦果微细,无毛,咖啡色,外表附着一层白色胶联结构的多糖物质,占种子重量的20%,遇水极易溶胀,与沙粒连成团,形成自然大粒化种子,便于吸水贮水,易于发芽出苗,条件适宜时,三天即可发芽出苗,种子千粒重0.8~1.0
⑹沙柳:
沙柳属灌木或小乔木,小枝幼时具绒毛,以后渐变光滑。
叶条形或条状倒披针形,长1.5-5厘米,宽3-7毫米,边缘外卷,上半部有疏生具腺细齿,下半部近全缘,上面初有绢状毛,后几无毛,下面灰色,有丝毛;
叶柄长1-3毫米,有长柔毛。
花序轴密生长柔毛;
苞片倒卵状矩圆形,基部有疏柔毛,腹面有1腺体;
雄花序长1.5-2.3厘米;
花丝合生;
雌花序长1.5-2厘米;
子房密生短丝毛。
蒴果长3毫米,无梗,裂开为2瓣,种子具长白毛,花期3月,果期5月。
树皮幼嫩时多为紫红色,有时绿色,老时多为灰白色。
茎表层角质层较发达。
叶互生,叶的结构具有旱生植物的特征;
柔荑花序无柄。
果为蒴果长圆形。
⑺紫穗槐:
紫穗槐是豆科紫穗槐属,落叶灌木。
高1-4m,丛生、枝叶繁密,直伸,皮暗灰色,平滑,小枝灰褐色,有凸起锈色皮孔,幼时密被柔毛;
叶互生,奇数羽状复叶,卵形,狭椭圆形,先端圆形,全缘,叶内有透明油腺点。
总状花序密集顶生或要枝端腋生,花轴密生短柔毛,萼钟形,常具油腺点,旗瓣蓝紫色,翼瓣,龙骨瓣均退化。
荚果弯曲短,长7-9mm、棕褐色,密被瘤状腺点,不开裂,内含1种子,种子具光泽,千粒重10g。
花果期5—10月。
⑻臭柏:
匍匐灌木,高不及1m,稀为直立灌木或小乔木。
枝密集,枝皮灰褐色,裂成薄片;
一年生枝的分枝圆柱形,径约1mm。
叶二型:
幼树上常为刺叶,长3-7mm,上面凹,下面拱圆,中部有长椭圆形或条状腺体;
壮龄树上多为鳞叶,背面中部有椭圆形或长圆形;
雌球花曲垂,或初期直立,随后俯垂。
球果生于向下弯曲的小枝顶端,倒三角
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