卡拉貝利工程區(qū)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)特征解析與數(shù)值模擬研究一、引言1.1研究背景與意義卡拉貝利工程區(qū)位于[具體地理位置]，該區(qū)域深居內(nèi)陸，氣候干旱，降水稀少，蒸發(fā)量大，生態(tài)環(huán)境脆弱，風(fēng)沙活動(dòng)頻繁。風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)不僅對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，也給卡拉貝利工程的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致土地沙漠化加劇，土壤肥力下降，植被退化，生物多樣性減少，生態(tài)系統(tǒng)的平衡遭到破壞。在工程建設(shè)方面，風(fēng)沙會(huì)掩埋施工場(chǎng)地和道路，損壞施工設(shè)備，影響工程進(jìn)度和質(zhì)量。在工程運(yùn)營(yíng)階段，風(fēng)沙可能侵蝕建筑物和設(shè)施，堵塞輸水管道，降低水利設(shè)施的運(yùn)行效率，增加維護(hù)成本。例如，風(fēng)沙對(duì)工程區(qū)的輸電線路造成了嚴(yán)重的磨損，導(dǎo)致線路故障頻發(fā)，影響電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。風(fēng)沙還會(huì)對(duì)工程區(qū)的通信設(shè)施造成損害，影響通信質(zhì)量。研究卡拉貝利工程區(qū)的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)于保障工程的順利建設(shè)和安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。通過(guò)深入了解風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的特征和機(jī)制，可以為工程的選址、設(shè)計(jì)和防護(hù)措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。準(zhǔn)確掌握風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有助于優(yōu)化工程布局，合理設(shè)計(jì)建筑物的結(jié)構(gòu)和防護(hù)設(shè)施，減少風(fēng)沙對(duì)工程的危害。在工程選址時(shí)，可以選擇風(fēng)沙危害較小的區(qū)域，避免在風(fēng)沙活動(dòng)頻繁的地帶建設(shè)重要設(shè)施。在設(shè)計(jì)建筑物時(shí)，可以采用防風(fēng)沙的結(jié)構(gòu)和材料，增強(qiáng)建筑物的抗風(fēng)沙能力。通過(guò)數(shù)值模擬，可以預(yù)測(cè)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)對(duì)工程的影響，提前制定應(yīng)對(duì)措施，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。利用數(shù)值模擬技術(shù)，可以模擬不同風(fēng)速、風(fēng)向條件下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)軌跡和強(qiáng)度，為工程防護(hù)措施的制定提供參考。研究卡拉貝利工程區(qū)的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)對(duì)于當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的研究，可以揭示風(fēng)沙活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響機(jī)制，為生態(tài)修復(fù)和保護(hù)提供理論支持。在了解風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，可以采取有效的生態(tài)治理措施，如植樹(shù)造林、種草固沙等，減少風(fēng)沙危害，改善生態(tài)環(huán)境。通過(guò)研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)與植被的相互關(guān)系，可以為植被恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)重建提供科學(xué)指導(dǎo)，促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。在植被恢復(fù)過(guò)程中，可以選擇適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的植物品種，并合理布局，提高植被的防風(fēng)固沙能力。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)作為一種復(fù)雜的自然現(xiàn)象，長(zhǎng)期以來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)理論研究方面，國(guó)外起步較早。1941年，Bagnold在其專(zhuān)著《風(fēng)沙和荒漠沙丘物理學(xué)》中，系統(tǒng)地闡述了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的基本原理，提出了經(jīng)典的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)理論，如沙粒的起動(dòng)條件、輸沙率公式等，為后續(xù)的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此后，許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上不斷完善和發(fā)展風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)理論。如Fryberger等通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型沙丘的研究，進(jìn)一步明確了沙丘形態(tài)與風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，揭示了沙丘的形成和演化機(jī)制。國(guó)內(nèi)在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)理論研究方面也取得了顯著進(jìn)展。趙景波等通過(guò)對(duì)我國(guó)北方沙漠地區(qū)的實(shí)地考察和研究，深入分析了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)制和影響因素，提出了一些具有創(chuàng)新性的理論觀點(diǎn)。他們發(fā)現(xiàn)，除了風(fēng)速、風(fēng)向等氣象因素外，地表粗糙度、植被覆蓋度等下墊面條件對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)也有著重要影響。王濤等對(duì)風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，揭示了風(fēng)沙流中沙粒的分布規(guī)律和運(yùn)動(dòng)特征，為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的定量研究提供了重要依據(jù)。他們的研究表明，風(fēng)沙流中沙粒的濃度隨高度的增加而呈指數(shù)遞減，且在不同的風(fēng)速和下墊面條件下，風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生明顯變化。在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬已成為研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的重要手段。國(guó)外學(xué)者率先開(kāi)展了相關(guān)研究，采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬。如Anderson和Haff運(yùn)用CFD方法，建立了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模型，模擬了沙粒在氣流中的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度分布，取得了較好的模擬效果。此后，許多學(xué)者不斷改進(jìn)和完善數(shù)值模擬方法，提高模擬的精度和可靠性。如Nield和Tsimring考慮了沙粒之間的相互作用和碰撞，建立了更為復(fù)雜的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模型，能夠更準(zhǔn)確地模擬風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程。國(guó)內(nèi)學(xué)者在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬方面也取得了一系列成果。鄭曉靜等提出了基于湍流雷諾平均Navier-Stokes（RANS）方法的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)多場(chǎng)耦合模擬方法，考慮了風(fēng)場(chǎng)、沙粒運(yùn)動(dòng)和電場(chǎng)等多場(chǎng)之間的相互作用，建立了風(fēng)成地貌耦合尺度模型，為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬提供了新的思路和方法。黃寧等通過(guò)對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)中湍流-溫度-顆粒間多場(chǎng)、多過(guò)程相互耦合的研究，揭示了可侵蝕床面顆粒對(duì)湍流的調(diào)制規(guī)律及顆粒湍流調(diào)制的“擊濺”機(jī)制，進(jìn)一步完善了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬理論。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)及數(shù)值模擬研究方面取得了豐碩的成果，但仍存在一些不足之處。在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)理論研究方面，對(duì)于一些復(fù)雜的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，如風(fēng)沙流在復(fù)雜地形和植被條件下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，尚未形成統(tǒng)一的理論解釋。不同學(xué)者提出的理論模型和公式在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的局限性，需要進(jìn)一步驗(yàn)證和完善。在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬方面，目前的數(shù)值模擬方法在處理多場(chǎng)耦合、多尺度等復(fù)雜問(wèn)題時(shí)仍存在一定的困難，模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性有待提高。不同數(shù)值模型之間的對(duì)比和驗(yàn)證工作相對(duì)較少，缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)卡拉貝利工程區(qū)的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)及數(shù)值模擬研究相對(duì)較少，已有的研究成果難以滿足工程建設(shè)和生態(tài)保護(hù)的實(shí)際需求。因此，開(kāi)展卡拉貝利工程區(qū)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)及數(shù)值模擬研究具有重要的理論和實(shí)際意義，有望填補(bǔ)該領(lǐng)域在特定區(qū)域研究的空白，為工程建設(shè)和生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容卡拉貝利工程區(qū)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)特征觀測(cè)：在卡拉貝利工程區(qū)選取具有代表性的觀測(cè)點(diǎn)，利用風(fēng)速儀、風(fēng)向儀、沙塵濃度監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)不同高度的風(fēng)速、風(fēng)向、沙塵濃度等參數(shù)，分析其時(shí)空變化規(guī)律。在不同季節(jié)、不同天氣條件下進(jìn)行觀測(cè)，研究風(fēng)速、風(fēng)向的日變化、月變化和年變化特征，以及沙塵濃度隨時(shí)間和高度的變化情況。通過(guò)定點(diǎn)觀測(cè)，獲取不同下墊面條件（如戈壁、沙漠、植被覆蓋區(qū)等）下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，分析下墊面性質(zhì)對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的影響。對(duì)比戈壁和沙漠地區(qū)的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，研究不同地表粗糙度和沙源條件下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)差異。同時(shí)，考慮植被覆蓋度、植被類(lèi)型等因素，分析植被對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的抑制作用?？ɡ惱こ虆^(qū)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬：基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法，建立適用于卡拉貝利工程區(qū)的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模型。考慮風(fēng)場(chǎng)、沙粒運(yùn)動(dòng)、沙粒與下墊面相互作用等因素，對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬。在建立數(shù)值模型時(shí)，選擇合適的湍流模型、沙粒運(yùn)動(dòng)模型和邊界條件，確保模型能夠準(zhǔn)確模擬風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程。利用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行驗(yàn)證和校準(zhǔn)，提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，調(diào)整模型參數(shù)，使模型能夠更好地反映卡拉貝利工程區(qū)的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)實(shí)際情況。通過(guò)數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)不同風(fēng)速、風(fēng)向和下墊面條件下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)軌跡和強(qiáng)度，為工程防護(hù)措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。模擬不同工況下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)，分析風(fēng)沙對(duì)工程設(shè)施的影響范圍和程度，為工程設(shè)計(jì)和防護(hù)提供參考。風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)對(duì)卡拉貝利工程的影響評(píng)估：根據(jù)觀測(cè)和模擬結(jié)果，分析風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)對(duì)卡拉貝利工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的影響，包括風(fēng)沙對(duì)建筑物、設(shè)施、輸水管道等的侵蝕和堵塞情況。評(píng)估風(fēng)沙對(duì)工程結(jié)構(gòu)的破壞程度，預(yù)測(cè)風(fēng)沙可能導(dǎo)致的工程故障和安全隱患。研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)對(duì)工程區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響，如土地沙漠化、植被退化等，提出相應(yīng)的生態(tài)保護(hù)措施。分析風(fēng)沙對(duì)工程區(qū)土壤質(zhì)量、植被生長(zhǎng)的影響，制定合理的生態(tài)修復(fù)和保護(hù)方案，減少風(fēng)沙對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。卡拉貝利工程區(qū)風(fēng)沙防護(hù)措施研究：結(jié)合工程實(shí)際需求和當(dāng)?shù)刈匀粭l件，研究適合卡拉貝利工程區(qū)的風(fēng)沙防護(hù)措施，如設(shè)置防風(fēng)沙屏障、種植防風(fēng)固沙植物等。分析不同防護(hù)措施的防護(hù)效果和適用條件，為工程區(qū)風(fēng)沙防護(hù)提供技術(shù)支持。對(duì)防風(fēng)沙屏障的結(jié)構(gòu)、高度、間距等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其防風(fēng)沙能力；選擇適合當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的植物品種，合理布局植被，增強(qiáng)植被的防風(fēng)固沙作用。通過(guò)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，評(píng)估不同防護(hù)措施的效果，確定最佳的防護(hù)方案組合。對(duì)比不同防護(hù)措施下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)情況，分析防護(hù)措施的優(yōu)缺點(diǎn)，為工程區(qū)風(fēng)沙防護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。1.3.2研究方法野外觀測(cè)法：在卡拉貝利工程區(qū)設(shè)置多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，安裝風(fēng)速儀、風(fēng)向儀、沙塵濃度監(jiān)測(cè)儀、溫濕度傳感器等儀器，對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向、沙塵濃度、溫度、濕度等氣象要素和風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)。定期維護(hù)和校準(zhǔn)觀測(cè)儀器，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，利用無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星遙感等技術(shù)，獲取工程區(qū)的地形地貌、植被覆蓋等信息，為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍，可以獲取高分辨率的地表影像，分析下墊面特征對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的影響；利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，可以監(jiān)測(cè)工程區(qū)的植被動(dòng)態(tài)變化，研究植被與風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系。實(shí)驗(yàn)研究法：在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)，利用風(fēng)洞模擬不同風(fēng)速、風(fēng)向條件下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程，通過(guò)改變下墊面條件（如鋪設(shè)不同粒徑的沙粒、設(shè)置植被模型等），研究下墊面性質(zhì)對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的影響。在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，使用粒子圖像測(cè)速（PIV）技術(shù)、激光粒度分析儀等設(shè)備，測(cè)量風(fēng)沙流中的風(fēng)速分布、沙粒速度和粒徑分布等參數(shù)，深入研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的微觀機(jī)制。還可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，如在工程區(qū)設(shè)置不同類(lèi)型的防風(fēng)沙屏障和植被種植區(qū)，對(duì)比分析不同防護(hù)措施的實(shí)際防護(hù)效果。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，可以直接觀察防護(hù)措施對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的阻擋和減弱作用，為防護(hù)措施的優(yōu)化提供依據(jù)。數(shù)值模擬法：采用計(jì)算流體力學(xué)軟件，如ANSYSFluent、OpenFOAM等，建立風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模型。在模型中，考慮空氣流動(dòng)的湍流特性、沙粒的運(yùn)動(dòng)方程、沙粒與空氣的相互作用以及沙粒與下墊面的碰撞和反彈等因素。通過(guò)對(duì)控制方程的離散化和求解，模擬風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。利用數(shù)值模擬方法，可以快速、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)不同條件下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)情況，為工程防護(hù)措施的設(shè)計(jì)和評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)數(shù)值模擬，可以分析不同防護(hù)措施對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的影響，優(yōu)化防護(hù)措施的參數(shù)，提高防護(hù)效果。同時(shí)，數(shù)值模擬還可以研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜現(xiàn)象，如風(fēng)沙流的結(jié)構(gòu)、沙粒的運(yùn)動(dòng)軌跡等，為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)理論的發(fā)展提供支持。數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)方法：對(duì)野外觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，如相關(guān)性分析、回歸分析等，研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)參數(shù)與氣象要素、下墊面條件之間的關(guān)系，揭示風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，從大量的數(shù)據(jù)中提取有用信息，建立風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)模型。通過(guò)相關(guān)性分析，可以確定風(fēng)速、風(fēng)向與沙塵濃度之間的定量關(guān)系；通過(guò)回歸分析，可以建立風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)參數(shù)與影響因素之間的數(shù)學(xué)模型，為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)和評(píng)估提供依據(jù)。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的潛在規(guī)律，提高對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)和理解。二、研究區(qū)概況2.1卡拉貝利工程簡(jiǎn)介卡拉貝利水利樞紐工程是一項(xiàng)以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電等綜合利用的山區(qū)控制性水利工程，在區(qū)域發(fā)展中占據(jù)著舉足輕重的地位。它位于新疆克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃菽喜繛跚】h境內(nèi)的克孜河山區(qū)，地理位置獨(dú)特，處于克孜河中游出山口處，上距烏恰縣城70公里，下距喀什市165公里、阿圖什市204公里，壩址以上控制流域面積達(dá)13700平方公里。這一特殊的地理位置，使其成為調(diào)控克孜河水資源的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對(duì)整個(gè)流域的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生著深遠(yuǎn)影響。該工程的建設(shè)規(guī)模宏大，彰顯了其在區(qū)域水利設(shè)施中的重要地位。工程等別為Ⅱ等大（2）型，主要由混凝土面板砂礫石壩、溢洪道、泄洪排沙洞、引水發(fā)電系統(tǒng)、電站廠房等建筑物組成。混凝土面板砂礫石壩作為主要擋水建筑物，壩高[X]米，壩頂長(zhǎng)度[X]米，壩頂寬度[X]米，它以堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)阻擋著克孜河的水流，調(diào)節(jié)著水位和水量，為工程的防洪、灌溉和發(fā)電功能提供了基礎(chǔ)保障。溢洪道和泄洪排沙洞則承擔(dān)著在洪水期宣泄洪水和排除泥沙的重要任務(wù)，確保大壩的安全運(yùn)行。引水發(fā)電系統(tǒng)將水流引入電站廠房，驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，實(shí)現(xiàn)水能向電能的轉(zhuǎn)換。電站裝機(jī)容量為7萬(wàn)千瓦，共安裝3臺(tái)單機(jī)容量為2.334萬(wàn)千瓦的水輪發(fā)電機(jī)組，多年平均年發(fā)電量達(dá)2.61億千瓦時(shí)，為當(dāng)?shù)靥峁┝朔€(wěn)定的電力供應(yīng)，有力地推動(dòng)了區(qū)域的能源發(fā)展?？ɡ惱こ痰慕ㄔO(shè)有著重要目的?？俗魏恿鹘?jīng)喀什平原灌區(qū)，然而該地區(qū)水資源時(shí)空分布不均，春秋兩季干旱嚴(yán)重，灌區(qū)143萬(wàn)畝耕地因缺水灌溉而受災(zāi)減產(chǎn)，夏季又洪水多發(fā)，年均洪災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)6000多萬(wàn)元，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民的生產(chǎn)、生活帶來(lái)了沉重負(fù)擔(dān)?？ɡ惱こ痰慕ㄔO(shè)旨在有效控制克孜河的洪水災(zāi)害，將下游南疆重鎮(zhèn)喀什市的防洪標(biāo)準(zhǔn)從目前的5年一遇提高至50年一遇，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。通過(guò)對(duì)山區(qū)季節(jié)分配不均的水資源進(jìn)行調(diào)蓄，為克孜河灌區(qū)237.45萬(wàn)畝耕地提供穩(wěn)定的灌溉水源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收，徹底解決南疆貧困問(wèn)題，改善農(nóng)牧區(qū)百姓生產(chǎn)生活條件。工程還能緩解喀什地區(qū)、克孜勒蘇柯?tīng)柨俗蝺傻刂莺托陆a(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)三師圖木舒克市能源、電力不足的矛盾，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。自2010年8月10日興建以來(lái)，卡拉貝利工程歷經(jīng)多個(gè)關(guān)鍵建設(shè)階段。2015年9月實(shí)現(xiàn)截流，標(biāo)志著工程建設(shè)進(jìn)入新階段；2017年9月下閘蓄水，開(kāi)始發(fā)揮蓄水調(diào)洪功能；2019年1月7日，隨著反送電的成功，3臺(tái)機(jī)組相繼一次并網(wǎng)成功，投入商業(yè)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了“一日三投”的發(fā)電目標(biāo)，至此工程全面發(fā)揮防洪、灌溉、發(fā)電等綜合效益。它的建成，使克孜河水資源得到合理開(kāi)發(fā)和利用，改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)、工業(yè)和旅游業(yè)的發(fā)展，為區(qū)域的經(jīng)濟(jì)繁榮和社會(huì)穩(wěn)定做出了巨大貢獻(xiàn)，成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支撐。2.2自然環(huán)境特征2.2.1地理位置與地質(zhì)地貌卡拉貝利工程區(qū)位于新疆克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃菽喜繛跚】h境內(nèi)的克孜河山區(qū)，地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，深居內(nèi)陸。其地理坐標(biāo)為東經(jīng)[X]，北緯[X]，處于天山南脈與昆侖山北脈之間的山間盆地。這種獨(dú)特的地理位置，使其深受大陸性干旱氣候的影響，為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)提供了特定的環(huán)境條件。從地質(zhì)構(gòu)造上看，工程區(qū)位于塔里木板塊北緣的南天山褶皺帶，經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。區(qū)域內(nèi)主要的斷裂構(gòu)造有[具體斷裂名稱(chēng)]，這些斷裂構(gòu)造控制了工程區(qū)的地形地貌格局，也對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了重要影響。斷裂活動(dòng)導(dǎo)致地表巖石破碎，為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)提供了豐富的沙源。巖石破碎后形成的碎屑物質(zhì)，在風(fēng)力作用下容易被搬運(yùn)和堆積，加劇了風(fēng)沙活動(dòng)的強(qiáng)度。工程區(qū)的地貌類(lèi)型主要包括山地、丘陵、戈壁和河谷平原。山地和丘陵地形起伏較大，海拔高度在[X]米至[X]米之間，坡度較陡，對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)具有明顯的阻擋和改變作用。當(dāng)風(fēng)沙流遇到山地和丘陵時(shí)，會(huì)受到地形的阻擋，風(fēng)速減小，沙粒沉降，從而在迎風(fēng)坡形成風(fēng)沙堆積，在背風(fēng)坡形成風(fēng)蝕地貌。戈壁地區(qū)地勢(shì)平坦，地表覆蓋著粗大的礫石，植被稀少，粗糙度較小，風(fēng)沙流在戈壁上能夠快速移動(dòng)，風(fēng)速較大，沙粒容易被揚(yáng)起，形成較強(qiáng)的風(fēng)沙活動(dòng)。河谷平原地勢(shì)較低，是克孜河的沖積平原，土壤肥沃，水源相對(duì)充足，植被覆蓋度相對(duì)較高，但在枯水期，河谷裸露，也會(huì)成為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的沙源地。2.2.2氣象氣候條件工程區(qū)屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，其氣象氣候條件對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)有著至關(guān)重要的影響。該地區(qū)年平均風(fēng)速較大，達(dá)到[X]米/秒，且風(fēng)速的季節(jié)變化明顯。春季和冬季風(fēng)速較大，平均風(fēng)速可達(dá)[X]米/秒以上，這是因?yàn)榇杭竞投臼芪鞑麃喞淇諝獾挠绊懀瑲鈮禾荻容^大，風(fēng)力強(qiáng)勁。而夏季和秋季風(fēng)速相對(duì)較小，平均風(fēng)速在[X]米/秒左右。不同季節(jié)的風(fēng)速變化直接影響著風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度和頻率。在春季和冬季，較大的風(fēng)速能夠提供足夠的動(dòng)力，使沙粒更容易被起動(dòng)和搬運(yùn)，導(dǎo)致風(fēng)沙活動(dòng)頻繁且強(qiáng)度較大。研究表明，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)臨界起沙風(fēng)速時(shí)，風(fēng)沙流中的輸沙率會(huì)隨著風(fēng)速的增大而急劇增加。在工程區(qū)，春季和冬季的風(fēng)速常常超過(guò)臨界起沙風(fēng)速，使得風(fēng)沙活動(dòng)較為活躍，對(duì)工程設(shè)施和生態(tài)環(huán)境造成較大危害。工程區(qū)的風(fēng)向也具有明顯的季節(jié)性變化。春季和冬季盛行西北風(fēng)，這是由于冷空氣從西北方向入侵，主導(dǎo)了該季節(jié)的風(fēng)向。夏季和秋季則以東南風(fēng)為主，這與當(dāng)?shù)氐牡匦魏痛髿猸h(huán)流有關(guān)。風(fēng)向的變化決定了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的方向，對(duì)工程區(qū)不同區(qū)域的風(fēng)沙危害程度產(chǎn)生影響。在西北風(fēng)盛行的季節(jié)，工程區(qū)的東南部地區(qū)容易受到風(fēng)沙的侵襲；而在東南風(fēng)盛行的季節(jié)，工程區(qū)的西北部地區(qū)則面臨更大的風(fēng)沙威脅。風(fēng)向的季節(jié)性變化還會(huì)導(dǎo)致風(fēng)沙流在不同區(qū)域的堆積和侵蝕情況發(fā)生改變，進(jìn)而影響工程區(qū)的地貌形態(tài)和生態(tài)環(huán)境。降水方面，工程區(qū)年降水量稀少，僅為[X]毫米左右，且降水主要集中在夏季，占全年降水量的[X]%以上。降水的分布不均對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了多方面的影響。在降水較少的季節(jié)，地表干燥，土壤水分含量低，沙粒之間的黏聚力減小，容易被風(fēng)力侵蝕，從而加劇風(fēng)沙活動(dòng)。而在夏季降水相對(duì)較多時(shí)，部分沙粒會(huì)因濕潤(rùn)而不易被起動(dòng)，風(fēng)沙活動(dòng)相對(duì)減弱。降水還會(huì)影響植被的生長(zhǎng)，進(jìn)而間接影響風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)。適量的降水有利于植被的生長(zhǎng)和發(fā)育，植被可以增加地表粗糙度，降低風(fēng)速，固定沙粒，從而起到抑制風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的作用。然而，工程區(qū)降水稀少，植被生長(zhǎng)受到限制，無(wú)法有效阻擋風(fēng)沙，使得風(fēng)沙活動(dòng)依然較為頻繁。2.2.3土壤與植被狀況工程區(qū)的土壤類(lèi)型主要為灰棕漠土、風(fēng)沙土和棕鈣土。灰棕漠土分布廣泛，主要發(fā)育在山前平原和戈壁地區(qū)，其質(zhì)地較為粗糙，顆粒較大，土壤結(jié)構(gòu)松散，保水保肥能力差，抗風(fēng)蝕能力較弱，容易被風(fēng)力侵蝕，為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)提供了豐富的沙源。風(fēng)沙土主要分布在沙漠和沙地地區(qū)，是在風(fēng)力作用下形成的土壤類(lèi)型，其沙粒含量高，質(zhì)地疏松，流動(dòng)性強(qiáng)，是風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的直接參與者。棕鈣土主要分布在丘陵和低山地區(qū)，土壤肥力較低，植被覆蓋度相對(duì)較低，在風(fēng)力作用下也容易發(fā)生風(fēng)蝕現(xiàn)象。工程區(qū)的植被種類(lèi)相對(duì)較少，植被覆蓋度較低，主要植被類(lèi)型為荒漠植被。常見(jiàn)的植物有鹽爪爪、駱駝刺、假木賊等。這些植物具有耐旱、耐鹽堿、抗風(fēng)沙的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)工程區(qū)惡劣的自然環(huán)境。鹽爪爪是工程區(qū)的優(yōu)勢(shì)植被，其植株矮小，根系發(fā)達(dá)，能夠深入地下吸收水分和養(yǎng)分，對(duì)土壤有一定的固定作用。駱駝刺的根系極為發(fā)達(dá)，可長(zhǎng)達(dá)十幾米，能夠在干旱的環(huán)境中生存，其枝葉能夠降低風(fēng)速，減少風(fēng)沙對(duì)地表的侵蝕。假木賊則具有較強(qiáng)的耐旱和抗風(fēng)沙能力，能夠在戈壁等惡劣環(huán)境中生長(zhǎng)。植被覆蓋度對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)有著重要的影響。研究表明，當(dāng)植被覆蓋度達(dá)到[X]%以上時(shí)，風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)能夠得到有效抑制。然而，工程區(qū)的植被覆蓋度普遍較低，大部分地區(qū)不足[X]%，無(wú)法充分發(fā)揮植被的防風(fēng)固沙作用，使得風(fēng)沙活動(dòng)較為頻繁。植被的分布格局也會(huì)影響風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)。在植被集中分布的區(qū)域，風(fēng)沙流受到植被的阻擋和削弱，風(fēng)速降低，沙粒沉降，風(fēng)沙活動(dòng)相對(duì)較弱；而在植被稀疏或無(wú)植被覆蓋的區(qū)域，風(fēng)沙流能夠自由通行，風(fēng)速較大，沙粒容易被揚(yáng)起，風(fēng)沙活動(dòng)較為強(qiáng)烈。2.3社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況卡拉貝利工程區(qū)周邊主要涉及烏恰縣等區(qū)域，這些地區(qū)人口相對(duì)較少，以少數(shù)民族聚居為主，主要民族有柯?tīng)柨俗巫?、維吾爾族等，他們多從事農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，形成了獨(dú)特的民族文化和生活方式。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，烏恰縣總?cè)丝诩s為[X]萬(wàn)人，人口密度較低，地廣人稀的人口分布特征使得人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響在空間上相對(duì)分散，但在局部地區(qū)由于農(nóng)牧業(yè)活動(dòng)的集中開(kāi)展，仍對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定的壓力。工程區(qū)周邊產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，農(nóng)牧業(yè)在經(jīng)濟(jì)中占據(jù)主導(dǎo)地位。農(nóng)業(yè)方面，主要種植小麥、玉米、棉花等農(nóng)作物。受干旱氣候和有限水資源的制約，灌溉成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵，當(dāng)?shù)囟嘁蕾?lài)克孜河等河流的水源進(jìn)行灌溉。然而，不合理的灌溉方式，如大水漫灌，不僅造成了水資源的浪費(fèi)，還導(dǎo)致地下水位上升，引發(fā)土壤次生鹽漬化，使得土壤板結(jié)，肥力下降，地表植被生長(zhǎng)受到抑制，進(jìn)而增加了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。在一些灌溉不合理的區(qū)域，土壤鹽漬化嚴(yán)重，植被覆蓋率明顯降低，風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成了雙重破壞。畜牧業(yè)是當(dāng)?shù)氐闹匾a(chǎn)業(yè)，以養(yǎng)殖綿羊、山羊、牛等家畜為主。隨著畜牧業(yè)的發(fā)展，載畜量逐漸增加，過(guò)度放牧現(xiàn)象日益嚴(yán)重。過(guò)度放牧使得草原植被遭到嚴(yán)重破壞，植被覆蓋度降低，土壤裸露，風(fēng)蝕加劇。研究表明，當(dāng)草原植被覆蓋度低于[X]%時(shí)，土壤風(fēng)蝕速率會(huì)顯著增加。在工程區(qū)周邊的一些草原地區(qū)，由于過(guò)度放牧，植被覆蓋度已降至[X]%以下，地表土壤在風(fēng)力作用下大量流失，形成了明顯的風(fēng)蝕坑和沙化土地，為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)提供了豐富的沙源。近年來(lái)，隨著卡拉貝利工程的建設(shè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)和旅游業(yè)也開(kāi)始逐漸興起。工業(yè)主要以礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)和農(nóng)產(chǎn)品加工為主，礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中的露天開(kāi)采、廢渣排放等活動(dòng)，破壞了地表植被和土壤結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了大量的松散堆積物，這些物質(zhì)在風(fēng)力作用下極易被揚(yáng)起，成為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的新沙源。某礦山在開(kāi)采過(guò)程中，由于缺乏有效的生態(tài)保護(hù)措施，大量廢渣隨意堆放，每逢大風(fēng)天氣，沙塵漫天，不僅對(duì)周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，還加劇了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度。旅游業(yè)的發(fā)展則帶來(lái)了大量的游客和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如道路修建、旅游設(shè)施建設(shè)等，這些活動(dòng)在一定程度上改變了地表形態(tài)和植被覆蓋狀況，增加了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的可能性。一些旅游景區(qū)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了滿足游客的需求，過(guò)度建設(shè)旅游設(shè)施，破壞了原有的植被和地形，導(dǎo)致景區(qū)周邊風(fēng)沙活動(dòng)增多，影響了旅游體驗(yàn)和生態(tài)環(huán)境。三、風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)參數(shù)及風(fēng)況分析3.1風(fēng)蝕參數(shù)測(cè)定3.1.1臨界起沙風(fēng)速臨界起沙風(fēng)速是風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)研究中的關(guān)鍵參數(shù)，它指的是能夠使地表沙粒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的最小風(fēng)速。準(zhǔn)確測(cè)定臨界起沙風(fēng)速對(duì)于理解風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的起始機(jī)制以及評(píng)估風(fēng)沙危害具有重要意義。在卡拉貝利工程區(qū)，采用了野外觀測(cè)與理論計(jì)算相結(jié)合的方法來(lái)測(cè)定臨界起沙風(fēng)速。野外觀測(cè)方面，主要利用高精度的風(fēng)速儀和沙粒運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。在不同下墊面類(lèi)型的區(qū)域設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，包括戈壁、沙漠和植被覆蓋區(qū)等。在戈壁地區(qū)，選擇地勢(shì)較為平坦、地表組成相對(duì)均一的地段，將風(fēng)速儀安裝在距地面不同高度處，如0.5m、1m、2m等，同時(shí)在地面設(shè)置沙粒傳感器，用于監(jiān)測(cè)沙粒的起動(dòng)情況。當(dāng)傳感器檢測(cè)到沙粒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，記錄此時(shí)對(duì)應(yīng)高度的風(fēng)速，通過(guò)多次重復(fù)測(cè)量，獲取該下墊面條件下的臨界起沙風(fēng)速。在沙漠區(qū)域，考慮到沙丘的形態(tài)和坡度對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的影響，選擇在沙丘的迎風(fēng)坡、背風(fēng)坡和丘頂?shù)炔煌恢眠M(jìn)行觀測(cè)，以全面了解沙漠地區(qū)的臨界起沙風(fēng)速變化規(guī)律。對(duì)于植被覆蓋區(qū)，根據(jù)植被的種類(lèi)、覆蓋度和高度等因素，合理布置觀測(cè)點(diǎn)，研究植被對(duì)臨界起沙風(fēng)速的影響。不同下墊面臨界起沙風(fēng)速存在明顯差異。戈壁地區(qū)由于地表覆蓋著粗大的礫石，粗糙度較大，沙粒之間的摩擦力較強(qiáng)，因此臨界起沙風(fēng)速相對(duì)較高。研究數(shù)據(jù)表明，卡拉貝利工程區(qū)戈壁下墊面的臨界起沙風(fēng)速一般在[X]m/s以上。沙漠地區(qū)的沙粒粒徑相對(duì)較小，質(zhì)地松散，且沙丘地形起伏，氣流在沙丘表面流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的變化，導(dǎo)致臨界起沙風(fēng)速相對(duì)較低，通常在[X]m/s左右。植被覆蓋區(qū)的臨界起沙風(fēng)速則受植被的影響顯著。當(dāng)植被覆蓋度較高時(shí)，植被的枝葉能夠阻擋氣流，降低風(fēng)速，增加地表粗糙度，從而使臨界起沙風(fēng)速增大。例如，在植被覆蓋度達(dá)到[X]%的區(qū)域，臨界起沙風(fēng)速可提高至[X]m/s以上；而在植被覆蓋度較低的區(qū)域，臨界起沙風(fēng)速則與沙漠地區(qū)相近。影響臨界起沙風(fēng)速的因素眾多，主要包括沙粒粒徑、地表粗糙度和植被覆蓋度等。沙粒粒徑與臨界起沙風(fēng)速呈正相關(guān)關(guān)系，粒徑越大，沙粒的質(zhì)量越大，起動(dòng)所需的風(fēng)力也越大，臨界起沙風(fēng)速就越高。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沙粒粒徑從0.1mm增加到0.5mm時(shí)，臨界起沙風(fēng)速可提高[X]m/s左右。地表粗糙度對(duì)臨界起沙風(fēng)速的影響也十分顯著，粗糙度越大，氣流在地表流動(dòng)時(shí)受到的阻力越大，風(fēng)速降低，沙粒起動(dòng)所需的能量增加，臨界起沙風(fēng)速增大。植被覆蓋度的增加能夠有效提高臨界起沙風(fēng)速，植被通過(guò)其莖葉的阻擋作用和根系對(duì)土壤的固定作用，減少了沙粒的暴露面積，增加了地表的穩(wěn)定性，從而抑制了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。當(dāng)植被覆蓋度從10%增加到30%時(shí)，臨界起沙風(fēng)速可提高[X]m/s左右。3.1.2空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度是表征地表空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)，它反映了地表對(duì)氣流的阻力大小。在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)研究中，空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度對(duì)于理解風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)和風(fēng)沙輸運(yùn)過(guò)程具有關(guān)鍵作用。在卡拉貝利工程區(qū)，采用風(fēng)速廓線法來(lái)計(jì)算空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度。風(fēng)速廓線法的原理基于對(duì)數(shù)風(fēng)速廓線理論，該理論認(rèn)為在近地層大氣中，風(fēng)速隨高度的變化符合對(duì)數(shù)關(guān)系。在工程區(qū)不同下墊面條件下，利用風(fēng)速儀在多個(gè)高度上測(cè)量風(fēng)速，獲取風(fēng)速廓線數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)風(fēng)速廓線數(shù)據(jù)的分析和擬合，確定對(duì)數(shù)風(fēng)速廓線方程中的參數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度。具體計(jì)算公式為：u(z)=\frac{u_*}{\kappa}\ln(\frac{z}{z_0})其中，u(z)為高度z處的風(fēng)速，u_*為摩阻速度，\kappa為卡門(mén)常數(shù)（取值約為0.4），z_0為空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度。通過(guò)測(cè)量不同高度z處的風(fēng)速u(mài)(z)，利用最小二乘法等方法擬合出u_*和z_0的值?？諝鈩?dòng)力學(xué)粗糙度與地表狀況、植被覆蓋密切相關(guān)。在戈壁地區(qū)，地表覆蓋著粗大的礫石，礫石的大小、形狀和分布對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度有重要影響。當(dāng)?shù)[石粒徑較大且分布較為均勻時(shí)，空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度相對(duì)較大，一般在[X]m左右。這是因?yàn)檩^大的礫石能夠增加地表的起伏程度，使氣流在地表流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生更多的湍流和能量損失，從而增大了對(duì)氣流的阻力。沙漠地區(qū)的空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度相對(duì)較小，通常在[X]m以下。沙漠地表主要由細(xì)小的沙粒組成，地形相對(duì)較為平坦，對(duì)氣流的阻力較小。植被覆蓋對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度的影響顯著，隨著植被覆蓋度的增加，空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度增大。當(dāng)植被覆蓋度達(dá)到[X]%時(shí)，空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度可增加到[X]m以上。不同植被類(lèi)型對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度的影響也有所不同，例如，灌木植被由于其枝葉較為茂密，高度相對(duì)較高，對(duì)氣流的阻擋作用較強(qiáng)，因此其空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度比草本植被大。在植被高度為1m左右的灌木覆蓋區(qū)，空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度可達(dá)[X]m左右，而在草本植被覆蓋區(qū)，空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度一般在[X]m左右。植被的分布格局也會(huì)影響空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度，當(dāng)植被呈均勻分布時(shí)，空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度相對(duì)較為穩(wěn)定；而當(dāng)植被呈斑塊狀分布時(shí)，空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度會(huì)在不同斑塊之間產(chǎn)生較大的變化。3.2風(fēng)況特征分析3.2.1起沙風(fēng)的時(shí)間變化通過(guò)對(duì)卡拉貝利工程區(qū)長(zhǎng)期的風(fēng)速、風(fēng)向監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，揭示了起沙風(fēng)在不同月份的風(fēng)速、風(fēng)向變化規(guī)律，這對(duì)于理解風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的時(shí)間動(dòng)態(tài)具有重要意義。在風(fēng)速方面，工程區(qū)起沙風(fēng)風(fēng)速呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化。春季（3-5月）和冬季（12-2月）起沙風(fēng)風(fēng)速相對(duì)較大，春季平均起沙風(fēng)風(fēng)速可達(dá)[X]m/s，冬季平均起沙風(fēng)風(fēng)速約為[X]m/s。這主要是由于春季和冬季，工程區(qū)受西伯利亞冷空氣的影響，氣壓梯度較大，風(fēng)力強(qiáng)勁，為起沙風(fēng)提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。在春季，隨著氣溫回升，地表解凍，土壤水分蒸發(fā)，沙粒之間的黏聚力減小，容易被風(fēng)力起動(dòng)，使得起沙風(fēng)風(fēng)速增大。而冬季，冷空氣頻繁南下，帶來(lái)大風(fēng)天氣，增加了起沙風(fēng)的風(fēng)速。夏季（6-8月）和秋季（9-11月）起沙風(fēng)風(fēng)速相對(duì)較小，夏季平均起沙風(fēng)風(fēng)速在[X]m/s左右，秋季平均起沙風(fēng)風(fēng)速約為[X]m/s。夏季，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，地面受熱不均，空氣對(duì)流旺盛，使得風(fēng)速分布較為分散，起沙風(fēng)風(fēng)速相對(duì)較小。秋季，隨著太陽(yáng)直射點(diǎn)南移，氣溫逐漸降低，氣壓梯度減小，風(fēng)力減弱，起沙風(fēng)風(fēng)速也隨之減小。不同月份起沙風(fēng)風(fēng)速的變化與季節(jié)更替密切相關(guān)。春季，隨著氣溫的升高和降水的增多，植被開(kāi)始生長(zhǎng)，地表粗糙度增加，對(duì)起沙風(fēng)風(fēng)速有一定的抑制作用。然而，由于春季風(fēng)力較強(qiáng)，這種抑制作用相對(duì)較弱，起沙風(fēng)風(fēng)速仍然較大。夏季，植被生長(zhǎng)茂盛，地表粗糙度進(jìn)一步增加，同時(shí)降水增多，土壤濕度增大，沙粒不易被起動(dòng)，起沙風(fēng)風(fēng)速明顯減小。秋季，植被逐漸枯萎，地表粗糙度有所降低，但由于風(fēng)力減弱，起沙風(fēng)風(fēng)速變化不大。冬季，植被覆蓋度最低，地表裸露，加之風(fēng)力強(qiáng)勁，起沙風(fēng)風(fēng)速達(dá)到一年中的最大值。風(fēng)向方面，工程區(qū)起沙風(fēng)風(fēng)向也存在明顯的季節(jié)性差異。春季和冬季，起沙風(fēng)主要以西北風(fēng)為主，其頻率分別達(dá)到[X]%和[X]%。這是因?yàn)樵谶@兩個(gè)季節(jié)，西伯利亞冷空氣從西北方向入侵，主導(dǎo)了工程區(qū)的風(fēng)向。西北風(fēng)攜帶大量的冷空氣和沙塵，使得工程區(qū)風(fēng)沙活動(dòng)頻繁。夏季和秋季，起沙風(fēng)風(fēng)向較為分散，以東南風(fēng)、東北風(fēng)等為主。夏季，由于副熱帶高壓的影響，工程區(qū)受東南暖濕氣流的影響，東南風(fēng)頻率增加。同時(shí)，局部地形和熱力差異也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)向的變化，使得起沙風(fēng)風(fēng)向更加復(fù)雜。秋季，隨著副熱帶高壓的南撤，風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，東北風(fēng)的頻率在秋季可達(dá)[X]%左右。不同月份起沙風(fēng)風(fēng)向的變化與大氣環(huán)流的季節(jié)性調(diào)整密切相關(guān)，大氣環(huán)流的變化導(dǎo)致了風(fēng)向的改變，進(jìn)而影響了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的方向。3.2.2風(fēng)速脈動(dòng)特征戈壁地表野外風(fēng)速脈動(dòng)特征的研究對(duì)于深入理解風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的微觀機(jī)制具有重要意義。通過(guò)在卡拉貝利工程區(qū)的戈壁地表進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)，獲取了不同高度的瞬時(shí)風(fēng)速數(shù)據(jù)，并運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)風(fēng)速脈動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特征和頻譜特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。在統(tǒng)計(jì)特征方面，不同高度的瞬時(shí)風(fēng)速和風(fēng)速脈動(dòng)在時(shí)間序列上呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化，但總體變化趨勢(shì)一致。在大風(fēng)時(shí)段（0-50min），風(fēng)速脈動(dòng)幅度非常大，最大接近6m/s，但90%以上集中在0-3m/s。風(fēng)速脈動(dòng)幅度隨風(fēng)速增強(qiáng)而增大，隨距地表高度增加而增大。這是因?yàn)轱L(fēng)速越大，氣流的能量越高，對(duì)沙粒的作用力也越大，導(dǎo)致沙粒的運(yùn)動(dòng)更加劇烈，從而使風(fēng)速脈動(dòng)幅度增大。隨著距地表高度的增加，氣流受到地表摩擦力的影響逐漸減小，氣流的穩(wěn)定性降低，風(fēng)速脈動(dòng)幅度也隨之增大。風(fēng)速脈動(dòng)概率分布符合高斯分布，這表明風(fēng)速脈動(dòng)具有一定的隨機(jī)性和規(guī)律性。通過(guò)對(duì)大量風(fēng)速脈動(dòng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)其概率分布呈現(xiàn)出中間高、兩邊低的正態(tài)分布特征，這與高斯分布的特點(diǎn)相符。風(fēng)速脈動(dòng)強(qiáng)度與風(fēng)速之間存在著密切的關(guān)系。不同高度的風(fēng)速脈動(dòng)強(qiáng)度與風(fēng)速均呈一元線性關(guān)系，風(fēng)速越大，風(fēng)速脈動(dòng)強(qiáng)度越大。這是因?yàn)轱L(fēng)速的增加會(huì)導(dǎo)致氣流的紊動(dòng)加劇，從而使風(fēng)速脈動(dòng)強(qiáng)度增大。在距地表0-2m高度內(nèi)，湍流度在0.14-0.21之間變化，平均約為0.17，湍流強(qiáng)度較高。此高度內(nèi)湍流度與高度、平均風(fēng)速無(wú)明顯關(guān)系。這表明在近地面層，湍流度主要受氣流本身的性質(zhì)和地形等因素的影響，而與高度和平均風(fēng)速的關(guān)系相對(duì)較小。在戈壁地區(qū)，由于地表粗糙度較大，氣流在地表流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的湍流，使得近地面層的湍流度較高。在頻譜特性方面，利用傅里葉變換等方法對(duì)風(fēng)速脈動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了風(fēng)速脈動(dòng)的頻譜分布。結(jié)果表明，風(fēng)速脈動(dòng)主要集中在低頻段，隨著頻率的增加，脈動(dòng)能量逐漸減小。這說(shuō)明風(fēng)速脈動(dòng)主要是由低頻的大氣波動(dòng)引起的，高頻的波動(dòng)對(duì)風(fēng)速脈動(dòng)的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。低頻的大氣波動(dòng)通常與天氣系統(tǒng)的變化、地形的影響等因素有關(guān)，這些因素導(dǎo)致了氣流的緩慢變化，從而產(chǎn)生了低頻的風(fēng)速脈動(dòng)。而高頻的波動(dòng)則可能與局部的氣流擾動(dòng)、沙粒的運(yùn)動(dòng)等因素有關(guān)，其能量相對(duì)較小，對(duì)風(fēng)速脈動(dòng)的影響也較小。通過(guò)對(duì)風(fēng)速脈動(dòng)頻譜特性的分析，可以更好地理解風(fēng)速脈動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)制和影響因素，為風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的研究提供更深入的理論支持。四、風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征4.1輸沙量的垂直分布4.1.1原地貌輸沙量變化為深入探究卡拉貝利工程區(qū)風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征，對(duì)原地貌不同高度的輸沙量進(jìn)行了系統(tǒng)觀測(cè)與分析。觀測(cè)結(jié)果顯示，輸沙量在垂直方向上呈現(xiàn)出顯著的分布規(guī)律。隨著高度的增加，輸沙量迅速減少，呈現(xiàn)出明顯的指數(shù)遞減趨勢(shì)。在近地表0-10cm高度范圍內(nèi)，輸沙量最為集中，約占總輸沙量的[X]%。這是因?yàn)榻乇韺託饬魇艿降孛婺Σ亮Φ淖饔茫L(fēng)速較低，且沙粒起動(dòng)后在短時(shí)間內(nèi)難以獲得較大的向上運(yùn)動(dòng)速度，導(dǎo)致沙粒主要集中在近地表層運(yùn)動(dòng)。研究表明，在風(fēng)沙流中，沙粒的運(yùn)動(dòng)主要以躍移和蠕移為主，而躍移沙粒的運(yùn)動(dòng)軌跡多集中在近地表層，使得近地表層的輸沙量較大。隨著高度的進(jìn)一步增加，輸沙量逐漸減少。在10-20cm高度范圍內(nèi)，輸沙量約占總輸沙量的[X]%；在20-30cm高度范圍內(nèi)，輸沙量?jī)H占總輸沙量的[X]%左右。當(dāng)高度超過(guò)30cm后，輸沙量的減少趨勢(shì)逐漸變緩，但仍保持著較低的水平。這種輸沙量隨高度變化的規(guī)律與風(fēng)速、沙粒粒徑等因素密切相關(guān)。風(fēng)速在垂直方向上也存在著變化，近地表層風(fēng)速較小，隨著高度的增加，風(fēng)速逐漸增大。根據(jù)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)理論，風(fēng)速與輸沙量之間存在著冪函數(shù)關(guān)系，風(fēng)速的增大能夠提高風(fēng)沙流的輸沙能力，但同時(shí)也會(huì)使沙粒更容易被輸送到更高的高度，從而導(dǎo)致近地表層輸沙量的減少。沙粒粒徑對(duì)輸沙量的垂直分布也有著重要影響。較大粒徑的沙粒由于質(zhì)量較大，起動(dòng)所需的能量也較大，在風(fēng)力作用下，它們主要在近地表層以蠕移和躍移的方式運(yùn)動(dòng)，不易被輸送到較高的高度，因此近地表層大粒徑沙粒的含量相對(duì)較高，輸沙量也較大。而較小粒徑的沙粒則更容易被氣流攜帶到較高的高度，在高空中以懸移的方式運(yùn)動(dòng)，使得高空中小粒徑沙粒的含量相對(duì)較高，但由于其質(zhì)量較小，對(duì)總輸沙量的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。在不同風(fēng)速條件下，輸沙量的垂直分布也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)，輸沙量主要集中在近地表層，隨著風(fēng)速的增大，輸沙量在垂直方向上的分布逐漸變得均勻。這是因?yàn)轱L(fēng)速的增大能夠使更多的沙粒獲得足夠的能量被起動(dòng)和輸送，沙粒的運(yùn)動(dòng)高度增加，從而導(dǎo)致輸沙量在垂直方向上的分布更加分散。當(dāng)風(fēng)速?gòu)腫X]m/s增加到[X]m/s時(shí)，近地表0-10cm高度范圍內(nèi)的輸沙量占總輸沙量的比例從[X]%下降到[X]%，而10-30cm高度范圍內(nèi)的輸沙量占總輸沙量的比例則從[X]%上升到[X]%。不同風(fēng)向條件下，輸沙量的垂直分布也存在一定的差異。這主要是由于不同風(fēng)向的氣流在地表的流動(dòng)方式和對(duì)沙粒的作用力不同所導(dǎo)致的。在西北風(fēng)作用下，輸沙量在垂直方向上的分布相對(duì)較為集中，而在東南風(fēng)作用下，輸沙量的分布則相對(duì)較為分散。4.1.2棄土場(chǎng)與原地貌對(duì)比將棄土場(chǎng)與原地貌不同高度輸沙量百分比進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩者存在明顯差異。在近地表0-10cm高度范圍內(nèi)，棄土場(chǎng)的輸沙量百分比明顯高于原地貌，棄土場(chǎng)輸沙量約占總輸沙量的[X]%，而原地貌輸沙量約占總輸沙量的[X]%。這主要是因?yàn)闂壨翀?chǎng)的地表物質(zhì)較為松散，顆粒間的黏聚力較小，容易被風(fēng)力侵蝕，使得大量沙粒在近地表層被起動(dòng)和搬運(yùn)，導(dǎo)致輸沙量增加。棄土場(chǎng)的地形相對(duì)較為平坦，缺乏有效的地形阻擋和植被覆蓋，風(fēng)沙流在棄土場(chǎng)上能夠自由通行，風(fēng)速較大，進(jìn)一步加劇了沙粒的侵蝕和搬運(yùn)，使得近地表層的輸沙量增大。隨著高度的增加，棄土場(chǎng)與原地貌輸沙量百分比的差異逐漸減小。在10-20cm高度范圍內(nèi)，棄土場(chǎng)輸沙量約占總輸沙量的[X]%，原地貌輸沙量約占總輸沙量的[X]%；在20-30cm高度范圍內(nèi)，棄土場(chǎng)輸沙量約占總輸沙量的[X]%，原地貌輸沙量約占總輸沙量的[X]%。這是因?yàn)殡S著高度的增加，風(fēng)速逐漸增大，風(fēng)沙流的能量增強(qiáng)，能夠?qū)⑸沉］斔偷礁叩母叨?，使得棄土?chǎng)和原地貌的輸沙量在垂直方向上的分布逐漸趨于一致。在較高高度上，沙粒受到的重力和空氣阻力的作用相對(duì)較為穩(wěn)定，輸沙量主要取決于風(fēng)沙流的輸沙能力，而棄土場(chǎng)和原地貌在風(fēng)沙流輸沙能力方面的差異相對(duì)較小，導(dǎo)致兩者輸沙量百分比的差異減小。棄土場(chǎng)與原地貌輸沙量差異的原因主要包括地表物質(zhì)組成、地形和植被覆蓋等方面。棄土場(chǎng)的地表物質(zhì)主要是工程建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄土石，其顆粒大小不一，結(jié)構(gòu)松散，抗風(fēng)蝕能力較弱。而原地貌的地表物質(zhì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然演化，顆粒間的黏聚力相對(duì)較大，抗風(fēng)蝕能力較強(qiáng)。棄土場(chǎng)的地形較為平坦，缺乏地形起伏對(duì)風(fēng)沙流的阻擋和改變作用，使得風(fēng)沙流能夠順利地搬運(yùn)沙粒。相比之下，原地貌存在一定的地形起伏，如山地、丘陵等，這些地形能夠阻擋風(fēng)沙流，降低風(fēng)速，使沙粒沉降，減少輸沙量。植被覆蓋是影響輸沙量的重要因素之一。原地貌通常具有一定的植被覆蓋，植被的根系能夠固定土壤，枝葉能夠阻擋風(fēng)沙流，降低風(fēng)速，減少沙粒的侵蝕和搬運(yùn)，從而降低輸沙量。而棄土場(chǎng)由于工程建設(shè)的影響，植被遭到破壞，植被覆蓋度較低，無(wú)法有效地發(fā)揮防風(fēng)固沙作用，導(dǎo)致輸沙量增加。4.2輸沙量的水平變化4.2.1棄土場(chǎng)上方輸沙量棄土場(chǎng)上方輸沙量沿程變化呈現(xiàn)出獨(dú)特的規(guī)律。在棄土場(chǎng)的近源區(qū)，由于地表物質(zhì)松散，沙源豐富，且風(fēng)力作用強(qiáng)烈，輸沙量較大。隨著距離棄土場(chǎng)的距離逐漸增加，輸沙量逐漸減少。這是因?yàn)樵陲L(fēng)沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，沙粒不斷地受到空氣阻力和重力的作用，部分沙粒會(huì)逐漸沉降，導(dǎo)致輸沙量降低。研究數(shù)據(jù)表明，在距離棄土場(chǎng)邊緣0-50m的范圍內(nèi)，輸沙量可達(dá)到[X]g/m2?min以上；而在距離棄土場(chǎng)邊緣200-300m的范圍內(nèi)，輸沙量降至[X]g/m2?min以下。棄土場(chǎng)上方輸沙量的沿程變化受到多種因素的影響。風(fēng)速是影響輸沙量的關(guān)鍵因素之一，風(fēng)速越大，風(fēng)沙流的能量越強(qiáng)，能夠攜帶更多的沙粒，從而使輸沙量增加。研究表明，當(dāng)風(fēng)速?gòu)腫X]m/s增加到[X]m/s時(shí)，棄土場(chǎng)上方的輸沙量可增加[X]%以上。風(fēng)向也會(huì)對(duì)輸沙量的沿程分布產(chǎn)生影響，不同風(fēng)向的風(fēng)沙流在棄土場(chǎng)上的作用方式不同，導(dǎo)致輸沙量的分布存在差異。在西北風(fēng)作用下，棄土場(chǎng)上方的輸沙量在西北方向上的衰減速度相對(duì)較慢，而在東南方向上的衰減速度相對(duì)較快。這是因?yàn)槲鞅憋L(fēng)攜帶的沙塵在棄土場(chǎng)上堆積，使得西北方向上的沙源相對(duì)豐富，輸沙量減少較慢。地表粗糙度也是影響棄土場(chǎng)上方輸沙量的重要因素。棄土場(chǎng)表面的起伏程度、植被覆蓋狀況等都會(huì)影響地表粗糙度。當(dāng)棄土場(chǎng)表面較為平整，植被覆蓋度較低時(shí)，地表粗糙度較小，風(fēng)沙流在棄土場(chǎng)上的運(yùn)動(dòng)阻力較小，輸沙量較大。而當(dāng)棄土場(chǎng)表面存在一定的起伏，植被覆蓋度較高時(shí)，地表粗糙度增大，風(fēng)沙流受到阻擋，風(fēng)速降低，輸沙量減少。在棄土場(chǎng)表面設(shè)置一些障礙物，如沙袋、草方格等，可以增加地表粗糙度，降低輸沙量。研究表明，設(shè)置草方格后，棄土場(chǎng)上方的輸沙量可降低[X]%左右。4.2.2棄土場(chǎng)背風(fēng)側(cè)輸沙量棄土場(chǎng)背風(fēng)側(cè)輸沙量沿程變化情況較為復(fù)雜。在背風(fēng)側(cè)的近區(qū)，由于氣流在繞過(guò)棄土場(chǎng)時(shí)形成了氣流分離和漩渦，導(dǎo)致風(fēng)速降低，沙粒沉降，輸沙量迅速減少。隨著距離棄土場(chǎng)背風(fēng)側(cè)的距離逐漸增加，輸沙量逐漸趨于穩(wěn)定，但仍低于棄土場(chǎng)上方的輸沙量。在距離棄土場(chǎng)背風(fēng)側(cè)0-30m的范圍內(nèi)，輸沙量急劇下降，從棄土場(chǎng)邊緣處的[X]g/m2?min降至[X]g/m2?min以下；在距離棄土場(chǎng)背風(fēng)側(cè)50-100m的范圍內(nèi)，輸沙量變化相對(duì)較小，維持在[X]g/m2?min左右。棄土場(chǎng)背風(fēng)側(cè)輸沙量與距離、地形密切相關(guān)。距離棄土場(chǎng)背風(fēng)側(cè)越近，輸沙量受棄土場(chǎng)的影響越大，變化越明顯；隨著距離的增加，輸沙量受棄土場(chǎng)的影響逐漸減弱，趨于穩(wěn)定。地形對(duì)輸沙量也有著重要影響，當(dāng)背風(fēng)側(cè)存在地形起伏時(shí)，如丘陵、溝壑等，氣流在經(jīng)過(guò)這些地形時(shí)會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致輸沙量的分布發(fā)生變化。在丘陵地區(qū)，背風(fēng)坡的輸沙量相對(duì)較小，而在溝壑底部，輸沙量相對(duì)較大。這是因?yàn)榍鹆甑谋筹L(fēng)坡氣流下沉，風(fēng)速降低，沙粒沉降；而溝壑底部則容易形成氣流匯聚，增加了沙粒的堆積。不同下墊面條件下，棄土場(chǎng)背風(fēng)側(cè)輸沙量也存在差異。在植被覆蓋較好的區(qū)域，植被能夠阻擋風(fēng)沙流，降低風(fēng)速，使沙粒沉降，從而減少輸沙量。研究表明，在植被覆蓋度達(dá)到[X]%的區(qū)域，棄土場(chǎng)背風(fēng)側(cè)的輸沙量可比植被覆蓋度較低的區(qū)域降低[X]%左右。在戈壁地區(qū)，由于地表粗糙度較大，氣流在經(jīng)過(guò)時(shí)受到的阻力較大，輸沙量相對(duì)較小。而在沙漠地區(qū)，由于沙源豐富，地表粗糙度較小，輸沙量相對(duì)較大。4.3風(fēng)沙流中顆粒粒徑特征4.3.1不同高度粒徑分布風(fēng)沙流中不同高度風(fēng)蝕物粒徑的組成和分布特征是理解風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)機(jī)制的關(guān)鍵。通過(guò)在卡拉貝利工程區(qū)進(jìn)行實(shí)地采樣和分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)蝕物粒徑在垂直方向上呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。在近地表層，粗粒徑的風(fēng)蝕物占比較大，隨著高度的增加，細(xì)粒徑的風(fēng)蝕物占比逐漸增大。在0-10cm高度范圍內(nèi)，粒徑大于0.25mm的粗沙粒含量可達(dá)到[X]%以上，而粒徑小于0.05mm的細(xì)沙粒含量相對(duì)較低，僅為[X]%左右。這是因?yàn)榻乇韺拥娘L(fēng)力相對(duì)較弱，大粒徑沙粒難以被揚(yáng)起和輸送到較高的高度，主要以躍移和蠕移的方式在近地表運(yùn)動(dòng)。隨著高度的升高，風(fēng)力逐漸增強(qiáng)，能夠攜帶更多的細(xì)粒徑沙粒，使得細(xì)粒徑沙粒的含量逐漸增加。在20-30cm高度范圍內(nèi)，粒徑小于0.05mm的細(xì)沙粒含量可增加到[X]%左右，而粒徑大于0.25mm的粗沙粒含量則下降至[X]%以下。在更高的高度，如50cm以上，細(xì)粒徑沙粒的含量進(jìn)一步增加，成為風(fēng)沙流中的主要組成部分。這是由于細(xì)粒徑沙粒質(zhì)量較輕，更容易被風(fēng)力懸浮和輸送到高空，以懸移的方式進(jìn)行長(zhǎng)距離的搬運(yùn)。不同下墊面條件對(duì)風(fēng)沙流中顆粒粒徑分布也有著顯著影響。在戈壁地區(qū)，地表主要由粗大的礫石和粗沙組成，風(fēng)沙流中的粗粒徑風(fēng)蝕物含量相對(duì)較高。研究表明，在戈壁下墊面的風(fēng)沙流中，粒徑大于0.25mm的粗沙粒含量在近地表層可達(dá)到[X]%以上，且隨著高度的增加，粗沙粒含量下降的速度相對(duì)較慢。這是因?yàn)楦瓯诘貐^(qū)的地表粗糙度較大，氣流在地表流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的紊動(dòng)，使得大粒徑沙粒更容易被起動(dòng)和搬運(yùn)。沙漠地區(qū)的風(fēng)沙流中，細(xì)粒徑風(fēng)蝕物含量相對(duì)較高。沙漠地表的沙粒粒徑相對(duì)較小，在風(fēng)力作用下，細(xì)沙粒更容易被揚(yáng)起和輸送，因此在風(fēng)沙流中，粒徑小于0.05mm的細(xì)沙粒含量在不同高度都占有較大比例。在沙漠下墊面的風(fēng)沙流中，近地表層細(xì)沙粒含量可達(dá)到[X]%左右，隨著高度的增加，細(xì)沙粒含量還會(huì)進(jìn)一步增加。植被覆蓋區(qū)的風(fēng)沙流中，顆粒粒徑分布受到植被的影響。植被的枝葉能夠阻擋風(fēng)沙流，降低風(fēng)速，使大粒徑沙粒更容易沉降，從而導(dǎo)致近地表層粗粒徑風(fēng)蝕物含量相對(duì)較低。在植被覆蓋度較高的區(qū)域，近地表層粒徑大于0.25mm的粗沙粒含量可降低至[X]%以下，而細(xì)沙粒含量相對(duì)增加。4.3.2粒徑與輸沙量關(guān)系不同粒徑組沙粒輸沙量與高度的關(guān)系及隨高度的變化是研究風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)的重要內(nèi)容。通過(guò)對(duì)卡拉貝利工程區(qū)風(fēng)沙流的觀測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)不同粒徑組沙粒的輸沙量在垂直方向上存在明顯差異。在近地表層，大粒徑沙粒的輸沙量相對(duì)較大，隨著高度的增加，大粒徑沙粒的輸沙量迅速減少，而小粒徑沙粒的輸沙量逐漸增加。在0-10cm高度范圍內(nèi)，粒徑大于0.25mm的粗沙粒輸沙量可占總輸沙量的[X]%以上，這是因?yàn)榻乇韺拥娘L(fēng)力相對(duì)較弱，大粒徑沙粒難以被輸送到較高的高度，主要集中在近地表層運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致其輸沙量較大。隨著高度的升高，風(fēng)力增強(qiáng)，大粒徑沙粒的運(yùn)動(dòng)受到抑制，輸沙量迅速減少。在20-30cm高度范圍內(nèi)，粗沙粒輸沙量占總輸沙量的比例可下降至[X]%以下。小粒徑沙粒由于質(zhì)量較輕，更容易被風(fēng)力懸浮和輸送到較高的高度，隨著高度的增加，其輸沙量逐漸增加。在20-30cm高度范圍內(nèi)，粒徑小于0.05mm的細(xì)沙粒輸沙量占總輸沙量的比例可增加到[X]%左右，在更高的高度，細(xì)沙粒輸沙量的占比還會(huì)進(jìn)一步增大。不同粒徑組沙粒輸沙量隨高度的變化趨勢(shì)與風(fēng)速、風(fēng)力對(duì)沙粒的作用力等因素密切相關(guān)。風(fēng)速在垂直方向上的變化會(huì)影響沙粒的運(yùn)動(dòng)和輸沙量的分布。隨著高度的增加，風(fēng)速逐漸增大，風(fēng)力對(duì)沙粒的作用力也增強(qiáng)，使得小粒徑沙粒更容易被輸送到高空，從而導(dǎo)致小粒徑沙粒輸沙量隨高度增加而增大。風(fēng)力對(duì)不同粒徑沙粒的作用力不同，大粒徑沙粒受到的重力作用相對(duì)較大，在風(fēng)力作用下，其運(yùn)動(dòng)高度和輸沙量受到限制；而小粒徑沙粒受到的重力作用相對(duì)較小，更容易在風(fēng)力作用下被輸送到較高的高度，輸沙量也隨之增加。五、風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬5.1模型選擇與建立5.1.1歐拉雙流體模型歐拉雙流體模型將空氣與運(yùn)動(dòng)沙粒均看做流體，認(rèn)為二者能相互混合，用體積分?jǐn)?shù)來(lái)描述每一相的存在，在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)模擬中具有重要的適用性。該模型的基本原理基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，將氣相（空氣）和顆粒相（沙粒）視為相互貫穿的連續(xù)介質(zhì)，分別建立各自的守恒方程來(lái)描述其運(yùn)動(dòng)和相互作用。在該模型中，每一相均滿足質(zhì)量守恒方程和動(dòng)量守恒方程。質(zhì)量守恒方程描述了相內(nèi)物質(zhì)的總量保持不變的特性。對(duì)于空氣相，其質(zhì)量守恒方程為：\frac{\partial(\alpha_{g}\rho_{g})}{\partialt}+\nabla\cdot(\alpha_{g}\rho_{g}\vec{v}_{g})=0，其中\(zhòng)alpha_{g}為空氣相所占空間的體積分?jǐn)?shù)，\rho_{g}是空氣相的密度，\vec{v}_{g}為空氣相的速度，t表示時(shí)間，\nabla為哈密頓算子。這一方程表明，在單位時(shí)間內(nèi)，空氣相在某一控制體內(nèi)的質(zhì)量變化率等于通過(guò)該控制體表面的凈質(zhì)量通量。對(duì)于沙粒相，質(zhì)量守恒方程為：\frac{\partial(\alpha_{s}\rho_{s})}{\partialt}+\nabla\cdot(\alpha_{s}\rho_{s}\vec{v}_{s})=0，其中\(zhòng)alpha_{s}為沙粒相所占空間的體積分?jǐn)?shù)，\rho_{s}是沙粒相的密度，\vec{v}_{s}為沙粒相的速度。這意味著沙粒相在控制體內(nèi)的質(zhì)量變化也遵循類(lèi)似的守恒規(guī)律。動(dòng)量守恒方程則描述了相內(nèi)動(dòng)量的變化與外力之間的關(guān)系。空氣相的動(dòng)量守恒方程為：\frac{\partial(\alpha_{g}\rho_{g}\vec{v}_{g})}{\partialt}+\nabla\cdot(\alpha_{g}\rho_{g}\vec{v}_{g}\vec{v}_{g})=-\alpha_{g}\nablap+\nabla\cdot\vec{\tau}_{g}+K_{gs}(\vec{v}_{s}-\vec{v}_{g})+\alpha_{g}\rho_{g}\vec{g}+\vec{F}_{g}，其中p為壓力，\vec{\tau}_{g}為空氣相的應(yīng)力張量，K_{gs}為相間動(dòng)量交換系數(shù)，\vec{g}為重力加速度，\vec{F}_{g}為其他作用在空氣相上的體積力。此方程表明，空氣相動(dòng)量的變化是由壓力梯度、粘性應(yīng)力、與沙粒相的動(dòng)量交換、重力以及其他外力共同作用的結(jié)果。沙粒相的動(dòng)量守恒方程為：\frac{\partial(\alpha_{s}\rho_{s}\vec{v}_{s})}{\partialt}+\nabla\cdot(\alpha_{s}\rho_{s}\vec{v}_{s}\vec{v}_{s})=-\alpha_{s}\nablap+\nabla\cdot\vec{\tau}_{s}+K_{sg}(\vec{v}_{g}-\vec{v}_{s})+\alpha_{s}\rho_{s}\vec{g}+\vec{F}_{s}，其中\(zhòng)vec{\tau}_{s}為沙粒相的應(yīng)力張量，K_{sg}為相間動(dòng)量交換系數(shù)，\vec{F}_{s}為其他作用在沙粒相上的體積力。這表明沙粒相動(dòng)量的變化同樣受到多種因素的影響。在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)模擬中，歐拉雙流體模型具有顯著的優(yōu)勢(shì)。該模型可以有效避免沙粒顆粒數(shù)目的限制，節(jié)省計(jì)算資源，提高計(jì)算效率。在實(shí)際的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)中，沙粒數(shù)量眾多，如果采用逐個(gè)追蹤沙粒的方法，計(jì)算量將極其巨大。而歐拉雙流體模型將沙粒相視為連續(xù)介質(zhì)，大大減少了計(jì)算的復(fù)雜性，使得大規(guī)模的數(shù)值模擬成為可能。該模型能夠考慮氣固兩相間的動(dòng)量交換、升力等相互作用，更全面地描述風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程。氣固兩相間的相互作用是風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵因素，歐拉雙流體模型通過(guò)相間動(dòng)量交換系數(shù)等參數(shù)，準(zhǔn)確地刻畫(huà)了這種相互作用，從而能夠更真實(shí)地模擬風(fēng)沙流中沙粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和濃度分布。通過(guò)該模型可以研究不同地表環(huán)境下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)特性，為風(fēng)沙防治提供理論支持。在不同的地表?xiàng)l件下，如戈壁、沙漠、植被覆蓋區(qū)等，氣固兩相的相互作用和風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律存在差異，歐拉雙流體模型能夠針對(duì)這些不同的情況進(jìn)行模擬分析，為制定合理的風(fēng)沙防護(hù)措施提供科學(xué)依據(jù)。5.1.2湍流模型在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬中，湍流模型的選擇至關(guān)重要，它直接影響著模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。經(jīng)過(guò)綜合考慮，選擇k-\epsilon雙方程湍流模型來(lái)描述空氣流動(dòng)的湍流特性。k-\epsilon雙方程湍流模型通過(guò)求解湍動(dòng)能k和湍流耗散率\epsilon的輸運(yùn)方程來(lái)封閉雷諾時(shí)均Navier-Stokes方程。湍動(dòng)能k表示單位質(zhì)量流體的湍流動(dòng)能，它反映了湍流的強(qiáng)度。其輸運(yùn)方程為：\frac{\partial(\rhok)}{\partialt}+\frac{\partial(\rhoku_{i})}{\partialx_{i}}=\frac{\partial}{\partialx_{j}}\left[(\mu+\frac{\mu_{t}}{\sigma_{k}})\frac{\partialk}{\partialx_{j}}\right]+G_{k}+G_-\rho\epsilon-Y_{M}，其中\(zhòng)rho為流體密度，u_{i}為速度分量，\mu為分子粘性系數(shù)，\mu_{t}為湍流粘性系數(shù)，\sigma_{k}為湍動(dòng)能k的Prandtl數(shù)，G_{k}表示由平均速度梯度引起的湍動(dòng)能產(chǎn)生項(xiàng)，G_表示由浮力引起的湍動(dòng)能產(chǎn)生項(xiàng)，\rho\epsilon為湍動(dòng)能耗散項(xiàng)，Y_{M}表示可壓縮湍流中脈動(dòng)擴(kuò)張的貢獻(xiàn)。這個(gè)方程描述了湍動(dòng)能在時(shí)間和空間上的變化，它的產(chǎn)生主要來(lái)自平均速度梯度和浮力，而耗散則使得湍動(dòng)能逐漸減少。湍流耗散率\epsilon表示單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量流體的湍動(dòng)能耗散量，它反映了湍流的能量損失速率。其輸運(yùn)方程為：\frac{\partial(\rho\epsilon)}{\partialt}+\frac{\partial(\rho\epsilonu_{i})}{\partialx_{i}}=\frac{\partial}{\partialx_{j}}\left[(\mu+\frac{\mu_{t}}{\sigma_{\epsilon}})\frac{\partial\epsilon}{\partialx_{j}}\right]+C_{1\epsilon}\frac{\epsilon}{k}(G_{k}+C_{3\epsilon}G_)-C_{2\epsilon}\rho\frac{\epsilon^{2}}{k}，其中\(zhòng)sigma_{\epsilon}為湍流耗散率\epsilon的Prandtl數(shù)，C_{1\epsilon}、C_{2\epsilon}、C_{3\epsilon}為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。這個(gè)方程描述了湍流耗散率的變化規(guī)律，它的產(chǎn)生與湍動(dòng)能的產(chǎn)生以及浮力有關(guān)，而耗散則與湍流耗散率本身和湍動(dòng)能的比值相關(guān)。k-\epsilon雙方程湍流模型對(duì)模擬結(jié)果有著多方面的重要影響。該模型能夠較好地模擬平均流動(dòng)和湍流的相互作用，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)速的分布。在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)中，風(fēng)速的分布直接影響著沙粒的起動(dòng)、輸運(yùn)和沉積過(guò)程。通過(guò)準(zhǔn)確模擬風(fēng)速分布，k-\epsilon模型為研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)提供了可靠的風(fēng)場(chǎng)基礎(chǔ)。研究表明，在復(fù)雜地形條件下，該模型能夠合理地反映風(fēng)速在不同高度和位置的變化，與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的一致性。該模型能夠考慮湍流對(duì)沙粒運(yùn)動(dòng)的影響，包括沙粒的擴(kuò)散和沉降等過(guò)程。湍流的存在使得沙粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到隨機(jī)的作用力，從而導(dǎo)致沙粒的擴(kuò)散和沉降行為變得復(fù)雜。k-\epsilon模型通過(guò)描述湍流的特性，能夠較為準(zhǔn)確地模擬這些過(guò)程，使得模擬結(jié)果更接近實(shí)際情況。在模擬風(fēng)沙流中沙粒的濃度分布時(shí)，該模型能夠考慮湍流擴(kuò)散的作用，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)沙粒在不同區(qū)域的濃度變化。該模型在工程應(yīng)用中具有較高的計(jì)算效率和穩(wěn)定性，能夠滿足大規(guī)模數(shù)值模擬的需求。在對(duì)卡拉貝利工程區(qū)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬時(shí)，需要處理較大的計(jì)算區(qū)域和復(fù)雜的邊界條件，k-\epsilon模型的高效性和穩(wěn)定性保證了模擬工作的順利進(jìn)行，能夠在合理的時(shí)間內(nèi)得到可靠的模擬結(jié)果。5.2模型設(shè)置與參數(shù)5.2.1區(qū)域與網(wǎng)格劃分在卡拉貝利工程區(qū)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬中，確定合理的模型區(qū)域范圍至關(guān)重要。綜合考慮工程區(qū)的實(shí)際地形、風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的影響范圍以及計(jì)算資源的限制，將模型區(qū)域設(shè)定為以工程區(qū)為中心，東西方向長(zhǎng)[X]m，南北方向?qū)抂X]m，高度為[X]m的三維空間區(qū)域。這樣的區(qū)域范圍能夠充分涵蓋工程區(qū)及其周邊受風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)影響較大的區(qū)域，確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在東西方向上，[X]m的長(zhǎng)度可以包括工程區(qū)周邊的主要風(fēng)沙源地和風(fēng)沙傳輸路徑，避免因區(qū)域過(guò)小而遺漏重要的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)信息；在南北方向上，[X]m的寬度能夠反映工程區(qū)不同方位的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)差異；高度方向上的[X]m則可以較好地模擬風(fēng)沙流在近地面層的運(yùn)動(dòng)特征以及其向上擴(kuò)散的情況。采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)模型區(qū)域進(jìn)行劃分，這種網(wǎng)格劃分方法具有高度的靈活性，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的地形和邊界條件。在地形起伏較大的山地和丘陵區(qū)域，以及工程設(shè)施附近，適當(dāng)加密網(wǎng)格，以提高計(jì)算精度。在山地和丘陵區(qū)域，加密網(wǎng)格可以更準(zhǔn)確地捕捉地形對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向的影響，以及風(fēng)沙流在復(fù)雜地形下的運(yùn)動(dòng)變化；在工程設(shè)施附近，加密網(wǎng)格能夠更好地模擬風(fēng)沙對(duì)工程設(shè)施的侵蝕和堆積情況。而在地形相對(duì)平坦的區(qū)域，如戈壁和河谷平原，則適當(dāng)放寬網(wǎng)格尺寸，以減少計(jì)算量。通過(guò)這種自適應(yīng)的網(wǎng)格劃分策略，在保證計(jì)算精度的前提下，提高了計(jì)算效率。在平坦的戈壁地區(qū)，適當(dāng)增大網(wǎng)格尺寸，既不會(huì)對(duì)模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生較大影響，又能有效減少計(jì)算資源的消耗。在整個(gè)模型區(qū)域中，網(wǎng)格數(shù)量達(dá)到[X]個(gè)，其中邊界層網(wǎng)格層數(shù)為[X]層，邊界層網(wǎng)格高度從地面向上逐漸增大，以更好地模擬近地面層的氣流和風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)特性。邊界層網(wǎng)格的設(shè)置能夠準(zhǔn)確捕捉近地面層的風(fēng)速梯度、湍流特性以及沙粒與地面的相互作用，對(duì)于風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的模擬至關(guān)重要。5.2.2邊界條件與求解在風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬中，邊界條件的設(shè)定直接影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)于模型區(qū)域的邊界，采用以下邊界條件：在入口邊界，根據(jù)實(shí)際觀測(cè)的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)，設(shè)定為速度入口邊界條件，輸入不同時(shí)刻的風(fēng)速和風(fēng)向信息，以模擬不同風(fēng)況下的風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)。在某一時(shí)刻，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，將入口風(fēng)速設(shè)定為[X]m/s，風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，這樣可以準(zhǔn)確地模擬該時(shí)刻風(fēng)沙流進(jìn)入模型區(qū)域的初始狀態(tài)。在出口邊界，采用壓力出口邊界條件，設(shè)定出口壓力為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ员ＷC氣流能夠順利流出模型區(qū)域。在地面邊界，考慮到地面與風(fēng)沙流的相互作用，將其設(shè)定為無(wú)滑移邊界條件，即風(fēng)速在地面處為零，同時(shí)考慮沙粒與地面的碰撞和反彈，采用相應(yīng)的壁面函數(shù)來(lái)描述。在地面邊界，通過(guò)壁面函數(shù)考慮沙粒與地面的碰撞恢復(fù)系數(shù)、摩擦系數(shù)等因素，以準(zhǔn)確模擬沙粒在地面的運(yùn)動(dòng)和沉積情況。對(duì)于模型區(qū)域的頂部邊界，設(shè)定為自由滑移邊界條件，允許氣流自由通過(guò)，減少邊界對(duì)模擬結(jié)果的影響。在求解過(guò)程中，選用SIMPLE算法來(lái)求解壓力-速度耦合方程。SIMPLE算法是一種常用的求解不可壓縮流體流動(dòng)問(wèn)題的算法，它通過(guò)迭代的方式逐步求解壓力和速度，使得計(jì)算結(jié)果滿足質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒方程。在每一次迭代中，首先根據(jù)上一次迭代得到的速度場(chǎng)計(jì)算壓力修正值，然后利用壓力修正值更新速度場(chǎng)，不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到計(jì)算結(jié)果收斂。具體迭代過(guò)程如下：首先，給定初始的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)，通常初始速度場(chǎng)可以根據(jù)入口邊界條件進(jìn)行初步設(shè)定，初始?jí)毫?chǎng)可以假設(shè)為均勻分布。根據(jù)連續(xù)性方程和動(dòng)量方程，建立壓力修正方程。通過(guò)求解壓力修正方程，得到壓力修正值。利用壓力修正值對(duì)速度場(chǎng)進(jìn)行修正，得到新的速度場(chǎng)。檢查計(jì)算結(jié)果是否收斂，判斷標(biāo)準(zhǔn)可以是速度和壓力的殘差是否小于設(shè)定的收斂精度。如果結(jié)果未收斂，則返回步驟2，繼續(xù)進(jìn)行迭代計(jì)算，直到計(jì)算結(jié)果滿足收斂條件為止。在模擬過(guò)程中，設(shè)置收斂精度為[X]，經(jīng)過(guò)[X]次迭代后，計(jì)算結(jié)果達(dá)到收斂，確保了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。5.3模擬結(jié)果與分析5.3.1風(fēng)速流場(chǎng)特征通過(guò)數(shù)值模擬，得到了棄土場(chǎng)周?chē)L(fēng)速流場(chǎng)的詳細(xì)分布情況。在水平方向上，風(fēng)速呈現(xiàn)出明顯的變化。在棄土場(chǎng)的上風(fēng)側(cè)，風(fēng)速相對(duì)較大，隨著接近棄土場(chǎng)，風(fēng)速逐漸減小。這是因?yàn)闂壨翀?chǎng)的存在阻擋了氣流的運(yùn)動(dòng)，使得氣流在棄土場(chǎng)前發(fā)生堆積，風(fēng)速降低。在距離棄土場(chǎng)邊緣50m處，風(fēng)速可降低[X]%左右。在棄土場(chǎng)的背風(fēng)側(cè)，風(fēng)速進(jìn)一步減小，并形成了明顯的低速區(qū)和氣流漩渦。低速區(qū)的范圍隨著距離棄土場(chǎng)的距離增加而逐漸減小，在距離棄土場(chǎng)背風(fēng)側(cè)100m處，低速區(qū)基本消失，風(fēng)速逐漸恢復(fù)到正常水平。氣流漩渦的形成是由于氣流在繞過(guò)棄土場(chǎng)時(shí)，受到棄土場(chǎng)的阻擋和地形的影響，導(dǎo)致氣流分離和旋轉(zhuǎn)。這些漩渦會(huì)對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生重要影響，使得沙粒在漩渦區(qū)域內(nèi)發(fā)生沉降和堆積。在垂直方向上，風(fēng)速隨高度的增加而逐漸增大。在近地面層，由于受到地面摩擦力的作用，風(fēng)速較小，且變化較為劇烈。隨著高度的增加，地面摩擦力的影響逐漸減弱，風(fēng)速逐漸增大，且變化趨于平緩。在距離地面0-2m高度范圍內(nèi)，風(fēng)速的垂直梯度較大，風(fēng)速隨高度的增加迅速增大；在2-10m高度范圍內(nèi)，風(fēng)速的垂直梯度相對(duì)較小，風(fēng)速隨高度的增加較為緩慢。不同高度風(fēng)速的變化對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)有著重要影響。近地面層風(fēng)速較小，使得沙粒在近地面層的運(yùn)動(dòng)速度較慢，容易發(fā)生沉降和堆積。而隨著高度的增加，風(fēng)速增大，能夠攜帶更多的沙粒向上運(yùn)動(dòng)，使得沙粒在較高高度上以懸移的方式進(jìn)行長(zhǎng)距離的搬運(yùn)。風(fēng)速流場(chǎng)特征對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的影響機(jī)制較為復(fù)雜。風(fēng)速的大小直接決定了風(fēng)沙流的能量和輸沙能力。較大的風(fēng)速能夠提供足夠的能量，使更多的沙粒被起動(dòng)和輸送，從而增加輸沙量。風(fēng)速的方向也決定了風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的方向，不同方向的風(fēng)速會(huì)導(dǎo)致風(fēng)沙流在不同區(qū)域的堆積和侵蝕情況發(fā)生改變。風(fēng)速流場(chǎng)中的氣流漩渦和低速區(qū)會(huì)影響沙粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和沉降位置，使得沙粒在這些區(qū)域內(nèi)發(fā)生聚集和堆積。在氣流漩渦區(qū)域，沙粒會(huì)隨著漩渦的旋轉(zhuǎn)而不斷運(yùn)動(dòng)，最終在漩渦中心或邊緣處沉降下來(lái)，形成沙堆。5.3.2輸沙情況分析模擬結(jié)果