黄河中游沙家湾小流域风沙环境特征及其入沟过程

Characteristics of wind-sand environment and gully entering process in Shajiawan small watershed in middle reaches of Yellow River

摘要

目的 解析黄河中游多沙粗沙区风沙入沟量及其在沟坡内的运移路径与沉积过程，为黄河流域风沙防治提供科学依据。 方法 以沙家湾小流域为对象，基于集沙仪野外监测与室内分析，计算沙家湾小流域输沙势（DP），引入降雨抑制效应计算实际风蚀潜力（DP_a）；采用函数拟合法估算沟道风沙沉降量，结合沟坡土壤粒度特征，系统解析风沙输移路径与沉积特征。 结果 ①沙家湾小流域为高风能环境，年输沙势为441.95 VU，方向变率指数为0.42，年合成输沙势方向与主沟道垂直，沟道年风蚀模数为-0.40 t/hm²。春季的输沙势和沟道风沙沉降最高，分别占全年53.74%和40.25%； ②考虑降雨抑制的年实际风蚀潜力（DP_a）为293.04 VU，较输沙势降低27%，抑制作用在高风速与强降雨同步时最为显著； ③随坡位的降低，沉积物组成由粉粒（76.20%）变为以细砂（74.70%）为主，平均粒径由5.52φ变为2.89φ，土壤颗粒显著粗化，运动方式由悬移变为跃移。 结论 风沙入沟过程是在高风能环境和沟道地形阻滞共同作用下，沉积物以跃移方式进入沟道。

Abstract

Objective The amount of wind-blown sand entering gullies and its migration paths and deposition processes within the gully slopes in the coarse sand area in the middle reaches of the Yellow River were analyzed in order to provide a scientific basis for wind and sand prevention and control in the Yellow River basin. Methods Taking the Shajiawan small watershed as the study area， sand drift potential （DP） was calculated based on field monitoring and laboratory analysis using sand samplers， and the actual wind erosion potential （DP_a） was derived by incorporating the rainfall inhibition effect. The wind-sand deposition amount in the gully was estimated using a function fitting method. Combined with the soil particle size characteristics of the gully slopes， the wind-sand transport paths and sedimentary characteristics were systematically analyzed. Results ① The Shajiawan small watershed was characterized by a high wind energy environment. The annual sand drift potential was 441.95 VU， with a directional variability index of 0.42. The direction of the annual synthetic sand drift potential was perpendicular to the main channel， and the annual wind erosion modulus of the channel was -0.40 t/hm². Sand drift potential and wind-sand deposition were highest in spring， accounting for 53.74% and 40.25% of the annual total， respectively. ② The annual actual wind erosion potential （DP _a ） considering rainfall suppression was 293.04 VU， which was 27% lower than the sand drift potential. The suppression effect was most pronounced when high wind speeds occurred simultaneously with heavy rainfall. ③ As the slope position decreased， the sediment composition changed from silt （76.20%） to predominantly fine sand （74.70%）， with the average particle size changing from 5.52 φ to 2.89 φ. The soil particles became significantly coarser， and the movement mode changed from suspension to saltation. Conclusion The process of wind-blown sand entering gullies occurs under the combined effects of high wind energy and gully terrain obstruction， with sediments entering the gullies through saltation.

Graphical abstract

关键词

输沙势 / 风蚀模数 / 风沙入沟 / 土壤粒径 / 多沙粗沙区

Key words

sand drift potential / wind erosion modulus / wind-blown sand entering gullies / soil particle size / coarse sand area

文献参数： 郭志文， 秦富仓， 张铁钢， 等.黄河中游沙家湾小流域风沙环境特征及其入沟过程［J］.水土保持通报，2026，46（2）：43-52. Citation:Guo Zhiwen， Qin Fucang， Zhang Tiegang， et al. Characteristics of wind-sand environment and gully entering process in Shajiawan small watershed in middle reaches of Yellow River ［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation，2026，46（2）：43-52.

黄河中游多沙粗沙区是黄河流域泥沙问题的核心区域，也是生态治理的关键地带^［1］。该区位于季风气候与干旱半干旱气候的过渡带，特殊的气候条件形成了风水复合侵蚀类型，导致生态环境脆弱，水土流失严重。尽管该区面积仅为黄土高原水土流失面积的17.3%，但其年产沙量却高达1.18×10⁹ t，占黄河总输沙量的62.8%^［2］，大量的泥沙入黄，对下游河道防洪与水资源可持续利用产生压力^［3］。厘清风沙物质从坡面进入河道的输移路径及其输沙通量是入黄沙量估算、流域治理策略制定的关键过程。其中，风沙从坡面进入沟道（即“风沙入沟”）是坡面风蚀与河道输沙的关键环节。

准确评估风能环境是理解风沙输移的基础^［4］。输沙势作为表征风能对沙粒搬运能力的关键指标，在干旱、半干旱区的风沙环境研究中被广泛应用^［5-8］，但在其应用中会忽略降雨对风沙活动的抑制作用^［9］。而黄河中游多沙粗沙区降雨时空变异性大，短时强降雨与季节性湿润交替，导致表层土壤含水率频繁波动，降雨通过改变土壤湿度增强颗粒间黏结力、提高起沙风速阈值，对实际风能环境产生不可忽视的抑制作用^［10］。试验表明，当表层土壤含水率从1%增至5%时，临界起沙风速可提高至14 m/s^［11］；若忽略降雨会导致估算的起沙风速误差达60%，加入该因子后精度提高90.5%^［12］。因此，在本区域高降雨背景下的风能环境评估中，亟需在输沙势模型的基础上，量化降雨对实际风蚀的抑制效应。目前关于风沙入沟的研究多集中于区域沉降总量的估算^［13］，而对其运移路径、堆积特征及空间分异规律的研究相对较少。土壤粒径是风力对源区物质搬运和分选作用的反映。李恩菊等^［14］在巴丹吉林沙漠的研究表明，从沙丘迎风坡坡脚至沙丘顶部，平均粒径变细而分选性变好；赵龙飞等^［15］对腾格里沙漠灌丛沙堆的研究中，用粒度概率累积曲线反映出沉积物的主要运移方式。这些研究为分析沟坡中风沙物质的运移路径与沉积机制提供了重要的方法论支撑。

基于此，本研究选取黄河中游多沙粗沙区的沙家湾小流域，通过野外监测与室内分析相结合的方法，在阐明输沙势的基础上，量化降雨对实际风蚀潜力的抑制效应，精准评估研究区的风沙环境特征；通过沟道沉降量观测与土壤粒度的参数特征，解析风沙入沟量及其在沟坡内的运移路径与沉积过程，为黄河流域风沙防治提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

沙家湾小流域位于黄河中游多沙粗沙区的丘陵沟壑区（38°00′05″—38°00′10″N，109°29′50″—109°30′00″E），地处毛乌素沙地的东南缘，属温带干旱半干旱大陆性季风气候，年均风速2.3~2.6 m/s，风蚀多发生于3—6月，风速最高可达14 m/s，降雨年内分配不均，多年平均降雨量350~500 mm，65%以上集中在7—9月^［16］。小流域沟道发育显著，主沟道长319 m，最宽处24 m，呈东北—西南走向。沟道西北侧植被盖度为30%~45%，主要为小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、无芒隐子草（Cleistogenes songorica）和阿尔泰狗娃花（Aster altaicus），东南侧为撂荒地。

1.2 野外监测布设

1.2.1 集沙仪布设与样品采集

本研究以沟道为研究尺度，在沟岸两侧布设集沙仪，通过下风向风蚀通量减去上风向风蚀通量计算沟道的风蚀量。

2023年7月，利用无人机航拍获取高分辨率正射影像与数字表面模型（DSM），提取小流域主沟道的自然特征。2024年3月中下旬，在小流域主沟道两侧布设2排集沙仪（图1），观测沟道风蚀特征。BA区段中，A为上风向，B为下风向。

BSNE（Big Spring Number Eight）集沙仪^［17］集沙盒规格为5 cm×2 cm。集沙盒安装高度分别为0.2，0.5，1.0和1.5 m。观测时间为2024年4月至2025年3月，采样频率为每月1次，每个月28号取样。取样时使用毛刷将每个集沙盒内的积沙扫入塑封袋，带回实验室，使用万分之一电子天平称重。若集沙盒内有水，则将湿样一同收集，晾干后称重。

1.2.2 气象数据采集

在沙家湾小流域安装自动气象站1台，主要指标为风速、风向、降雨量等，其中风速传感器安装高度为2.0 m，分辨率为0.1 m/s，数据采集间隔为10 min。

1.3 风蚀计算方法

1.3.1 输沙势与降雨抑制效应计算

输沙势反映风在一定时间内搬运沙子的能力^［18］。其计算公式为

\mathrm{D}\mathrm{P}=(V_i-V_t)\times V_i^{\mathrm{2}}\times \mathrm{t}（1）

式中：DP为输沙势（VU）； V_i 为大于起沙风速的风速（m/s）； V_t 为起动风速（m/s）； t为大于起沙风速的次数占总风速次数的百分比（%）。

\mathrm{R}\mathrm{D}\mathrm{P}=\sqrt[]{{〔\sum \mathrm{D}\mathrm{P}\times \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\left({\theta }_i\right)〕}^{\mathrm{2}}+{〔\sum \mathrm{D}\mathrm{P}\times \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}({\theta }_i)〕}^{\mathrm{2}}}（2）

\mathrm{R}\mathrm{D}\mathrm{D}=\mathrm{A}\mathrm{r}\mathrm{c}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}〔\frac{\sum \mathrm{D}\mathrm{P}\times \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}({\theta }_i)}{\sum \mathrm{D}\mathrm{P}\times \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}({\theta }_i)}〕（3）

\mathrm{U}\mathrm{D}\mathrm{I}=\frac{\mathrm{R}\mathrm{D}\mathrm{P}}{\mathrm{D}\mathrm{P}}（4）

式中：RDP表示所有风向输沙势的矢量和（VU）； {\theta }_i为第i个风向的角度（°）； RDD为合成输沙方向（°）；UDI为方向变率，取值范围为0~1，反映风向稳定性，其值越小，表示风向越复杂。

由于输沙势的计算需要10 m高度处的大于起沙风速的数据，而本研究观测风速为2 m高度，因此需将2 m高度的起沙风速换算至10 m高度。

2 m高度的起沙风速为

U_{\mathrm{2}}=\mathrm{5.75}\times U_{\mathrm{*}t}\times \mathrm{l}\mathrm{g}\frac{Z}{Z_{\mathrm{0}}}（5）

式中：U₂为2 m高度的起沙风速（m/s）； Z为高度（Z=2.0 m）； U_*t 为临界摩阻速度（m/s）； Z₀为地表粗糙度（m）。参考榆林地区实测值^［19］，取U_{\mathrm{*}t}和Z_{\mathrm{0}}分别为0.31 m/s和0.002 6 m。计算得出2 m的起沙风速为5.14 m/s。

换算至10 m高度处起沙风速：

U_{\mathrm{10}}=\frac{U_{\mathrm{2}}\times (\mathrm{l}\mathrm{n}\mathrm{10}-\mathrm{l}\mathrm{n}{Z}_{\mathrm{0}})}{\mathrm{l}\mathrm{n}\mathrm{2}-\mathrm{l}\mathrm{n}{Z}_{\mathrm{0}}}（6）

式中：U₁₀为10 m处的起沙风速（m/s）。

为了更加准确地描述输沙能力，本文根据Fryberger等^［20］制定的风能分类标准对风能环境和风况方向变率进行了划分（表1）。

为量化降雨对实际风蚀的抑制效应，参考Bergametti等^［21］的研究方法，量化降雨事件对风蚀的影响。即当日降雨量≥0.4 mm时，降雨事件结束后12 h内风蚀被完全抑制，受降雨影响的输沙势即为\mathrm{D}{\mathrm{P}}_{\mathrm{w}\mathrm{e}\mathrm{t}}。计算公式为

\mathrm{D}{\mathrm{P}}_a=\mathrm{D}\mathrm{P}-\mathrm{D}{\mathrm{P}}_{\mathrm{w}\mathrm{e}\mathrm{t}}（7）

\partial =\frac{\mathrm{D}{\mathrm{P}}_{\mathrm{w}\mathrm{e}\mathrm{t}}}{\mathrm{D}\mathrm{P}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（8）

式中：DP_a为实际风蚀潜力（VU），表示扣除了因降雨抑制后的有效风能； \partial为降雨对风蚀的抑制率（%），反映了降雨使理论风能潜力降低的比例。

1.3.2 输沙通量

输沙通量（Q）是指水平穿过垂直于风向的单位长度垂直断面的沉积物质量，通过对输沙高度上的沉积物质量进行积分得到^［22］。根据每个观测阶段各观测点的不同高度范围输沙量求拟合函数，但在幂函数模型中，高度接近0 m时输沙通量会趋近于无穷大，导致输沙量估算存在误差。为了解决这一问题，本研究采用分段积分的方式进行计算^［23］，将2 m的积分高度划分成40个分段，第5，11，21，31段分别对应集沙仪安装高度，将其风蚀物质量与段数拟合：

q_n=a{e}^{bn}（9）

q_n=a{n}^b（10）

式中：q_n 是第n段收集的沉积物量（g）； n为区段数，从1到40；a， b是参数。

Q_i={\displaystyle \sum _{n=\mathrm{1}}^{\mathrm{40}}}\frac{q_n}{\mathrm{20}}（11）

Q_A=\frac{Q_{\mathrm{1}}+Q_{\mathrm{2}}+Q_{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}（12）

Q_B=\frac{Q_{\mathrm{4}}+Q_{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}（13）

W_{BA}=\frac{(Q_{\mathrm{S}\mathrm{J}\mathrm{W}-B}-Q_{\mathrm{S}\mathrm{J}\mathrm{W}-A})\times L_{\mathrm{S}\mathrm{J}\mathrm{W}}}{S_{\mathrm{S}\mathrm{J}\mathrm{W}-\mathrm{B}\mathrm{A}}}（14）

式中：Q_i 为第i个集沙仪0~2 m的单宽通量（kg/m）， i为1~5，用拟合函数估计40段的风蚀物总和，除以进沙口的宽度（2 cm）计算。Q_A和Q_B 分别为沙家湾西北侧沟道（A）和东南侧（B）集沙仪平均单宽通量（kg/m）； L_SJW为主沟道长度（m）； S_SJW-BA为沟道面积（m²）； W_BA为沟道的风蚀模数（t/hm²），W_BA>0，表示沟道发生风蚀，W_BA<0，表示沟道发生沉降。

1.4 土壤粒径测定

1.4.1 样品采集

2024年4月，在沙家湾小流域西北侧沟坡的坡顶、坡中和坡底3个位置取样，取样深度为0~2 cm。每个位置附近取3次，混合均匀后带回实验室，将阴干后的土壤样品用2 mm土壤筛筛去植物根系和地表杂物，土壤机械组成用马尔文3000激光粒度分析仪测定，粒径分级采用美国制标准（表2）。

1.4.2 土壤粒度参数计算

平均粒径（M_Z ）、分选系数（\delta）、偏度（S_k ）和峰度（K_g ）计算公式如下：

\varphi =-\mathrm{l}\mathrm{o}{\mathrm{g}}_{\mathrm{2}}d（15）

M_Z=\frac{{\varphi }_{\mathrm{16}}+{\varphi }_{\mathrm{50}}+{\varphi }_{\mathrm{84}}}{\mathrm{3}}（16）

\delta =\frac{{\varphi }_{\mathrm{84}}-{\varphi }_{\mathrm{16}}}{\mathrm{4}}+\frac{{\varphi }_{\mathrm{95}}-{\varphi }_{\mathrm{5}}}{\mathrm{6.6}}（17）

S_k=\frac{{\varphi }_{\mathrm{16}}+{\varphi }_{\mathrm{84}}-\mathrm{2}\times {\varphi }_{\mathrm{50}}}{\mathrm{2}\times ({\varphi }_{\mathrm{84}}-{\varphi }_{\mathrm{16}})}+\frac{{\varphi }_{\mathrm{5}}+{\varphi }_{\mathrm{95}}-\mathrm{2}\times {\varphi }_{\mathrm{50}}}{\mathrm{2}\times \left({\varphi }_{\mathrm{95}}-{\varphi }_{\mathrm{5}}\right)}（18）

K_g=\frac{{\varphi }_{\mathrm{95}}-{\varphi }_{\mathrm{5}}}{\mathrm{2.44}\times ({\varphi }_{\mathrm{75}}-{\varphi }_{\mathrm{25}})}（19）

式中：ɸ为粒径的对数值；d为土壤颗粒直径（mm）。ɸ₅，ɸ₁₆，ɸ₂₅，ɸ₅₀，ɸ₇₅，ɸ₈₄，ɸ₉₅依次为颗粒物样品占5%，16%，25%，50%，75%，84%和95%的颗粒物所对应的粒径对数值。粒度参数分级标准见表3。

分形维数计算公式如下：

（20）

式中：{\overline{d}}_i为两筛分粒级d_i 与d_i+1之间粒径的平均值（μm）；{\overline{d}}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}为最大粒级颗粒物的平均直径（μm）； D为粒径分布的分形维数； 为小于\overline{d_i}的累积颗粒物重量（g）； W₀为颗粒物各粒级重量的总和（g）。

2 结果与分析

2.1 不同季节输沙势变化特征

研究区年输沙势为441.95 VU，属高风能环境，具备较强的潜在输沙能力（图2）。合成输沙势为186.53 VU，方向变率指数为0.42，属中等变率，年合成输沙方向85.79°，为EN方向。

DP和RDP存在显著的季节性差异。依据DP排序，春季最大（237.52 VU），占全年总输沙势的53.74%，其次为夏季（85.33 VU），最小为冬季（53.88 VU）。RDP同样呈现春季最大的特征（109.72 VU），占全年合成输沙势力的58.82%，其次为秋季（52.95 VU），夏季最小（10.69 VU）。

风向变率反映输沙势与合成输沙势的差异程度，变率越高，两者差异越明显。春季和冬季都为中等变率，RDD分别为103.48°和130.76°，均为ES方向，与年合成输沙方向为基本一致。夏季和秋季的风向变率分别为49.23°和55.33°，均为EN方向，但夏季为高变率（UDI=0.13），风向复杂，虽DP较高，但东风和东北风的出现抵消了部分西风、西北风的作用，导致RDP（10.69 VU）低于秋季（52.59 VU）。

2.2 降雨对实际风蚀潜力的抑制效应

根据公式（7）得到实际风蚀潜力（DP_a）为293.04 VU（图3）。与输沙势（DP=441.95 VU）相比，降雨使实际风蚀潜力减少27%。表明尽管研究区属于高风能环境，但降雨的作用使得实际风蚀潜力处于中等水平。因此，在评估当地风能环境时，不应忽视降雨的影响。

降雨的抑制效应存在明显的季节性差异（图3，表4）。从抑制量（\mathrm{D}{\mathrm{P}}_{\mathrm{w}\mathrm{e}\mathrm{t}}）来看，春季最大（58.14 VU），占全年总量的64%。而从抑制效率（\partial）来看，夏季平均抑制率最高（68%），春季为27%，秋、冬季则分别仅为4%和12%。这种差异主要源于风速与降雨事件的时空匹配关系。春季虽\mathrm{D}{\mathrm{P}}_{\mathrm{w}\mathrm{e}\mathrm{t}}最高，但3月和4月大风天气频繁而有效降雨较少（图4），导致该时段抑制率较低（分别为0和29%）。5月高风速和多雨同时出现，使得该月抑制率达到52%。夏季尽管抑制率最高（如8月为85%），但由于该季节风速较低，降雨量大，使得\mathrm{D}{\mathrm{P}}_{\mathrm{w}\mathrm{e}\mathrm{t}}有限。秋、冬季风速增大但降水稀少，地表长期处于干燥状态，导致降雨的抑制量最低（分别为2%和5%）。因此，该地区的潜在风蚀强度主要受风力控制，其季节性变化主要由风速驱动；降雨对风蚀有一定抑制作用，但相对有限，在高风速与强降雨同步的时段（如5月）最为明显。

2.3 沟道风沙沉降

研究区夏季（7—9月）风速较小，降雨量和植被覆盖度较高，不易发生风蚀，但当地表土壤疏松时，降雨容易引发水蚀击溅现象，导致该时期的沉积物明显高于其他时期，尤其是15~20 cm高度范围内。在此期间可能发生了雨滴击溅和径流搬运等水蚀过程，而非风蚀作用。因此年风蚀模数估算时不考虑受水蚀影响的期间。

幂函数和指数函数均可用于估算风蚀模数，2种函数在沟道两侧（A， B）均表现出较好的拟合效果，其中，幂函数的决定系数优于指数函数（图5）.因此本研究采用幂函数〔公式（9）—（14）〕对沟道风蚀模数进行估算。

研究期间，沙家湾沟道（BA）发生了风沙沉降（图6），年风蚀模数为-0.40 t/hm²。风蚀模数小于-0.06 t/hm²的月份为10，4，5月，其中，10月最小，为-0.12 t/hm²，3个月总和为-0.27 t/hm²。此外风蚀模数从小到大为12，2，3，1，6，11月，在-0.440~-0.001 t/hm²之间，总和为-0.13 t/hm²。风沙沉降主要集中春季（4—5月），占全年的40.25%，土壤易被风蚀。

2.4 沟坡沉积物的土壤粒径特征

2.4.1 土壤粒径组成及粒度参数特征

由表5可知，入沟沉积物主要以细砂为主，表明随坡位降低，砂粒组分（粗中砂、细砂）含量持续增加，而细颗粒组分（粉粒、黏粒）含量显著减少。坡顶的沉积物以粉粒为主（76.20%），其含量显著高于坡中和坡底，其次为极细砂（20.87%），黏粒含量（2.07%）显著高于坡中和坡底，细砂和粗中砂含量极低；坡中的沉积物以细砂为主（61.53%），含量显著低于坡底，极细砂含量（30.30%）显著高于坡顶和坡底，粉粒（6.70%）和黏粒（0.70%）含量显著低于坡顶。坡底以细砂（74.70%）为主，其含量显著高于坡顶和坡中，粗中砂含量（5.20%）显著高于其他坡位，其次为极细砂（15%），黏粒含量最低（0.63%），且与坡中无显著差异。

沟坡沉积物的平均粒径存在显著差异（表6），坡顶（5.52φ，极细）>坡中（3.25φ，中细砂）>坡底（2.89φ，中砂），颗粒呈现减小的趋势。标准偏差坡顶<坡中<坡底，坡顶的分选极好（-1.53）。坡中和坡底分选性逐渐变差，但仍属分选较好范围。坡顶处于负偏，坡中和坡底接近对称（分别为-0.21和-0.31）。峰态值方面，坡顶极尖窄（3.88）>坡中尖窄（1.28）>坡底中等（0.92），沉积物的颗粒分布呈现出尖窄向宽平变化趋势；分形维数从坡顶到坡底呈现减小趋势。

除平均粒径，其余土壤粒度参数坡顶与坡中和坡底有显著差异，而坡中和坡底无显著差异。

2.4.2 土壤粒配曲线

不同坡位土壤粒度频率分布曲线存在差异（图7a），坡中和坡底均为单峰型，峰值粒径为2.47~3.25 φ，分布在9.4%~10.4%之间。坡顶为双峰型，峰值粒径为4.32~4.64 φ的含量（6.3%）高于峰值粒径7.42~7.57 φ（1.5%）。峰值大小在不同坡位表现为：坡底>坡中>坡顶。根据不同坡位土壤粒径累积频率曲线，可将土壤颗粒区分为蠕移、跃移和悬移组分（图7b）。坡顶以悬移为主，占土壤体积的77.3%；坡中和坡底以跃移为主，占93.8%~96.1%。累积频率曲线的斜率越大分选越好，坡顶的分选程度：悬移>跃移>蠕移，坡中和坡底为：跃移>悬移>蠕移。

3 讨 论

3.1 输沙势特征

输沙势是评价区域风沙活动强度和沙尘运动的重要方法^［6］。研究区年输沙势为441.95 VU，属于高风能环境，远高于庞营军等^［24］在毛乌素沙地核心区的研究。可能有以下两方面因素： ①风速采集时间间隔不同，庞营军采集时间间隔（2 h）远大于本研究（10 min），导致短时强风（如阵风）被平滑掉，使得起沙风频率和风速值被低估^［25］。 ②区域风场的空间异质性，毛乌素沙地西北部（187.1 VU）与西南部（81.7 VU）的输沙势差异达2.2倍^［26］。

研究区中高空终年受西风与季风两大环流系统影响，呈现明显的季节分异特征。冬春季受西伯利亚冷高压（或称蒙古冷高压）控制，盛行强劲西北风，但春季DP（237.52 VU）远大于冬季（53.88 VU），可能是由于冬季地表冻结，有效抑制了风沙活动，而春季温度上升使表层沙粒松散化^［27］，形成全年最活跃的风沙期（输沙势和合成输沙势均达峰值）。夏季DP（85.33 VU）大于秋季（65.21 VU），但夏季风系复杂，多风向相互抵消使夏季RDP（10.69 VU）低于秋季（52.59 VU）。

3.2 风沙入沟过程

风沙入沟是一个在高风能环境驱动下，由沟道对沙粒捕获，并通过风力分选沉积物的过程。首先，高风能环境及与沟道走向垂直的输沙方向是风沙入沟的驱动力。研究区年输沙势441.95 VU，在降雨抑制下，实际风蚀潜力（DP_a）仍达293.04 VU，属中风能环境，具备较强的输沙能力。年合成输沙方向（EN）与主沟道（NE-SW）走向近乎垂直，为沙粒高效进入沟道提供了路径。其次，沟道呈凹陷或低洼形态，有助于沙粒在重力作用下发生沉降，同时沟道的坡度与横断面形态会改变风流场，减弱湍流强度，从而促进沙粒沉积。最后，风力分选了入沟沉积物的物质组成与运移方式。坡顶以粉粒为主（76.20%），平均粒径（5.52φ）属极细砂，分选性极好（δ=-1.53），呈负偏态和极尖窄（3.88），具有典型风成黄土的粒度特征^［28］，坡顶的频率分布曲线呈双峰型，可能是由于不同风力强度或不同物源的粉尘叠加。坡顶细颗粒物质沉降速率低，大部分可能越过相对狭窄的沟道继续向下风向输运，而非直接沉降于沟道之内，对沟道内部的直接沉降贡献有限。随着坡位降低，由坡顶粉粒（76.20%）为主逐渐转为以细砂（74.70%）为主，平均粒径减小至2.89 φ，沉积物整体粗化，运动方式由悬移转变为跃移。粗粒物质（细砂及更粗颗粒）则因惯性大，主要以跃移方式沿沟坡迁移，并在沟道地形阻滞下快速富集，成为沟道沉降量的主要贡献者，这与研究区（多沙粗沙区）的背景粒径组成一致^［29］。

4 结 论

（1） 沙家湾小流域为高风能环境，年输沙势为441.95 VU，方向变率指数为0.42，年合成输沙势方向与主沟道垂直，沟道年风蚀模数为-0.40 t/hm²。春季的输沙势和沟道风沙沉降最高，分别占全年的53.74%和40.25%。

（2） 考虑降雨抑制的年实际风蚀潜力（DP_a）为293.04 VU，较输沙势降低了27%，抑制作用在高风速与强降雨同步时最为显著。

（3） 从坡顶至坡底，沉积物组成由粉粒为主（76.20%）变为以细砂为主（坡底74.70%），平均粒径显著增大，运动方式从悬移主导转变为跃移主导。

参考文献

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基金资助

国家重点研发计划项目“风沙侵蚀动力特征及空间分布”(2022YFF130080102)