本书是关于风沙两相流基本理论及其应用研究的专著。书中论述了沙粒在风力作用下的运动规律,包括沙粒的运动和输移特性,沙纹和沙丘的形成发育及其分布规律,探讨了预测和模拟地表形态变化的方法,提出了量化沙漠化过程与人类活动之间关系的途径。本书不仅通过国内外大量文献系统地介绍了本领域的最新研究进展,而且通过对风沙两相流运动机理的深入分析有效地层示了理论与应用结合的前景。本书内容新颖,资料丰富,概念清晰,叙述简明。尤其是附录中给出的一整套精密测量资料对同行今后开展相关研究提供了很大的方便,在一定程度上可以帮助克服理论验证方面经常遇到的困难。 本书可供从事地理、农林、水利、资源和环境科学类专业的科技人员及高等院校相关专业的师生参考。 前 言 有关荒漠化或沙漠化的话题早已不再陌生。然而,造成这类全球关注的生态环境问题的根源是什么?荒漠化问题与风沙过程及人类活动之间有什么关系?如何科学地描述风沙运动机理?如何精确地获得关于自然或人为要素的量化信息?这些都是当前重要的科学问题。 风沙两相流运动的研究具有重要意义。风沙两相流的研究方法通常有野外观测、风洞模拟和数值模拟等。虽然从19世纪中叶就已开始对风力作用规律有所认识,但是风沙两相流研究的真正进展始于20世纪30年代Bagnold的系统研究。此后,随着多相流理论的发展和先进测量手段的出现,风沙两相流理论取得了迅速发展,并已成为整个风沙学科研究的重要基础。另一方面,风沙两相流研究在精密测量方面仍然存在困难,即使是已取得的实验结果,往往也因测量仪器的规范性差或实验条件存在差异,各家实验资料由于缺乏可比性而难以为风沙运动理论的建立提供足够的量化信息,两相流理论研究也因缺乏精确实验资料的验证而受到限制。 注意到近年来国内外相邻学科在多相流理论研究方面取得的最新进展,同时注意到目前在风沙两相流实验研究的不足之处,作者在国家杰出青年基金(批准号:49625101)等的支持下拟定了系统开展风沙两相流风洞实验研究的计划,并于1998年在中国科学院沙坡头沙漠科学试验研究站野外风洞进行了系列实验,获得了丰富的实验资料。在实验和广泛收集国内外学者实测资料的基础上,作者利用多年来从事多相流理论研究的优势,结合风沙运动特点从理论上对风沙两相流基本问题进行了较为深入的研究。这方面的研究历时8年,先后有20余人参加,其间为了获得精密的资料和等待对理论的严格验证,多次放弃了"快出成果"的机会。作者感谢国家自然科学基金委员会和科学出版社相关同志和专家的耐心和宽容,因为我们深知在社会经济发展迅速的今天,能够静心等待别人的"慢工细活"是多么不易。令作者欣慰的是书中的一些颇为厚实的重要成果在国际杂志上发表以后深受同行的肯定,我们也在这实际上并不漫长的过程中得到了磨练。 在风洞实验过程中得到了中国科学院寒区旱区环境与工程研究所刘贤万研究员、王国昌工程师、杨太运研究员、李芳副研究员的热情帮助,在高速摄影实验中得到了中国科学院西安光机所王建华高工、李国佑高工、陈良益研究员和中国科技大学周绍祥教授的技术帮助,在研究过程中还得到了北京大学马蔼乃教授和徐海鹏教授的热情鼓励和支持,吴世亮和罗昊同学分别参加了风洞实验和理论分析部分的工作,在此一并感谢。 由于水平有限,书中欠妥之处在所难免。作者愿在前辈和同行的批评和讨论中不断取得学术进步。