【摘 要】
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土壤风蚀是风力与土壤表面相互作用的综合自然地理现象,是以风力为主的外营力作用于地表而引起尘土、沙的飞扬、跳跃和滚动的侵蚀过程。土壤风蚀导致区域土地生产力下降,尤以中国北方旱作农田的土壤风蚀灾害最为严重。进行有效土壤风蚀治理的前提是科学认识土壤风蚀,其中输沙通量计算是研究土壤风蚀的核心问题。本文以河北坝上地区康保县典型农田为研究对象,采用野外试验和室内分析的方法,针对2016-2019年4个观测地点
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土壤风蚀是风力与土壤表面相互作用的综合自然地理现象,是以风力为主的外营力作用于地表而引起尘土、沙的飞扬、跳跃和滚动的侵蚀过程。土壤风蚀导致区域土地生产力下降,尤以中国北方旱作农田的土壤风蚀灾害最为严重。进行有效土壤风蚀治理的前提是科学认识土壤风蚀,其中输沙通量计算是研究土壤风蚀的核心问题。本文以河北坝上地区康保县典型农田为研究对象,采用野外试验和室内分析的方法,针对2016-2019年4个观测地点的5次典型风蚀事件,使用自动连续称重式集沙仪获取输沙通量,分析10、15、20、25和30分钟5个时间尺度的输沙通量与摩阻风速的关系;对比分析不同时间尺度输沙通量的实测值与Bagnold方程、Kawamura方程、Zingg方程、Lettau and Lettau方程方程的预测值并重新率定了方程的经验系数,主要研究结果如下:(1)分别用指数函数和幂函数拟合不同时间尺度的摩阻风速与输沙通量数据后发现,指数函数拟合得到的相关系数均大于等于幂函数,说明输沙通量与摩阻风速的关系更符合指数函数关系。农田环境下,随着风蚀过程的持续,地表细粒物质不断减少,地表粗化程度增加,加上农作物留茬的覆盖,风蚀速率会逐渐降低。同时发现,平均化处理的风速和输沙通量数据脉动性变小,一些关键峰值数据会被过滤。因此,探究风速与输沙通量关系时需考虑数据的时间尺度。(2)对比分析输沙通量实测数据与Bagnold方程、Kawamura方程、Zingg方程、Lettau and Lettau方程的预测输沙通量发现,在采用上述方程经验系数的情况下,结合方程的相关系数(R2)和纳希指数(NSC)分析,4个方程的预测值不能很好地反映试验地的实测输沙通量,主要原因:一是时间尺度不同,随着时间尺度的扩大,采用计算平均值的方法,原始数据的脉动性会变弱,峰值变小,一些影响结果的关键数据可能被忽略;二是实测数据是在农田环境下获得的,4个方程都是基于风洞和沙质土构建的,下垫面性质差异很大,不同粒径的土壤颗粒对湍流结构的响应不一致,这种不均一性也会造成实测值与预测值的差异。使用几何平均粒径(d)计算的临界摩阻风速U*t可能与实际结果相差较大。(3)重新率定Bagnold、Kawamura、Zingg和Lettau and Lettau四个方程的经验系数,比较5次风蚀事件在不同时间尺度下的经验系数。结果表明,5次风蚀事件的经验系数随时间、地点的变化而变化,这也是将数据平均处理之后较大时间尺度的风速与输沙通量的脉动性和间隔性变差造成的。风蚀过程中土壤性质、含水率、砾石盖度等因素的变化也会影响方程的经验系数。5次风蚀事件中风速的变化与经验系数的变化有相似性,风速也可能影响着经验系数的变化。
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