【摘 要】
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盐尘暴作为一种特殊类型的沙尘暴通常起源于干旱半干旱地区内的干涸湖床,与普通沙尘暴相比更具危害性,其携带的盐尘颗粒具有强腐蚀性与毒害性,严重危害区域乃至全球生态系统和人类健康。盐结皮广泛存在于干涸湖床表面且盐与土壤颗粒的胶结作用能够大大提高颗粒的临界起动风速从而有效抑制地表盐尘颗粒的释放。然而由于环境因素变化引起的的干湿交替能够改变盐结皮的理化性质进而影响其可蚀性,使得盐结皮本身可能成为新的盐尘释放
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(11772143)戈壁地表风沙流输运特征的实验与数值模拟研究; 国家重点研发一级课题(2016YFC0500901)北方半干旱荒漠区沙化土地形成的物理-生物机制;
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盐尘暴作为一种特殊类型的沙尘暴通常起源于干旱半干旱地区内的干涸湖床,与普通沙尘暴相比更具危害性,其携带的盐尘颗粒具有强腐蚀性与毒害性,严重危害区域乃至全球生态系统和人类健康。盐结皮广泛存在于干涸湖床表面且盐与土壤颗粒的胶结作用能够大大提高颗粒的临界起动风速从而有效抑制地表盐尘颗粒的释放。然而由于环境因素变化引起的的干湿交替能够改变盐结皮的理化性质进而影响其可蚀性,使得盐结皮本身可能成为新的盐尘释放源,为盐尘暴的发生提供物质来源。近地表颗粒物的风力搬运是盐尘释放的主要动力,而自然界气候变化使得盐结皮不断处于湿润和干燥的交替变化中,目前已有研究很少考虑风力与干湿交替耦合作用对盐结皮物理性质及侵蚀的影响,因此有必要开展干湿交替对盐结皮可蚀性影响的相关研究。这不仅有助于深入理解干涸湖床盐尘释放的机理,进而能够全面系统认识盐尘暴,而且能够为干旱半干旱地区生态建设与灾害预警及防治提供有利指导,具有十分重要的科学意义。硫酸钠盐是干旱半干旱区内常见且广泛存在于干涸湖床内的一种盐分类型,为此,本文以风沙物理学与土壤物理学为理论基础,并结合风洞实验、抗剪强度实验以及容重测定实验,从风蚀物理和结皮微观力学性质两方面共同剖析干湿交替下硫酸钠盐结皮地表盐尘释放的机理。本文实验通过自制硫酸钠盐结皮,设计了四种不同含盐量、三种风速和六种干湿循环次数来探究不同含盐量和不同干湿循环次数对盐结皮物理性质及可蚀性的影响,并且利用统计学的相关知识与手段详细分析了含盐量与干湿循环交互作用对盐结皮可蚀性的影响。风洞实验结果表明,风蚀强度随含盐量和风速的增加分别呈现幂函数和指数函数的增长趋势。除此之外,伴随干湿循环次数的增加,不同含盐量的结皮的风蚀强度均呈现先增大后稳定的动态变化趋势并在经历一次干湿循环后风蚀强度显著增加且增幅最高,而在干湿循环三次后风蚀强度增幅降低并逐渐达到稳定。抗剪强度和容重测定实验表明干湿交替作用使得盐结皮结构发生显著改变,四种不同含盐量的盐结皮内摩擦角均随干湿循环次数的增加先增大后减小,随含盐量的增加先减小后增大。粘聚力和容重变化较为复杂且两者趋势保持一致,含盐结皮在未经历干湿交替时,粘聚力和容重随含盐量的增加先增大后减小,经历干湿交替后,两者均随干湿循环次数和含盐量的增加而减小,而不含盐的结皮的粘聚力和容重则随干湿循环次数的增加而增加。多因素方差分析表明含盐量、风速、干湿循环次数均对硫酸钠盐结皮的可蚀性有显著影响,且含盐量与干湿循环次数对硫酸钠盐结皮可蚀性的影响程度要大于其二者分别与风速交互作用产生的影响。
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