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中国沙漠  2020, Vol. 40 Issue (5): 81-88    DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00052
    
不同时间尺度农田风沙流模拟
黄亚鹏1(),郭中领1(),常春平1,王仁德2,李继峰1,李庆2
1.河北师范大学 资源与环境科学学院,河北 石家庄 050024
2.河北省科学院 地理科学研究所,河北 石家庄 050021
Modeling aeolian sand flux over farmland for different time scales
Yapeng Huang1(),Zhongling Guo1(),Chunping Chang1,Rende Wang2,Jifeng Li1,Qing Li2
1.College of Resource and Environment Sciences,Hebei Normal University,Shijiazhuang 050024,China
2.Institute of Geographical Sciences,Hebei Academy of Sciences,Shijiazhuang 050021,China
 全文: PDF(2538 KB)   HTML
摘要:

多数输沙通量预报方程有一个或者多个基于特定环境的经验系数,该系数随时间、环境发生变化,能够反映土壤的可蚀性。选取2017年和2018年河北坝上地区康保县两个地点的不同时间尺度的输沙通量实测数据和风速数据进行分析,发现农田环境下输沙通量随摩阻风速的变化呈指数函数关系。与Bagnold方程、Kawamura方程、Zingg方程、Lettau方程4个输沙通量预报方程预测的输沙通量进行比较后发现,4个方程的预测值并不能很好地反映试验地的实测输沙通量。利用实测数据获得针对观测点的经验系数后发现输沙通量预报方程的经验系数随着时间在不断变化,采用合适的时间尺度对计算输沙率有重要意义。

关键词: 风沙流时间尺度输沙方程土壤风蚀    
Abstract:

Most aeolian sand transport models have empirical parameters which can account for the erodibility of the soil. In this paper, the transport rates predicted using four models by Bagnold (1937), Kawamura (1951), Zingg et al (1953) and Lettau et al (1978) were compared based on the observed data with different time scales at two typical sites in 2017 and 2018 in Kangbao County, Hebei Province, China. The results revealed that the predicted values of the four models were generally related to the observed transport rates. The relationship between the observed sand transport rates and friction wind velocity followed an exponential function. The new parameters of the four models were determined by calibrating the four models with observed data. It revealed that the empirical parameters of the models changed with time scales. More studies related to the parameters of aeolian sand transport models are required.

Key words: aeolian sand transport    time scale    aeolian sand flux model    wind erosion
收稿日期: 2020-04-09 出版日期: 2020-09-28
ZTFLH:  X169  
基金资助: 国家自然科学基金项目(41877066);河北省自然科学基金项目(D2018205192);第三批河北省青年拔尖人才计划项目(13505197)
通讯作者: 郭中领     E-mail: 1169929221@qq.com;gzldhr@163.com
作者简介: 黄亚鹏(1996-),男,河北唐山人,硕士研究生,主要从事土壤风蚀研究。E-mail: 1169929221@qq.com
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黄亚鹏
郭中领
常春平
王仁德
李继峰
李庆

引用本文:

黄亚鹏,郭中领,常春平,王仁德,李继峰,李庆. 不同时间尺度农田风沙流模拟[J]. 中国沙漠, 2020, 40(5): 81-88.

Yapeng Huang,Zhongling Guo,Chunping Chang,Rende Wang,Jifeng Li,Qing Li. Modeling aeolian sand flux over farmland for different time scales. Journal of Desert Research, 2020, 40(5): 81-88.

链接本文:

http://www.desert.ac.cn/CN/10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00052        http://www.desert.ac.cn/CN/Y2020/V40/I5/81

图1  研究地点和仪器布设A:地点1仪器布设图,箭头指示风向;B:地点2仪器布设图,箭头指示风向;C:梯度风速仪;D:自动连续称重式集沙仪; E:布设在地点2的不可蚀边界
土壤性质地点1地点2
黏土/%3.433.81
沙土/%78.1276.87
土壤含水率/%1.311.53
有机质/%3.521.58
碳酸盐/%2.146.51
可蚀部分(<0.84 mm 干团聚体)/%80.2678.28
砾石含量/%5.176.56
表1  表层(0~2 cm土层)土壤的理化性质
图2  两个地点不同时间尺度输沙通量和摩阻风速的定量关系柱状图代表输沙通量,线状图代表摩阻风速;拟合方程中,y为输沙通量,x为摩阻风速
时间 尺度方程地点1地点2
R2NSCR2NSC
10 minBagnold方程0.650.390.60-3.44
Kawamura方程0.13-2.120.59-20.77
Zingg方程0.65-0.280.600.18
Lettau方程0.65-0.340.61-8.39
15 minBagnold方程0.460.290.71-1.69
Kawamura方程0.47-2.510.71-14.53
Zingg方程0.47-0.290.710.29
Lettau方程0.47-0.570.72-5.13
20 minBagnold方程0.590.340.59-4.98
Kawamura方程0.60-2.530.61-30.11
Zingg方程0.59-0.370.620.15
Lettau方程0.59-0.480.62-12.04
25 minBagnold方程0.510.120.86-2.92
Kawamura方程0.64-2.740.85-19.02
Zingg方程0.12-0.290.860.24
Lettau方程0.40-0.230.85-7.33
30 minBagnold方程0.760.410.57-3.94
Kawamura方程0.75-2.240.56-23.87
Zingg方程0.76-0.340.570.16
Lettau方程0.76-0.290.58-9.31
表2  两个地点不同时间尺度预测值与实测值拟合方程的R2以及NSC值
时间尺度方程地点1的a地点2的a
10 minBagnold方程4.422.40
Kawamura方程11.201.86
Zingg方程4.552.47
Lettau方程5.973.39
15 minBagnold方程3.683.47
Kawamura方程9.272.65
Zingg方程3.793.56
Lettau方程4.934.90
20 minBagnold方程4.502.83
Kawamura方程11.222.18
Zingg方程4.622.91
Lettau方程6.054.01
25 minBagnold方程5.023.69
Kawamura方程12.542.86
Zingg方程5.163.80
Lettau方程6.751.20
30 minBagnold方程5.182.84
Kawamura方程12.842.18
Zingg方程5.322.91
Lettau方程6.954.02
表3  两个地点不同时间尺度拟合方程y=ax的a值
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