干涸尾闾湖盆区泥漠地表磨蚀释尘特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00224

摘要/Abstract

摘要：

沙粒的表面磨蚀效应是地表产尘、释尘的重要机制，针对干湖盆泥漠地表开展磨蚀释尘实验研究，对理解干湖盆地表风蚀过程及盐碱尘暴形成机理具有重要意义。对采自西居延海干涸湖盆泥漠地表土样进行室内磨蚀模拟实验，研究了不同粒级（细、中、粗）沙粒不同落沙角度（30°，45°，60°）的磨蚀效应。结果表明：（1）泥漠地表磨蚀实验中能够产生明显释尘效应的沙粒粒级阈值为中沙（0.25 mm<M_d<0.50 mm）；（2）磨蚀粒径粒级相同时，磨蚀角度会对泥漠地表磨蚀释尘速率产生影响，磨蚀量的角度排序为60°>30°>45°，但同一粒级3种角度下的磨蚀释尘率差异不显著。（3）磨蚀角度为45°时，计算了泥漠地表的质量磨蚀率与能量磨蚀率，其中中沙为0.04 g·kg^-1、0.43 g·J^-1，粗沙为0.08 g·kg^-1、0.74 g·J^-1，极粗沙为0.26 g·kg^-1、2.54 g·J^-1；在磨蚀沙粒粒级倍增而磨蚀角度不变情况下，泥漠地表磨蚀释尘率与能量磨蚀率未发生正比例线性增长变化。

关键词: 干涸尾闾湖盆, 沙粒粒级, 泥漠地表, 磨蚀释尘

Abstract:

The bombardment effect of saltating sand particles on the erodible surface is an important mechanism of dust release. It is of great significance to study the aeolian abrasion process and dust release mechanism on the surface of dry lake bed to mitigate the hazards of saline-alkali dust storm. In this paper， samples from mud desert surface of dry lakebed in the West Juyan Lake were collected to conduct laboratory abrasion experiments to study the abrasion effect of sand grains at different impacting angles（30°， 45°， 60°）. The results show that：（1） The threshold sand size of erosion and dust release on mud desert surface is medium （0.25 mm<M_d<0.50 mm）. （2） When the abrasive particle size is the same， the impacting angle exerts effects on the dust release rate of mud desert surface， and the ranking order from higher dust release rate is 60°>30°>45°， but the difference of the dust release rate is not significant under such conditions. （3） When the impacting angle is 45°， the mass erosion rate and energy erosion rate of medium sand， coarse sand and extremely coarse sand on mud desert surface are 0.04 g·kg^-1 and 0.43 g·J^-1， 0.08 g·kg^-1 and 0.74 g·J^-1， 0.26 g·kg^-1 and 2.54 g·J^-1， respectively. When the grain size of sand abrader double increases while remaining the impacting angle， there is no proportional linear change in growth between the dust release rate and energy abrasion rate.

Key words: dry rump lake basin, sand particle size, mud desert surface, dust emission by abrasion

中图分类号:

P931.3

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图/表 8

图1 研究区范围与采样点图

Fig.1 Study area scope and sampling point diagram

表1 泥漠地表与不同粒级沙粒参数

Table 1 Dry lakebed surface and different grain size sand collection parameters

沙粒种类	粒径/mm	源地	过筛后质量/kg
细沙	0.125—0.25	库布齐沙漠	7.4915
中沙	0.3—0.5	日照海沙	9.4635
粗沙	0.5—1.0	西居延海	3.7960
极粗沙	1.0—2.0	西居延海	8.5800
泥漠	黏土	西居延海	19.0085

图2 落沙磨蚀器结构、平面图与实物图

Fig.2 Structure， plan and physical drawing of the falling sand abrasive

图3 泥漠地表不同粒级沙粒磨蚀（45°）前后表面对比磨蚀前后样品影像对比：虚线范围内为样品明显磨蚀范围；其中，A为细沙磨蚀，B为中沙磨蚀，C为粗沙磨蚀，D为极粗沙磨蚀

Fig.3 Comparison diagram of samples before and after abrasive （45°） of different grain sizes on mud desert surface

表2 不同粒级沙粒不同磨蚀角度下干涸湖床泥漠地表磨蚀过程释尘变化量（g）

Table 2 The variation of dust release during the erosion process of dry lake-bed mud desert surface under different sand sizes and different abrasion angles （g）

粒径	角度	单次500 g磨蚀后磨蚀量ΔM_x
粒径	角度	ΔM₁	ΔM₂	ΔM₃	ΔM₄	ΔM₅	ΔM₆	ΔM₇	ΔM₈	ΔM₉	ΔM₁₀
细沙	45°	0	0	0	0.01	0	0	0	0	0	0
中沙	45°	-0.02	-0.02	-0.02	-0.02	-0.02	-0.02	-0.02	-0.02	-0.02	-0.02
粗沙	45°	-0.05	0.02	-0.03	-0.05	-0.03	-0.06	-0.02	-0.04	-0.03	-0.05
极粗沙	45°	-0.19	-0.15	-0.14	-0.15	-0.12	-0.14	-0.12	-0.12	-0.13	-0.14
粗沙	30°	-0.15	-0.06	-0.06	-0.05	-0.03	-0.02	-0.03	-0.03	-0.02	-0.02
极粗沙	30°	-0.20	-0.13	-0.14	-0.14	-0.10	-0.14	-0.17	-0.12	-0.12	-0.11
粗沙	60°	-0.12	-0.12	-0.06	-0.05	-0.05	-0.06	-0.04	-0.04	-0.04	-0.04
极粗沙	60°	-0.21	-0.13	-0.20	-0.13	-0.13	-0.13	-0.12	-0.13	-0.11	-0.11

表3 泥漠地表不同粒级沙粒不同磨蚀角度下线性拟合曲线统计参数

Table 3 Statistical parameters of linear curve fitting of sand grains with different sizes on the surface of mud desert

磨蚀类型	截距值	斜率		皮尔逊相关性指数	判定系数 (R²)
磨蚀类型	截距值	值	标准差	皮尔逊相关性指数	判定系数 (R²)
45°中沙	0	4.42×10^-5	4.85×10^-7	0.9994	0.99867
45°粗沙	0	7.53×10^-5	8.02×10^-7	0.99943	0.99876
45°极粗沙	0	2.59×10^-4	1.37×10^-6	0.99986	0.99969
30°粗沙	0	1.12×10^-4	7.37×10^-6	0.97911	0.95451
30°极粗沙	0	2.79×10^-4	3.45×10^-6	0.99924	0.99833
60°粗沙	0	1.42×10^-4	6.54×10^-6	0.98951	0.97704
60°极粗沙	0	2.98×10^-4	6.09×10^-6	0.99792	0.99543

图4 泥漠地表不同粒径沙粒不同倾斜角度下质量磨蚀率拟合曲线

Fig.4 Fitting curves of mass abrasion rate of sand grains with different grain sizes and different inclinations on mud desert surface

表4 不同粒级沙粒不同磨蚀角度磨蚀下干涸湖床泥漠地表的质量磨蚀率（g·kg-1 ）与能量磨蚀率（g·J-1 ）

Table 4 Mass erosion rate （g·kg-1 ） and energy erosion rate （g·J-1 ） of mud desert surface in dry lake bed under different sand size and different abrasion angles

磨蚀倾斜角度	磨蚀沙粒粒级/mm	质量磨蚀率 /（g·kg^-1）	能量磨蚀率 /（g·J^-1）
45°	中沙0.3—0.5	0.04	0.43
	粗沙0.5—1.0	0.08	0.74
	极粗沙1.0—2.0	0.26	2.54
30°	粗沙0.5—1.0	0.11	1.10
30°	极粗沙1.0—2.0	0.28	2.74
60°	粗沙0.5—1.0	0.14	1.39
60°	极粗沙1.0—2.0	0.30	2.92

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