基于动理学理论的坡面水流土壤分离能力研究

作     者：贾宝真 钟德钰 张科利 JIA Baozhen;ZHONG Deyu;ZHANG Keli

作者机构：清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室青海西宁810016 北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 

出 版 物：《应用基础与工程科学学报》 (Journal of Basic Science and Engineering)

年 卷 期：2021年第29卷第3期

页      面：591-605页

核心收录：

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 090707[农学-水土保持与荒漠化防治] 0907[农学-林学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2017YFC0404303) 

主　　题：坡面流 分离能力 动理学理论 速度分布函数 水动力学 机制 

摘      要：土壤分离能力是反映土壤侵蚀强弱的重要参数,但目前研究中多采用基于实验数据建立的经验公式来计算,在反映水流作用下土壤分离过程的物理机制时存在不少困难.本文基于泥沙运动的动理学理论建立了新的土壤分离函数,将分离能力表示为单位时间内在外力作用下,单位面积床面上脱离土体的物质通量.分离函数的核心为颗粒速度分布函数,反映了土壤分离过程中颗粒微观受力状态的分布规律,而颗粒脱离床面的速度在状态空间上的积分则反映了分离过程的宏观统计规律.文中采用共计12组实验数据对分离函数进行了验证,并与其他3家代表性分离函数进行了对比.结果表明,本文分离函数的计算值与实验数据较为一致,相对误差在[-0.5,0.5]之间的数据占所有数据的78%,具有良好的计算精度.由于基于泥沙运动的动理学理论得到的分离函数具有较强的理论基础,本文的研究结果也为揭示土壤分离过程的力学机制提供了新的理论方法.