花岗岩剖面土壤崩解特性与初始含水率的关系

土壤的崩解特性是南方红土区土壤侵蚀的重要指标,也是开展水土保持工作的重要依据。作者选择花岗岩发育的2个土壤剖面,分别采集淋溶层、淀积层、过渡层和母质层原状土壤样品。利用崩解仪进行崩解实验,测定剖面不同层次土壤崩解特性与初始含水率的关系。结果表明:在不同的初始含水率条件下,土壤崩解特性均表现为淋溶层和淀积层土壤崩解缓慢,过渡层和母质层崩解迅速;初始含水率的递变,对淋溶层和淀积层土壤达到崩解完全所需用时影响较大,对过渡层和母质层土壤影响较小;随着初始含水率的减小,淋溶层和淀积层的最大崩解量逐渐增加,风干状态时可趋于完全崩解;过渡层和母质层均可全部达到完全崩解,初始含水率对其影响较小。研究结果可为治理南方崩岗水土流失提供依据,也为探索崩岗的发生机制提供参考。

花岗岩崩岗区不同土层的侵蚀水动力学特征

土壤剥蚀率是单位时间单位面积水流剥蚀土壤的质量,定量研究崩岗不同土层土壤剥蚀率对预测土壤剥蚀过程及建立崩岗侵蚀物理模型具有重要的理论和实践意义。针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的表土层、红土层、砂土层、碎屑层,采用不同坡度(8.8%、17.6%、26.8%、36.4%、46.6%)和不同流量(0.2 Ls^(-1)、0.4 Ls^(-1)、0.6 Ls^(-1)、0.8 Ls^(-1)、1.0 Ls^(-1))相结合的室内放水冲刷试验,分析表土层、红土层、砂土层、碎屑层土体土壤剥蚀率与水动力学参数之间的关系,初步探讨花岗岩崩岗侵蚀的水动力学机制。结果表明:在一定坡度条件下,土壤剥蚀率随径流流量的增大而增大,且各土层土壤剥蚀率存在很大差异,碎屑层土壤剥蚀率最大,砂土层次之,表土层最小;在相同流量条件下,各土层土壤剥蚀率均随冲刷时间的延长逐渐降低并趋于稳定;径流剪切力、水流功率对崩岗各土层土壤剥蚀率的影响均可采用线性方程很好地描述(R^2>0.926),相比用单位水流功率拟合的多项式方程的相关性(R<0.830)要高,径流剪切力和水流功率均可作为描述崩岗各土层土壤侵蚀的水动力学参数。表土层、红土层、砂土层、碎屑层的临界径流剪切力依次减小,分别为0.28Pa、0.13Pa、0.10Pa、0.07Pa,各土层土壤细沟可蚀性参数差异明显,碎屑层的最大,砂土层次之,表土层最小。因此,在崩岗垂直结构上,随着土层深度的增加,土体抵抗径流剥蚀的能力逐渐减弱。

电解质中微量金属离子对高纯铝箔直流电蚀特征的影响

在盐酸-硫酸-硝酸电解质体系下,分別加入微量Cu^(2+)、Fe^(3+)、Zn^(2+)等金属离子,并采用直流方式对高纯铝箔进行电化学侵蚀,研究了改性后的电解质溶液对高纯铝箔电蚀过程的影响。结果表明:在硫酸-盐酸-硝酸电解体系中加入微量Cu^(2+)后,能够和铝发生置换反应生成铜单质沉积在铝箔表面,形成Cu-Al微电池反应,促进铝箔腐蚀,隧道孔密度增大,隧道孔长度从10μm增长到30μm,220V化成的比容提高了78%-220%;加入Fe^(3+)后,不能形成微电池反应,对铝箔腐蚀没有明显影响;加入Zn^(2+)后,能够形成Zn-Al微电池反应,促进铝箔腐蚀,但促进效果弱于加入Cu^(2+)。

花岗岩崩岗区不同层次土壤分离速率定量研究

针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的表土层、红土层、砂土层、碎屑层,利用钢制变坡冲刷水槽在不同坡度(8.8%,17.6%,26.8%,36.4%,46.6%)和不同流量(0.2L/s,0.4L/s,0.6L/s,0.8L/s,1.0L/s)组合下,研究花岗岩崩岗区不同层次土壤分离速率与流量、坡度的关系。结果表明:花岗岩崩岗区各层次土壤分离速率与流量和坡度均呈线性相关(R^2=0.958),随着流量和坡度的增大,各层次土壤分离速率逐渐增大,且增加速率呈上升趋势;花岗岩崩岗区崩壁垂直结构上,随着土体深度的增加,土壤分离速率逐渐增大,且各层次土壤分离速率差异显著,在一定坡度和流量下,碎屑层的分离速率最大,是砂土层的34.24倍,红土层的76.27倍,表土层的711.58倍;各层次土壤分离速率的流量—坡度模型可以用二元一次函数方程很好的拟合(R^2>0.933),且流量、坡度2个因子的叠加效果对碎屑层分离速率的影响最大,砂土层次之,表土层最小;采用Nash模型效率系数对拟合的流量—坡度模型效果进行检验后发现:各层次的效率系数均较高,预测值与实测值的贴近度较好,研究所得流量—坡度模型能很好的模拟南方花岗岩崩岗区的土壤分离速率。该研究对于解释崩岗侵蚀机理、建立崩岗侵蚀模型具有重要的指导意义。

花岗岩崩岗区土壤可蚀性因子估算及其空间变化特征

土壤可蚀性K值是土壤侵蚀模型的必要参数,研究花岗岩崩岗区土壤可蚀性K值有助于宏观判断和定量分析崩岗区土壤侵蚀的空间变化特征。采集湖北通城花岗岩典型崩岗淋溶层、淀积层、母质层土壤,运用5种土壤可蚀性K值估算方法分析各层土壤可蚀性差异,通过室内人工模拟降雨实验验证花岗岩风化土可蚀性K值的有效性及5种估算方法的灵敏度。结果表明:花岗岩风化土的各层土壤可蚀性差异显著,母质层平均K值最大,是淋溶层的1.20倍,淀积层的1.03倍,且各层土壤的稳定含沙率和各粒径流失量差异显著;诺莫法估算的各层土壤的可蚀性K值与40 min每层土的稳定含沙率之比最接近,诺莫法估算各层土壤可蚀性K值的灵敏度最高,为修正诺莫的1.5倍,EPIC模型法的6倍。因此,针对南方花岗岩风化土可采用诺莫法准确评价土壤可蚀性K值。通过估算崩岗不同层次土壤的可蚀性K值及其空间变化特征,对针对性地研究崩岗形成机制及其治理具有一定指导意义。

中国南方花岗岩崩岗综合治理模式研究

崩岗侵蚀是中国南方花岗岩区特有的常见的水土流失形式。这种水土流失不仅侵蚀规模大,发展速度快,危害十分严重,而且治理难度大,被称为当今"生态溃疡"。崩岗治理措施分为生物措施、工程措施和耕作措施三种。根据崩岗治理措施的搭配与治理主要目的的不同,通过各地实地调查归纳,分析总结崩岗综合治理模式为生态型治理、经济型治理和综合型治理三大治理模式。生态型崩岗治理主要以生物措施治理为主,辅助必不可少的工程措施,达到减弱侵蚀强度,改善生态环境的目的,注重崩岗治理的生态效益与社会效益;经济型崩岗治理是通过高强度的削坡整平,建立适合工业开发的园区,满足工业发展的需要,产生可观的经济效益;综合型崩岗治理是兼顾生态效益、社会效益与经济效益,在采取各类有效水保措施、提高治理区植被覆盖度、增强生态调节功能时,还有所产出,增加当地农民的收入。崩岗地区可根据实际情况,开展不同模式的崩岗治理,以实现综合治理效益的最大化。

铝箔电化学侵蚀中缓蚀剂作用研究

中高压用铝电解电容器阳极材料常采用高纯铝箔进行直流电化学侵蚀进行扩面,达到提高比容效果,但侵蚀时铝箔表面在酸性电解质作用下表面溶解,一方面影响扩面效果,另一方面降低铝箔强度,影响腐蚀铝箔后续加工与利用。本文利用铝箔直流侵蚀过程中加入缓蚀剂,比较聚丙烯酸、聚乙二醇及苯胺在侵蚀过程中的缓蚀性能,研究缓蚀效果及缓蚀机理,实验表明苯胺缓蚀效果更为明显,通过表面电镜及能谱分析,苯胺在电蚀过程中在腐蚀铝箔表面形成覆盖层,阻碍了铝箔表面腐蚀,对缓蚀起到重要作用。

崩岗“五位一体”系统性治理措施探讨

崩岗是我国南方花岗岩区特有的土壤侵蚀类型,具有分布广泛、形态多样、发展迅速、危害严重、难以治理等特点,目前主要采取以生物措施为主、工程措施相辅的方式进行治理。根据以往治理崩岗的经验与研究成果,按照崩岗的组成部分及特点,将崩岗看作一个完整的系统,提出了集水坡面、崩壁、崩积堆、沟道、洪积扇分别治理的"五位一体"系统性治理措施,其关键在于切断各个要素间的物质流动与能量转化,工程措施与生物措施相结合,从而从根本上治理崩岗、恢复生态。

基于三维激光扫描技术的花岗岩风化土体侵蚀表面特征研究

选择湖北通城花岗岩发育较典型、质地差异较大的粘壤土和砂质土为研究对象,设计室内试验小区,进行3场人工模拟降雨,利用三维激光扫描技术对土壤表面侵蚀形态的微观变化及过程进行高精度、实时监测,从形态学上探讨了土壤侵蚀过程及分布特征。结果表明:(1)三维激光扫描仪及其配套的软件能准确地测量降雨前后2个坡面的土表微域DEM。结合ArcGIS软件对DEM进一步分析,计算了降雨后土壤侵蚀体积与土壤流失量,且3场人工降雨试验测得的试验误差均低于5%。经过精度验证表明,三维激光扫描仪可应用于坡面产流产沙研究,且测算精度较高;(2)将DEM导入到ArcGIS中进行分析处理,获取了坡面侵蚀后的微地形坡度变化,分析得出高级别的坡度主要分布在坡底,说明坡底以上土体表面遭受侵蚀的面积较少,在坡底部易形成冲沟;一次降雨后粘壤土和砂质土的1,2级的栅格比例分别减少了19.26%和12.39%,说明砂质土在降雨时土壤的侵蚀速度更快。后2场降雨中侵蚀速度趋于稳定;(3)获取了坡面侵蚀后的微地形粗糙度变化,分析得出在第1场降雨中土壤含水率较小时,粘壤土粗糙度的增幅为14.29%,砂质土则为11.32%,粘壤土的增幅高于砂质土;在第2,3场降雨中土壤含水率达到饱和时,砂质土粗糙度的降幅分别为3.39%,4.24%,粘壤土则分别为3.33%,4.17%,砂质土粗糙度的下降速度较大,侵蚀速度大于粘壤土。试验定量研究了土壤侵蚀形态的微观变化,可以为花岗岩区域土壤侵蚀监测提供技术支撑。

花岗岩崩岗不同层次土壤抗冲性及其影响因素

针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的淋溶层(A层)、淀积层(B层)、过渡层(BC层)以及母质层(C层),采用不同坡度(8.8%,17.6%,26.8%,36.4%,46.6%)和不同流量(0.2,1.0L/s)相结合的室内放水冲刷试验,分析崩岗各层次土壤的抗冲性指数,初步探讨花岗岩崩岗不同坡度及各层次土壤主要理化性质对抗冲性的影响。结果表明:(1)湖北通城县崩岗土壤A层、B层、BC层以及C层的理化性质存在较大差异。(2)当流量一定时,随着坡度的增大,土壤的抗冲性指数均表现为减小的趋势;当坡度一定时,大流量条件下土壤的抗冲性指数较小;在相同坡度和流量条件下,土壤的抗冲性指数均由A层向C层递减,说明A层抗冲性能最好,C层最差。(3)各层次的土壤抗冲性指数随坡度呈显著的线性递减关系(p<0.05),土壤的抗冲性能随坡度的增加而减小,其中A层回归方程的系数项绝对值最大,常数项也最大,说明A层的抗冲性随坡度的变化最快,抗流水侵蚀能力最强,土壤流失量最少。(4)土壤抗冲性与粉粒含量、黏粒含量、水稳性指数、渗透系数呈正相关;与土壤干密度、砂粒含量呈负相关,其中和干密度以及水稳性指数的相关性较高,表现为极显著相关;土壤抗冲性与有机质含量、CEC、游离氧化铁呈正相关,与土壤pH呈负相关,其中与有机质含量的相关性系数大于0.9,相关性极显著。

内蒙古高原东部内流河水系结构与流域特征的关系

基于30 m水平分辨率的数字高程模型,提取内蒙古高原东部的内流河水系,结合流域气候与下垫面要素,研究水系结构与流域特征的关系。结果表明,流域气候(降水和潜在蒸发)与水系结构关系密切,表现为分支比、侧枝比和河网密度随降水量的增加而增大,随潜在蒸发量的增加而减小。另一方面,流域下垫面条件(坡度和草原覆盖率)对内流河水系结构影响较大,表现为水系结构总体上受地形控制,但旱生或半旱生的地表草本植物不利于水系发育。

硝酸介质对铝箔直流脉冲电蚀电流密度的影响

通过在硫酸一盐酸混合电解质中加入硝酸，研究了在直流脉冲电蚀铝箔的过程中，硝酸介质对电蚀电流密度的影响。结果表明：在硫酸和盐酸电解质体系中，直流脉冲的峰值电流密度需大于0．8A·cm^-2。才能在铝箔表面生成隧道孔，但在加入0．2～0．3mol／L硝酸后可将生成隧道孔所需的电流密度降至0．3A·cm^-2。在3mol／L硫酸及1mol／L盐酸的混合溶液实验条件下，电解质中适宜的硝酸浓度为0．2mol／L。

鄂东南崩岗不同层次土壤分形特征及抗蚀性研究

崩岗是鄂东南地区极其严重的土壤侵蚀类型,影响范围广,破坏性强。选择鄂东南通城县花岗岩崩岗不同层次土壤进行研究,主要分析崩岗剖面土壤颗粒分形维数、可蚀性、渗透性及水稳性,并通过回归分析等方法建立其与土壤性质之间的拟合关系。结果表明:鄂东南通城县崩岗土层表土层、红土层、斑纹层以及碎屑层的性质存在较大差异,土壤颗粒分形维数D由表土层至碎屑层呈减小的趋势,土壤可蚀性K值由表土层至碎屑层呈增加的趋势,水稳性指数则呈现减小的趋势,渗透性则表现为红土层小而表土层和碎屑层大的规律。同时,相关性分析以及多元线性回归分析显示,崩岗剖面土壤颗粒分形维数、可蚀性、渗透性以及水稳性之间关系密切,抗蚀性与土体性质之间的相关性显著。研究旨在明确了崩岗发生的内在因素,为阐述崩岗的发生机理提供了依据。

中高压阳极铝箔直流脉冲电蚀工艺及机理研究

用直流脉冲电源对高纯铝箔进行电化学侵蚀,研究了影响腐蚀箔性能的工艺参数条件,探索了隧道孔生长机理。结果表明:在硫酸和盐酸电解质体系中,影响腐蚀箔性能的工艺参数有直流脉冲电流密度、脉冲频率、占空比以及脉冲时间等;控制直流脉冲的电流密度峰值在0.8A/cm2以上、脉冲电流单次通电延续时间在0.53 ms左右,能使铝箔产生纵横交错的隧道孔。

塔里木流域内陆河水系连通性特征

水系连通性对于干旱地区河流生态系统健康至关重要.基于30m水平分辨率的数字高程模型和地表水动态数据,提取塔里木盆地内流河水系信息.通过引入连通性指数(CI),研究内陆河水系连通性的分级特征及其主要影响因素.结果表明,在各个级别中,4~5级河流的水系连通性对流域因子的变化最为敏感.水系连通性总体上受流域气候和地形控制,表现为水系连通性与流域潜在蒸散发呈显著负相关(r=-0.27~-0.60),与流域平均坡度呈显著正相关(r=0.29~0.54).另一方面,下垫面条件也与水系连通性密切相关,表现为水系连通性随冰川覆盖占比的增大而增大,随沙漠覆盖占比的增大而减小.