利用纳米磁性材料定量表征溅蚀特征的研究

发布时间：2020-06-24 12:32

【摘要】：为了探讨纳米磁性材料表征溅蚀地表特征方法的可行性,本研究先以无磁性的石英砂替代土壤,通过布设不同浓度(1.5%、2.5%、3.5%)和不同粒径(20 nm、200 nm)的纳米磁性材料,进行人工室内模拟溅蚀试验,利用3D手持微地形扫描仪得出的微地形侵蚀厚度变化,研究纳米磁性材料的磁性变化与溅蚀地表特征的可行性关系。再将纳米磁性材料表征溅蚀地表特征的可行性方法应用于崩壁土壤的溅蚀研究中,研究20 nm磁性材料的不同浓度(1.5%、2.5%、3.5%)与崩壁溅蚀地表特征的变化特征,揭示纳米磁性材料定量表征溅蚀量和溅蚀微地形地貌变化关系,为今后磁性示踪法的深入研究提供新的思路和方法。主要结论如下:(1)布设两种纳米磁性材料后,20 nm磁性材料提高石英砂磁性背景值的幅度远高于200 nm磁性材料,并呈现出布设浓度越大,示踪时间越长的特点;20 nm磁性材料在3.5%浓度下表征石英砂溅蚀量的程度高于200 nm磁性材料且在3 min内的磁化率变化与微地形变化呈极显著相关关系(p0.01),可以表征-2～8 mm内的微地形侵蚀厚度,说明20 nm磁性材料可以在一定时间内有效定量表征雨滴溅蚀的地表微地形变化,纳米磁性材料定量表征石英砂溅蚀特征的方法是可行的。(2)布设20 nm磁性材料后,崩壁重塑土表层磁性提升幅度为1.1～6.3倍;三土层均在7%浓度下呈现出最好的抗溅蚀能力,且在此浓度下的溅蚀泥沙磁化率与溅蚀量在一定时间段内随溅蚀时间的延长呈现一致性变化。研究发现,崩壁重塑土的溅蚀泥沙磁化率χ2与溅蚀量M存在相关性较高的χ2=aMb幂函数关系,表明20 nm磁性材料可以定量表征出溅蚀量变化;重塑土红土层可在短时间内有效表征溅蚀微地形侵蚀厚度,但砂土层只能表征溅蚀最初期的地表特征,碎屑层则无表征效果,重塑土微地形可被表征的侵蚀程度在-10～15 mm范围内。试验表明20 nm磁性材料可以在短时间内表征崩壁重塑土的溅蚀地表特征,纳米磁性材料表征溅蚀特征的方法在崩壁重塑土上的应用是可行的。(3)崩壁原状土磁性提升幅度可达3.8～11.1倍,红土层表现出较强的抗侵蚀能力。原状土表层磁化率随着溅蚀时间的延长逐渐降低,二者呈现出χ1=aln(t)+b对数函数关系;红土层及碎屑层在7%浓度下溅蚀泥沙磁化率可以定量表征溅蚀量的运移,而砂土层表征效果较差;崩壁土壤的溅蚀泥沙磁化率χ2与溅蚀量M呈现出χ2=aMb幂函数关系,红土层在溅蚀中后期才表现出较好的表征能力,砂土层只能在溅蚀最初期表征地表微地形侵蚀厚度,碎屑层则无法被表征地表特征。整个溅蚀过程中,崩壁土壤受溅蚀侵蚀的微地形侵蚀程度只能在-10～15 mm范围内被有效定量表征出来。研究表明,20 nm磁性材料定量表征崩壁原状土溅蚀特征的方法在短时间内有一定效果,但整体作用较弱。综合而言,20nm磁性材料在崩壁土壤上的应用可以在短时间内定量表征出溅蚀地表特征,由于重塑土与原状土的结构组成不同,原状土利用纳米磁性材料表征溅蚀地表特征的时间更短、效果较差。20 nm磁性材料定量表征崩壁土壤溅蚀特征的方法被证明是可行的。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S157.1

【参考文献】