1.6.1 预先分离颗粒沉积层与雨滴溅蚀输送的模拟
从能量传递过程来看,雨滴溅蚀是雨滴动能在土壤颗粒之间的传递,其伴随着土壤团聚体分离与雨滴溅射输送,因而单个雨滴溅蚀的质量可以表述为雨滴动能的函数如式(1-28)(e.g.Sharma ＆amp; Gupta, 1989; Sharma et al., 1991):
其中Ert为临界溅蚀动能,其数值反映了土壤对雨滴溅蚀的阻滞效应,且随着土壤类型的变化而变化。ksr为土壤解离系数,ζ为经验参数,Ms代表单雨滴溅蚀质量。式(1-28)中涉及的经验参数依靠实验观测获得。
式(1-28)可发展为描述降雨事件中斜面溅蚀输送强度式(1-29):
其中,kssr为土壤溅蚀可蚀性参数,g(sg)为坡度函数。
和前人研究相比较,Kinnell(2005)模拟研究强调了来自上坡向或临近单元溅蚀分离的松散颗粒物质沉积对计算单元内下层土壤溅蚀的保护效应,即预先溅蚀分离物质沉积层(Layer of pre-detached material)对土壤溅蚀可蚀性及输送强度的抑制。为了定量描述预先分离沉积层对土壤溅蚀可蚀性的影响,kssr可被表示为式(1-30):
其中CSD为预先分离沉积层在计算单元内的覆盖度,kpD为预先分离沉积层的溅蚀可蚀性参数,kss为计算单元内土壤的溅蚀可蚀性参数。式(1-30)表征了预先分离沉积层对雨滴溅蚀输送的影响。
在溅蚀过程中预先分离沉积层具有动态的时空变化,因而被称为动态沉积层,其对雨滴溅蚀-薄层水悬移输送有着重要的影响(e.g.Kinnell, 1994, 2005, 2013),具体模拟过程见1.6.3。
预先分离沉积层不仅控制了斜坡的溅蚀输送强度,也和溅蚀土壤表面侵蚀覆盖层(erosion pavement)的形成有关(Abrahams ＆amp; Parsons, 1991; Parsons et al., 1992; Wainwright et al., 1995, 1999),并反映了雨滴溅蚀分选性及地表组成物质变化对雨滴溅蚀的反馈。