低覆蓋度下單個粗糙元保護作用的變化特征

摘要：圓柱體和長方體是地表風蝕相關研究中最常見的2種粗糙元.基于已有關于這2種粗糙元流向風速變化模型，推導了低覆蓋度下均勻分布的單個粗糙元的保護區域最大流向長度、保護區域面積和保護效率的表達式，并考察和比較了采用這2種粗糙元時，這些物理量隨面率和粗糙密度的變化規律.結果表明，隨著粗糙密度的增加，單個粗糙元保護區域最大流向長度先增加后減小，最后逐漸趨于穩定；粗糙元保護效率隨寬度呈單調減小后逐漸趨于穩定，而隨著高度的增加呈現先增大后減小而后趨于穩定；相同面率和粗糙密度情況下，長方體粗糙元的保護效率比圓柱體粗糙元的更高.這些結果可為防治地表侵蝕提供理論指導.

關鍵詞：面率；粗糙密度；最大保護長度；保護效率；保護面積

中圖分類號：X513文獻標志碼：A

0引言

大氣邊界層中的植被（樹與灌木）和建筑物2種主要地表粗糙元，不僅可以通過減少地表裸露程度，而且還可以通過對其周圍流場的影響降低其下風向一定區域內的風速，來降低粉塵釋放.基于形狀特征，植被通常被簡化為圓柱體，而建筑物通常被簡化為長方體粗糙元.目前已有許多理論、實驗和數值研究對這2種粗糙元的影響隨覆蓋密度和分布規律等的變化進行了討論［1-17］.不僅對如何利用和設計人工形成的草垛來降低風沙輸運［18］進行了研究，而且還提高了對城市顆粒物質擴散的認識［19-20］，更重要的是，這……