[发明专利]一种坡地水蚀输沙能力的稀土元素示踪方法

摘要

本发明涉及一种坡地水蚀输沙能力的稀土元素示踪方法，包括REE示踪元素用量及坡面布置步骤以及应用REE浓度计算输沙能力的步骤。本发明方法只需要建立基于稀土元素方法的输沙量和坡长的响应关系，就可以计算得到任意水动力条件下的输沙能力；本发明方法只需要坡面布置不同稀土元素就可以方便、快捷的估算任意坡段的输沙量，提高了获取具有空间分布特征的输沙量数据的精度和便捷性。

主权项

一种坡地水蚀输沙能力的稀土元素示踪方法，其特征在于,包括以下步骤：第一步：REE示踪元素用量及坡面布置，具体如下：1.1)选取Ho，Tb，Eu，Yb，Dy，Sm，La，Tm，Ce，Nd十种稀土元素，上述十种稀土元素相应的元素氧化物分别为Ho₂O₃，Tb₄O₇，Eu₂O₃，Yb₂O₃，Dy₂O₃，Sm₂O₃，La₂O₃，Tm₂O₃，CeO₂，Nd₂O₃；选取十种稀土元素后，将坡地的坡面进行布置；1.2)计算REE的施放浓度：设试验时段内土壤侵蚀总量为W，对应于第i坡段的侵蚀量为W_i，施放的第i种REE在总的侵蚀土壤中的浓度c_i，可根据其施放浓度C_i计算为：$c_i=\frac{M_i}{W}=\frac{(W_i{C}_i+{\mathrm{WC}}_i^0)}{W}=w_i{C}_i+C_i^0$   (式1)，其中，式1中，所述i＝1，2，…，10；M_i为侵蚀土壤中第i种元素的质量；w_i为第i种REE元素坡段的侵蚀土壤的权重；C_i⁰为第i种元素的背景值；1.3)计算REE的施放量：σ_i为不同元素的施放倍数，则第i种元素的施放量A_i为：$A_i=W_i{C}_i=W_i\frac{2{\mathrm{\σ}}_i}{w_i}{C}_i^0=2{\mathrm{\σ}}_i{\mathrm{WC}}_i^0$   (式2)；根据式2方法由元素的施放浓度和相对于背景值的放大倍数计算得到稀土元素施放量，再由稀土元素施放量和元素的氧化物分子式和分子量换算出稀土元素氧化物的施放量；1.4)配置REE施放样：为确保示踪元素在监测点施放的均匀性，将选取的稀土元素按不同倍数进行逐步稀释，所述La和Ce的稀释倍数为2.5％，其余元素的稀释倍数为1.25％，稀释后布置在坡面监测点；第二步：应用REE浓度计算输沙能力，具体如下：2.1)收集坡面全部径流泥沙，测量总的土壤侵蚀量和侵蚀泥沙中不同稀土元素的浓度c_i，用上述浓度值剔除该元素背景值后乘以全部侵蚀泥沙质量，得到各施放区REE的纯元素侵蚀量e_i，从侵蚀泥沙中收集到的所施放的第i种REE元素的量值e_i，与第i段中失去的该种元素的量W_i C_i相等，得到：$W_i=\frac{(c_i-C_i^0)}{C_i}W$   (式3)；即第i种元素所在区段的土壤侵蚀量W_i等于此元素在总土壤侵蚀量W中浓度增量相对于施放浓度的百分数与总土壤侵蚀量W的乘积；式3中，c_i为第i种元素所在区段的稀土元素浓度，单位为kg kg^‑1；所述i＝1,2,…,10,C_0i为第i种元素稀土元素背景浓度,单位为kg kg^‑1；W为总侵蚀量，单位为kg；设试验时段为ΔT，流量q为恒定，对应于第i种REE的区段的输沙量为：$G{|}_{x=x_i}=c_{i}q,x\∈[1,10]$   (式4)；式4中,所述q为单宽流量，单位为m²s^‑1；不同坡度及流量下输沙量随沟长的变化复合非线性数学关系：G(x)＝A(1‑e^‑βx)   (式5)；式5中：G为输沙量,单位为kg m^‑1s^‑1；β为衰减系数；x为沟长，单位为m；A和B为回归系数；2.2)计算输沙能力：公式如下：$T_c=\underset{x\→\∞}{\lim }\left(G\left(x\right)\right)=\underset{x\→\∞}{\lim }A(1-e^{-\mathrm{\βx}})=A$(式6)；式6中，β是输沙量随距离增加其增长幅度衰减的指数，A值代表的是水流达到饱和时的输沙量，T_c代表输沙能力，单位为kg m^‑1s^‑1,系数β为衰减常数。