青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式(II):无云大气条件下模拟试验结果分析

冻土层的变化与地-气交接面的能量交换过程有直接的联系.地-气交接面的能量交换过程包含了辐射、对流、热传导三种最基本的热物理过程.利用以此为基础建立的青藏铁路沿线地表和路基表面热力学数值模式(RSTM), 将安多站的实测资料作为模式输入, 针对梯形路基与边坡朝向和坡度有关的坡面温度变化及两侧坡面温差变化的问题, 对无云大气条件下不同坡度和坡向的表面温度变化特征进行了模拟分析.结果表明, 对于就地取土修筑的路基而言, 安多段路基上表面温度在各季节都高于气温, 在夏季具有明显的高表面温度值, 尽管在夏季任何坡度和坡向的路基坡面都具有冷却效应, 但路基仍处于高温状态; 冬季路基上表面温度虽略低于0 ℃, 但路基偏南方向坡面的强烈增温效应, 使南坡表面温度远远超过冻土融化温度的临界状态, 而路基两侧坡面热效应的相反作用, 通过影响冻土层的冻融过程, 可能引起路基纵向裂缝的发生.因此, 对冻土路基采取有效的防护措施是非常必要的.用实测资料进行的检验表明, RSTM具有良好的模拟性能, 对不同防护措施下青藏铁路路基热状况的预测具有良好的应用前景.     

冻土路基表面的融化指数与冻结指数

在冻土层之上筑路，由于会改变地-气界面的热物理特性，进而影响冻土层的热力→动力稳定性，故而修筑一定高度的路基成为保护冻土层所采取的一种常规措施．在修筑路基之后，与路基边坡的朝向有关的热效应是冻土路基工程保护措施必须考虑的问题．在数理分析与数值模拟分析的基础上，给出了可根据气温的年最大和最小月平均值计算路基表面的融化指数与冻结指数以及有关热状况参数的方法，并以青藏铁路北麓河段2002年为例进行了计算分析．实例分析表明，即便是没有修筑道路，北麓河地区的冻土也已经处于临界状态；路基相对的两个坡面，由于朝向不同会造成温度分布的强非均匀性，其中南和偏南方向与北和偏北方向的路基坡面热状况差异最大，有必要对路基相对的两个坡面采用不同的防护措施，一方面改善就地取土修筑路基对其下伏冻土层的直接不良影响，同时也尽可能减小路基表面温度分布的非均匀性，以避免纵向裂缝的发生。     

青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式(Ⅰ):物理过程与实验方案

路基表面的热状况具有时空分布的非均匀性,筑建在冻土区的路基,其下伏冻土层对上边界非均匀热强迫的响应,会引起冻土层的冻胀、融沉非均匀变化,进而造成路基的变形失稳.因此,了解路基表面热状况的时空变化规律对监测和防治路基冻融病害、保证路基稳定性具有重要意义.鉴于此,从热力学研究角度出发,以气候影响因子-大气辐射传输-地气交接面辐射特性-地气间热量交换为研究主线,基于能量守恒原则,建立针对青藏铁路沿线地表、路基上表面和路基左右边坡表面的普适性热力学数值模式,用于高海拔青藏铁路全线的任意坡度和走向的路基表面热状况的定量化研究与应用.     

多年冻土区青藏公路路基边界温度及计算模型研究

温度边界是冻土工程模拟中重要的边界条件之一。依据青藏公路多年冻土段不同走向路基断面表层温度的连续观测数据,分析了青藏工程走廊内路基实测的边界温度特征。结果表明：走向为W8° S的断面阴阳坡温差最大为5.81 ℃,走向为W34°S的断面坡面温差为5.68 ℃,走向为W86° S度的断面坡面温差为1.38 ℃,说明高原上无论路基走向如何,路基两侧坡面都存在温度差异,因此,两侧必须采取差异设计,以减少路基温度的不对称。同时,根据路基接收太阳能辐射反演路面及边坡表面温度,提出了工程热边界的简化计算模型,并将模型计算结果与实测数据进行对比,两者吻合较好。     

青藏铁路多年冻土路基稳定性及防治措施研究

青藏铁路冻土路基的稳定性是多年冻土区列车安全运营的重要保证．影响路基稳定性的主要因素是路基地温场的变化、路基两侧地表水以及地下水（冻结层上水、冻结层间水）和地层含冰量大小,即冻土路基防护措施的强弱和水热影响程度．保证冻土路基稳定性的防治原则是减少太阳辐射和周围环境的水影响,易采用路基两侧排水、增加片（碎）石护坡（道）、...     

青藏高原多年冻土区碎石护坡降温作用及效果分析

基于青藏高原北麓河多年冻土区碎石护坡路基与普通路基温度监测资料分析,结果表明:碎石层的铺设具有减小坡面年平均温度及坡面温度年较差的作用;与普通路基相比,碎石护坡在暖季主要起到隔热作用,但在冷季主要存在不利于路基散热的弊病.从路基人为冻土上限抬升状况、温度降低程度和路基变形量的差异来看,碎石护坡路基较普通路基有利于冻土路基的热稳定性.但碎石护坡调节路基内部温度场是一个长期过程,即坡面温度对多年冻土温度的影响具有滞后性,若作为青藏铁路多年冻土区补强措施使用时应慎重.     

深上限-退化型多年冻土路基变形特征分析

为了研究深上限-退化型多年冻土路基变形特点,基于青藏公路多年冻土路基地温和沉降现场监测资料,通过分析西大滩、唐古拉山北坡以及唐古拉山南坡路段的土质、冻土含冰量、冻土地温以及路基沉降变形数据,对冻土上限变化过程与路基沉降特点进行了研究,同时对沱沱河和清水河地区冻土路基分层沉降观测结果进行了分析。结果表明,土质和含冰量对退化型冻土路基的沉降变形影响较大,深冻土层的融化对路基沉降变形影响较小,退化型冻土路基的沉降变形主要发生在退化后的冻土层中,退化冻土层在冻融循环过程中,需要较长时间才能完成固结。对于冻土含冰量为少冰、多冰的稳定路段,退化冻土路基年平均沉降速度约为3.9～5.6 mm/a,路基沉降量极小;对于含冰量较高且土质以粉黏性颗粒为主的不稳定路段,路基沉降速度具有持续性和无减缓性的特点,路基年平均沉降量达到0.03 m/a,路基变形表现为整体均匀沉降,横向差异沉降量较小。     

青藏铁路冻土区遮挡式路基结构安全可靠性预测分析

冻土区路基的安全可靠性取决于路基地温场特征和路基面抗自然侵蚀特征。在路基基床上部修筑遮阳棚和在边坡上修筑遮阳板既可阻挡太阳对路基面和路基边坡的直接辐射,改变路基地温场形态,降低土层温度,又可防止降水渗入路基或降雪覆盖路面。这对防止冻土退化,提高冻土区铁路路基安全可靠性是一种非常有效而又简单易行的工程措施。本文以青藏铁路冻土区遮挡式路基结构路基表面温度数据和该地段气象资料为基础,运用带有相变的一维热传导方程模拟分析了青藏铁路长期运营过程中遮挡式路基结构对冻土区路基人为上限的抬升效果及对路基稳定性的影响,认为遮挡式路基结构是一种安全可靠的冻土区路基工程结构形式,同时也是未来铁路运营过程整治路基病害的一种有效工程措施。     

多年冻土区路基调查中瞬态面波勘探方法应用研究

多年冻土地区铁路路基的振动与环境变化对路基稳定性的影响问题日益突出,为了评价这种影响引起的青藏铁路多年冻土区冻土的变化状况,首次应用了一种简便、高效、环保的瞬态面波勘探方法对其天然地表和典型结构路基及其下部多年冻土层进行了勘探。试验数据良好、频散特征显著,通过反演分析得到了青藏高原多年冻土地区天然地表和典型结构路基下部土体的剪切波速度剖面和多年冻土的分布。勘探结果表明,青藏铁路北麓河试验段勘探区内多年冻土上限一般为2 m,层厚为20 m左右,多年冻土层Vs平均为600 m/s以上。该结果与该区地质钻探编录和钻孔波速测试结果较为一致,说明瞬态面波勘探在自然环境严峻的青藏高原多年冻土地区有着良好的适用性。     

黄河源区多年冻土活动层土壤水文过程季节变异分析

为从整体上认识多年冻土活动层土壤水文过程季节变异特性,以黄河源区巴颜喀拉山北坡冻土剖面为例,结合大气降水、冻土土壤水分、冻土层上水的野外观测,采用HYDRUS-1D软件冻融模块进行模拟分析,分析冻融作用对活动层土壤水文过程的影响,研究结果表明:(1)冻土层上水位与土壤水热之间存在着相互影响、相互作用的关系,依据活动层土壤温度变化,基于冻融过程,多年冻土活动层土壤水分与冻土层上水位可划分为冻结稳定、快速融化、融化稳定和快速冻结4个阶段。(2)降雨入渗是坡面尺度下活动层土壤水文过程的主要驱动力,活动层冻融锋面是主要限制性因素,受冻融过程影响,冻结期降雨减少,土壤冻结,土壤储水能力下降,土壤水分下渗停止,坡面侧向流动减弱,土壤水分和冻土层上水位处于下降趋势;融化期降雨增多,土壤融化,土壤储水能力上升,土壤水分下渗强烈,坡面侧向流动增强,土壤水分和冻土层上水位处于上升趋势。(3)受坡面地形影响,上坡活动层厚度大于下坡,上坡冻融锋面变化较下坡平缓,上坡土壤水分和冻土层上水位的变化幅度相对下坡较为平缓,而上坡土壤水分相对下坡含量较低,下坡冻土层上水位相对稳定。     

基于MODIS卫星遥感图像数据典型地表发射率光学特性分析

地表发射率是热红外遥感中的重要参量,也是辐射传输中的重要参数。基于MOD11B1卫星遥感图像数据,利用HDF插件获取典型地表温度参数,具体包括沙地、黄土、草坪、江水、冰面和雪地。在ENVI Classic软件环境下,针对2015年12月至2016年8月不同区域、不同季节的典型地表进行6个热红外波段发射率数据获取,研究不同季节典型地表的发射率随波长以及温度的变化规律。研究结果表明：冬季典型地表发射率参数最高且变化范围小在0.02内。沙地的发射率数值平均在0.870~0.990之间;草坪、黄土和江水的发射率数值平均在0.910~0.990之间,冰面和雪地的发射率数值平均在0.965~0.985之间。草坪、沙地、黄土、江水、雪地和冰面地表发射率在波长3~5 μm范围内随温度成波浪型分布;草坪、江水、雪地和冰面地表发射率在波长8~12 μm范围内随温度不变化。     

地表移动与变形的环境影响与预测

矿山开采会引发地表移动与变形。应用概率积分法对吉林省汪清县罗子沟油页岩矿区进行在矿区服务期满43年内有关地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形的预测,以便在采矿过程中有所依据,以避免造成地表的破坏。     

利用夷平面的变形进行断陷地块构造反演——以京西北蔚广盆地南缘断裂带为例

当前活动断层研究主要关注单条断层本身,如果将研究尺度拓展到活动地块,则可以整体上更好地理解各断层活动的关联性。利用层状地貌面累积的构造变形来反演活动地块构造运动是一种行之有效的方法。近两年,国产高分卫星产出了海量、高分辨率的影像资料,与此同时GIS 平台与技术也得到了快速的发展,这些都为利用华北山地夷平面反演京西北盆岭构造区内断陷地块的构造运动提供了契机。本文基于国产GF2卫星1 m 全色与4 m 多光谱影像、1∶50 000 数字线划地图,借助ArcGIS 平台,解译出蔚广盆地南缘断裂带上升盘地块 中发育有典型的甸子梁面、唐县面两期夷平面,提取出了能够反映它们构造变形的定量参数,对其构造变形规律进行的分析表明：北东向断裂（F）贯通了蔚广盆地及其西南方的灵丘盆地,相应地将前者的上升盘地块划分为东西两个次级地块,并使得前者的主边界断裂在此 发生应变分解,并将部分应变传递给了灵丘断陷盆地系统。蔚广盆地及其周缘邻区的断陷盆地统一地受到南东-北西向区域引张应力场的作用,相应地形成了以北东向为主的断层形迹。岩性的差异造成了断层F两侧两种不同的断块运动方式,F西侧在太古代变质基底内发生断陷,使得断块整体掀斜,而在F 东侧,燕山期侵入花岗岩体阻碍了断块的整体掀斜,断块通过调整其运动方式,使得掀斜程度从边缘向内部逐渐降低,F 作为调节断层,衔接了其两侧两种不同变形方式。     

高岭石表面酸碱反应的电位滴定实验研究

采用表面酸碱电位滴定法探讨高岭石表面酸碱性质,基于多位模式(即假定高岭石表面存在3种基团Al2 OH 、AlOH 和SiOH ) ,根据实验所得数据对高岭石表面的质子化和去质子化过程的相关参数进行拟合,讨论各个位点所发生的反应,并探讨了支持电解质浓度、高岭石溶解过程对表面酸碱电位滴定结果的影响。高岭石的表面零净质子电荷点(pHPZNPC,5 .2 )不等同于零电荷点,当pH <5 .2时,高岭石表面荷正电荷,主要由于表面富硅贫铝层的形成和Al位的质子化所致;当pH >5 .2时,高岭石表面荷负电荷,以Si位和Al的去质子化反应为主。     

Complexation of Gold(III)-Chloride at the Surface of Hematite

The acid/base properties of the hematite/water interface and surfacecomplexation with gold has been studied by potentiometric titrations in thefour component system H⁺ – FeOH –AuCl ₄ ^- – Cl^-. Equilibrium measurementswere performed in NaCl media at 298.2 K. In the evaluation of equilibriummodel from experimental data the constant capacitance model was applied. Theacid/base properties were investigated in 0.1 M NaCl in the range 2.6 pH 7.4. The resulting intrinsic constants for protonation anddeprotonation of hydroxyl groups at the surface were log _1,1,0,0(int) ^s = 7.10 ± 0.06 andlog _{-1,1,0,0(int)} ^s = - 7.80 ±0.06. The density of proton active surface sites was 2.85nm^-2 and the specific capacitance 2.5 C V^-1 m^-2. In the investigation of surface complexation of gold, thepotentiometric titrations were performed in the range 2.0 pH 10.2.Titration data was supplemented with analysis of Au in the aqueous phase byatomic absorbance spectrometry. The equilibrium model proposed consists ofthe following monodentate surface complexes: FeOHAuCl₃(log _0,1,1,-1 ^s = 1.45 ± 0.03),FeOHAuCl₂OH (log _-1,1,1,-2 ^s = -3.89 ± 0.02), FeOHAu(OH)₃ (log _-3,1,1,-4 ^s = -21.94 ± 0.05). Aslightly better fit could be obtained by assuming formation of a bidentatecomplex with the composition(FeO)₂Au(OH)H₂O. However, based onstructural arguments this complex was rejected.     

黑河上游山区典型站的水热过程模拟研究

Noah LSM陆面过程模型在国际上被广泛应用于陆面的水热过程模拟, 但在高寒山区的适用性研究并不充分, 目前还没有在黑河上游高寒山区应用的案例. 利用Noah和黑河上游两个典型站(大冬树山垭口站和阿柔站)2008-2009年的观测数据, 对两站的水热过程进行了模拟. 通过比较模拟结果和实测的地温和液态水含量, 表明Noah能够较真实地反映该地区的水热过程. Noah对观测站的地温模拟较好, 但冬季存在一定偏差; 液态水含量的模拟总体偏低, 表层液态水含量在春季土壤融化期的模拟偏差较大. 以上现象与该地区土壤异质性较大、 春季融化期土壤冻融过程中土壤含冰量判定存在偏差、 冬季降水量观测不准等有关. 此外, 结合模拟结果, 讨论了观测数据的质量问题.     

基于数据库技术的模型静校正法在TKM地区处理的应用

针对TKM工区初至认识困难,初至拾取工作量极大的难题,提出一种合理有效的,基于表层数据库的模型法静校正技术。该方法充分利用了工区内小折射,微测井布设密度足够且合理的条件,结合表层数据库及点、线、面一体化的表层交互分析解释方式,建立了全区合理的表层模型,计算生成最终静校正量。这项技术大幅度地提高了工作效率,且取得了满意的静校正效果。     

纤维矿物粉尘环境矿物学与环境医学研究的新进展

本文全面评述了纤维矿物粉尘在环境安全性方面的研究成果与目前存在的主要不足,提出除应注重纤维间的特性差异（纤维剂量、长度、细度）的要求外,还应注意制样方法、样品产地、成因、成分等方面的影响,强调纤维断键、活性自由基、活性中心、纤维电荷、催化性质、氧化－还原强度,“表面介体”等因素的作用,阐明从表面活性及矿物－生物化学作用方面揭示纤维粉尘致病机理的重要性、即从矿物表面官能团、表面综合性状来探讨天然纤维     

南四湖水面蒸发量分析计算

根据二级湖闸站等四处蒸发站各类型蒸发器（皿）历年逐月水面蒸发观测资料和两处蒸发实验站分析的各类型蒸发器（皿）月蒸发量折算系数，推求出南四湖１９５３年１月至１９９０年１２月逐月及全年水面蒸发量，根据五处水位站历年逐月平均水位观测资料推算出南四湖历年逐月平均和全年平均水面面积，从而求得南四湖历年逐月和全年水面蒸发水量，并对水面蒸发量在时间上的变化特征作了分析。同时根据七处雨量站历年逐月降水资料计算了南四湖区面平均月、年降水量，并分析了水面蒸发量对水资源量的影响。其分析计算成果可供南四湖水平衡研究和水资源评价使用。     

Coupling near-surface geomorphology with mangrove community diversity at the estuarine scale: A case study at Dongzhaigang Bay,China

Coastal wetlands are key features of the Earth's surface and are characterized by a diverse array of coupled geomorphological and biological processes. However, the links between the distribution of biodiversity (for example, species and structural diversity) and the formation of coastal geomorphology are not well-understood on a landscape scale most useful to coastal zone managers. This study describes the relationship between select geomorphological and biological mangrove community features (i.e. species composition and functional root type) in a landscape-distributed coastal zone of Dongzhaigang Bay, north-eastern Hainan Island, China. A total of 11 mangrove species and five functional aerial root types were encountered, with the location of species by root types being controlled by the elevation of the soil surface. Plank roots, prop roots and pneumatophores occupied the lowest intertidal elevations, while knee roots and fibrous roots of the mangrove fern, Acrostichum aureum, preferred the highest intertidal elevations. Surface sediment deposition in areas with mangroves was greater than deposition in non-mangrove forest zones, establishing an important biological mechanism for this large-area response because surface erosion/compaction was also more prominent within mangrove roots. Indeed, functional root type influenced the magnitude of deposition, erosion and compaction, with knee roots and pneumatophores being more effective in promoting deposition and preventing surface erosion/compaction than prop roots. These results indicate a potential role for vegetation type (especially functional root type) to influence coastal geomorphological processes at large landscape scales. While soil surface elevation is correlated to the distribution of mangrove species and functional root types, a significant feedback exists between elevation change and the capacity of those root types to influence coastal geomorphological differentiation within sustainable intertidal elevations. An enhanced understanding of geomorphological development, mangrove species distribution and functional root type may improve management to support nature-based solutions that adjust more effectively to sea-level rise through feedbacks.