青藏高原气候转暖与冻土工程的关系

工程作用和气候转暖影响加剧了工程下部多年冻土的退化,导致冻土工程稳定性发生显著变化。本文从气候转暖和工程活动下多年冻土变化和冻融灾害的视角探讨了气候转暖与工程稳定性的关系,给出了青藏高原气候转暖下活动层厚度、冻土温度等变化和青藏公路和青藏铁路工程下部多年冻土上限、冻土温度和路基变形等特征。同时,系统梳理了青藏高原冻土工程防治冻土融化的工程技术措施,讨论了未来气候变暖下青藏高原多年冻土的变化特征及其对冻土工程服役性的影响。青藏高原多年冻土在过去数十年来发生了不同程度的退化,工程作用加速了工程下部多年冻土退化,严重影响工程稳定性。青藏铁路采取了冷却路基、降低多年冻土温度的技术措施,但冻土工程仅能适应气候变暖1 ℃的情况。未来气候变暖1.5 ℃,青藏铁路冻土工程的补强措施需尽早谋划。     

东北北部冻土退化与寒区生态环境变化

我国东北地区位于中高纬度欧亚大陆东缘,大、小兴安岭多年冻土区是欧亚大陆高纬冻土区向南最突出的部位,属于高纬山地冻土.东北多年冻土区是我国,乃至全球范围内,受气候变暖和人为活动影响最显著的冻土区之一.过去40 a来该区冻土显著退化,主要表现在:1)冻土南界及不连续多年冻土各分区边界北移而导致总面积减小、空间分布破碎化;2)活动层加深,融区扩大,局地冻土岛消失;3)冻土温度升高、厚度减薄、热稳定性降低等.由于各种因素的共同影响,寒区生态环境也发生了一系列变化.这具体表现为以兴安落叶松占绝对优势的天然林带锐减,整个北方森林带北移,沼泽湿地面积减小等,寒区生态系统和环境已出现恶性循环.关注、研究、整治和管护寒区环境对区域社会、经济和生态可持续发展不可或缺.     

南水北调西线工程通天河—雅砻江调水区若干冻土环境问题研究

调水区多年冻土划分为３个区，冻土面积为１１×１０＾４ｋｍ＾２左右，约占全区面积的７２．４％，受全球气候变化及人类经济活动的影响，区内多年冻土处于退化状态。在全球气候持续变暖的情况下，未来５０ａ内，目前厚度小于１０ｍ的多年冻土和岛状多年冻土将消融殆尽，多年冻土面积将减少约１５％，冻土下界上升１５０－２００ｍ，气候变暖，使得性冻土层变薄，某些地段的多年冻土消失或变为深埋藏多年冻土等，则可降低工程造价，     

南水北调西线工程通天河－雅砻江调水区若干冻土环境问题研究

调水区多年冻土划分为３个区，冻土面积为１１×１０４ｋｍ２左右，约占全区面积的７２．４％。受全球气候变化及人类经济活动的影响，区内多年冻土处于退化状态。在全球气候持续变暖的情况下，未来５０ａ内，目前厚度小于１０ｍ的多年冻土和岛状多年冻土将消融殆尽，多年冻土面积将减少约１５％，冻土下界上升１５０～２００ｍ；气候变暖，使得季节性冻土层变薄，某些地段的多年冻土消失或变为深埋藏多年冻土等，则可降低工程造价，有利于施工和运营     

气候变暖对黄河源区生态环境的影响

黄河源区位于多年冻土区,严酷寒冷的气候条件和冻土共同构建成一种特殊的冻结水环境,使地下水类型和水文地质结构均发生变化,与非冻土区有显著的差别,形成特殊的水文地质区。近几十年来,由于全球性气候温变暖,出现大面积冻土退化,以及过度放牧、鼠害加剧等原因,造成草场退化,沙漠化趋势日渐明显,严重地冲击着黄河河源区的水源养涵功能,导致黄河在源头段多次出现断流。通过水平衡计算,探讨了气候变暖对黄河源区多年冻土退化的影响,并阐述了冻结层上水环境变化和人类活动对生态环境的影响。     

大小兴安岭多年冻土退化及其趋势初步评估

大小兴安岭多年冻土处于欧亚大陆多年冻土带南缘,地温高、厚度小、热稳定性差、对气候变暖的敏感性强.过去40 a来该区多年冻土退化主要表现为最大季节融化深度增大,厚度减薄,地温升高,融区扩大,多年冻土岛消失等.气候变暖及该区森林植被的锐减是导致多年冻土退化的普遍性和基础性因素,而多种人为活动影响起了加速促进作用.依据多年冻土南界与多年平均气温的密切相关关系,据1991—2000年平均气温-1.0~1.0℃等值线给出了现今多年冻土南界位置,并探讨了未来40~50 a后气温升高1.0~1.5℃情况下多年冻土南界的可能北移情况.     

东北多年冻土退化及环境效应研究现状与展望

东北多年冻土属中高纬度多年冻土,对气候变化非常敏感。数据模型模拟表明,21世纪东北多年冻土区气温会持续上升,显著的变暖将导致多年冻土退化。东北多年冻土呈现自南向北的区域性退化趋势,多年冻土区南部表现为南界的北移、融区的扩大和多年冻土的消失,而北部表现为多年冻土下限的上移、活动层厚度增大及地温升高等。多年冻土的退化会导致寒区生态环境的恶化,如兴安落叶松占绝对优势的天然林带锐减,林带北移,沼泽湿地萎缩等。随着多年冻土的迅速退缩和变薄,原多年冻土中蕴藏的碳将释放出来,对气候变化产生积极的正反馈,加速变暖,并影响全球碳循环。多年冻土退化导致其热状态失稳而造成寒区基础设施损坏,并且影响冻土微生物、碳循环、寒区生态和水文等,而它们是区域气候变化的重要因子,也将成为未来多年冻土研究的重点。而这些研究都需要长期的基础数据作支撑,因此需要进一步完善冻土参数监测网络,用模型厘清气候变化与多年冻土退化及其环境效应之间的关系。     

祁连山大通河源区冻土特征及变化趋势

大通河源区位于祁连山中东部, 属高山多年冻土区, 利用源区内冻土钻探及监测资料对源区冻土发育的基本特征及变化趋势进行了分析和探讨. 冻土地温分析表明, 源区冻土年平均地温随海拔的变化梯度约为3.82 ℃·km^-1, 且冻土地温与表层覆被条件关系密切. 盆地平原地带多年冻土厚度约为17~86 m, 且以海拔每上升100 m冻土厚度增加约10 m的梯度增加. 多年冻土活动层厚度受海拔地带性作用不显著, 更多地受局地因素的控制, 地表覆被条件成为其主要影响因素. 在气温升高以及人类活动日益增多的影响下, 源区冻土整体处于退化状态, 多年冻土年平均地温以0.0075 ℃·a^-1的速率上升.     

青海高原中、 东部多年冻土及寒区环境退化

近年来, 随着全球气候变暖和人类社会经济活动的增强, 处于季节冻土向片状连续多年冻土过渡区的青海高原中、 东部多年冻土退化显著. 巴颜喀拉山南坡清水河地区岛状冻土分布南界向北萎缩5 km; 清水河、 黄河沿、 星星海南岸、 黑河沿岸、 花石峡等岛状冻土和不连续多年冻土出现融化夹层和不衔接多年冻土, 有些地区冻土岛和深埋藏多年冻土消失, 多年冻土上限下降、 季节冻结深度变浅; 片状连续多年冻土地温升高、 冻土厚度减薄. 1991-2010年巴颜喀拉山南北坡不连续多年冻土分布下界分别上升90 m和100 m, 1995-2010年布青山南北坡不连续多年冻土分布下界分别上升80 m和50 m. 造成冻土退化的主要原因为气候变暖, 使得地表年均温度由负变正, 冻结期缩短, 融化期延长, 冻/融指数比缩小. 伴随着冻土退化, 高寒环境也显著退化, 地下水位下降, 植被覆盖度降低, 高寒沼泽湿地和河湖萎缩, 土地荒漠化和沙漠化造成了地表覆被条件改变.     

青藏高原热喀斯特湖与多年冻土的相互作用

为深入理解热喀斯特湖与多年冻土间的相互作用, 本文以青藏高原北麓河盆地典型热喀斯特湖区域为例, 构建考虑热传导和热对流过程的水-冰-热耦合模型, 对热喀斯特湖作用下的多年冻土退化特征及热喀斯特湖的水均衡进行模拟,计算地质环境和气候变暖对热喀斯特湖水均衡和冻土的影响。研究结果表明: 热喀斯特湖周围冻土逐步退化并形成贯穿融区, 导致地下水循环模式发生改变;在地表温度作用下, 形成的活动层厚度为3.35 m;热喀斯特湖在整个模拟时段内表现为负均衡, 其排泄量在285~388 a间显著增加;地层渗透性能决定了热喀斯特湖和生态环境的发展方向;气候变暖加速多年冻土向季节冻土转变。研究结果可为进一步认识寒旱区生态水文过程提供科学依据。     

Permafrost and groundwater on the Qinghai-Tibet Plateau and in northeast China

The areal extent of permafrost in China has been reduced by about 18.6 % during the last 30 years. Due to the combined influences of climate warming and human activities, permafrost has been degrading extensively, with marked spatiotemporal variability. Distribution and thermal regimes of permafrost and seasonal freeze-thaw processes are closely related to groundwater dynamics. Permafrost degradation and changes in frost action have extensively affected cold-regions hydrogeology. Progress on some research programs on groundwater and permafrost in two regions of China are summarized. On the Qinghai-Tibet Plateau and in mountainous northwest China, permafrost is particularly sensitive to climate change, and the permafrost hydrogeologic environment is vulnerable due to the arid climate, lower soil-moisture content, and sparse vegetative coverage, although anthropogenic activities have limited impact. In northeast China, permafrost is thermally more stable due to the moist climate and more organic soils, but the presence or preservation of permafrost is largely dependent on favorable surface coverage. Extensive and increasing human activities in some regions have considerably accelerated the degradation of permafrost, further complicating groundwater dynamics. In summary, permafrost degradation has markedly changed the cold-regions hydrogeology in China, and has led to a series of hydrological, ecological, and environmental problems of wide concern.     

多年冻土地区机场跑道修筑技术现状

我国分布有大面积的多年冻土, 根据我国机场建设的中长期规划, 未来将在多年冻土区修建大量机场, 这些机场的修建将不能避免多年冻土问题. 国内关于冻土区机场跑道修筑的经验非常有限, 国外则开始的较早, 并积累了一些经验. 总结分析国内外多年冻土区机场跑道修筑技术的现状, 其跑道类型主要有: 基岩跑道、开挖换填法修筑的跑道、铺设隔热层的跑道、安装热管的跑道, 共4类. 由于我国多年冻土区的特殊性, 国外的跑道修筑经验只能在一定程度上参考. 由于飞机跑道不同于铁(公)路的特殊性, 近年国内在冻土区铁(公)路的修建过程中采用的稳定冻土地基的工程措施如何应用到机场跑道的建设上, 仍需进一步研究、验证和实践. 将来在我国多年冻土区修建机场跑道, 应结合国外已有的技术和经验, 并以我国在多年冻土区线性工程中已取得的经验作为基础, 进一步研究我国多年冻土区机场跑道修筑的关键技术.     

中国陆域天然气水合物调查研究主要进展

我国是世界上既有海域水合物也有陆域水合物的少数几个国家之一。中国地质调查局高度重视陆域水合物调查研究,2016年正式设立“陆域天然气水合物资源勘查与试采工程”,通过对我国重点冻土区开展地质、地球物理和钻探调查,研发有效的陆域水合物调查、钻探和资源评价技术,初步摸清资源家底,评价资源潜力。自2002年开始探索性调查以来,已在青海省发现木里天然气水合物产地1处、昆仑山垭口盆地和乌丽地区疑似产地2处及系列找矿线索,评价出南祁连盆地、羌塘盆地及漠河盆地三大成矿远景区、12个成矿区带,资源潜力巨大; 在祁连山木里地区成功实施单直井和水平对接井试采,并取得了陆域天然气水合物成矿理论、勘采技术、环境调查和平台建设系列成果。以上成果有力推进了我国天然气水合物资源勘查试采进程,支撑国务院将天然气水合物设为第173个新矿种,初步形成“海陆并举、资环并重”的良好局面。     

中国冻土区天然气水合物调查研究

中国是世界上第三大冻土国,在青藏高原和东北大兴安岭地区分布着大片的多年冻土区,并有较好的天然气水合物形成条件和找矿前景。20世纪90年代末就有部分科研人员开展了中国冻土区天然气水合物形成条件和分布预测的研究工作。2002年开始,中国地质调查局先后设立了5个地质调查项目,对中国冻土区开展了地质、地球物理、地球化学和遥感调查工作,并在祁连山冻土区成功地钻获了天然气水合物实物样品,取得了找矿工作的重大突破,使中国成为世界上既有陆地水合物也有海底水合物的少数几个国家之一。目前中国冻土区天然气水合物研究中仍存在着调查研究程度较低、技术装备落后、未开展试生产研究等问题。随着国家对天然气水合物重视程度的加强,中国冻土区天然气水合物的调查研究进程将会进一步加快,并有可能在不久的将来实现试生产。     

An application of a new method in permafrost environment assessment of Muli mining area in Qinghai-Tibet Plateau,China

The permafrost environment in the Muli mining area, an opencast mining site in the Qinghai-Tibet Plateau, China, is now undergoing significant degradation because of the ongoing mining activities. The permafrost environment in this mining site had already been evaluated by previous study, in which analytic hierarchy process was applied. Although this method can roughly characterize the permafrost environment of this mining site, it has limitations by being easily affected by man-made factors. In view of this limitation, this study attempts to employ a new method, the catastrophe progression method, to estimate the current stage of the permafrost environment in this mining area. The results show that, by catastrophe progression method, currently the calculated indexes of the permafrost freezing–thawing disintegration, permafrost thermal stability, permafrost ecological fragility, and the permafrost environment are 0.43 (general situation), 0.77 (general situation), 0.71 (bad situation) and 0.83 (general situation), respectively. These values imply that the permafrost environment has been damaged by anthropologic activities to a certain degree and potentially may be further degenerated. However, at this degree, a new equilibrium stage of permafrost environment could be achieved if the current state of environmental degradation is stabilized and treatments are constructed against further damages.     

中国大陆多年冻土线空间分布基本特征

本文主要根据多年冻土与气候参数的相关关系,结合现代多年冻土分布,依据我国104个气候台站的气象数据,计算出年平均温度、年较差和多年冻土线理论海拔高度,研究我国多年冻土线空间分布特征。中国大陆多年冻土线高程明显受高度地带性和纬度地带性控制,自北向南海拔高度逐渐增大。东部地区的多年冻土线高程从东北的<1200m,至海口附近增到5700m;西北地区的多年冻土高程从阿尔泰山的2600m,至昆仑山增至4500m左右,要比东部同纬度的冻土线高出1400~800m;青藏高原的多年冻土线高程基本上稳定在4500~5000m.在此基础上,进而探讨了中国现代气候多年冻土线与气候雪线之间的关系。      

物探技术在我国多年冻土勘测中的应用

现代物探技术在冻土勘查和研究中始终发挥着重要的作用.40a来通过不断努力,我国冻土物探事业的发展历经了从无到有、从手段简单到方式多样、单一物探参数到多参数反映冻土诸多特征的发展历程.通过物探手段在不断提高冻土类型识别和划分精度等方面均取得了长足的进步,现已成为我国多年冻土勘察、动态监测、变化规律认识和环境工程地质评价等研究中的关键手段之一.文章分别就地球物理勘测方法在我国寒区中的应用、研究、现状,国际开展相关的研究内容和我国在相关研究领域中的地位、存在问题及今后发展方向等方面进行了概括论述。     

冻土天然气水合物开采技术进展及海洋水合物开采技术方案研究

调查发现,陆域永久冻土层及海域都存在着天然气水合物资源。我国2007年和2008年先后在南海海域及祁连山木里地区发现水合物实物样品。中国地质调查局于2010年开始实施冻土水合物试采技术研究及现场开采试验,2017年将在我国南海海域实施海洋水合物试采,相关准备工作正在进行中。本文介绍了陆域水合物试采进展及海洋水合物试采技术方案的构思。