青藏公路沿线多年冻土变化及环境意义(英)

The permafrost on the Qinghai-Tibet Plateau(QTP) is unstable and sensitive to thermal disturbance due to the combined influences of anthropogenic forcing and global warming on the unique environmental background for permafrost development and preservation. Observations in about 40 years show natural and engineering environments of permafrost region along Qinghai-Tibet Highway(QTH)have changed significantly. The change of permafrost environments on the plateau will result in the remarkable shifts of physical geography and engineering geological environments. In addition, permafrost on the QTP responses actively and feedbacks to global climatic changes significantly. The study of permafrost on the plateau is no less important than the Arctic and Antarctic, and also provide a valuable linkage of climatic and environmental change studies between the other two poles. As the development of the plateau and adjacent areas in large scale is eminent, permafrost as the most important natural environmental factor, its stability and possible changes are extremely important in regional economical development. Therefore, the prediction of these changes and reasonable assessment of permafrost engineering conditions on the plateau based on permafrost monitoring are indispensable for the healthy and sustainable economical development in these regions.     

青藏公路沿线多年冻土对气候变化和工程影响的响应分析

青藏公路沿线工程和气候变化影响下多年冻土变化监测表明,多年冻土对工程活动和气候变化的响应过程存在着较大差异,不同年平均地温的多年冻土使这种差异变得更为明显.分析结果表明:气候变化下低温多年冻土变化要大于高温多年冻土,工程状态下低温多年冻土变化要小于高温多年冻土;气候变化引起的低温多年冻土变化要大于工程对其的影响,而高温多年冻土正好相反.造成这一结果原因主要是由于在工程建设完成初期,相对于气候影响,工程作用对多年冻土的影响具有放大作用,这使得工程状态下多年冻土对气候变化基本没有响应.按照气候影响下多年冻土温度年变化速率来推测,低温多年冻土表面温度升温到工程状态需要50a左右时间,高温多年冻土需要20a左右.6m深的低温多年冻土温度升温到工程状态需要20a,高温多年冻土仅需要5~8a.     

局地因素对青藏公路沿线多年冻土区地温影响分析

气候是多年冻土形成与变化的动力,局地因素则通过改变地表辐射、对流和传导过程对多年冻土产生影响,导致多年冻土发生空间分异.应用青藏公路沿线大量的观测资料分析了局地因素对多年冻土区地温所产生的影响.结果表明:地形地貌、植被、积雪、土壤性质及含水量等局地因素,对青藏公路沿线地区多年冻土的发育和多年冻土热状况有显著影响.局地因...     

青藏公路沿线多年冻土区的构造融区水资源及其供水意义

系统总结了青藏公路沿线多年冻土区重点城镇的供水现状,分析了构造融区水的供水水文地质条件,指出多年冻土区的构造融区水这一高原寒区特有的地下水类型对于沿线城镇的发展有着重要的战略意义,构造融区水将成为沿线地下水开发利用的主要方向。     

青藏公路多年冻土区预警系统研究

在全球气候转暖和人类活动影响下,使多年冻土地区公路工程地质产生了新的变化。为了研究这些变化对公路路基稳定性的影响,展开长期的预警观测研究,本文引入模糊数学理论,从影响多年冻土区公路路基病害的因素中选择冻土年平均地温、冻土类型（冻土含冰量）、人为上限的变化、路基排水状况、特殊措施调控效果等关键因子,建立其语言变量及模糊隶属度函数,并综合历年来病害调查研究成果,总结病害的形成机理和专家经验,形成37条由语言变量描述的路基病害影响因子与病害严重程度之间关系的逻辑规则。运用Matlab模糊逻辑工具箱建立青藏公路多年冻土区预警系统。     

青藏公路沿线的多边形土

多边形土是一种最引人注目的冰缘现象之一,它的发生是和冰缘环境密切相联系的。 几年来,我们在青藏公路沿线不同地貌部位与不同的第四纪沉积物上,发现了两种不同规模的多边形土,它们是不同地质时期和不同气候条件下的产物,具有一定的环境意义。第一种为大型的多边形土,第二种为小型的多边形土。第一种发育在四种不同的地貌部位上:(1)发育在唐古拉山南坡山前巨大的冰川槽谷中,最大直径100—150米1),主要由冰碛物和唐古拉山基岩风化后的碎屑物质组成;(2)发育在长江支流沱沱河源各拉丹东雪山群与祖尔肯鸟拉山之间晚更新世早期冰碛垅岗的斜坡上,直径14—25米,充沙的裂缝宽度0.3—l米,长有草本植物;(3)发育在风火山北部左冒西孔曲河流二级阶     

青藏公路沿线多年冻土区土壤热通量参数化方案的优化和检验

土壤热通量是地表能量平衡的重要分量,其估算方案在研究地表能量平衡研究中必不可少。利用青藏公路沿线5个站点0~20 cm的实测土壤层温、湿度及5 cm土壤热通量资料,以翁笃鸣气候学计算方案为基础建立了优化的5 cm土壤热通量计算方案。通过唐古拉和西大滩两个独立站点的检验结果表明,优化方案的结果相对于原方案有较大的改善,唐古拉和西大滩5 cm土壤热通量均方根误差值分别减小了3.2 W·m^-2和4.8 W·m^-2,而相对误差分别减小了61.9%和36.1%,即新方案能够较好地估算出青藏公路沿线多年冻土区5 cm土壤热通量。使用优化方案模拟了青藏公路沿线11个站点5 cm土壤热通量变化,结果显示,近十年青藏公路沿线土壤热通量呈现出增大的趋势,其中,5 cm土壤热通量增大了近1.0 W·m^-2,而且各观测场的年平均土壤热通量值均大于0.0 W·m^-2,表明就年尺度而言,热量有盈余,盈余热量用于加热下层土壤,引起活动层厚度增加,平均状况下土壤热通量每增大1.0 W·m^-2,活动层厚度增大约21.0 cm。     

青藏公路多年冻土区冻土工程研究新进展

系统回顾了青藏高原多年冻土区公路工程冻土研究的过程和研究的内容 ,重点阐述了 90年代开展的冻土研究的研究成果 ,从冻土工程地质、路基下冻土温度场、冻土环境的影响、冻土工程分类、地理信息系统 5个侧面 ,来反映近年来在青藏公路研究中所取得的研究成果 ,这些成果为青藏铁路建设中重大冻土工程技术问题和工程设计提供了解决问题的科学依据     

青藏公路下伏多年冻土的融化分析

基于青藏公路沿线高温冻土区和低温冻土区2组地温观测孔5 a的地温观测资料, 研究了路基下伏多年冻土的融化状态, 定量分析了进入路基下多年冻土内的热状况. 结果表明: 路基近地表地温明显高于对应天然地表下的地温, 路基近地表经历的融化期长于对应天然地表, 高温冻土区路基内已形成贯穿融化夹层;进入高温冻土区路基下伏多年冻土内的热收支处于持续不断的吸热状态, 进入低温多年冻土区的热收支也呈现出吸热明显大于放热的周期性变化;高温冻土区接近0℃的地温及其持续不断的热积累是引起下伏多年冻土不断融化的主要原因. 低温冻土区进入多年冻土的热积累暂时以增高地温耗热为主, 随着地温的增高, 低温冻土区也可能发生强烈的冻土融化.     

青藏公路多年冻土段路基病害分布规律

多年冻土道路多出现路基沉陷变形和路基路面开裂破坏这两类病害. 根据青藏公路大量调查资料, 对路基病害与多年冻土类型及其稳定程度、工程历史、路基高度、路基边坡坡向的关系进行了分析. 结果表明, 多年冻土稳定性差、工程完工时间长、位于路基阳坡面的沉陷和纵裂均较严重, 而低路堤沉陷与高路堤纵裂均较严重.     

青藏公路多年冻土段路基病害分布规律

多年冻土道路多出现路基沉陷变形和路基路面开裂破坏这两类病害.根据青藏公路大量调查资料,对路基病害与多年冻土类型及其稳定程度、工程历史、路基高度、路基边坡坡向的关系进行了分析.结果表明,多年冻土稳定性差、工程完工时间长、位于路基阳坡面的沉陷和纵裂均较严重,而低路堤沉陷与高路堤纵裂均较严重.     

青藏公路沿线多年冻土区活动层起始冻融时间的时空变化特征和影响因素

多年冻土区活动层冻融格局对气候系统、能量平衡、水文过程和生态系统有重要的影响,地表冻融时间是反映冻融格局时空变化的重要指标。为了探明多年冻土区活动层起始冻融时间的影响因素和机制,通过对青藏公路沿线8个典型活动层观测场地表起始融化时间（OOT）和起始冻结时间（OOF）进行研究,分析了不同观测场起始冻融时间的时空差异及其影响因素。结果表明：（1）青藏高原多年冻土区活动层起始融化主要发生在4月中下旬,起始冻结主要发生在10月中下旬。OOT的年际变化幅度远大于OOF,每年起始冻结的发生较起始融化更为准时。（2）起始融化发生时的气温普遍比起始冻结发生时高1~4℃。气温对OOT的影响要比对OOF大,其中OOT的变化主要与春季气温有关,冬季气温对其影响不大。（3）植被和土壤水分对OOT和OOF有重要调节作用,土壤含水率越高,植被状况越好,起始融化和冻结的发生时间往往越迟。（4）在起始融化和冻结阶段,厚度较大和持续时间较长的积雪对地温变化有明显的抑制作用,对OOT和OOF有延迟作用。     

青藏公路低温多年冻土温度的多时间尺度分析

利用小波变换分析方法, 对青藏公路风火山监测场地天然状态下和路基中心下15 a的低温多年冻土温度时间序列进行了多时间尺度分析和趋势预测. 结果表明: 天然地表和路基下部多年冻土温度变化具有多时间尺度特征, 二者多时间尺度周期的时频分布特征存在较大差别. 天然地表具有简单的规律性, 路基中心的规律相对较复杂, 主要体现在冻土上限附近. 天然地表下当前均处于暖期, 深层主要受气候长周期波动控制, 使其在进入冷暖期的时间上滞后于上层; 路基中心下浅层和深层的冷暖期相反, 浅层处于暖期, 深层处于冷期, 其长度随热交换量大小和热量积累的变化也不统一, 给路基的稳定性带来了更大的隐患, 但也为控制、减少和治理冻土路基中的病害提供了新依据.     

青藏公路沿线现代冰缘作用类型及其特征

青藏公路格尔木至拉萨段南北向横穿青藏高原多年冻土区,这个中低纬度的高海拔型的多年冻土区,具有特殊的地质、地貌、气候等条件,具备了冰缘发育所要求的温度、水分及物质等条件,导致公路沿线各种冰缘作用营力强烈,冰缘地貌类型繁多。笔者根据多年来在青藏公路沿线的调查研究和其他学者的工作。将本区的冰缘现象及其特征作一概述。     

青藏铁路沿线天然场地多年冻土变化

基于青藏铁路沿线30个天然场地2006—2015年地温观测资料,对多年冻土天然上限(以下称冻土上限)及其变化、不同深度冻土地温及其变化进行分析,研究了近期多年冻土时空变化特征。观测结果表明,冻土上限为0.88~9.14 m,平均为3.54 m。在冻土上限下降的场地中,冻土上限下降幅度为0.05~2.22 m,平均为0.51 m;冻土上限下降速率为0.01~0.25 m/a,平均为0.07 m/a。高温冻土区冻土上限下降幅度与下降速率分别大于低温冻土区的0.47 m与0.06 m/a。总体而言,冻土上限附近和15 m深度地温呈上升趋势。其中,冻土上限附近地温升温幅度为0.01~0.60℃,平均为0.16℃;冻土上限附近地温升温速率为0.001~0.067℃/a,平均为0.018℃/a。低温冻土区上限附近地温升温幅度与升温速率分别大于高温冻土区0.12℃和0.014℃/a。15 m深度地温升温幅度为0.01~0.48℃,平均为0.10℃,15 m深度地温升温速率为0.002~0.054℃/a,平均为0.011℃/a。低温冻土区15 m深度地温升温幅度和升温速率分别大于高温冻土区0.11℃和0.012℃/a。个别观测场地受局地因素影响,出现了冻土上限抬升和冻土地温下降的情形。     

青藏公路铺筑沥青路面后路基下多年冻土的变化

由于黑色沥青路面强烈吸热,使多年冻土区内约６０％路段的路基下人为上限逐年下降,造成冻土在垂向上呈不衔接接状,形成融化核,它加剧了路基不均匀沉陷,最后导致路面破坏,一路段路基下冻土类别发生变化或多年冻土层已完全融化。     

青藏公路多年冻土地区修筑沥青路面时的路基稳定问题

青藏公路是由内地通往西藏的主要交通干线之一。由于交通量日益加大,1973年起开始加铺沥青路面。该路行经多年冻土地区六百余公里,如何保证路基稳定是关系到工程质量的一个关键问题。