青藏高原多年冻土区地下水特征及开发利用前景分析

通过分析青藏高原多年冻土地带地下水的特征, 阐述了多年冻土地下水生存的类型, 并结合青藏铁路勘察所获取的地下水水量、水质资料, 对多年冻土区地下水的开发利用前景进行了分析并提出了地下水的开采参数.     

多年冻土地下水及其变化研究进展

冻土的低渗透性改变了地表水下渗,导致寒区流域产汇流过程发生改变;其季节冻融及引起的活动层深度变化,改变了土壤含水量从而调蓄流域储水量。过去数十年,气候变暖引起冻土退化重塑了寒区水文地质环境、改变了地下水热状况;而多年冻土退化的后果是其所含有的固态冰向液态地下水转化,进而改变多年冻土地下水的时空模态、生态环境和工程设施基础,影响多年冻土的碳汇功能,以及释放封存于其内的温室气体并进一步加速气候变化。尽管水化学和数值模拟技术的发展提升了人们对于冻土地下水补径排和循环机理的理解,但冻土区恶劣的环境和直接监测地下水的困难,仍然使冻土地下水研究存在巨大挑战。本文通过梳理多年冻土地下水相关文献,刻画了多年冻土地下水的时空模态,探讨了冻土与地下水的相互作用,认为在未来的研究中,水化学方法应更加侧重于冻土地下水动态,数值模拟应更加侧重于地下水热过程。另外,还整合了气候变化背景下多年冻土地下水变化的相关研究成果,描述了从补给区-排泄区、冻土融化起始-长期退化至消失过程中地下水的赋存、补径排变化以及这些变化所带来的影响。最后,尝试性探讨了冻土地下水研究未来可能的发展,以期为多年冻土地下水水文、水资源和生态环...     

青藏高原多年冻土区沥青路面下融化盘形成变化特征

在青藏高原多年冻土区，沥青路面的辅设改变了地表与大气之间的热交换关系，尤其是路面水分蒸发量大量减少，致使路面突然升高，多年冻土层内能量积蓄增多，地温升高，上奶宵年下降。最终在路基下多年冻土顶板上形成融化夹层，并随时间延长，多年冻土顶板下降，融化夹层逐年扩大，多年冻土地下冰融化，路面破坏，严重影响道路运营。     

青藏高原多年冻土区冻害类型及防治

文中从青藏高原的多年冻土出发,对高原多年冻土的分布及变化规律进行了概括论述。多年冻土的下界高度随纬度增高而降低的规律十分明显,平均每增高纬度1°,冻土下界降低80～100m,年平均地温增加0.9℃～1℃。多年冻土的厚度随海拔增高而增厚的垂直分带规律也很强,大约海拔每升高100m,冻土厚度增加15～20m,最大揭露多年冻土厚度为128.09m。同时对多年冻土区的冻害类型进行划分,对其比较常见和典型的主要灾害特征进行归类;并提出防治措施和建议。     

高寒多年冻土区地下水污染运移快速计算探讨

中国的多年冻土面积约215万km2,约占国土面积的22%,世界第三位。我国高寒多年冻土区多位于西部(青海、西藏、新疆等),长期以来,这些地区人类活动程度低、经济效益薄弱,21世纪前几乎没有受到工业化进程的威胁,所以地下水污染问题并不突出。直至21世纪,随着经济发展,人类活动加剧,资源开采与垃圾污染日益增多,环境问题中尤其是地下水污染引发的生态灾害逐步凸显,加之高寒多年冻土区环境承载力弱,破坏后不易修复,高寒多年冻土区污染现象理应得到更多关注。近年来关于高寒冻土区地下水污染的学术讨论并不多,关于其污染运移的研究同样很少。本文将通过简化解析条件、列出解析查询表、数值模拟检验的手段,探讨高寒多年冻土区地下水污染运移简易算法的可行性,为今后进一步工作打下基础。经计算,查表法的计算结果偏保守,与解析法和数值法相比,误差约20%。     

青藏高原多年冻土区地温年变化深度的变化规律及影响因素

地温年变化深度的准确判断对于多年冻土发育特征评估、寒区冻土模式下边界深度的确定具有重要意义.通过对青藏高原地区典型钻孔地温数据进行分析,初步揭示了多年冻土地温年变化深度的变化规律及其影响因素,并提出一种简化了地表和活动层状态影响的地温年变化深度估算方法.结果表明：研究区低温冻土的地温年变化深度平均值比高温冻土大4.6 m,随着冻土温度升高,地温年变化深度基本上呈减小趋势,部分低温冻土钻孔由于土层含水率过高导致地温年变化深度相对较小;由于活动层水热动态和冻融过程的影响,地温年变化深度与浅层（0.5 m）温度年较差相关性不显著,而与多年冻土上限附近温度年较差的大小呈显著正相关关系;地层介质的热扩散率差异是导致地温年变化深度区域差异和变化的主要原因,土层含水率、温度、质地以及水的相态是影响地层热物理性质重要因素.     

青藏高原多年冻土区地下水特征及开发利用前景分析

通过分析青藏高原多年冻土地带地下水的特征，阐述了多年冻土地下水生存的类型，并结合青藏铁路勘察所获取的地下水水量、水质资料，对多年冻土区地下水的开发利用前景进行了分析并提出了地下水的开采参数。     

青藏高原多年冻土区典型高寒草地生物量对气候变化的响应 青藏高原多年冻土区典型高寒草地生物量对气候变化的响应

多年冻土区冻土生态系统对气候变化极其敏感,利用在长江黄河源区实测的高寒草甸和高寒草原植被生物量数据以及青藏高原降水、气温以及地温等的空间分布规律,建立了长江黄河源区高寒草甸与高寒草原等主要高寒生态系统地上与地下现存生物量对气候要素变化的多元回归模型.预测分析表明：如果未来10 a气温增加0.44℃.（10a）^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量分别递减2.7%和2.4%,如果同时降水量小幅度增加8 mm.（10a）^-1,则地上生物量可基本保持现状水平略有减少;在气温增加2.2℃.（10a）^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量年分别平均减少达6.8%和4.6%,如果同期降水量增加12 mm.（10a）^-1,高寒草甸地上生物量可基本维持现状水平略有增加,而高寒草原地上生物量则递增5.2%.高寒草原植被地上生物量对气候增暖的响应幅度显著小于高寒草甸,而对降水增加的响应程度大于高寒草甸.明确高寒草地植被生物量随气候变化的演变趋势,对于青藏高原生态环境保护和研究气候变化对青藏高原生态系统碳循环和河源区水循环的影响具有重要意义.     

青藏高原腹地高原多年冻土区能量收支各分量的季节变化特征

利用2007年青藏高原冰冻圈观测研究站在唐古拉和西大滩综合观测场的实测资料,计算了藏北高原多年冻土区2种不同植被下垫面的能量收支各分量,并对其季节变化特征和主要影响因素进行了分析.结果表明,该区域地表净辐射季节变化十分显著,主要受到太阳高度角和下垫面状况的影响;地表热通量季节变化同净辐射相似;感热通量春季达到最大,在夏...     

Slope instability phenomena in permafrost regions of Qinghai-Tibet Plateau, China

Permafrost covers a significant area of the Qinghai-Tibet Plateau. Slope instability problem in the region was often neglected, though it plays important roles in engineering construction and landform processes. In this paper, the slope instability phenomena in the permafrost regions on the plateau are discussed. The slope failures often occur in the forms of thaw-induced landslides and gelifluction. Thaw-induced landslides are closely related to active layer detachment and changes of permafrost conditions. Such landslides include retrogressive flow and thaw slump and are hazardous to engineering constructions. Gelifluction includes deep-seated movement and surface movement. It is an important factor in landform planation because it may spread over a large area and remain active for a long period of time.     

Thaw-induced slope failures and stability analyses in permafrost regions of the Qinghai-Tibet Plateau,China

The distribution of permafrost-related slope failures along the Qinghai-Tibet Highway from Wuddaoliang to Fenghuoshan correlates with ice content, slope gradient, and ground temperature. Slope failures are of two types. (1) Retrogressive thaw slumps result from icy permafrost being exposed by either man-induced excavation or fluvial-thermal erosion and undercutting of basal slopes. (2) Active-layer-detachment failures are caused by thaw of icy permafrost at the active layer-permafrost interface. After initial failure, active-layer-detachment failures can lead to retrogressive thaw-slumping and localized surficial landslide. Common trigger mechanisms for failure include high summer air temperatures and heavy summer precipitation. A third possible trigger mechanism for slope failure is earthquake occurrence. A geotechnical slope stability analysis was undertaken for an active-layer-detachment failure that had progressed into a retrogressive thaw slump. A safety factor (F _s ) of 1.24 for the natural slope was determined using in situ tested strength parameters. However, the slope would lose stability when either the groundwater level over the permafrost table exceeded 1.42 m or seismic acceleration reached, or exceeded, 0.03?g.     

青藏高原天然气水合物的形成与多年冻土的关系

天然气水舍物是一种新型清洁能源,赋存在多年冻土区和海洋沉积物等低温高压环境中。青藏高原多年冻土面积占高原总面积的一半以上．是可能的天然气水舍物赋存区。根据青藏高原多年冻土条件和天然气水舍物形成的热力学条件,讨论了多年冻土地温梯度、冻土厚度与天然气水舍物形成的热力学条件之间的关系和青藏高原存在天然气水合物的可能性。结果表明,青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的热力学条件,最适宜的热力学条件是多年冻土地温梯度接近或略大于多年冻土底板附近融土的地温梯度,且融土地温梯度越小,越容易形成天然气水舍物。估算得到天然气水舍物最浅的顶界埋深为74m左右,最深的底界埋深达上千米。     

青藏高原多年冻土退化对蒸散发的影响

青藏高原作为“亚洲水塔”对气候变化极为敏感,研究气候变化下青藏高原多年冻土退化对蒸散发的影响有助于理解多年冻土地区水文过程对气候变化的响应情况。基于Budyko-Fu假设,构建了考虑多年冻土活动层厚度变化的水热耦合模型,建立了符合青藏高原多年冻土区的模型参数化方案,通过设置情景假设探讨了多年冻土退化对蒸散发的影响。模拟结果表明：1982—2018年青藏高原多年冻土区平均年蒸散发为275.6 mm,空间分布由东南向西北递减;研究区年蒸散发整体上以3.57 mm/a的速率上升。多年冻土活动层加深会引起蒸散发的增大,忽略冻土退化因素将导致约2.2%的蒸散发低估。冻土退化对蒸散发的影响呈现显著的空间异质性,土壤有效含水量和植被覆盖度越低的地区,蒸散发对冻土退化的响应越敏感。     

青藏高原多年冻土区埋地输气管道周围温度场数值分析

通过建立管道与多年冻土热相互作用的计算模型,利用数值分析方法探究了不同管温（输运温度）工况下冷输天然气管道对管周土体冻融过程和多年冻土热稳定性的影响。研究表明：5℃正温输运天然气管道可造成下覆冻土上限下降约11倍管径,管周多年冻土退化严重;0℃输运会导致管底下部高温不稳定冻土范围扩大,管底土体强度及承载性能降低,不利于保持多年冻土和管道运营稳定性;-1℃和-5℃负温输运可有效提高冻土人为上限,保持管底冻土温度稳定,但-5℃时管道下部土体温度降低明显,可能导致冻胀病害发生。就管周冻土热稳定性而言,在青藏高原多年冻土区采用冷输（负温输送）工艺输运天然气有利于保护管周多年冻土,是可行的。     

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。     

青藏高原天然气水合物的形成与多年冻土的关系

天然气水合物是一种新型清洁能源,赋存在多年冻土区和海洋沉积物等低温高压环境中。青藏高原多年冻土面积占高原总面积的一半以上,是可能的天然气水合物赋存区。根据青藏高原多年冻土条件和天然气水合物形成的热力学条件,讨论了多年冻土地温梯度、冻土厚度与天然气水合物形成的热力学条件之间的关系和青藏高原存在天然气水合物的可能性。结果表明,青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的热力学条件,最适宜的热力学条件是多年冻土地温梯度接近或略大于多年冻土底板附近融土的地温梯度,且融土地温梯度越小,越容易形成天然气水合物。估算得到天然气水合物最浅的顶界埋深为74m左右,最深的底界埋深达上千米。     

青藏高原多年冻土区不同草地类型生态系统呼吸季节差异性

研究多年冻土区不同草地类型及季节生态系统呼吸,对理解青藏高原碳源汇关系及其对气候变化响应具有重要意义。在青藏高原风火山选取高寒草甸和沼泽草甸对生长季和非生长季生态系统呼吸进行观测。结果表明：生态系统呼吸呈明显的日变化和季节变化,高寒草甸日变异系数（0.30~0.92）高于沼泽草甸（0.12~0.29）,高寒草甸非生长季生态系统呼吸白天/晚上比高于生长季,而沼泽草甸季节变化较小;季节变化与5 cm地温变化一致。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸平均速率分别为0.31和0.36 μmol·m^-2·s^-1,生长季分别为1.99和2.85 μmol·m^-2·s^-1。沼泽草甸生态系统呼吸年排放总量为1 419.01 gCO₂·m^-2,显著高于高寒草甸（1 042.99 gCO₂·m^-2）,其中非生长季高27%,生长季高39%。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸总量分别为268.13和340.40 gCO₂·m^-2,分别占全年的25.71%和23.99%。两种草地类型生态系统呼吸与气温、5 cm和20 cm地温均显著相关,可解释37%~73%的季节变异,除生长季沼泽草甸外,生态系统呼吸与5 cm地温相关性最高。非生长季5 cm地温对应Q₁₀为4.34~5.02,高于生长季（2.35~2.75）,且沼泽草甸高于高寒草甸。生长季生态系统呼吸与土壤水分无显著关系,而非生长季生态系统呼吸受土壤水分显著影响（R²：0.21~0.40）,随土壤水分增加而增加。     

青藏高原坡面冻土土壤水分空间变异特性

为深入揭示坡面冻土水分运移规律及其主要影响因子,以青藏高原巴颜喀拉山北坡为例,结合冻融变化过程,研究不同地形条件冻土土壤水分空间变异特征,利用分类回归树模型（CART）和典范对应分析（CCA）识别影响坡面冻土土壤水分空间异质性的主控因子及其相互作用关系。研究结果表明:①受坡面地形与冻融过程影响,冻结期坡面冻土土壤水分侧向流动减弱,以垂直迁移为主,上坡位含量高于下坡位,反之,融化期上坡位含量则低于下坡位。②影响坡面冻土土壤水分的主要环境因子为高程、土壤质地、土壤温度和植被覆盖度,但在不同冻融阶段下其影响因子存在差异,在冻结状态下主要因子为高程、土壤质地和土壤温度,其相对贡献率分别达到19.97%、19.45%和9.56%;在融化阶段下主要因子为高程、植被覆盖度和土壤质地,其相对贡献率分别为37.4%、14.9%和10.7%。③ 0~20 cm浅层深度上影响坡面冻土土壤水分的主要因素为坡度、高程和植被覆盖度,其相关系数分别高达0.941 2、0.903 9和0.563 1;中下层深度上其主要影响因素较为复杂。     

降雨对青藏高原多年冻土区地表辐射的影响 ——以北麓河地区为例

青藏高原地表辐射变化影响多年冻土地表能量收支平衡、热工计算温度场边界条件以及冻土热稳定性.降雨变化是影响地表辐射的重要因素,以青藏高原北麓河地区的地表辐射资料和浅层地表水热监测数据为基础,分析了降雨对多年冻土区地表辐射特征的影响.研究表明:受降雨影响,辐射分量具有明显的日变化和年际变化特征,短波辐射被严重削弱,地面长波...