三峡不同蓄水阶段澎溪河CO2通量的初步研究

为掌握不同蓄水阶段温室气体通量强度,揭示水生生态系统在水库蓄水后的重建过程,选择2004年(蓄水后第1年)、2008年(蓄水后第5年)为典型年,结合同期主要环境参量,比较研究了三峡典型支流澎溪河回水区水柱表层CO₂分压p(CO₂)及其扩散通量F_CO2特征。研究发现,2004年澎溪河双江大桥处水柱表层p(CO₂)、F_CO2年均值分别为(101.9±7.5)Pa、(13.99±1.58)mmol/(m²·d),2008年相应为(129.1±16.4)Pa、(19.92±3.55)mmol/(m²·d)。水位上升淹没土地带来更多有机质降解,可能引起了p(CO₂)和F_CO2的总体升高;蓄水过程水域生态系统逐渐完善,浮游植物生长对p(CO₂)和F_CO2的影响逐渐显现。     

不同类型湿地CO2:CH4比例及其影响因素: 整合分析

湿地是温室气体二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)的主要来源之一,在全球碳循环中发挥着重要作用。由于CH₄在百年尺度上的全球增温潜势是CO₂的45倍,因此深入研究湿地CO₂:CH₄的排放比例及其影响因素对准确理解和预测湿地碳循环过程及其对未来全球变化的响应具有重要意义。本文采用文献整合分析方法,对比了不同类型湿地中CO₂:CH₄排放比例的特征及其影响因素。结果表明,藓类泥炭沼泽、滨海湿地和稻田中CO₂:CH₄排放比例显著高于草本沼泽、河流湿地和湖泊湿地等其他类型湿地;相关性分析研究发现,湿地CO₂:CH₄排放比例与pH和水位显著负相关,与盐度显著正相关。可见,藓类泥炭沼泽低水位和低pH抑制CH₄排放是导致其CO₂:CH₄排放比例较高的重要原因,而滨海湿地高盐分抑制CH₄排放是其CO₂:CH₄排放比例高的重要原因。与自然湿地相比,稻田CO₂:CH₄排放比例高与其人为施肥和稻草还田抑制CH₄排放有关。此外,大气温度、土壤温度、降水量、土壤含水率等因子也对湿地CO₂:CH₄排放比例具有重要影响,尽管它们之间的线性相关关系不显著。目前,湿地CO₂:CH₄排放比例和影响因素仍存在很大的不确定性,未来亟待加强不同类型湿地CO₂:CH₄排放比例及其关键影响因素研究。

     

热力耦合条件下超临界CO2驱替煤层CH4实验

为提高煤层CH₄抽采效率,利用自主研发的实验系统,模拟超临界CO₂在深部煤层中驱替CH₄的过程,开展了不同温度和注入压力条件下原煤试样中超临界CO₂渗流、吸附及驱替CH₄实验。结果表明：在恒定温度条件下,随着超临界CO₂注入压力逐渐增大,煤体渗透率提高,CO₂吸附量增加。超临界CO₂注入压力和温度对驱替效果影响显著。不同温度条件下,当超临界CO₂注入压力从8 MPa增至12 MPa,CH₄驱替量平均增长了0.076 cm³/g,CH₄驱替效率增加了17%~23%,超临界CO₂置换体积比呈线性递减趋势;相同注入压力条件下,温度每升高10℃,驱替效率平均增加8%,置换体积比平均下降0.5。研究结果为高效抽采煤层CH₄和实现CO₂封存提供理论依据。     

等压扩散下CO2对不同变质程度煤中CH4置换效应的影响

为了研究等压扩散条件下不同变质程度煤中CO₂置换CH₄特征规律,选择无烟煤、瘦煤和气肥煤3种煤样,进行了不同等压扩散压力下的等压扩散置换实验。实验结果表明：随着煤变质程度的增加煤吸附CH₄和CO₂的能力表现出逐渐增强的趋势,且CO₂的吸附量大于CH₄的吸附量;随着实验点扩散压力的增加,CO₂对CH₄的绝对置换量和置换率均随之增加,CO₂对CH₄的注置比却随之降低。在实验煤样变质程度范围内,CH₄置换率与煤变质程度和CO₂注置比均呈负相关关系。研究成果对井下注CO₂置换煤层CH₄的工程技术和理论具有指导意义。     

神农架大九湖泥炭湿地CH4通量特征及其影响因子

开展大九湖湿地生态系统CH₄通量研究,对深入了解碳循环机制、科学经营以及准确评估湿地生态系统碳收支等方面具有重要意义.以湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地为研究区域,采用涡度相关法对CH₄通量进行原位连续观测,分析了泥炭湿地CH₄通量变化特征及其影响因素.结果表明,大九湖泥炭湿地在2015年8月至2016年5月期间表现为CH₄的源,日通量均值为15.57 nmol·m-2·s-1.CH₄通量具有“夜间极大值”(2:00或22:00) 和“三峰模式”(6:00、12:00和22:00) 两种昼夜变化规律;CH₄通量具有明显季节变化规律,8月释放最多(36.46 nmol·m-2·s-1),3月释放最少(3.92 nmol·m-2·s-1).相关性分析表明,大九湖泥炭湿地CH₄通量受空气温度(T_a)、土壤温度(T_s)、土壤含水量(SWC)和摩擦风速(U*)的共同影响;不同时间尺度上,各影响因子与CH₄通量的相关性有所差异.曲线拟合得出,CH₄通量与T_a和T_s呈指数增长趋势,与SWC呈二次曲线关系.      

CO2强化煤层气产出与其同步封存实验研究

长期以来针对CO₂-ECBM已做了大量研究工作,然而有限的工业试验没能达到预期目的,使得这一煤层气强化技术推广应用欠缺。近些年随着各国碳中和路线的制定,CO₂封存逐渐受到重视,煤储层可否作为CO₂的封存空间、可否实现CO₂驱替CH₄和封存同步进行,又重新回归人们的视野。为此,以新疆准南区块目标煤层样为研究对象,采用不同CO₂与CH₄混合比例气体进行煤的吸附/解吸实验,探索混合气体比例对CO₂-ECBM和CO₂吸附封存潜力的影响。结果表明,随着混合气体CO₂比例减少,CH₄驱替效果降低,其中40%CH₄+60%CO₂混合气体的CO₂残余量最多,在解吸至0.7 MPa时已有83.05%的CH₄产出,而83.62%的CO₂吸附残余在煤中,表明其C...     

腾冲新生代火山区CO2气体释放通量及其成因

许多研究结果表明,休眠期火山主要通过喷气孔、温泉以及土壤微渗漏三种方式向大气圈释放温室气体。腾冲是我国重要的新生代火山区之一,同时也是主要的水热活动区,但是关于温室气体释放通量的研究却鲜有报道。本文首次估算了该地区土壤微渗漏和温泉水的CO2释放通量,并根据气体成分的分析结果探讨了这些温室气体的来源。2012~2013年连续两年使用密闭气室法现场测量了土壤微渗漏CO2通量,结果表明,马站、热海-黄瓜箐和五合-蒲川-团田三个地区通量较高,其中,热海-黄瓜箐地区平均通量最高,马站次之,五合-蒲川-团田地区最低。较高的土壤微渗漏CO2释放地区同前人推断的岩浆囊的分布在空间上具有较好的一致性;三个地区气体的3He/4He比值较高,三端元模拟结果表明,它们均有较高含量的幔源He释放;根据气体CO2/3He与δ13CCO,CO2模拟计算,CO2主要来源于碳酸盐矿物的脱碳作用和岩浆脱气。由此推断2的释放同深部的岩浆囊具有重要的成因联系,它为碳酸盐矿物的脱碳作用提供了主要的热源,同时也是重要的物质来源。根据土壤微渗漏CO2平均通量及火山、地热异常区的分布面积估算出三个地区土壤微渗漏CO2的释放通量分别为1.8×106t/a(马站),3.2×106t/a(热海-黄瓜箐)和2.0×106t/a(五合-蒲川-团田)。腾冲新生代火山区每年通过土壤微渗漏向大气圈释放CO2的量至少可达7.0×106t,为意大利Etna火山区释放CO2通量(1.4×107t/a)的二分之一。通过水岩相互作用计算温泉水中CO2气体的释放通量为4.9×104t/a。腾冲温泉气泡及温泉水向大气圈释放CO2气体的总通量为5.3×104t/a,远高于意大利Vulcano火山区温泉释放的CO2总通量(3.7×103t/a)。     

内陆水体CH4冒泡排放研究进展

内陆水体是大气甲烷(CH₄)的重要排放源,其中冒泡途径排放的CH₄对总排放贡献较大。通过梳理国内外研究的最新进展,系统介绍了内陆水体CH₄冒泡的产生、传输、氧化及排放机制,并概述了CH₄冒泡排放的测定方法与技术。其次,基于不同的时空尺度,对比分析了全球内陆水体的CH₄冒泡排放的时空变化特征;总结了CH₄冒泡产生与排放过程中相关影响因素的作用机制,并介绍了水体CH₄冒泡排放模型的发展现状。最后,探讨了内陆水体CH₄冒泡的潜在研究方向与挑战,为后续中国内陆水体CH₄冒泡排放观测、过程机理与调控机制探究、模型开发与估算等研究工作提供参考。     

青藏高原东部长江流域盆地地表化学剥蚀通量剥蚀速率大气CO2净消耗率研究

2000~2002年期间,笔者对青藏高原东部长江流域溶质载荷分别进行了取样分析并对流域盆地化学剥蚀通量、剥蚀速率和大气CO₂净消耗率进行了计算。结果表明,流域盆地化学剥蚀速率以河源区楚玛尔河最高为2.34×10⁶mol/a/km²,沱沱河最低为1.40×10⁶mol/a/km²,四大支流雅砻江为1.69×10⁶mol/a/km²,金沙江为1.74×10⁶mol/a/km²,大渡河为1.57×10⁶mol/a/km²,岷江为1.88×10⁶mol/a/km²;流域盆地ФCO₂估算结果以大渡河最高为101.81×10³mol/a/km²,楚玛尔河最低为7.55×10³mol/a/km²,金沙江为44.38×10³mol/a/km²,雅砻江为69.64×10³mol/a/km²,岷江为81.90×10³mol/a/km²,沱沱河为21.90×10³mol/a/km²。并对长江流域地表化学剥蚀速率主要控制因素进行了讨论。     

控制灌溉对稻田CH4和N2O综合排放及温室效应的影响

采用静态箱-气象色谱法对控制灌溉稻田CH₄和N₂O排放进行了观测,研究控制灌溉模式对稻田CH₄和N₂O排放的影响,并对其温室效应进行了评估。结果表明,控制灌溉稻田CH₄排放通量明显低于淹水灌溉稻田,且主要集中在分蘖前期和中期,全生育期CH₄排放量比淹水灌溉稻田减少73.2%～85.0%。控制灌溉稻田N₂O排放通量在水稻全生育期大部分时间都要大于淹水灌溉稻田,稻季N₂O排放量分别为106.65 mg/m2和96.40 mg/m2,控灌稻田较淹灌稻田增加了10.6%。控制灌溉稻田稻季排放CH₄和N₂O的全球增温潜势(GWPs)为726 kg/hm2,较淹水灌溉稻田减少了59.1%。控制灌溉模式能显著降低CH₄和N₂O综合排放的全球增温潜势。     

三峡水库调节作用对长江近河口段水文水动力特性影响

为了评估三峡水库蓄水对长江感潮河段水文水动力特性的影响,建立了具有预测功能的水动力模型。考虑径流与潮流之间的相互作用,模型在只有上边界流量过程的条件下可以给出下边界的潮位过程。在此基础上应用一维河网非恒定流数学模型,对三峡水库蓄水前后长江近河口段大通—徐六泾的水流运动进行了10年的数值模拟。统计分析结果表明,水库调蓄作用对感潮河段各站的潮位累积频率及水文水动力因素的年内过程变化影响甚大。     

Eutrophication investigation and assessment of the Daning River after water storage of the Three Gorges Reservoir

The Daning River is a very important tributary in the Three Gorges Reservoir area. It is also a famous scenic spot. Anomalies appeared after water storage of the reservoir in June, 2003. In September, 2003, eutrophication monitoring in the 135-m backwater reach of the Daning River was conducted and the data were simply analyzed. The assessment result is that water body in the segment from Shuauglong to Longmen was mesotrophic or eutrophic. At the same time, the causes of its nutritional change were discussed, and counter-measures have been proposed.     

三峡水库香溪河支流水域温室气体排放通量观测

开展对香溪河支流水体的温室气体排放观测,有助于增加对三峡水库支流温室气体排放情况的了解以及水华对温室气体排放的影响.研究采用静态箱-气相色谱法,于2009年10月至2010年10月先后11次开展对香溪河支流水体3种温室气体(二氧化碳、甲烷、氧化亚氮)排放强度的观测,结果表明:观测期间香溪河支流的二氧化碳平均排放通量约为76.52 mg/(m2·h),排放强度与水体中叶绿素a浓度呈显著负相关,支流水华期间,二氧化碳排放通量小于0,表现为对大气中二氧化碳的吸收;支流甲烷平均排放通量约为0.244 9 mg/(m2·h);氧化亚氮平均排放水平约为0.011 7 mg/(m2·h).通过将甲烷平均排放水平与三峡水库其它区域开展的研究结果进行对比表明:三峡水库的甲烷排放水平很低,明显不同于已有基于国外水库平均排放水平对三峡水库全区甲烷排放的估算结果.     

A multi-methodological approach to determine CO2 and CH4 fluxes and concentrations in solid waste disposal

The municipal solid waste （MSW） landfills are the significant sources of atmospheric contamination, due to biogas production by anaerobic decomposition of organic matter via bacterial activity. Biogas released from landfills is commonly composed of a mixture of methane （55%-60%） and carbon dioxide （40%-45%）, with minor contents of N2, H2, CO and traces of toxic and bad smelling inorganic and organic compounds. Particular attention has to be paid to CH4 and CO2 because of their liability for the greenhouse effect. Presently, the U.S. methane emission from landfills is considered to be about 25% of the total methane released to the atmosphere. Accordingly, field measurements should be planned in order to verify and, eventually, optimize the amount of gases released from waste disposals to the atmosphere. Simultaneous measurements of methane and carbon dioxide fluxes are an effective tool to better evaluate： （1） the amount of biogas released, （2） the real efficiency of the impervious cover, and （3） the presence of anomalous degassing zones or of newly formed fractures. Static closed-chamber methods for CH4 and CO2 flux measurements have been developed and used in both natural and artificial systems. Furthermore, portable gas-chromatographers equipped with flame ionization detector （FID） and accumulation chamber connected to infrared detectors （IR） .have been utilized for measuring CH4 and CO2 fluxes, respectively. This paper deals with a detailed investigation that combines （1） CH4 and CO2 flux measurements from solid waste disposal and surrounding areas （determined by an accumulation chamber equipped with two IR detectors, respectively）, （2） chemical composition of soil and piezometer gases （collected in pre-evacuated glass tubes and analyzed by gas-chromatography）, and （3） CO2 linear concentration measurements on optical air paths with IR laser devices. This multi-methodological approach was successfully applied to an active MSW in Tuscany （Central Italy）. The analytical results have shown that the CO2/CH4 ratios of the piezometer gases have large variations, likely related to the different stage of decomposition processes affecting the heterogeneous solid material of the waste landfill. Significant contents of light hydrocarbons and BTX were also detected.     

三峡水库近20年水面蒸发量分布特征及趋势分析

水面蒸发是三峡水库水体水量损失的主要部分,是研究水库水量平衡的基本要素。收集了三峡水库沿线7个气象局近20年的水面蒸发量观测资料,通过整理和合理性检验后,对三峡水库水体的水面蒸发量以及蒸发能力在空间和时间上的分布特征和变化规律进行了分析。分析成果表明:各观测站水面蒸发量逐月变化规律均一致;水面蒸发量逐年变化呈波动性,年蒸发量在变化过程中有显著下降的趋势。空间变化特征是月水面蒸发量由上游至下游呈现多个峰值和谷值的变化;年蒸发量是库区上游站点年蒸发量偏小,沿程变化从上游沙坪坝到下游巫山逐渐增大,然后从巫山到下游巴东逐渐变小。     

滑坡宏观机理研究——以长江三峡库区为例

在长江三峡库区310个滑坡调查和统计分析的基础上,将库区滑坡宏观变形机理分为滑动面控制、滑体控制和两者组合控制3类。滑动面控制机理表现为顺层斜坡的滑体边界没有明显形成之前,由于暴雨诱发,滑动面先丧失内聚力和摩擦阻力而引起滑体快速滑动．在滑动过程中滑坡边界破裂才发生;其显著特征是没有明显的滑动前兆、暴雨突然诱发、集中群发、单个滑体较薄、滑动面倾角陡、滑动面上没有擦痕和摩擦薄膜,并具有流一滑的特征。滑体控制机理表现为潜在滑体边界先发生宏观破裂,在重力和其他动力作用下发生蠕变滑动,然后克服潜在软弱面的摩擦阻力而发生快速滑动;其主要特征是滑坡有先存边界,滑动面上有大量擦痕和摩擦薄膜。两者组合控制机制表现为滑体边界破裂和滑动面蠕滑同时组合作用,导致滑坡快速滑动,多为可能多次发生滑动的老滑坡。     

长江三峡水库区危岩分类及宏观判据研究

危岩是三峡水库区主要地质灾害之一，约30，000余个位于陡崖或陡坡上。河流或沟谷强烈下切产生的岸坡岩体卸荷作用、软硬相间的岩层组合（如砂岩、泥岩）以及高强度的降雨或较大的日温差变化是三峡水库区危岩形成的基本条件，其破坏具有突发性、致灾具有毁灭性。目前将危岩分为滑塌式、倾倒式及坠落式3类，体现了危岩失稳破坏的主要模式。现场可识性不强、力学机理不明确，降低了危岩治理的针对性及有效性。据此，文章提出了现场易识性、力学机理明确性和失稳模式预判性的危岩分类原则，并将危岩分为单体危岩和群体危岩两大类。单体危岩分为压剪-滑动型危岩、拉剪-倾倒型危岩、拉裂-坠落型危岩及拉裂-压剪坠落型危岩；群体危岩分为底部诱发破坏型危岩及顶部诱发破坏型危岩。分析了各类危岩的基本特点；从陡崖（坡）断面形状、主控结构面、主控结构面走向与陡崖（坡）走向之间的组合关系以及岩性等方面构建了危岩分类宏观判据，经万州太白岩50余个危岩的现场验证，利用这些宏观判据判识的危岩与实际相符。     

三峡水库中期水文气象耦合预报应用试验及探讨

长江三峡河道因水库建设已成为水库库区,三峡河道原有产汇流规律的改变,造成水情预报有效预见期大幅缩短。随着近年来降雨预报水平逐渐提高,利用定量降水预报增长有效预见期已成为可能。因此,以探讨如何更好开展中期水文气象耦合应用为目的,以三峡入库日平均流量预报为对象,利用中期降雨预报信息,提出一种开展中期水文气象预报耦合试验方案及影响中期耦合预报试验的主要因素及改进方向。试验结果表明该耦合方法的应用是可接受的,具有一定的应用推广价值,可供大中型水库开展中期预报时参考。     

三峡水库区何家湾滑坡监测及防治措施研究

在研究了三峡水库区何家湾滑坡体空间形态、自然地理及地层岩性的基础上,从气象、水文、库区蓄水及水位变动因素入手,分析了滑坡形成的原因。根据库区地质灾害监测预警工程设计,结合何家湾滑坡的结构和变形特征,确定具体监测方法。对该滑坡进行了大地形变监测、地下水位监测、滑体深部位移监测及宏观监测。其中,大地形变监测数据分析表明:何家湾滑坡的最大变形量已超过2cm,且一直呈现增大趋势;地下水位、滑体深部位移均未发现明显异常,宏观监测亦未发现明显的新的变形迹象。通过分析监测资料并考虑到未来三峡水库蓄水,认为何家湾滑坡目前处于潜在不稳定状态。滑坡体在饱水及水库蓄水后,将处于临界蠕滑或失稳状态。结合滑坡体实际情况对滑坡防治进行初步研究,提出了采用回填压脚支档为主、辅以排水的综合治理措施;并建议加强数据远程传输的研究与实践,以解决目前监测效率不高的问题。