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。     

青藏高原多年冻土区热喀斯特湖水文特征及环境效应

全面认识热喀斯特湖水文过程的季节变化特征是准确评估其生态环境效应的关键。以青藏高原典型热喀斯特湖为例, 基于2018—2020年水文气象要素的野外观测及计算, 分析热喀斯特湖的水文特征及产生的环境效应。研究结果表明: ①春季降水补给热喀斯特湖, 迅速升高湖塘水位, 其中湖塘的储水量与湖塘水位之间存在较好的幂函数关系; ②湖面年均蒸发量和湖冰年均升华量分别可达738 mm和198 mm, 受温度升高的影响, 未来有增多的可能; ③热喀斯特湖水中离子质量浓度在暖季初期和后期较高, 冷季湖冰形成过程中自净作用和地球化学过程的影响使各离子表现出不同的迁移机制。受局地因素的影响, 热喀斯特湖的水文要素呈明显的季节变化特征, 水文循环过程会引起多年冻土退化、湖岸坍塌后退、水环境恶化、温室气体释放、土壤盐渍化、植被退化等, 未来研究需对整个高原地区热喀斯特湖的环境效应进行全面评估。     

青藏高原热喀斯特湖演化及其对多年冻土的热影响模型计算研究北大核心CSCD

青藏高原热喀斯特湖分布广泛,近年来在气候变暖背景下快速发展。热喀斯特湖的形成和发展与地下冰含量及气候变化有着密切关系,强烈影响多年冻土的热稳定性。为了更深入理解在气候变暖背景下热喀斯特湖的发展及其对下伏多年冻土的影响,以青藏高原北麓河地区一个典型热喀斯特湖的长期监测数据为资料,发展了耦合大气—湖塘—冻土三个过程要素的一维热传导模型,模拟了四种不同深度热喀斯特湖在气候变暖背景下的发展规律及其对多年冻土的热影响。结果表明:浅湖(<1.0m)在目前稳定气候背景下处于较稳定状态,湖冰能够回冻至湖底,对下伏多年冻土影响较小;较深湖塘(≥1.0m)冬季不能回冻至湖底,湖深不断增加,且底部在50年内将会形成不同深度的融区。随着气候变暖,热喀斯特湖的热效应显著,深度快速增加,较深湖塘的最大湖冰厚度减小,底部多年冻土快速融化形成开放融区。研究将有助于理解气候变化对青藏高原多年冻土区地貌演化及水文过程的影响。     

青藏高原多年冻土区环境工程地质稳定性评价

简要介绍了多年冻土与环境工程地质的研究现状。应用灰色系统的原理和方法，从时间性和空间性上探讨了青藏高原冻土区环境工程地质的稳定性，对其影响因素作了较全面和详细的定量分析，给出了在全球气候变暖的背景条件下冻土强度衰减的变化幅度，并说明了在相应条件下应采取的工程对策。     

非贯穿型热喀斯特湖下部及其周围多年冻土特征

基于对青藏高原北麓河盆地天然形成的湖塘下部及其周围地温的监测分析, 结果表明该湖塘为非贯穿型热喀斯特湖. 湖塘下部多年冻土上限变化较大, 湖岸过渡带及天然场地多年冻土上限基本保持不变. 随着远离湖塘中心, 湖塘下部及其周围多年冻土含冰量依次升高, 地温年变化深度依次降低, 年平均地温依次降低. 观测期内, 湖塘下部浅层多年冻土地温在逐渐升高, 深部土体地温基本保持不变; 湖岸过渡带及天然场地下部多年冻土地温基本保持不变. 天然场地多年冻土地温明显低于湖塘下部土体地温.     

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。     

青藏公路沿线热喀斯特湖分布特征及其热效应研究

热喀斯特湖的出现和发育是多年冻土变暖的指示器,研究热喀斯特湖发育及其热效应是应对青藏高原气候变化和人类活动诱发冻土灾害的基础工作.基于SPOT-5卫星影像资料,在ArcGIS平台下解译遥感影像,获取了青藏公路沿线楚玛尔河至风火山段热喀斯特湖的数量和分布特征,这些热喀斯特湖以楚玛尔河高平原和北麓河盆地为主要分布区,且80％发育于高含冰量多年冻土区.热喀斯特湖通过竖向和侧向2种传热方式影响多年冻土,竖向传热会造成其下部多年冻土融穿,侧向传热会造成湖岸多年冻土增温,扩大热影响范围.通过北麓河地区一典型热喀斯特湖的数值计算,湖全年都在向湖岸放热.当热喀斯特湖离路基较近,将会对公路产生潜在或者直接的危害,其侧向热侵蚀往往会导致冻土路基温度升高,诱发路基病害.     

青藏高原多年冻土区路基工程地质研究

回顾了青藏高原多年冻土区近年来所开展的路基工程地质研究工作,指出冻土工程地质勘探在方法上有很大进展,总结出了一整套冻土区工程地质勘察的暂行规定和细则.近年来的工作特别注重了对冻土地温和含冰量的研究,这是冻土工程地质中特有的十分重要的参数.在大量观测试验的基础上,总结出了有关路基稳定性的若干重要结论.据此提出,在气候转暖的背景下,高温冻土区筑路必须采用"冷却路基"的方法.为寻求气候转暖的对策,冻土工程地质预报的研究也取得了很大的进展,对冻土区路基工程地质的研究方向提出了新的建议.     

青藏高原多年冻土区斜坡稳定性研究进展

青藏高原多年冻土区斜坡失稳是伴随着青藏公路建设和运营过程中出现的一种灾害性的地质现象,其中以热融滑塌最为显著.本文根据斜坡失稳时所处的环境以融滑塌为例,提出了冻融循环过程中流塑状粉土沿厚层地下冰面滑动的滞水润滑效应的形成机理;通过相似模拟试验,可以看出,垂直于坡面的变形主要表现为融沉变形和部分冻胀变形;建立了温度场、变形场的数值模拟模型,分析了坡体不同深度在冻融循环过程中的位移变化规律,得出冻土斜坡位移主要发生在浅部的结论.最后指出目前研究存在的主要问题及进一步的研究方向.     

青藏高原多年冻土区地下水及其变化

青藏高原的高海拔多年冻土的分布格局及其动态变化、季节冻结融化作用与地下水的补给、径流和排泄关系密切,对各种尺度的水文地质环境具有控制或重要影响。作为一个隔水层或弱透水层,冻土层在地下水形成、演化、运移和水动力过程方面具有抑制作用,从而对地下水的分布、动态和水循环产生重要影响。而且,冻土可通过其中的水分迁移、冰分凝和地下冰结构重组等方式,形成和改变地下冰储量及地下水动静储量,调节水文地质循环。气候变暖显著和人类活动日益增加,冻土退化显著,已经普遍影响到了高原冻土生态水文地质环境,并引发了一系列水文（地质）、生态和环境问题,亟待系统、长期和细致的观测、试验和模型研究。     

青藏高原多年冻土区斜坡类型及典型斜坡稳定性研究

冻土区斜坡稳定性是青藏高原工程建设必须面对和解决的问题之一. 介绍了青藏高原多年冻土区斜坡失稳的主要类型, 包括崩塌型、蠕变型、泥流阶地型、表土植被层蠕滑型及热融滑塌型等. 其中热融滑塌型对于高原环境、尤其是植被及工程的危害最为显著, 该类斜坡的诱发因素一般为工程开挖或工程活动对冻土的热扰动, 斜坡失稳的根本原因在于多年冻土融化后强度的减弱或丧失. 在分析了热融滑塌型滑坡失稳机理的基础上, 提出了滑坡治理的原则与工程措施方案建议.     

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天然气水合物形成潜力及远景

在详细论述天然气水合物研究历史和研究现状的基础上，重点讨论了东土区天然气水合物赋存状态，气体来源、地质环境，总结出冻土区天然气水合物形成模式。根据青藏高原现有资料分析，认为藏北高原羌塘盆地地质条件最好，是寻找多年冻土区天然气水合物矿藏的有利地区，预测该区天然气水合物矿藏可能有两种类型：一是煤成气型，二是油气型，煤成气型天然气水合物以二叠系乌丽群和上三叠统巴贡组聚煤中心为远景目标区，油气型天然气水合物以双潮－比洛错和玛尔果茶卡地区为最佳远景目标，并指出目前进行青藏高原天然气水合物研究宜首先开展工作的地区和研究方法。     

青藏高原多年冻土区地温监测结果分析

根据４个波土长期定位观测场地温资料分析,西大滩观测场深１２￣２０ｍ段地温升高０．２￣０．３℃,多年冻土层由下向上减薄４￣５ｍ;昆仑山垭口观测场深６￣１５ｍ段地温升高０．２￣０．４℃;６６道班观测场内天然场地地温高于人工沙场０．１￣０．５℃;可可里里观测场内天然植被场地地温普遍高于裸露场地约０．２℃。监测结果表明,影响高原多年冻土发育的因素多具有两重性,地表沙层和植被同样具有升高地温和降低地温的作用     

青藏高原多年冻土区地温监测结果分析

Ground temperatures monitored at four observation sites in permafrost regions on the Tibetan Plateau was analyzed. It was found that the ground temperature at the depth of 12～20 m increased 0.2～0.4 K and the permafrost thickness decreased 4～5 m from the base in Xidatan Site from 1975 to 1989; and the ground temperature at the depth of 6～15 m increased 0.2～0.4 K in Kunlun Pass Site from 1982 to 1997. Contrast observations show that a sand cover, 15～20 cm in depth, can result in a ground temperature decrease of 0.1～ 0.2 K in MS66 Site; and a removal of vegetation can result in a ground temperature decrease of some 0.2 K in Hoh Xil Site. The monitor demonstrates that many factors that control permafrost developing have duality, e.g., sand and vegetation are able to increase or decrease the ground temperature. These factors, in conjunction with permafrost behaviour, play different roles under different conditions. Therefore, it is necessary to study, understand and evaluate permafrost and its engineering geological properties taking the viewpoint of dynamic variation.     

青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤水分入渗变化研究

在多年冻土区典型坡面上,将坡面划分为坡下（L）、坡中（M）和坡顶（H）三个坡位,每个坡位上各选取92%、60%和30%植被盖度为研究对象,用双环入渗仪测定土壤水分入渗过程,对影响土壤入渗过程的环境因子进行了分析,并基于土壤物理特性及土壤水分的测定进行模型模拟。结果表明：研究区不同植被盖度下土壤水分入渗性能在活动层冻融过程中差异明显,初始含水量和初始入渗率具有较好的负相关关系;稳定入渗率大小为：活动层融化期,92%（0.61 mm·min^-1） > 60%（0.50 mm·min^-1） > 30%（0.29 mm·min^-1）;活动层开始冻结期,60%（0.56 mm·min^-1） > 30%（0.39 mm·min^-1） > 92%（0.26 mm·min^-1）。土壤水分入渗速率具有显著的坡位差异并与冻土的冻融循环过程关系紧密。主要表现为,稳定入渗速率随坡位高度的降低依次递减;同一坡位下,开始冻结期入渗速率小于融化期。在整个入渗阶段,坡顶的累积入渗量是最大的,体现了较好的入渗性能。影响高寒草甸土壤水分入渗的环境因子主要有容重,有机质含量及粒径<0.1 mm微粒。通过比较研究得出,在长江源地区,活动层融化期通用经验模型f（t）=a+bt^-n更适用于该研究区域高寒草甸土壤水分入渗过程的研究,而在开始冻结期Horton模型f（t）=i_c+（i₀-i_c）e^-kt则具有更好的适用性。     

青藏高原多年冻土区钻孔灌注桩承载特性试验研究

通过对青藏高原风火山地区的桥梁钻孔灌注桩进行现场静载试验, 研究了厚层地下冰地区高温不稳定冻土地段桥梁钻孔灌注桩的基桩承载力和变形特性, 结果表明: 厚层地下冰地区冻土如果受到扰动, 其恢复过程非常缓慢;钻孔灌注桩的桩端阻力对整个桩基的承载力贡献较小, 基桩周围土体的剪切变形大部分为塑性变形, 沉降特性呈现出较为典型的摩擦桩特征;基桩轴力的荷载传递特性和桩侧阻力的发挥与桩顶所加荷载大小、桩周冻土的性质以及地温密切相关.