高海拔多年冻土区路基工程行为对低温多年冻土长期影响的监测研究

青藏铁路路基创造性采用了主动冷却路基的设计理念修建而成,目前铁路已经安全运营超过10年。青藏铁路路基修筑在多年冻土之上,路基下部冻土温度变化是衡量路基是否稳定的关键因素。基于长期（2008—2019年）地温观测资料,对昆仑山垭口南坡青藏铁路K980+000低温多年冻土区块石路基坡脚至坡脚外30 m范围内的冻土上限变化、年际地温变化、季节性地温变化进行分析,研究了路基工程行为对低温多年冻土的长期影响机制。结果表明：冻土地温不断升高,冻土上限逐年下移;与天然孔比较,路基坡脚处地温增温幅度反而较小,主要可能受块石路基冷却效应的影响;冷季与暖季呈现出不对称的增温趋势。冻土路基普遍增温的趋势仍然存在,出于对多年冻土的保护与保证工程稳定性的考虑,应尽量采用冷却路基的思想修建路基。同时,应加强对路基的监测,分析长期增温过程后路基稳定性变化,并对路基下部冻土的变化做出定量研究。     

青藏高原热融湖塘动态监测中高分辨率遥感数据处理方法研究

遥感技术由于能够快速、 宏观的获得研究区域的数据, 已成为青藏高原热融湖塘动态监测的重要技术手段. 基于野外现场调查和SPOT-5、 QuickBird两种高分辨率遥感卫星数据的特性分析, 结合影响青藏高原热融湖塘发育的一系列特征因素, 探讨了最适合于青藏高原热融湖塘动态监测的高分辨率遥感数据的纠正、 融合和信息提取方法. 应用该方法对2006-2009年间北麓河盆地北侧的红梁河至秀水河段公路沿线局部63 km²范围的热融湖塘进行了变化特征分析, 结果表明该区的热融湖塘个数和总面积在研究时段都有所增加, 其中湖塘由70个增加到75个, 湖塘总面积增量19.65%.     

青藏高原中部可可西里热融滑塌发育特征及灾害效应

受青藏高原暖湿化气候的影响,高原中部的可可西里多年冻土呈现快速的退化状态,并由此诱发大量的热喀斯特地貌发育。热融滑塌作为多年冻土区最为典型的热喀斯特地貌,其快速发育是多年冻土响应气候及环境变化的指示器。考察发现热融滑塌的快速发育对区域环境及重大基础设施均具有显著的灾害效应,但由于缺乏高精度的空间数据,对这一区域热融滑塌的分布特征缺乏细致的研究。本研究基于高分系列卫星产品影像资料解译,并结合2021年野外调查验证,开展了可可西里地区热融滑塌分布特征及灾害效应研究。研究结果表明:全区共发育热融滑塌1734个,总面积约30.82 km²,主要分布在海拔4700~4800 m的丘陵山区缓坡地带,其中4°~6°的坡面热融滑塌分布最多,约占总数量的32%,总面积的38%。由于坡向对地表热量分布及地下冰赋存条件的影响,对热融滑塌分布影响较大,北坡(N)及东北坡(NE)分布较多,约占59%。广泛发育的热融滑塌不仅对寒区生态环境、水环境、气候环境有重要的影响,也对重大基础设施及藏区居民生命财产具有灾害效应。本研究对可可西里地区未来工程规划及国家公园建设具有重要的指导意义。     

循环冻融条件下安山岩和花岗岩的物理力学特性试验研究

结合青藏铁路块石护坡路基处于青藏高原特殊的气候条件,对用于青藏铁路护坡的两种主要岩石（花岗岩和安山岩）进行循环冻融试验.结果表明:两种岩石在经历了数次冻融循环后都出现了微细裂纹;声波监测表明,超声波速同冻融循环周期呈指数下降关系,显示了冻融循环对岩石风化的影响以及循环后岩石物理力学参数变化的趋势.结果说明,花岗岩的冻融...     

青藏铁路沿线多年冻土分布特征及其对环境变化的响应

针对青藏高原特殊的自然气候条件,按照地形、地貌把青藏铁路沿线多年冻土分为15个区段,并分别介绍了各个区段多年冻土特征. 结果表明：在外界环境变化,包括全球气候变暖及工程活动的双重效应下,青藏铁路沿线多年冻土及其存在状态发生了极大变化,这些变化主要包括年平均气温升高、多年冻土退化、热融灾害增加、寒区工程病害不断加剧等. 多年冻土及其存在状态发生变化不但导致生态环境恶化,而且对青藏铁路沿寒区工程的安全运营、维护及发展提出新的挑战.     

青藏高原工程走廊冻土分布模型及其变化趋势

青藏高原工程走廊多年冻土是地气系统相互作用的产物,气候环境决定了其分布的宏观格局,但局地因素如坡向等,在一定条件下,对小区域多年冻土的影响往往会超过大气候背景。通过Pearson相关性分析,选取了对青藏高原工程走廊多年冻土分布影响较大、在GIS技术支持下较容易量化的坡向,结合区域内29个钻孔点的长期地温监测数据,建立了年平均地温与高程、纬度及坡向之间的多元线性模型。根据青藏高原冻土工程地温分带指标,制作出了走廊内符合实际的冻土分布图。运用随气候变化的响应模型,预测了走廊内50 a后多年冻土将发生较大的变化:1.低温稳定区、低温基本稳定区的空间分布面积逐渐减小,分布界线向高海拔迁移;2.高温不稳定区较大范围地向高温极不稳定区转化;3.高温极不稳定区将处于长期的退化过程。     

考虑局地因素坡向影响的青藏高原工程走廊冻土分布与制图研究

通过Pearson相关性分析,选取对青藏高原工程走廊多年冻土分布影响较大、在GIS技术支持下较容易量化的坡向因子,结合走廊内2000—2010年29个钻孔点的地温监测数据,建立了年均地温与坡向、纬度和高程的关系模型。根据高原冻土工程地温分带指标,制作了工程走廊内符合实际的冻土分布图,由面积统计结果知:多年冻土区占整个区域的94.06%,其中,低温稳定带占多年冻土区面积的15.94%,主要分布在风火山和可可西里的高山基岩区;低温基本稳定带占16.97%,主要分布在风火山及可可西里丘陵地带;高温不稳定带占48%,主要分布于可可西里和北麓河盆地东缘;高温极不稳地带占19.09%,主要分布于北麓河盆地和楚玛尔河高平原。     

路基施工对青藏高原多年冻土的影响

青藏高原上施工会扰动其下多年冻土的存在状态. 近些年来, 高原上相继修建的大量的线性工程, 这些大型工程的建设必将进行多年冻土区的开挖和夯填, 从而会引起下伏多年冻土的结构发生很大变化. 研究了路基施工对青藏高原多年冻土的影响, 并以青藏铁路、青藏公路沿线典型实例进行分析. 结果表明: 开挖施工扰动最大, 可引起斜坡失稳滑塌、地表积水和热融湖塘等;填土路堤会引起其下伏多年冻土升温, 路基两侧形成的小气候往往起着提高地面温度的作用;挡水、排水设施施工也会导致多年冻土上限下降, 地表沉陷. 可见, 填土路基、开挖、地表工程扰动都会导致多年冻土发生变化, 这些冻土变化对路基稳定必将构成威胁.     

Effects of aspects on soil environment and plant growth on the Qinghai-Tibet Plateau北大核心CSCD

The different aspects lead to great differences in the processes of water,heat,and energy balance,which further affect the soil environment and the growth of alpine plants. Based on an experimental study with eight aspects（abbreviated as octagonal platform）of Huashixia frozen soil observation base on the Qinghai-Tibet Plateau,the influence of aspects on soil environments and alpine vegetation growth was studied. The results showed that：（1）After 6 years,the soil temperature of each slope near the surface（10 cm and 30 cm depth）from high to low was as follows：south > southeast > southwest > west > east > northwest > northeast > north,that is,the relatively sunny slope（east,southeast,south and southwest）was higher than the relatively shady slope（west,northwest,north and northeast）. However,there was no significant difference in soil water con⁃ tent between the sunny slope and the shady slope at the depth of 0~30 cm. （2）The growth trend of aboveground vegetation（including plant height,coverage and aboveground biomass）on sunny slope was better than that on shady slope. The growth trend of underground vegetation（including root depth and underground biomass）on sunny slope was worse than that on shady slope. （3）In the depth of 0~10 cm,the content of soil organic carbon and total nitrogen on sunny slope was higher than that on shady slope. However,the content of total phosphorus on sunny slope was lower than that on shady slope. There was no significant difference in total potassium and available nutrients among different slopes（P>0. 05）. In general,the effect of temperature on vegetation growth and nutrient distribution is significant in alpine regions,and these findings provides an important reference for vegetation restoration and energy balance research in different aspects. © 2023 The Author(s).     

青藏高原多年冻土区热喀斯特湖环境及水文学效应研究

结合国际冻土研究的热点问题和青藏高原脆弱生态环境可持续发展的需求,针对多年冻土退化过程中趋于加剧的热喀斯特现象,及其因融穿冻土、造成区域地下水位的改变而诱发的生态环境影响,在国家自然科学基金重点项目支持下开展"青藏高原多年冻土区热喀斯特湖环境及水文学效应"研究。项目主要通过遥感分析及野外调查,分析气候变化和工程活动影响下的青藏工程走廊内热喀斯湖时空分布规律,评价其生态环境效应;选取热喀斯湖广泛发育区域,调查其发育条件、规模和几何分布特点,揭示典型热喀斯特湖影响因素变化、水热状况等,通过水文学、同位素示踪试验等阐明热喀斯特湖与地下水之间的转换关系;结合抽水疏干试验进行热喀斯特湖对区域地下水位影响分析,并通过数值模型及模拟,依热喀斯特湖发育不同阶段、规模,分析其对区域冻土、水文条件及生态环境的影响。研究成果将有助于区域性冻土生态环境演化准确评价及趋势预测,以及深入理解诸如江河源多年冻土区水文状况演化影响因素,及其相应的生态环境响应机制。