寒区线性工程沿线冻土区的植被恢复

寒区油气管道、公路、铁路等线性工程占地、建设和开挖对沿线寒区生态环境是一个切割、破碎的过程, 对自然植被和下伏冻土造成了很大的扰动. 管道泄露引发的油污还可引起植被的退化和死亡. 植被覆盖层破坏后改变了原有的地气界面之间的水、热交换条件和力学性质, 反过来又可加速引发下伏冻土和线性工程地基的退化. 基于保护线性工程地基及下伏冻土的目的, 同时顺应环境保护的要求, 目前就寒区线性工程的植被恢复问题已经有许多探索和实践. 当前, 寒区植被恢复注重最低限度的人为介入干预下的自然恢复, 根据线性工程沿线土壤、湿度、营养条件、物种分布和丰度, 视具体情况选择物种, 确定建植方法. 阿拉斯加管道和青藏铁路植被恢复上的经验和方法, 可为拟建的冻土区中俄输油管道项目沿线的植被恢复问题提供科学的参考和借鉴.     

无定河流域下游段河冰形成演变的数学模型研究

冰凌是北方河流冬春季常见的现象, 由于环境因素的变化, 河道冰情也在不断的变化, 甚至在一些地区出现凌汛灾害. 根据冰塞形成发展的机理, 利用水力学模型和热力学模型模拟研究了无定河流域下游段丁家沟至白家川的每年春季河流水位、封河日期和开河日期. 模拟结果较为理想, 并分析了形成凌汛的原因, 旨在给该区域水循环研究、水资源的开发利用、水土保持等工作提供有力的科学技术支持.     

藏北高原夏季边界层加热(冷却)特征初探

利用GAME-Tibet1998年加强观测期安多探空观测资料与CAMP-Tibet2004年加强观测期那曲探空资料, 分析了藏北高原夏季大气边界层加热(冷却)特征. 结果表明: 夏季, 藏北高原大气边界层的大气加热(冷却)率的逐日变化特征明显, 晴天时较大, 多云和降雨时较小. 白天大气加热率和夜晚大气冷却率的平均值都基本相当, 印证了大气能量守恒.     

贡嘎山海螺沟冰川径流水文规律的同位素示踪研究

应用同位素地球化学的基本原理和示踪技术, 对贡嘎山海螺沟冰川河源区和干流的不同区段, 不同时域径流的组成特点及其水文动态变化规律进行分析研究.结果表明: 贡嘎山海螺沟冰川河源区水的组成, 不同季节、不同时段(早、晚)有明显的变化. 夏季晚上的水大约有82.4%是来自冰川区的水, 17.6%为非冰川区的径流; 早晨中的水来自冰川区的占74.6%, 非冰川区径流占25.4%. 冰川消融水的最大可占总水量的6.9%～7.8%左右. 在冬季时段, 冰舌末端排泄水(BCH-1)和冰川水文站(HLG-6)径流的同位素组成均低于底部冰川冰(BCB-2: -16.639‰), 显示出严重同位素不平衡的特点, 反映了冬季底部冰川消融水在源区水(BCH-1)中的贡献已达很低的程度, 而代之以冰川上部占主导优势的雨雪水. 这意味着在冬季当地冰川的退缩速度与夏季相比有明显减慢的趋势. 示踪表明, 在冰川水文站附近区域内存在水的渗漏, 夏季可能延伸到倒中桥(HLG-13采样点上方)一带, 下渗水通过地下通道, 到杉树坪(HLG-2采样点)邻近的区域回补到河道内.     

祁连山不同植被类型对积雪消融的影响

为研究祁连山植被对积雪消融的影响, 利用人工调查积雪深度逐日变化量和积雪盖度变化, 并结合空气雪面感热通量(SH)观测, 对祁连山水源林生态站排露沟流域海拔2 600～2 700 m青海云杉林、灌丛林、林缘、阳坡草地在2003-2007年的积雪消融进行了研究, 每年的观测从10月降雪开始到翌年5月积雪消融完结束, 共获取数据134 400个. 结果表明: 当SH<0时, 积雪消融停止;当SH>0时, 积雪消融开始;植被可以减缓积雪消融速率, 有植被的地方消融速率减慢, 反之则加快;不同植被消融速率大小顺序为草地>林缘>灌木林>乔木林;同一植被、不同坡向消融速率不同, 半阳坡云杉林＞半阴坡云杉林＞阴坡云杉林. 积雪含水率随气温升高而增大, 1月融化积雪占整个积雪的5%, 2月增大到28%, 大量积雪在3月消融, 占55%. 从坡位看, 下坡消融速率最大;在一个垂直带上, 低海拔消融速率大于高海拔. 温度是影响积雪消融的主要因子, 积雪消融速率随温度升高而增大, 反之则减小.     

亚洲中部干旱区在20世纪两次暖期的表现

利用亚洲中部干旱区1901-2002年近100 a气温及北半球海平面气压、冬季西伯利亚高压强度指数、西风指数资料,分析了20世纪全球变暖的两个较明显时期在该干旱区的响应特征,以及大气环流变化和太阳活动对干旱区气温异常的影响.结果表明:亚洲中部干旱区对20世纪全球发生的两次暖期的响应特征是有显著差异的.对1920-1940年代全球发生的第一次暖期,亚洲中部干旱区整体并没有响应,仅在其东部的季风影响边缘区有响应;而对1970年代以后发生的第二次暖期,亚洲中部干旱区整体都作出了响应.冰岛低压的异常加深、同时北大西洋亚速尔高压的显著增强,西伯利亚高压强度指数的异常减弱,以及西风指数的异常增强是导致亚洲中部干旱区气温偏高的可能原因,可以初步解释研究区整体对20世纪全球两次暖期响应不同的原因.太阳活动作为外部影响因子之一,对干旱区气温的影响是阶段性的,且在百年时间尺度上,二者并没有显著的相关性.     

东北多年冻土区埋地输油管道周围温度场特征非线性分析

为解决冻土区输油管道周围土壤的温度计算问题,根据考虑相变瞬态温度场的控制微分方程,应用Galerkin法推导出了二维温度场的有限元计算公式.以东北多年冻土区中俄原油管道工程为背景,根据该工程区的冻土条件和气候条件,应用该方法对温热型输油管道土壤温度场进行了计算预报与对比分析.结果表明:对于输送油温为15 ℃、直径为0.914 m以及管顶埋深为2.0 m的管道,在没有铺设保温材料情况下,管顶之上的土壤在管道运行的第1年就达到热平衡状态,同时土壤融化速率在第1年达到最大,随后4a时间里迅速减小,第5年后融化速率变化趋于稳定;管道运行一段时间后,管道周围的融化圈随冷暖季节的变化呈交替式的扩展;在管道运行30 a后,融深＞10 m,即管底下的融化层厚＞7 m,而在铺设5～8 cm的聚氨酯保温材料后,融深控制在3.08～3.88 m,即管底下融化层厚为0.2～1.0 m.因此,合理使用保温方法能有效防止冻土区管道冻害的发生,同时达到保护冻土环境的目的.     

中俄原油管道沿线典型土样冻胀性试验研究

中俄输油管道穿越约500 km的多年冻土区,管道沿途地形起伏,水系和沼泽发育,使得管道工程地质条件复杂.沿线地貌单元主要可分为沼泽湿地、阶地、河漫滩、坡地以及基岩山脊等5种,不同地貌单元的岩性和冻土赋存条件均不相同.选取各地貌单元的典型土样进行颗粒分析、冻胀率等试验,分析了土样冻胀率与天然含水率、干容重、粘粒含量之间的关系.结果表明:全-强风化花岗岩冻胀率最小,冻土工程地质条件最好;含有机质粉质粘土冻胀率最大,管基需要进行特殊处理;粘土和粉土冻胀率介于二者之间,对管基进行常规处理即可.该试验定量评价了中俄输油管道沿线不同地貌单元的冻胀性,为管道在确保工程长期稳定性的基础上,选择经济、环保的施工方式提供了试验依据.     

祁连山近期七一冰川融水径流特征分析

利用2006年8月1日-9月30日的实测水文数据,对"七一"冰川融水径流产汇流特征进行了分析,并揭示出该冰川日消融特征.通过对冰川融水量的估算以及径流模数的计算,并与过去的观测结果进行对比,表明近些年来"七一"冰川消融强度和消融量都在增大,而且2006年消融量为近几年观测的最大值.虽然不同年份消融量不一样,但"七一"冰川总的趋势是一直处于萎缩状态,随着全球变暖,"七一"冰川的萎缩可能将继续下去.通过对设立在沿冰川下游方向两个不同的水文断面进行对比分析,结果表明"七一"冰川融水径流在向下游运动过程中有部分水入渗为河谷潜流,观测期内两个相距不到2 km的水文断面间渗漏损耗占近1/3左右.     

中国-俄罗斯原油管道工程(漠河-大庆段)冻土工程地质考察与研究进展

在2005-2007年期间,先后3次对中国-俄罗斯原油管道漠河-大庆段沿线的冻土工程地质条件等进行科学考察,开展了冻土工程地质条件及其在气候变化和人类活动作用下的评价和预测研究.考察研究结果表明:管道沿线多年冻土在各类融区、季节冻土和水系等分隔作用下呈片状或岛状分布,沿线岛状、稀疏岛状及零星岛状占多年冻土区段的40%左右;管道沿线多年冻土随着气候的转暖和人类活动的影响不断退化.地形地貌单元、植被分布、地表水分条件的变化等局部因素对多年冻土的分布和地下冰的赋存产生重要的影响,管道沿线大约分布有50 km左右的沼泽湿地,其表层为腐殖质土及泥炭层,泥炭层下面分布着含土冰层或地下冰,是管道沿线最差的冻土工程地质地段;由于中俄原油管道沿线水系发育多,冻胀丘、冰椎和冰幔等不良冻土现象广泛分布.科学考察的成果为管道沿线冻土工程地质条件评价和预测、管道的稳定性影响分析以及后期的长期检测系统设置等研究奠定坚实的基础,进一步为即将开工的中俄原油管道漠河-大庆段工程的设计、施工提供科学依据.