渗流作用下北京砂卵石地层多排管局部水平冻结体温度场试验

为研究渗流作用下多排管局部水平冻结体温度场扩展规律,基于相似准则,设计北京砂卵石地层冻结模型试验,从迎水面长度、顺水流长度、厚度3个维度研究渗流作用下多排管局部水平冻结体温度场扩展规律。研究表明:(1)水平冻结体中部发展速度最快,且温度最低;下部次之;上部最慢,且温度最高;(2)渗流作用使冻土柱由背水面向迎水面朝上游方向逐步交圈,且上、下游温度场不对称,冻结后期背水面呈坡屋顶形。(3)渗流作用对水平冻结体的影响随着渗流速度的增大而逐渐增大,积极冻结期末列冻土柱冻结锋面扩展速度、水平冻结体朝上游方向的平均发展速度均与渗流速度呈平方、负相关关系,渗流速度超过14.1 m/d时,冻土柱不交圈,为该模型试验的极限流速。基于等效梯形算法理论,给出的渗流作用下多排管局部水平冻结体的平均温度计算式,以便于评估水平冻结体发展状态。研究成果可为大流速地层盆形冻结施工提供依据。     

冻结饱水单裂隙岩体力学特性试验研究

通过相似单裂隙岩体冻结三轴试验,研究裂隙倾角、迹长、隙宽、围压和温度对单裂隙岩体力学特性的影响,试验结果表明：裂隙岩体力学参数与倾角呈二次函数分布,与迹长呈指数函数分布,通过拟合式（3）可近似计算岩体强度;岩体强度与围压呈线性分布,负温条件下泊松比和弹性模量受围压影响较小;隙宽小于0.1 mm或大于0.8 mm时,岩体强度随隙宽增大而减小,隙宽在0.1～0.8 mm之间时,岩体力学参数几乎不受隙宽影响;岩体强度随温度降低而增大的作用机制是岩体孔隙水和裂隙水冻结成冰,增大了颗粒间的凝聚力和摩擦角;裂隙倾角影响破裂面的起始位置,迹长影响破裂面的扩展规模,围压影响破裂面的延伸方向;倾角对岩体强度影响最大,迹长次之,温度影响最小。     

基于湿度应力场理论的硬石膏岩膨胀试验研究

传统的湿度应力场理论处理硬石膏围岩膨胀问题时,未反映膨胀特性与湿度状态之间的时变关系。以该理论为基础,设计硬石膏岩膨胀试验：不同初始湿度下的膨胀,不同浸水时间的膨胀,以及膨胀后的抗拉强度测试。试验发现：随初始湿度的增加,硬石膏岩膨胀持续的时间增长,最大膨胀应变和应力增大,终止时的吸水率和结晶水率增加,而自由水率近于0;相同初始湿度下,随浸水时间增加,其吸水率先快速后缓慢增加,结晶水率逐渐增大到接近于吸水率,自由水率逐渐减小到接近于0;随吸水率的增加,其最大轴向膨胀应变、最大侧向膨胀应力和抗拉强度都呈增大趋势。根据试验结果,建立了湿度状态时变系列方程以及含时间效应的膨胀本构模型。     

压力水作用下硬石膏岩膨胀性研究

针对隧道工程中硬石膏围岩在压力水作用下的膨胀现象,设计加工了多功能膨胀仪。使用该仪器及MTS815岩石力学测试系统,对不同水压条件下硬石膏岩的轴向膨胀应变及侧向膨胀应力进行了测试,对压力水作用后硬石膏岩的含水状态及力学特性进行了测试。结果表明：水压越大,硬石膏岩的最大轴向膨胀应变及最大侧向膨胀应力越大,膨胀起始时间越短;随水压的增大,硬石膏岩的吸水率增大,结晶水率逐渐增大并趋于吸水率,而自由水率逐渐减小并趋于0;硬石膏岩的弹性模量和峰值强度随水压的增大而增大。这些说明水压能影响其含水状态,增强硬石膏岩的膨胀性,促进其膨胀的激活,提高其力学性能。基于试验结果,建立了压力水作用下的硬石膏岩吸水状态方程,并改进了湿度场理论体系中的膨胀本构模型。     

Forecasts of South China Sea surface temperature anomalies using the Niño indices and dipole mode index as predictors

Based on an empirical orthogonal function (EOF) analysis of the monthly NCEP Optimum Interpolation Sea Surface Temperature (OISST) data in the South China Sea (SCS) after removing the climatological mean and trends of SST, over the period of January 1982 to October 2003, the corresponding TCF correlates best with the Dipole Mode Index (DMI), Niño1+2, Niño3.4, Niño3, and Niño4 indices with time lags of 10, 3, 6, 5, and 6 months, respectively. Thus, a statistical hindcasts in the prediction model are based on a canonical correlation analysis (CCA) model using the above indices as predictors spanning from 1993/1994 to 2003/2004 with a 1–12 month lead time after the canonical variants are calculated, using data from the training periods from January 1982 to December1992. The forecast model is successful and steady when the lead times are 1–12 months. The SCS warm event in 1998 was successfully predicted with lead times from 1–12 months irrespective of the strength or time extent. The prediction ability for SSTA is lower during weak ENSO years, in which other local factors should be also considered as local effects play a relatively important role in these years. We designed the two forecast models: one using both DMI and Niño indices and the other using only Niño indices without DMI, and compared the forecast accuracies of the two cases. The spatial distributions of forecast accuracies show different confidence areas. By turning off the DMI, the forecast accuracy is lower in the coastal areas off the Philippines in the SCS, suggesting some teleconnection may occur with the Indian Ocean in this area. The highest forecast accuracies occur when the forecast interval is five months long without using the DMI, while using both of Niño indices and DMI, the highest accuracies occur when the forecast interval time is eight months, suggesting that the Niño indices dominate the interannual variability of SST anomalies in the SCS. Meanwhile the forecast accuracy is evaluated over an independent test period of more than 11 years (1993/94 to October 2004) by comparing the model performance with a simple prediction strategy involving the persistence of sea surface temperature anomalies over a 1–12 month lead time (the persisted prediction). Predictions based on the CCA model show a significant improvement over the persisted prediction, especially with an increased lead time (longer than 3 months). The forecast model performs steadily and the forecast accuracy, i.e., the correlation coefficients between the observed and predicted SSTA in the SCS are about 0.5 in most middle and southern SCS areas, when the thresholds are greater than the 95% confidence level. For all 1 to 12 month lead time forecasts, the root mean square errors have a standard deviation of about 0.2. The seasonal differences in the prediction performance for the 1–12 month lead time are also examined.     

基于纯转动Raman激光雷达的中低空大气温度高精度探测

本文介绍了一套纯转动Raman测温激光雷达系统,通过高分辨光谱分光与滤光优化设计、收发精确匹配以及弱信号检测等技术,实现在武汉城市上空从10km至40km的中低空大气温度高精度探测.观测结果与同时段探空气球进行比对,在30km以下激光雷达探测温度与探空气球得到的温度数据吻合较好,最大偏差约为3.0K,表明了该激光雷达温度测量的可靠性.采用30min时间分辨率,在10~20km高度范围内温度统计误差约为0.3K(300m空间分辨);20~30km统计误差约为0.8K(600m空间分辨);30~40km统计误差约为3.0K(900m空间分辨).通过整晚的温度廓线反演,为研究中低层大气中的波动现象提供依据.该转动Raman激光雷达实现了至40km高度的高精度大气温度探测,进一步可与Rayleigh测温激光雷达30~80km的高度衔接,为实现中低层大气连续观测研究提供了重要手段.     

西藏水电开发应慎之又慎

青藏高原是世界的第三极,孕育了多条亚洲的主要河流。这里是世界上最重要的生态系统之一,对维持整个欧亚大陆的生态稳定发挥着关键作用。雅鲁藏布江是世界上海拔最高的河流,发源于雄伟的喜马拉雅山,沿着欧亚板块运动形成的山脊自西向东横贯青藏高原,经由喜马拉雅山、念青唐古拉山和横断山脉的交界处,在加拉白垒和南迦巴瓦峰之间形成世界上最深的峡谷,随后进入南亚与恒河相会,注入印度洋。雅鲁藏布江源地海拔高、地质条件复杂,河流水量充沛、水道长、落差大,有极大的开发潜力。     

1981-2010年青藏高原积雪日数时空变化特征分析

全球气候变暖大背景下, 作为冰冻圈最为活跃和敏感因子, 青藏高原积雪变化备受国内外关注. 本文利用青藏高原(以下简称高原)1981-2010年地面观测积雪日数资料, 较系统地分析了近30年来高原积雪日数的时空变化特点. 主要结论如下: (1) 近30年内高原平均年积雪日数出现了非常显著的减少趋势, 减少幅度达4.81 d·(10a)^-1, 其中冬季减幅最为明显, 为2.36 d·(10a)^-1, 其次是春季(2.05 d·(10a)^-1), 而夏季最少(0.21 d·(10a)^-1); (2) 30年间, 积雪日数较少的年份多数出现在本世纪初10年内, 且2010年属于异常偏少年, 高原积雪日数在1997年左右发生了由多到少的气候突变; (3) 在空间上, 北部柴达木盆地及其附件区域部分气象台站观测的年积雪日数出现了不显著的增加趋势之外, 高原91.5%的气象站年积雪日数呈减少趋势, 且高寒内陆中东部和西南喜马拉雅山脉南麓等高原历年积雪日数高值区域减少最为明显; (4) 由于受到气象台站所在地理位置、地形地貌、地表类型、海拔高度、局地气候以及大气环流等综合影响, 高原平均年积雪日数的空间差异很大, 最多达146 d, 最少的则不足1 d, 平均仅为38 d, 其中高寒内陆中东部是积雪日数最长的区域, 而东南部海拔和纬度较低的干热河谷地区积雪日数最少.     

煤层气群井排采地层水来源判识及其意义

为指导煤层气生产区煤层气井排采,以沁水盆地南部樊庄区块生产监测区为例,通过系统采样测试分析了不同时间节点煤层气井产出地层水样的离子浓度变化特征、溶解性总固体、电导率和总硬度的变化特征,判识了产出地层水的水质类型和水化学相。研究表明:产出地层水的离子浓度、溶解性总固体、电导率和总硬度呈现出波动性变化的特征,具有明显的一致性,地层水中离子浓度除受地层水来源、矿物和离子性质影响外,还受区域井间干扰形成条件下煤层气井产出地层水的流体场影响。产出地层水质类型主要为HCO3—Na型,部分为Cl—Na型,产出地层水水化学相主要为煤层水,部分煤层气井产出地层水水化学相为顶底板围岩水(砂岩或泥岩水)或混有顶底板围岩水的煤层水。生产监测区煤层气群井排采地层水来源的判识有利于指导煤层气生产区排采控制。     

采动区远程卸压煤层气抽采地面井产能影响因素

以淮南矿区远程卸压煤层气地面井抽采工程实践为依托,通过工程试验和系统分析,探讨了远程卸压煤层气地面井的产能特点及其影响因素。研究结果表明,远程卸压煤层气地面井的产能曲线可分为两个阶段,在较短时间内顺利完成第Ⅰ阶段的井才能有较高产能。研究还显示,煤层气地面井产能受地层结构和采动影响较大。在研究区,当地层结构为松散层厚度<406 m,基岩与松散层厚度比值>0.74,下保护层与被保护层间距为6670 m,且平均采高≤2.2 m,平均产煤低于3 898 t/d时,利于远程卸压煤层气地面井抽采;当松散层厚度>430 m,11-2煤和13-1煤层间距>74 m,基岩与松散层厚度比值<0.7时,卸压煤层气地面直井成功率较低,此时,可通过改变井位和优化井身结构来适应地层结构的变化,提高地面井抽采成功率。