季节冻土区埋地管道水温的变化规律及其影响因素分析

埋地管道是减少寒冷地区冬季冻害的常用铺设方式,深入认识埋地管道的水温变化规律可以为减小管道埋设深度、降低管道冻害提供理论依据,对当前季节冻土区农牧民集中式供水工程的推进具有指导意义. 采用仿三维数值方法建立了管道水温的计算模型,讨论了含水量、地表温度、管道埋深等6个主要因素对埋地管道最不利水温的影响. 分析结果表明,无论上述因素如何变化,管道最不利水温均随输送距离的增加而下降. 首先,随着含水量的增加、地表温度的升高以及管道埋深的加深,管道的降温速率不断减小并具有先快后慢的特点;其次,随着管径的减小、流速的降低,管道降温速率增大,且降温速率和流速之间具有近似的倒数关系. 另外,随着入口温度的升高,管道降温速率将呈指数形式不断增加.     

青藏铁路沿线1966-2004年冻结与融化指数的变化趋势

利用日气温观测值计算了青藏铁路沿线7 个主要气象站1966-2004 年的年冻结与融化指数,分析了这些指数的统计与分布特征,并应用两种趋势检验方法：非参数Mann-Kendall 检验法和简单线性回归法分析了这些台站年冻结与融化指数的变化趋势。结果表明,青藏铁路沿线多年平均冻结指数大致分布在95~2300 ^oC·日之间, 多年平均融化指数大致在630~3250 ^oC·日之间。7 个站点的冻结指数均呈减少趋势,其线性倾向率分布在-16.6~-59.1 ^oC·日/10a 之间;融化指数均呈增加趋势,其线性倾向率分布在19.8~45.6 ^oC·日/10a 之间。MK 趋势检验的结果显示,除格尔木表现出微弱的减少趋势外,其他站点都呈现了0.05 水平 下的显著减少趋势;年融化指数除格尔木和沱沱河表现出弱增加趋势外,其他5 个台站都显示出了0.05 水平下的显著增加趋势。简单线性回归方法得到的趋势结果与MK 趋势检验结果相一致。     

季节冻土区水泥改良路基土的温缩性能研究

基于季节冻土区冻融循环条件,利用高低温交变试验箱与静态应变仪,进行了不同配比水泥改良路基土的温缩试验研究.结果表明:水泥改良土的温缩应变呈"螺旋式"变化,温缩应变随水泥掺量增加逐渐增加,初始温度循环对水泥改良土影响较大,经历三次温度循环后水泥土温缩应变特性已相当明显且变化规律趋于稳定,土体内部物化反应也达到平稳,但多次...     

1961—2019年三江源地区季节冻土冻融状态时空变化及影响因素研究

季节冻土是气候变化的重要指示器,对区域气候变化具有重要的表征作用。本文利用青海省三江源地区20个位于季节冻土区的气象观测站点数据,通过计算最大冻结深度、冻结开始日期、完全融化日期和冻融期4个指标,分析了1961—2019年期间三江源地区季节冻土冻融状态时空变化特征;并通过计算空气冻结、融化指数及其变化趋势,结合地理因子(海拔、经度和纬度)和气候因子(气温、降水和雪深)评估了三江源地区季节冻土最大冻结深度与冻融状态的影响因素。结果表明：三江源地区季节冻土最大冻结深度为64.7～214.1 cm,冻结开始日期为9月初—10月底,完全融化日期为3月下旬—6月底,冻融期为144.7～288.4 d;1961—2019年期间三江源地区季节冻土最大冻结深度呈显著减小趋势[2.5 cm·(10a)^-1],冻结开始日期显著推迟[2.9 d·(10a)^-1],完全融化日期显著提前[2.6 d·(10a)^-1],冻融期显著缩短[5.5 d·(10a)^-1];三江源地区季节冻土冻融状态变化主要受温度变化的影响,表现为冷季...     

基于机器学习的第三极季节冻土最大冻结深度未来变化预测

最大冻结深度是季节冻土的重要指标,预测第三极地区未来最大冻结深度的变化,对于理解该区域的环境变化,指导生态保护、农牧业生产、工程建设等都具有重要意义。本研究利用基准时期（2000s）良好训练的支持向量回归模型,使用集合模拟策略,预测了2050s和2090s第三极地区在4种SSP情景下最大冻结深度的变化。结果表明,在可持续路径（SSP126）、中间路径（SSP245）、区域竞争路径（SSP370）和化石燃料为主发展路径（SSP585）情景下,不包括多年冻土退化为季节冻土的区域,相对于基准期,季节冻土的最大冻结深度到21世纪末将分别减小10.41 cm(11.69%)、24.00 cm(26.95%)、37.71 cm(42.34%)和47.71 cm(53.57%)。最大冻结深度的减小具有海拔依赖性,随着海拔的升高,最大冻结深度减小的速率变大,但是海拔超过5 000 m后,最大冻结深度减小速率逐渐减小,这与升温的海拔依赖性较为一致。最大冻结深度的变化也与生物群区有关,在4种SSP情景下,山地草地和灌木区的最大冻结深度减小速率最快,到21世纪末平均每十年分别减小1.80 cm、3.77 c...     

2000—2020年祁连山冻土区植被水分利用效率变化特征及其对干旱的响应

冻土是冰冻圈要素的重要组成部分,是气候变化最敏感的区域之一,冻土环境变化引起水热条件差异是引发植被生态系统能量交换、水循环和碳循环的重要因素。水分利用效率(WUE)是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对冻土退化的调整和适应策略。本研究基于MODIS的植被总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)产品,估算并分析了2000—2020年祁连山多年冻土与季节冻土区植被GPP/ET/WUE空间变化特征,并结合自适应帕尔默干旱指数(scPDSI),研究了多年冻土区与季节冻土区植被WUE对干旱的响应。结果表明：2000—2020年祁连山地区植被WUE、GPP和ET的平均值分别为0.56 gC·m^-2·mm^-1,307.79 gC·m^-2和443.02 mm,三者空间分布特征均为东南高、西北低;WUE高于0.8 gC·m^-2·mm^-1的植被主要分布在季节冻土区,WUE低于0.4 gC·m^-2·mm^-1的植被主要分布在多年冻土区。近...     

干湿与冻融交替作用下渠道复合衬砌劣化规律研究北大核心CSCD

渠道在季节性冻土区常年遭受基土冻胀、融沉和侵蚀的危害,针对此问题提出由聚苯乙烯泡沫板、陶砂和环氧树脂多层组合制成渠道衬砌垫层,采用室内干湿与冻融交替试验的方法来探究复合衬砌隔热性和粘结强度的劣化规律,以及多层组合垫层对混凝土板的保护作用,并结合统计学的方法确定陶砂最佳掺量。试验结果表明:陶砂能降低复合衬砌的导热系数,其隔热性劣化主要是由聚苯乙烯泡沫板和混凝土引起,随干湿与冻融累计试验次数增加呈线性降低趋势;陶砂掺量对聚苯乙烯泡沫板接触面的粘结强度基本无影响,而对混凝土接触面的粘结强度有较大影响,且掺量与粘结强度成反比例关系;在干湿与冻融交替作用下,多层组合垫层对混凝土板有较好的保护作用,与普通混凝土板相比,在质量与抗压强度损失方面分别降低1.04%和8.58%;以复合衬砌隔热性和聚苯乙烯泡沫板接触面粘结强度为双控目标,建立了陶砂最佳掺量的计算方法。多层组合垫层具有良好的隔热性、粘结强度和防渗效果,该试验研究成果可为渠道垫层设计提供科学参考。     

季节冻土区地下水观测成果在流域产汇流理论研究中的应用述评

将山坡水文学产流机制——超渗地面径流、饱和地面径流、壤中径流和地下径流等成分的产流机制,概括为界面(不透水层)产流机制。介绍季节冻土区近地表地下水若干创新的观测成果,综述其在季节冻土区流域产汇流理论研究领域中的应用,建议水利、农业、气象、林业、地质等部门在季节冻土区近地表地下水观测方面通力合作。可以预期,季节冻土区近地表地下水观测成果在产汇流理论研究以及流域水文模型研制中得到进一步的应用。     

交通荷载作用下冻土路基动力响应分析

季节冻土区路基在交通荷载作用下的冻胀翻浆病害是一个复杂的热、力相互作用过程,又是一个急需解决的实际工程难题.运用传热学及Biot固结理论建立季节冻土区公路路基的动力分析模型,以季节冻土区典型冻胀翻浆路基为例,分析其工程处理前、后的动力反应特性.结果表明:1)路基温度场的研究表明修筑路基后,在路基及其下部地基中将会产生大片的力学性质极不稳定的高温冻土层;2)路基运营期当交通荷载刚驶入或离开路基计算断面时,路基内的加速度、速度、位移、应力、孔隙水压力均振荡剧烈.但与普通路基相比,防冻胀翻浆路基的碎石层大大削弱了汽车动荷载的冲击振动作用;3)防冻胀翻浆路基中间存在透水层(碎石),减小了路基内的孔隙水压力,与普通路基相比,防冻胀翻浆路基的最大孔隙水压力比减小达30%左右,这对延缓、消除路基病害产生有很大作用.计算理论以及分析结果可为季节冻土区道路的安全运营以及维修提供参考依据.     

高海拔季节冻土区高速铁路路基水-热-冻胀变形特征研究 ——以兰新客专民乐段为例

兰新第二双线是世界上第一条修建在高海拔季节冻土区的高速铁路,路基填料采用通常认为是冻胀非敏感性材料的粗颗粒土（A、B组填料）。基于2015-2017年军马场-民乐区间（长约38 km）运营期现场监测发现,部分路段仍有较大冻胀量发生,对列车高速运营存在安全隐患。现场监测结果表明：该区间高铁路基平均冻结期为5个月,最大冻深介于3.0~3.8 m,约是天然冻深的2倍,路基2.7 m以上地层最大冻胀量可达27.5 mm。0~0.5 m级配碎石层含水量很低,控制在4%以内,暖季较高,寒季由于冻结而降低;0.5 m以下地层含水量相对较高,介于8%~15%之间,暖季较低,寒季较高,呈现“正弦”式分布,且随着路基深度增加而逐渐减小。路基冻胀发展过程大致可分为三个线性阶段,其中第二阶段（12月中下旬至次年1月中旬）为冻胀发展最快时期,历时约20天可达到稳定冻胀量。