非饱和土脱湿与吸湿水力特性对比研究

非饱和土水力相互作用特征曲线(土-水特征曲线、渗透系数函数和吸应力特征曲线等)的获取在非饱和土斜坡的渗流和力学分析中有着至关重要的作用。目前,大多数试验方法中最适合确定脱湿状态的是土水特征曲线,但能够反映降雨过后斜坡短期内入渗和径流现象的反而是吸湿状态。基于此,采用瞬态脱湿与吸湿的试验方法 (TRIM),在短时间内获取该类土脱湿和吸湿条件下全吸力(0~10~6k Pa)范围内的土-水特征曲线、渗透系数函数和吸应力特征曲线,并对其脱湿与吸湿路径下的水力特性、模型参数及滞后特性进行了对比研究。结果表明,土的脱湿过程与吸湿过程的土-水特性明显不同,两种路径下的非饱和渗透系数、进气值、饱和渗透系数等参数均存在差异,而这种差异体现了吸应力的滞后特性,而这种滞后性足以诱发该类土的滑坡。这一研究结果对提高土-水特征曲线参数拟合的精度、提高试验效率及降雨型滑坡灾害的防灾预警具有一定的实用价值。     

基于自然解决方案的黄河中游国土空间生态修复——以陕西榆林国土空间生态修复为例

黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略,要推进黄河流域大保护、大治理,保障黄河长治久安,让黄河成为造福人民的幸福河,在生态保护修复过程中加强对自然生态系统本身恢复能力的利用,突出水资源保护与优化配置,已成为黄河流域及黄土高原地区生态修复中亟需解决的重要科学问题。在分析陕西省榆林市生态特征与生态功能定位的基础上,运用现状调查、综合评判等方法识别当前存在的主要生态问题,比如水土流失、矿山生态破坏、黄河沿岸生态系统脆弱、局部地区地下水位下降趋势明显等。针对性地提出"保持水土资源,恢复自然生态"理念、以保水为主线的基于自然（NbS）的生态修复方案,构建了"一廊两带三区多点"的生态修复格局,形成了4种基于水和NbS的黄土高原地区生态修复模式,布置了16项生态修复工程。通过优化榆林地区生态修复理论与模式,增强对水资源的保护和利用,发展基于自然的生态修复模式,提高了黄河中游生态安全格局,进而促进了黄河流域高质量发展。研究成果为黄河中游国土空间生态修复提供了理论支持。     

榆林黄河中游粗泥沙区生态问题与生态格局构建

黄河中游粗泥沙是黄河下游地上悬河形成的最重要组成物质,从源头遏制粗泥沙入黄是保障黄河长久安澜的根本之策。笔者采用从大尺度向小尺度梯度分析、生态问题识别诊断与综合评判等方法,确定了陕西省榆林市北部7个黄河一级支流区为粗泥沙主要来源区,并在识别出粗泥沙主要来源区生态问题及其之间关联性、紧迫度、优先度的基础上,提出了榆林黄河中游粗沙区生态保护修复的系统性对策。即围绕2个核心目标、3个关键问题,将研究区划分为10个保护修复单元,提出布局7类工程和29个子项目,构建“1廊2带3区多点” 的人与自然和谐共生的生态安全格局,从而达到提升粗泥沙集中来源区生态系统稳定性和韧性,实现从源头遏制粗泥沙入黄,缓解拦沙坝、水库和“地上悬河”泥沙淤积压力的目标。研究成果对于保障中国北方生态安全和能源资源安全等具有极为重要的意义。     

新时期榆林煤矿区生态保护修复与综合治理策略及路径探索

榆林作为陕北地区国家能源基地的重要组成部分,在过去30余年为中国经济社会发展作出了重要贡献。然而,煤炭资源开发不可避免地给当地生态环境带来了采空区塌陷、土地与水资源破坏、生态退化等诸多问题,且目前因煤炭规模开发的负面效应持续加剧着矿区水资源、土地资源的破坏以及生态系统韧性的下降,已然威胁到榆林经济社会的可持续发展及国家能源资源的长远安全。多年来,榆林煤矿区在地质环境治理方面形成了一批可复制、可推广的经验和模式,但目前仍然呈现出整体效果不显著、基金使用率低、实施阻力大、系统设计受限、顶层规划缺乏等“五个问题”的困境,多元化治理模式和相应的政策机制也尚未形成合力。为解决这一实际,本研究在剖析煤矿区生态问题现状及生态修复工作面临问题及原因的基础上,结合煤矿区治理现状及乡村高质量发展需求,创新形成了“1个目标、2个底线、3个空间、4种模式”的榆林市煤矿区综合治理系统性解决策略,建议了3项创新机制以及“三步走战略”的具体实践路径,总结了适用于榆林煤矿区生态修复+N的综合治理模式清单,最后从政策、技术、管理等方面提出了对策建议。研究结果有助于为下一步系统性、整体性指导榆林市各煤矿企业开展矿山生态保护修复工作提供借鉴,切实促进煤矿区生态保护修复走向多元化综合治理模式、走向社会–经济–生态协调的绿色发展新格局。     

基于动态重力信息的地震前兆与强震短临预报

地震预报是当今世界尚未破解的重大科技难题,短临地震预报是地震预报的难点,有效的前兆信息则是短临预报的关键。笔者围绕短临地震预报难题,研制了高精度动态固体潮汐重力仪和大气潮汐重力仪,成功捕获到2010～2023年间的玉树7.1级地震、土耳其7.8级地震等震前几十个小时的动态重力场变化信息。这些信息再现了强震孕育–发生的过程,初步揭示短临阶段“基本稳定→闭锁蓄能→震前平静→能量释放”的强震物理机制,可作为短临地震预报的前兆信息。为实现对短临地震“时−空−强”的准确预报,提出通过动态重力场变化组网观测和分布式前兆信息数据库建设,进一步揭示不同类型地震的动态重力信号响应规律,建立强震发生概率、时间、震中位置及震级预报模型的可行性路径,渴望破解强震短临预报的世界难题。     

太白山北坡成土因素及不同土壤垂直带谱的比较

在系统地考察太白山北坡地质、地貌、气候和植被等成土因素的基础上,总结和回顾了用土壤发生分类和土壤系统分类两种分类体系划定的太白山北坡土壤垂直带谱。根据最新的土壤系统分类,太白山北坡的土壤垂直带谱是:暗瘠寒冻雏形土(3500～3767m)———暗沃寒冻雏形土(3300～3500m)———酸性湿润雏形土(2500～3300m)———简育湿润淋溶土(1400～2500m)———简育干润淋溶土(<1400m)。分析、比较表明:两种体系有密切联系,均以成土因素为依据,建立在土壤发生学理论之上;与土壤地理发生分类相比,土壤系统分类用可以度量的诊断层和诊断特性进行土壤分类,不仅能够反映出山地土壤成土因素的垂直变化趋势,而且避免了太白山北坡土壤类型鉴定上的许多歧义。     

世界油气储层二氧化碳埋存量计算研究

二氧化碳减排问题备受世界瞩目,由于温室气体大量排放而引起的全球气候变暖问题日趋严峻,必须采取积极有效措施.应用CO2提高采收率是埋存CO2的重要途径,CO2提高采收率项目分为混相驱油和非混相驱油,CO2的埋存量决定于储层的性质和提高的采收率数值.通过对二氧化碳埋存计算方法的研究,实现CO2埋存和提高原油产量最大化,改善开发效果.必将为全球生态保护,石油资源的高水平、高效益开发和可持续发展提供理论及实践依据.     

黄土水敏性及其时空分布规律

黄土是一种具有水敏性的特殊土,天然状态下可以长期保持直立高陡的状态,遇水后呈现出崩解、湿陷、滑动、流变等变形行为。开展黄土的水敏性特性及其时空分布规律研究,对指导黄土高原工程建设和防灾减灾具有重要的现实意义。笔者在非饱和土力学的框架下,引入吸应力的概念,对黄土的水敏性及其力学机制进行解释,即水敏性的本质是,随着含水率的增大,土体内部吸应力逐渐减小,对应不同的外界边界条件时,产生崩解、湿陷、滑动、流变等不同的宏观变形行为。在黄土高原从西到东、从北向南不同空间位置的黄土剖面的不同的层位,系统采集黄土样品,基于TRIM试验测试技术,开展样品的土-水特征曲线与吸应力特征曲线测试。试验结果表明,脱湿与吸湿条件下的各曲线呈现相同的变化规律,均存在3个明显的特征段。黄土对水的敏感程度随其沉积年代和在黄土高原分布位置的不同,呈现出规律性的变化。空间上,从西向东、由北向南,水敏性增强;时间上,沉积年代由老到新,水敏性增强。     

基于综合物探的黄土滑坡优势通道探测

黄土区域优势通道的发育,改变了降雨及灌溉水的径流和入渗过程,降低了土体强度,造成斜坡失稳易发崩塌、滑坡等地质灾害。针对黑方台DH2~#滑坡体及后缘,总结了优势通道的物性特征,选用优势通道非侵入式研究方法,开展了基于地球物理方法的优势通道精细化探测方法有效性研究。该研究在人为浇水漫灌干预的基础上,采用小点距的高密度电法(0.20 m)和探地雷达(0.02m)初步查明了微型裂隙(宽度为0.2~0.5cm)、滑坡后缘裂缝及滑动面等优势通道的发育展布特征,实现了黄土微小裂隙等优势通道精细刻画,证明了精细物探应用的有效性。同时,论述了在灌溉水入渗和冲蚀、黄土蠕动及滑动等综合作用下,微型裂隙逐渐发育为裂缝,进而形成滑动面的转化关系,为黄土优势入渗及滑坡研究提供研究基础。该技术在黄土地区的地裂缝、微型断裂探测等城市地质问题中具有较大的应用前景。