喷雾法水合物法捕集分离烟道气中CO_(2)

对发电厂等大型点源释放的CO_(2)捕集是减少人为CO_(2)排放的一种选择,水合物法作为一种新型气体分离提纯技术,形成速率和水转化为水合物比率的强化是该技术关键。利用自主开发的喷雾水合物反应器进行了大水量(640 ml)和小水量(160 ml)碳捕集实验,考察了喷嘴孔径(0.1 mm和0.8 mm)、不同浓度十二烷基硫酸钠(SDS)和L-蛋氨酸(L-Met)动力学促进剂对碳捕集效率及水合物生长特性的影响。实验结果表明:0.1 mm孔径喷嘴有利于CO_(2)捕集。L-Met和SDS体系每摩尔水最终圈闭的CO_(2)较纯水体系均提升1个数量级,而且低浓度(质量分数0.1%)促进剂效率优于高浓度(质量分数1%)。大水量实验SDS体系最终气体消耗量最高为0.0848 mol/mol H2O,为L-Met体系的1.4倍,但捕集速率L-Met体系优于SDS体系。小水量实验L-Met体系气体捕获量与捕集速率均优于SDS体系。促进剂浓度为0.1%(质量分数)时水合物爬壁生长角度是1%(质量分数)的1.8倍。综合评估,0.1%(质量分数)L-Met、0.1 mm喷嘴和小水量(3.33 ml/min)的注液方式共同作用,碳捕集性能最佳。上述实验结果为强化喷雾反应器中水合物法捕集烟道气中CO_(2)提供参考与基础实验数据。

三江源多年冻土活动层厚度变化特征研究

作为多年冻土与外界大气间水热交换的主要场所,活动层及其变化特征显著影响着地―气间水热交换、碳循环、地表及地下水文过程、地形地貌、生态系统和寒区工程建筑物安全。本文利用三江源区内多年冻土活动层厚度的实测数据,基于修正Stefan模型对三江源区多年冻土活动层厚度的空间分布特征及其未来变化趋势进行了研究,并对可能影响活动层厚度变化的因素进行了讨论。结果表明,1981—2018年,活动层厚度增大的速率达7.2 cm·(10a)^(-1)。未来活动层厚度仍呈现增大的趋势,增大最明显的是三江源中部地区。2006—2049年,活动层厚度以4.3 cm·(10a)^(-1)(RCP6.0)到6.8 cm·(10a)^(-1)(RCP8.5)速率增大;2050—2099年,以0.04 cm·(10a)^(-1)(RCP2.6)到5.6 cm·(10a)^(-1)(RCP8.5)速率增大,明显小于前50年的增大速率,活动层厚度增大速率变缓。对活动层厚度变化影响因素分析表明,影响最大的是年平均气温,年降水量的影响并不明显,而NDVI对活动层厚度有一定的影响。本文的结果将会对三江源区的水源涵养、气候调节和生态安全等方面产生重要影响。

青藏铁路块石路基结构的冷却效果监测分析

块石路基是青藏铁路积极保护多年冻土极为重要工程措施之一,60%的高温高含冰量路段采用了这种工程措施。通过对青藏铁路沿线块石路基下部土体温度监测分析,块石路基正在积极地发挥冷却路基的工程效应,极大地促进了多年冻土上限的抬升,但也引起了多年冻土温度升高。多年冻土温度升高随着工程热扰动的降低和块石路基"冷量”积累,已逐渐被抑制。然而,对于低温多年冻土来说,块石路基下部多年冻土上限附近温度有了较大的“冷量”积累,多年冻土正在朝着有利于热稳定方向发展。对于高温多年冻土来说,尽管多年冻土上限也得到了较大幅度的抬升,但升温过程和土体年收支的不平衡都在朝着不利于多年冻土热稳定方向发展。块石路基结构在高温多年冻土区适应性问题仍值得讨论,应采取相对应的补强措施,确保高温多年冻土区路基稳定性。

青藏高原冻土及水热过程与寒区生态环境的关系

从青藏高原冻土及水热过程出发 ,利用青藏高原活动层监测数据 ,讨论了冻土水热过程与植被生长环境的关系 ,比较了季节冻土区与多年冻土区水热过程的差异及与植被的关系 ,同时讨论了不同草地生态冻融过程的变化 .结果表明 ,冻土及水热过程与寒区生态环境有着密切的关系 ,冻土及水热过程不仅控制着地表状态的变化 ,影响着植被的发育程度 ,同时二者之间也存在着强烈的相互作用的关系 .一旦地表条件被破坏 ,干扰了冻土水热过程与地表植被生长间的平衡关系 ,将引起生态环境的退化 ,出现荒漠化 。

青藏公路多年冻土区冻土工程研究新进展

系统回顾了青藏高原多年冻土区公路工程冻土研究的过程和研究的内容 ,重点阐述了 90年代开展的冻土研究的研究成果 ,从冻土工程地质、路基下冻土温度场、冻土环境的影响、冻土工程分类、地理信息系统 5个侧面 ,来反映近年来在青藏公路研究中所取得的研究成果 。

青藏高原天然气水合物的形成与多年冻土的关系

天然气水合物是一种新型清洁能源,赋存在多年冻土区和海洋沉积物等低温高压环境中。青藏高原多年冻土面积占高原总面积的一半以上,是可能的天然气水合物赋存区。根据青藏高原多年冻土条件和天然气水合物形成的热力学条件,讨论了多年冻土地温梯度、冻土厚度与天然气水合物形成的热力学条件之间的关系和青藏高原存在天然气水合物的可能性。结果表明,青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的热力学条件,最适宜的热力学条件是多年冻土地温梯度接近或略大于多年冻土底板附近融土的地温梯度,且融土地温梯度越小,越容易形成天然气水合物。估算得到天然气水合物最浅的顶界埋深为74m左右,最深的底界埋深达上千米。

工程活动下的冻土环境研究

冻土与人类活动及环境息息相关 ,人类工程活动能诱发冻土环境、生态环境变化和冻融灾害及工程稳定性变化 ,因此 ,人类工程活动下的冻土环境变化及冻融灾害问题已日益引起国内外冻土研究的重视 .人类工程活动加快了冻融过程变化 ,产生了极大的负面影响 .文章主要从冻土稳定性、地面敏感性评价 ;冻土环境与工程建筑物的稳定性及相互关系 ;冻土环境保护和土地合理利用 ;

全球气候变化下青藏公路沿线冻土变化响应模型的研究

利用英国Hadley气候预测与研究中心GCM模型HADCM2预测的气温变化背景 ,分别提取青藏公路沿线地区在 2 0 0 9年、2 0 49年和 2 0 99年的气温参数 ,考虑年平均气温和年平均地温的关系及年平均地温与海拔、纬度的关系模型、多年冻土下界分布模型和地温带分带 ,建立青藏公路沿线多年冻土下界分布的响应模型和多年冻土地温带的响应模型 .研究结果表明 ,2 0 0 9年青藏公路沿线的冻土变化较小 ,多年冻土极稳定带、稳定带和基本稳定带仅发生微弱的变化 ,基本稳定过渡带和不稳定带变化较大 ,多年冻土逐渐退化 ;2 0 49年青藏公路沿线多年冻土各地温带变化较大 ,但仍以基本稳定过渡带和不稳定带变化最大 ,多年冻土发生较大范围的退化 ;2 0 99年后青藏公路沿线冻土发生了很大的变化 ,多年冻土发生大面积的退化 ,融区面积逐渐增大 ,多年冻土地温带也发生了较大的变化 ,其中多年冻土上带仅保留了稳定带 ,极稳定带全部消失 。

工程活动下多年冻土热稳定性评价模型

提出了用季节融化层底板到潜在季节冻结深度区间沉积物融化所需要的热量与季节冻结层底板温度升高至 0℃所需要的热量之和 (Qt) ,与夏半年土体吸收的热量 (Q+ )的比值来描述冻土热稳定性 (ST=Qt/Q+ ) .根据青藏公路沿线地温温度场的监测资料 ,对多年冻土热稳定性模型进行了计算 ,并分析了多年冻土热稳定性与年平均地温、多年冻土顶板温度和季节融化深度间的关系 .根据人类工程活动对多年冻土影响 ,将多年冻土热稳定性分为 4类 :热稳定型、热稳定过渡型。

青藏公路沿线多年冻土对气候变化和工程影响的响应分析

青藏公路沿线工程和气候变化影响下多年冻土变化监测表明, 多年冻土对工程活动和气候变化的响应过程存在着较大差异, 不同年平均地温的多年冻土使这种差异变得更为明显.分析结果表明: 气候变化下低温多年冻土变化要大于高温多年冻土, 工程状态下低温多年冻土变化要小于高温多年冻土; 气候变化引起的低温多年冻土变化要大于工程对其的影响, 而高温多年冻土正好相反.造成这一结果原因主要是由于在工程建设完成初期, 相对于气候影响, 工程作用对多年冻土的影响具有放大作用, 这使得工程状态下多年冻土对气候变化基本没有响应. 按照气候影响下多年冻土温度年变化速率来推测, 低温多年冻土表面温度升温到工程状态需要50 a左右时间, 高温多年冻土需要20 a左右. 6 m深的低温多年冻土温度升温到工程状态需要20 a, 高温多年冻土仅需要5～8 a.

青藏铁路块石护坡温度场及路基冷却作用机理分析

主要通过非正线实体工程试验段块石护坡层内热量传递过程监测,对块石护坡结构冷却路基的作用机理进行研究。研究结果表明,块石护坡结构具有隔热保温和空气自然对流效应。随着气候条件昼夜温差和季节性温度变化,块石护坡层内隔热保温和自然对流效应表现出了昼夜、季节性交替组合过程,这一交替组合过程引起了块石护坡层内热量传递过程变化,从而影响块石护坡下部多年冻土热状态。路基下部土体热状态分析表明,块石护坡结构能够有效地降低路基下部土体温度。

开放和封闭条件下块石结构路基下部土体降温效果差异

块石结构路基以其独特的冷却路基作用,正在发挥着良好的降低多年冻土温度作用。但块石结构层被风沙或积雪堵塞后,路基下部多年冻土降温效果变化一直是人们极为关注的问题。为此,开展了开放和封闭条件下块石结构路基下部多年冻土降温效果差异的现场试验研究,对比分析开放和封闭条件下路基下部土体温度的变化特征。试验结果表明,开放状态下块石路基具有较强的强迫对流效应,封闭状态下块石路基强迫对流效应较弱,这一差异导致了开放条件下,块石结构路基下部土体降温效果比封闭条件下要好得多。从路基下部0.5～1.0m深部土体温度来看,二者间夏季差别不大,冬季最低温度要相差5℃左右。从块石路基下部土体降温的影响深度来看,开放条件下土体降温的影响深度可达6.0～10.0m,封闭条件下土体降温影响深度仅为1.5～3.0m。

寒区冻土环境与工程环境间的相互作用

从冻土环境和工程环境相互作用着手 ,分析了青藏公路建设过程中的冻土环境破坏、环境保护状况及冻土环境保护对工程建设的重要性 ,同时对正在拟建的青藏铁路 ,阐述了人类经济活动对冻土环境和工程环境的影响 ,并初步提出寒区冻土、工程环境质量监测。

冻结粗砂土中甲烷水合物形成CT试验研究

冻土甲烷水合物形成的试验研究对于认识冻结多孔介质中形成、存在天然气水合物的机制和评价多年冻土区的气候变化、环境变化等有极为重要的意义,通过X-射线断层扫描系统对冻结粗砂土中甲烷水合物形成的试验表明:冻结砂土中甲烷水合物形成过程中CT数有所变化,且与甲烷气水合物形成、水分迁移和砂土密度增大均有关,而且通过不同时段CT图像的差值运算可以获得甲烷水合物形成的新信息;同时在甲烷水合物形成过程中具有明显的压力降低阶段,且伴随有相变热产生;尽管CT下砂土较大的吸收系数影响了对甲烷水合物形成的判断,但通过CT扫描定量信息,结合甲烷水合物形成过程中的压力和砂土温度变化,可以较为清楚地判断冻结砂土中甲烷水合物的形成。

甲烷水合物生成和分解的X射线断层扫描试验研究

通过X-射线断层扫描系统(CT)开展甲烷水合物生成和分解试验研究,结果表明:CT可以清楚地描述甲烷水合物形成和分解过程.通过生成和分解的密度图像变化和CT数频率分布以及均方差变化,能够较好地理解甲烷水合物的生成和分解过程变化,同时CT数在生成和分解过程中的变化有助于准确地判断甲烷水合物的生成和分解的相平衡条件.

青藏铁路普通路基下部冻土变化分析

高温高含冰量冻土地区,青藏铁路采取了冷却路基、降低多年冻土温度的工程措施.然而青藏铁路仍有大量路段未采用任何工程措施,因此修筑普通路基后冻土变化也是普遍关心的问题.根据青藏铁路普通路基下部土体温度监测的近期结果,分析了季节冻土区、已退化多年冻土区和多年冻土区路基下部冻土变化特征.结果表明,不同区域修筑普通路基,其下部土体温度、最大季节冻结深度、多年冻土上限等存在较大的差异.在季节冻土和已退化多年冻土区,右路肩下部(阴坡)已形成冻土隔年层;在多年冻土强烈退化区,其路基下部形成融化夹层;在高温多年冻土区,其路基下部上限存在抬升和下降,上限附近土体温度有升高的趋势.在低温多年冻土区,其路基下部上限全部抬升,上限附近土体存在"冷量"积累,有利于路基下部多年冻土热稳定性.因此,低温多年冻土区修筑普通路基后,冻土变化基本是向着有利于路基稳定性的方向发展,在其它地段修筑普通路基,冻土变化是向着不利于路基稳定性的方向发展的.特别是阴阳坡太阳辐射差异,导致了土体热状态和多年冻土上限形态产生较大的差异,这种差异将会对路基稳定性产生一定的影响.

冻土变化与青藏公路的稳定性问题

气候转暖和人类活动对青藏公路沿线的多年冻土产生了很大影响，使多年冻土地温升高，厚度减薄，岛状多年冻土向北推移等，这些变化严重地于扰和影响了青藏公路的稳定性。考虑到这些变化和工程稳定性，青藏公路稳定性可分为６个带：极不稳定带；稳定带；基本稳定带；基本稳定过渡带；不稳定带；极不稳定带．

青藏铁路路基工程可靠性分析思路浅析

青藏铁路沿线多年冻土具有强烈的时空变异性,多年冻土变异性受到了许多不确定因素的影响。气候变化不确定性、工程影响本身的不确定性、冻土工程性质变化的不确定性以及多年冻土变化的不确定性等,必须依靠不确定性的研究方法来实现,因此,必须引进可靠性评价的思路来分析路基稳定性变化。主要分析了青藏铁路多年冻土空间变异性和多年冻土工程性质变异性,论述了工程可靠性分析在青藏铁路冻土路基工程稳定性分析中应用的必要性;结合冻土路基工程稳定性特点给出了冻土路基工程可能的失效模式;结合多年冻土区路基设计原则,对冻土路基工程稳定性进行了可靠性设计和评价。

青藏高原多年冻土监测及近期变化

对1995-2004年青藏高原多年冻土温度监测资料进行分析,结果表明:在全球气候变暖影响下,近10年来多年冻土发生了显著的变化,活动层厚度有明显的增大趋势,且高温多年冻土区活动层厚度增大趋势大于低温多年冻土区。多年冻土上限温度和6 m深度多年冻土温度均有明显的升温趋势,低温多年冻土区升温速率要大于高温多年冻土。青藏高原多年冻土变化对气候变暧有明显的响应关系。

青藏高原多年冻土顶板温度和温度位移预报模型的应用

温度位移和多年冻土顶板温度是活动层研究和冻土环境研究中重要的能量指标 .主要讨论国外普遍采用的温度位移和多年冻土顶板温度近似模型的适用性 ,并在青藏公路沿线 8个冻土地温监测断面中应用模型进行计算 .结果表明温度位移和多年冻土顶板温度近似模型能够被用于预报低温多年冻土 (年平均地温低于 - 1.5℃ ) ,对于高温多年冻土 (年平均地温高于 - 1.5℃ )该模型不适用 .