城市热岛效应与浅层地下水关系研究——以许昌市为例

通过对研究区Landsat系列影像研究,发现许昌市热岛效应的影响面积随城市化规模的不断扩大而增加,热岛效应使城市近地表温度升高。采用水文地质调查等技术手段对调查区2023年枯水期浅层地下水水位、水温进行了统测,利用MapGIS软件对浅层地下水温度数据进行分析处理,发现在城区范围内浅层地下水温度高于郊区。结合垂向测温,发现浅层地下水埋藏深度决定了其受热岛效应的影响程度,浅层地下水温度变化和埋藏深度成反比关系,埋藏越浅时受近地表温度影响程度越大;埋藏深度达到一定深度时,近地表温度的变化对浅层地下水温度的影响可以忽略。浅层地下水的运动可以带走近地表地层中的部分热量。因此,通过抬升浅层地下水水位在一定程度上可以减轻热岛效应强度。

简析浅层地下水降落漏斗区热岛效应及有关概念

采用数据挖掘技术分析出影响地表土层地温的因素依次为日照、地下水埋深、潜水蒸发量、降水入渗补给量等,因而得出了在一定深度范围内地下水位变化对近地表地温影响较大,从而提出了地下水热岛效应的概念。基于突变理论给出了漏斗区地下水热岛效应临界埋深的判据,提出了热岛效应临界埋深及临界面的概念,据此确定了热岛效应临界埋深值,最后给出了地下水热岛效应图。

基于热力耦合的单磨粒临界磨削仿真分析

目的 通过仿真研究磨削中单磨粒几何特征对切屑根部材料分离的影响,得到脆-塑转变的临界磨削参数值。方法 针对Ti6Al4V合金,通过对单磨粒划擦的分析,建立热-力耦合平面仿真模型,研究切屑根部有效流动应力随单磨粒刃圆半径和磨削深度的变化情况。结果 在磨粒刃口处,刃圆半径r=0.1μm时,磨削深度h≈0.02μm,出现脆-塑转变的临界现象;在h〉0.3μm时,可能会实现材料的塑性去除,磨削热效应对其有促进作用。刃圆半径r=1μm时,磨削深度h为0.2～3μm,有效流动应力的最小值为948.479 MPa,此时在磨粒刃口处几乎没有材料塑性流动的现象,磨削热效应不明显。刃圆半径r=10μm时,磨削深度h为2～30μm,有效流动应力的最小值为716.351 MPa,最大值为763.59 MPa,磨粒刃口处切屑以塑性流动方式产生,磨削热对其有一定的促进作用。结论 仿真得出使切屑根部材料实现塑性流动的单磨粒刃圆半径、磨削深度阈值范围和脆-塑转变的临界值,同时得到磨削热效应对切屑形成的作用效果。取刃圆半径为0.1μm或者10μm左右的磨粒,适当增大磨削深度,可实现切屑根部材料的塑性流动,降低对磨粒的冲击作用,并提高磨削效率。

寒旱露天矿区土壤水分运移规律及其生态效应

为了探究寒旱露天煤矿区土壤水分运移规律及其生态效应,以位于蒙东草原的露天煤矿为研究区,开展了长时间段土壤水分观测原位试验。研究结果表明:非冻结期浅层土壤含水率主要受降水影响,冻结期土壤含水率受土壤温度影响明显;50 cm以上土壤饱和渗透系数大于150 cm/d,50 cm以下土壤饱和渗透系数仅为20 cm/d左右,表现为土壤饱和渗透系数随土壤深度的增加呈减小趋势,降水入渗形成的土壤水主要滞留在50 cm以上的植被根系作用层;区内地下水位埋深(>10 m)远超地下水补给植被的临界埋深(3.52 m),植被指数与年降水量呈正相关关系,表明土壤水是维持区内植被需水的最关键水源;冻融期土壤含水率可恢复甚至超过非冻结期的含水率水平,同时特殊的土层结构造成植被根系区的土壤持水性较好,以上2个因素对植被生长具有积极意义。研究结果可为寒旱露天煤矿区的生态环境保护与修复提供借鉴。

多空间尺度下城市热环境与不透水面聚集密度响应关系

针对以往城市热环境与不透水面聚集密度响应规律研究不足的问题,本文以北京市为例,基于MODIS数据计算城建区与边缘区平均温度差值为热岛强度,结合热岛强度等级特征,选取热岛强度等级期望值较高的6个典型区域(Ⅰ西二旗、西三旗、回龙观,Ⅱ东四、地安门、新街口,Ⅲ丰台区中部,Ⅳ四惠、定福庄、东坝,Ⅴ石景山区,Ⅵ北四环四季青桥附近),研究热岛强度等级与不透水面聚集密度的响应关系;进而利用Landsat数据反演地表温度,研究城建区与精细尺度下地表温度对不透水面聚集密度响应临界点与最优尺度。结果表明:(1)不同热岛强度等级的出现频率、其在白天与夜间的变化程度与不透水面聚集密度有一定相关性,且相近的不透水面聚集密度下所表现出热岛强度的变化特征相似。(2)主要城建区内地表平均温度与不透水面聚集密度的分布特征存在较显著的一致性,随着尺度半径r的增大其响应越明显。且地表温度对不透水面聚集密度的响应存在一个临界点,随着尺度半径r减小,响应临界点逐渐增大:尺度半径r=1000 m时,不透水面聚集密度达到60%后其影响趋于减弱;r=500 m、r=300 m时临界点分别为69%与83%。(3)不同典型区域的最优尺度存在差异,西二旗、西三旗、回龙观最优尺度为150 m,东四、地安门、新街口与四环四季青桥附近为60 m,而季节变化对最优尺度的影响较小。该最优尺度可在一定程度上衡量不同区域不透水面分布的破碎程度及地表类型的单一程度。本研究可为城市规划与管理、城市热岛治理提供参考依据。

城市化对地下水水量、水质与水热变化的影响及其对策分析

地下水作为全世界近1/3城市人口的饮用水源,在城市化发展过程中起着战略性作用。针对水资源需求量最大、地下水污染负荷最重、地下工程开发强度最大的城市地区,梳理了城镇化背景下城市地区面临的地下水文循环过程变异、地下水污染、地下水"热岛效应"等生态水文问题,系统分析了城市地下水发生水量、水质、水热变化的机理,并揭示了地下水量、水质、水热问题的内在联系。研究发现,城市化引起的土地利用与覆被变化是导致地下水文循环过程变异的主要原因;城镇化建设和生活生产废物的污染负荷加剧了地下水质的恶化;城市化引起的垂直热通量的增加促进了地下水升温。通过总结城镇化地区地下水面临的生态水文问题及成因,提出应加快地下水污染防治技术攻关、完善地下水污染区域调控策略、建立城市地下水资源评价方法与体系、优化地下水资源配置,为保障城市水安全、建设生态文明城市并进一步促进经济社会的可持续发展提供理论依据和技术支撑。