中俄输油管线地温预测模型研究

中俄输油管线起点为黑龙江省漠河县连崟首站,终点为大庆市林源。管线全长965 km。输油管线系统与周围冻融土体发生水、热、力耦合作用,威胁管道的正常运营。本文依据漠大管道沿线地温资料,采用非线性拟合算法对漠大沿线多年冻土地温进行曲线拟合,提出不同分区的地温曲线拟合预测模型,进而依据地温预测模型对沿线多年冻土地温进行预测。研究结果表明:预测模型的理论地温值与实测值之间误差波动较小,提高了多年冻土地温的预测精度。

考虑渗流影响的水热型地热田地温预测

依托浅层地温、岩土热物性等数据,建立基于一维稳态热传导的地温预测模型.通过TOUGH2数值模拟,研究渗流速度、渗流层厚度、地下水与流经区域的温差对模型地温预测结果的影响规律,并建立渗流层等效热导率与各影响因子的回归关系.以厦门后埔地热田作为试验场地,验证地温预测模型的预测能力.结果表明:3种影响因子与模型预测误差呈强相关关系,其中温差起主导作用;应用渗流层等效热导率可使地温预测模型误差明显减小;后埔地热田20 m深度预测地温与实测地温平均相对误差为4.2%,有渗流影响的点位平均相对误差为5.2%,相较于2 m深度地温和浅层热流密度,恒温层以下的预测地温更能反映地热异常的实际情况.

基于浅层地温及原位热物性参数地温场预测

近年,地热资源作为一种新颖的清洁能源已经引起广泛的关注。中国浅层地热能资源丰富,但探测手段限制其大规模发展。热物性参数是地热能赋存载体的关键参数之一,决定了热能在岩土体中的传播速度和岩土体温度场的分布。因此,采用基于热物性参数研发的浅层测温和原位热物性参数测试仪开展现场试验,获取地温、热物性参数等数据。采用一维稳态热传导理论建立地温场预测模型,利用不同岩性实测、概化热物性参数进行恒温层地温场分布预测。结果表明,浅层地温场受江水流动影响较大。采用岩性概化与实测热物性参数对恒温层地温场预测几乎一致,因此,利用研发的仪器及模型进行恒温层地温场分布预测是十分有效的。另外,该方法方便快捷,可利用其对浅层地热能开发利用提供合理的建议,并在实际工程中推广应用。

多年冻土路基地温监测及热棒降温分析

为了研究多年冻土区地温变化规律及L型热棒温度调控效能,以公路热棒群降温工程措施为研究对象,通过热传导理论和非线性分析方法,建立了不同监测时段的地温波动预测模型,评价了利用热棒工程措施处治试验段多年冻土路基的降温能效。研究结果表明:热棒作用范围较大,有效影响半径可达5.25m。不同监测时段的冻土地温变化规律略有区别,深度在6m范围内,各测孔地温变化最大降幅达82.1%,6m以下深度范围内,地温逐渐趋于0℃以下。热棒作用初期,多年冻土路基横向地温呈差异化分布,但随着热棒温控效应的增强,有效影响半径内温度调控效果明显,横向地温分布差异性减弱,逐渐趋于较稳定的年平均地温。多年冻土区地温预测值与实测值相关系数均在0.99以上,预测效果良好。研究成果可为冻土路基地温预测、变形监测和降温措施制定提供借鉴。

典型多年冻土区公路地温观测研究

为了研究多年冻土区地温分布及其演化规律,基于国道G314线布伦口-红其拉甫段路基地温现场监测资料,采用热传导理论和非线性分析方法对沿线多年冻土地温数据进行回归拟合,建立了不同地段的地温波动预测模型。研究结果表明:不同监测时段的冻土地温变化规律基本相同,在2~3.5m深度范围内,温度降幅较大;3.5m以下温差变化相对缓慢,在0℃线左右波动,并逐渐趋于稳定。多年冻土地温预测值与实测值相关系数均在0.96以上,预测效果良好。研究成果可为冻土路基地温预测、变形监测和降温措施制定提供参考。

高海拔多年冻土区砂石路面公路的路基温度场特征

为了研究修筑公路对高海拔多年冻土层热状态的影响,开展了新藏公路多年冻土区路段沿线病害调查,在海拔5400 m地带修筑了冻土地温监测断面与气象监测站点;对气温、地温、辐射强度进行了监测,依据监测结果计算了冻土上限处的热流通量,分析了多年冻土层地温变化特征;基于热传导和热扩散理论,建立了天然地基及普通路基下部多年冻土地温-深度理论预测模型。研究结果表明:多年冻土区公路病害主要由于沥青路面大量吸热导致,热棒、隔热层等主动、被动保护的手段虽有一定效果,但不能改变多年冻土的快速退化;研究区域天然地基与路基中心一天内温差最高达19.66℃,左、右路肩一天内温差最高为4.94℃,天然地基下深层多年冻土温度稳定在-6.0℃左右,路基中心下部深层多年冻土温度稳定在-5.6℃左右,路基下部相较天然地基温度变化更为剧烈,且等温层温度更高;研究区域的辐射强度在一天的10:00~18:00显著增强,在一年的3~6月为辐射强度的顶峰期,浅层地温主要受辐射强度的年周期变化影响;天然地基、路基中心、阴坡路肩与阳坡路肩下部多年冻土层年热流通量依次为-4001、-14649、-4487与58303 kJ·m^(-2),路基中心散热速率大于天然地基,阳坡路肩处大量吸热;天然地基的等温层出现在9.79 m深度处,而路基中心等温层出现在9.61 m深度处,路基中心等温层位置更浅,路基土的换填使路基下部浅层冻土温度变化更明显,短期内对下部多年冻土的散热有正向作用;在阴阳坡效应下,阳坡下部多年冻土温度升高,路基热稳定性降低,并产生不均匀沉降。

多年冻土区热棒路基降温调控效能研究

为了研究多年冻土区地温变化规律及评价L型和直式热棒的地温调控效果,以某一级公路采用的热棒群降温工程措施为研究对象,以现场实时监测数据为基础,评价了热棒有效影响半径、作用期限和影响深度等因素对多年冻土路基的降温冷却效果,通过热传导理论和非线性分析方法,建立了不同监测时段的地温预测模型。研究表明:在垂直于路基中心线的水平方向上,热棒作用下的路基地温变化呈"弯沉盆曲线"型,最小有效影响半径为2.0m。在近路中心侧最低地温在-0.5℃以下,L型热棒降温效果更佳;而在近路肩侧最低地温基本处于0℃以下,直式热棒冷却效能优势较大。多年冻土路基地温变化近似呈现正弦波形曲线分布,单位周期内地温振幅随深度增加不断衰减,且存在相位滞后效应和偏距差异,经历两个冻融循环冷却期后,两种热棒段的路基最低地温降幅分别达到51.5%、50%。浅层地温受大气温度和黑色沥青路面聚热效应的影响波动幅度较大,但随着路基埋深的不断增大,其周期性波动逐渐削弱并逼近年平均地温。多年冻土地温预测值与实测值相关系数均在0.97以上,预测效果良好。研究成果可为多年冻土路基设计、运营维护和变形监测提供新视野。