线性和指数回归方法对土壤呼吸CO_2扩散速率估算的影响

理论上,土壤呼吸通量的量值可以通过观测土壤呼吸CO2扩散速率(c/t)计算得到。但是为获得c/t,通常须允许土壤呼吸箱内CO2浓度升高,因此,如何估算外界大气CO2浓度条件下的c/t是土壤呼吸观测技术的关键,关系到观测结果的准确性。通常c/t的估算会受土壤表层大气CO2扩散梯度(即土壤呼吸箱内CO2扩散梯度和大气CO2浓度昼夜变化)的影响。目前,线性回归方法是土壤呼吸观测中估算c/t的基本方法。然而,常用的线性回归方法会低估c/t,而指数回归方法则可以准确地估算c/t。夜间c/t的变化与大气CO2浓度之间存在非常明显的负相关关系。夜间土壤表层大气CO2扩散梯度的减小导致线性回归方法明显低估c/t。c/t的昼夜变化过程存在明显的非对称性现象,而指数回归方法可以更好地描述c/t昼夜变化的非对称性响应。

CO_2管线泄漏扩散小尺度实验研究

CO2气体综合开发和利用过程中涉及很多安全问题,为了研究CO2作为典型重质气体从输送管线泄漏后的扩散规律,在综述重气扩散实验的基础上设计了CO2管线泄漏扩散缩比例实验;通过幂函数拟合得到监测点峰值浓度曲线,并据此确定了生产现场的安全距离;根据危险气体非正常排放模型对实验进行了理论预测,结果与实验值进行了对比。结果表明小风条件下,当以950m3.h-1初始流量释放20min左右的CO2时,现场安全距离可设为46m,而当初始流量为6300m3.h-1时,现场安全距离为160m;实验值和理论预测值的偏差最小为-3.0%,最大为28.1%。经分析可知CO2管线泄漏近源区一定距离内主要靠射流动能扩散,其后范围主要受浓度梯度的影响,危险气体非正常排放模型可较准确地预测近源区的扩散情况;安全距离与泄放流量基本呈指数关系。

三峡库区干流及库湾支流(朱衣河)夏季CO_2分压及扩散通量

以三峡库区中长江干流及其支流朱衣河作为主要研究对象,于2013年5—7月对该研究区域干支流的CO_2分压进行了研究,并计算出CO_2的扩散通量.研究结果表明,在水体剖面上表层水体CO_2分压最小;随着水深增加,CO_2分压急剧增大,到达10m后才保持稳定.干支流表层水体CO_2分压的分布和扩散通量差异显著.5—7月,干流水体表层CO_2分压为220.8~268.0 Pa,CO_2扩散通量为51.05 mmol·m^(-2)·d^(-1);支流水体表层CO_2分压为14.9~190.3 Pa,3个月的CO_2扩散通量分别为0.42,-0.12和20.83 mmol·m^(-2)·d^(-1).研究结果表明,支流释放的CO_2远小于干流.

相平衡与CO_2在水中的扩散速率——CO_2排水集气法

根据相平衡等的有关计算可知 ,常压下CO2 溶于水的过程为物理吸收 ,CO2 的饱和水溶液为稀溶液 ,而且溶液里碳酸的生成和电离可以忽略不计。CO2 在水中的扩散系数非常小 ,其数量级为 10 -5cm2 /s,在CO2 排水集气法操作中 ,CO2 气体不被水吸收。

离子液体改性活性炭的CO_2吸附和扩散性能

采用浸渍法将活性炭用1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐([Bmim][TFSI])进行改性处理,制得一系列活性炭负载离子液体,并对其进行了FTIR,TG和SEM表征。研究了浸渍液浓度和浸渍时间对样品孔径分布、CO_2吸附量、CO_2/N_2选择性和抗水性能的影响,并分析了CO_2在活性炭负载离子液体内的吸附扩散行为。结果表明:浸渍时间是影响样品CO_2吸附性能的关键因素,当离子液体浓度为0.24 mol/L浸渍3 h时,样品能较好地保持活性炭发达的孔道特征,在0.1 MPa和298 K时的CO_2吸附量达8.65%;与空白活性炭相比,[Bmim][TFSI]改性处理能显著提高CO_2/N_2的选择性和抗水性;负载离子液体具有较快的CO_2扩散速率,其扩散系数比纯离子液体高2个数量级。

高含水油藏CO_2驱油机理

CO_2驱油能够有效提高原油采收率,但在高含水油藏中,水能够溶解CO_2,并影响CO_2与原油接触,从而影响驱油效果。针对这一问题,开展了CO_2在油、水中的浓度分配实验,通过建立CO_2在油、水中扩散的数学模型,使用核磁共振研究CO_2驱替实验,探索了CO_2在高含水油藏中的溶解扩散机理以及对综合驱油效果的影响。结果表明,在高含水油藏中,CO_2在水中溶解损失的比例不高,同时CO_2能够快速渗透水膜,与被水屏蔽的剩余油接触,波及水驱未波及区域内的剩余油。由于水膜阻隔了原油与CO_2的直接接触,在CO_2驱替过程中会首先驱出水膜,使油、气直接接触,再驱出剩余油。其宏观表现为注气早期含水率较高、采油速度较低,当CO_2突破后,含水率急剧下降,采油速度升高。研究明确了高含水油藏CO_2驱油机理,解释了其见效特征,并为改善高含水油藏CO_2驱油效果提供了参考。

岩溶湿地表层水体CO2分压时空分布特征及其扩散通量

为揭示岩溶湿地表层水体二氧化碳分压(pCO_(2))的时空分布规律及其扩散通量,以我国最大的岩溶湿地贵州威宁草海为研究对象,分别于2019年7月(丰水期)和12月(枯水期)通过网格布点法,系统采集草海表层湿地水体,测定水样理化指标和离子组成,利用PHREEQCI软件计算水体pCO_(2),并基于Cole提出的气体扩散模型估算水-气界面二氧化碳(CO_(2))的扩散通量.结果表明:草海湿地表层水体丰水期pCO_(2)的变化范围为0.44~645.65μatm,平均值为(55.94±124.73)μatm;枯水期变化范围为35.48~707.95μatm,平均值为(310.46±173.54)μatm;丰水期水体整体pCO_(2)低于枯水期,空间上两期水体均呈现东部区域及河流入湖口处pCO_(2)较高,而中西部区域pCO_(2)欠饱和的特征.水-气界面CO_(2)的扩散通量在丰水期变化范围为-43.27~27.16 mmol/(m^(2)·d),平均值(-34.49±12.93)mmol/(m^(2)·d),枯水期变化范围为-33.36~28.15 mmol/(m^(2)·d),平均值(-8.02±15.85)mmol/(m^(2)·d),与其他岩溶湖库相比,水生植物丰富的草海在两个极端水文期CO_(2)扩散通量相对较低,总体表现为大气CO_(2)的汇.

流域源区溪流CO2的来源与扩散过程研究综述

江河水系的源头多由规模小但数量多的溪流构成。溪流是源区生态系统向下游进行碳输出的开端,同时也存在水体CO2向大气扩散的过程。溪流CO2扩散通量(FCO2)取决于水体二氧化碳分压(pCO2)、水-气界面因湍流而产生的CO2扩散速率(kCO2)及溪流水域面积等方面,可以直接测量也可以通过经验公式及模型估算。溪流pCO2受外源输入和内源产生两个过程的制约。外源CO2是由壤中流和地下水向溪流注入的溶解无机碳(DIC)转化而来,内源主要指水体有机质分解产生的CO2。水-气界面kCO2主要受到与河床坡度、粗糙度及流量变化密切相关的水流湍流程度的影响。源区溪流FCO2在时间上表现为暖湿季节>干冷季节、夜间>白天、洪水期>非洪水期;全球空间尺度呈现自热带向寒温带递减;特定溪流内自地下水排泄区向下游递减。目前,关于源区溪流CO2来源与扩散的研究逐渐增多,但是在溪流CO2各种内外来源贡献量与贡献比例的估算、源区生态系统中各地理要素对溪流外源碳输入过程的控制、溪流水-气界面FCO2估算模型及山区溪流kCO2和CO2扩散过程等方面还有待深入研究。

室内CO2泄漏扩散实验系统设计

为了进行自然通风条件下的室内CO2泄漏扩散模拟实验,设计并建造了一间小型实验舱及配套实验系统.CO2浓度传感器采用COZIR-WX-20%高速传感器,通过组态王开发上位机控制传感器工作及数据.测试结果表明,此系统可满足自然通风条件下的CO2泄漏扩散模拟实验的实验条件要求.

洪家渡水库溶解二氧化碳分压的时空分布特征及其扩散通量

为了了解水库温室气体的释放特征，于2006年4月、7月、10月和2007年1月对中国西南喀斯特地区新建的洪家渡水库入库水体、出库水体和水库坝前水体的CO2分压（pCO2）特征进行了分析。结果表明：入库河流pCO2为春季〈夏季〈秋季〈冬季，其中，六冲河全年平均值为488μatm，凹水河全年平均值为624μatm；水库库区表层水体pCO2冬季最高，春季最低，分别为925和279μatm，全年平均值为598μatm；在水体垂直剖面上，pCO2随水深的增加而增加；出库水体pCO2夏季最高，达8417μatm，春季最低，为382μatm，全年平均值为3260μatm。就全年平均而言，入库水体、水库库区表层水体以及出库水体pCO2均高于大气CO2分压（380μatm），其向大气中释放的CO2通量分别为3．93—6．29、4．87—7．79和64．29—102．86mmol·m^-2·d^-1。该水库总体上是大气CO2的源，天然河流水体经水库作用后CO2释放强度增加，导致水库泄水pCO2为天然河流的16倍、水库库区表层水体的13倍，其向大气中释放CO2量也相应增加。因此，水库泄水的CO2释放问题值得关注。

万峰湖水库回水区二氧化碳分压及扩散通量特征时空变化

为了解喀斯特高原水库回水区丰枯水期水体二氧化碳分压变化规律及二氧化碳扩散通量特征,本文以云贵高原喀斯特水库--万峰湖为例,于2016年9月和2017年2月对该水库回水区水体表层进行走航监测和采样,利用水质参数仪现场测定水体参数,其余水体参数于实验室做进一步测定分析,pCO2通过水化学平衡原理和亨利定律计算得到.结果表明,丰水期回水区表层pCO2变化范围为124.84-374.06 Pa,均值为219.580 Pa;枯水期回水区表层pCO2变化范围为210.19-371.53 Pa,均值为290.607 Pa,丰水期pCO2值小于枯水期.相关性分析得出,枯水期pCO2与T(温度)呈负相关,且pCO2与Cond(电导率)和TDS(总溶解固体物含量)呈正相关.而丰枯水期pH与pCO2都呈显著负相关.丰水期和枯水期pCO2均为过饱和状态,表现为大气CO2的源(大气pCO2值为40.63 Pa).通过计算得出该研究区CO2扩散通量(F)丰枯水期分别为49.27-193.82 mmol·m^-2·d^-1、54.02-102.83 mmol·m^-2·d^-1,平均通量为104.998 mmol·m^-2·d^-1和76.822 mmol·m^-2·d^-1.与世界其他水库相比,库区水体丰枯水期CO2扩散通量低于热带地区,普遍高于亚热带、温带地区.

广东新丰江水库表层水体CO2分压及其影响因素

于2012年7月和2013年1月定点采集新丰江水库表层水样,测定水样的理化及生物学参数,计算水体中二氧化碳分压(p(CO_2))大小并分析其时空变化,探讨新丰江水库p(CO_2)的影响因素及其CO_2源/汇机制.结果表明:丰水期p(CO_2)变化范围为16~3545μatm,均值为999μatm,从水库上游到坝前p(CO_2)逐渐升高;枯水期p(CO_2)变化范围为399~1355μatm,均值为756μatm,从水库上游到坝前p(CO_2)呈下降趋势.丰水期p(CO_2)受温度影响较小,与营养盐(NO-3、DSi)浓度呈正相关,与叶绿素a(Chl.a)、溶解有机碳(DOC)浓度呈负相关,与溶解无机碳(DIC)浓度没有明显相关性;枯水期p(CO_2)受温度影响也较小,受碳酸盐体系的影响,与NO-3、DSi、Chl.a、DIC浓度呈正相关,与DOC浓度没有明显相关性.新丰江水库相对于大气来说是一个通量值偏低的CO_2源.

万峰湖水库冬季CO2通量与p(CO2)分布特征及形成机制

为研究万峰湖水库冬季CO2通量与p(CO2)分布特征及形成机制,作者于2017年2月对万峰湖水库进行走航采样研究,结果表明:水平方向上,p(CO2)取值范围为158.65~371.53 Pa,均值为254.17 Pa;CO2通量取值范围为39.35~102.83 mmol/(m2·d),均值为65.21 mmol/(m2·d)。垂直剖面上,CO2分压与CO2通量随水深增加而增加,均值分别为423.50 Pa、114.87 mmol/(m2·d),总体表现为CO2的"源",且回水区>干流>马岭河支流。表水层p(CO2)和CO2通量变化速率为F-1>F-4>F-2>F-3,温跃层为F-1>F-3>F-2>F-4,低温层为F-4>F-1。与其他气候带河流、湖泊、水库相比,CO2通量处于中等偏高水平。马岭河支流、干流和回水区p(CO2)形成机制分别与浮游植物的呼吸作用、有机质的降解、外源河流的输入、碳酸盐的沉淀及底泥溢出的CO2有关。同时,回水区封闭库湾的"死水"区域也是导致p(CO2)及CO2通量高的又一原因。

河流-水库体系水体表层pCO_2时空变化特征及其扩散通量——以六冲河、洪家渡水库、红枫湖为例

为了了解筑坝后河流-水库体系CO2的释放特征,本研究于2011年5月至2012年5月调查了乌江流域的六冲河以及处于不同营养水平的洪家渡水库和红枫湖表层水体的基本物理、化学和生物参数及溶解无机碳碳同位素组成(δ13 CDIC),分析计算表层水体pCO2及水气界面的CO2交换通量(CO2flux)。六冲河、洪家渡水库和红枫湖表层水体的pCO2年平均值分别为684±195μatm、884±484μatm和592±596μatm,均大于大气中的pCO2,表现为大气CO2的源。红枫湖表层水体中的pCO2受到藻类等水生生物的作用最强,洪家渡水库次之,六冲河表层水体最弱,导致它们表层水体中的pCO2具有明显不同的时间分布特征,相应的CO2flux的时间分布也明显不同。红枫湖的初级生产力水平最高,在2011年5月至2011年9月时表现为大气CO2的汇,水气界面的交换通量平均为-5.70mmol.m-2.d-1。δ13 CDIC和pCO2同步变化揭示了水体表层pCO2时空变化受藻类等生物活动的影响。本研究表明,高频率的监测对于准确评估河流-水库体系CO2flux非常必要。

小浪底水库影响下的黄河花园口站和小浪底站pCO_2特征及扩散通量

于2011年11月至2012年10月在黄河小浪底站和花园口站进行连续采样分析,根据亨利定律计算出表层水体二氧化碳分压(p CO2),研究了在小浪底水库'水沙调控'的影响下黄河花园口站和小浪底站表层水体p CO2特征及水-气CO2通量.结果表明,在小浪底水库正常调度期间,小浪底站表层水体p CO2在82~195 Pa之间,花园口站表层水体p CO2在99~228 Pa之间,且花园口站表层水体p CO2均高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间,两个水文站均表现为水库泄水期间的表层水体p CO2明显低于水库排沙期间的表层水体p CO2.无论是在小浪底水库正常调度期间还是在调水调沙期间,两个水文站表层水体p CO2均与DIC含量呈现显著的正相关关系.8、9月Ep CO2/AOU的比值高于生物好氧呼吸作用控制水体p CO2的理论下限0.62,因此8、9月生物好氧呼吸作用对水体p CO2的贡献比较明显.从全年来看小浪底站和花园口站平均水-气CO2扩散通量分别为0.486μmol·(m2·s)-1和0.588μmol·(m2·s)-1;在水库正常调度期间花园口站水-气CO2扩散通量明显高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间两个水文站均表现为水库泄水期间的水-气CO2扩散通量明显低于水库排沙期间的水-气CO2扩散通量.

煤矸石充填重构土壤水分再分布与剖面气热变化试验研究

为研究煤矿区用矸石作为垫底基质进行土壤剖面重构土壤水分再分布过程和剖面热扩散与气体浓度变化特征,以指导工程设计和重构土壤熟化技术应用,在实验室设计了一种煤矿区重构土壤水气热运移模拟装置,通过布设在土柱系统不同深度的温湿度传感器和CO_2浓度检测仪,连续监测重构土壤剖面含水量、温度和CO_2浓度。结果表明:煤矸石层具有良好的阻水性,阻碍水分的入渗,增加上层土壤的持水能力。但是,煤矸石的持水性差,煤矸石层的含水量低于土壤层10%左右;煤矸石具有更佳的热扩散性,在加热过程中煤矸石层的温度远大于土壤层,在重构土壤中容易形成稳定的温度梯度,尤其在煤矸石层与土壤层之间存在明显的温度差。土壤层的温度受底部加热的影响较小,短期内主要受室温影响,其变化曲线与室温日变化曲线基本一致,最大波动幅度在2.89℃;底部通CO_2对土壤层CO_2浓度的影响非常小,气体在煤矸石层向土壤层扩散时容易受到土壤层的阻隔,导致气体在土壤层下界面累积;煤矸石层会对邻近土壤层产生较大影响,影响微生物的生存环境,导致微生物的活性下降。当覆土厚度为60cm时,煤矸石层对土壤层的影响较小,随着覆土厚度的增加,煤矸石的影响会逐渐削弱。

应力作用下混凝土碳化深度预测模型

研究了应力对混凝土气渗系数和CO2扩散系数的影响,建立了气渗系数与CO2扩散系数的相关性.以Fick第一定律推导的碳化深度模型为基础,建立了基于气渗系数的应力作用下混凝土碳化深度预测模型--CDep-GPL模型,并对模型进行了验证.结果表明:混凝土碳化深度的模型预测值与试验值吻合较好,该模型可用于预测应力作用下混凝土的碳化深度.

新安江水库水体春季二氧化碳分压的分布规律研究

为了了解水库温室气体的释放特征，于2010年4月利用喷淋一鼓泡式平衡器一非分散红外检测器系统对新安江水库表层水体二氧化碳分压p（CO2）进行了走航观测，及坝前水体剖面监测。走航结果表明库区河道p（CO2）区间为70～130Pa，库区中段p（CO2）区间为36～45Pa，库区坝前p（CO2）区间为60-70Pa；水库出水p（CO2）为140Pa，高于坝前表层水体；坝前剖面结果显示，在同一剖面上表面水体p（CO2）最低为68Pa，此后p（CO2）随着深度增大持续增大，至水下10m处开始保持稳定在105Pa附近。该水库总体表现为大气CO2的源，但是通过对上游入库水体的比较发现该水库对温室气体释放缓解作用明显。

生物质焦炭颗粒气化过程模拟与分析

生物质能源的合理利用对减少环境污染和碳减排具有重要意义。本文利用气化过程的随机孔模型为工具,进行了半焦颗粒气化过程的数值计算,并对半焦气化的相关准则数进行了分析。结果表明:在1123 K气化温度下,颗粒半径小于0.26 mm时气化过程由化学反应过程控制,颗粒半径在0.26~1.45 mm范围时由化学反应过程和CO2扩散过程共同控制,当颗粒半径大于1.45 mm时,由CO2扩散过程控制;气化温度在973~1223 K时,随温度升高,CO2的扩散过程对反应速率的影响逐渐增大,温度超过1223 K时,CO2扩散过程成为影响气化反应速率的主要因素。在实际气化中,可以采取减少焦炭粒径的方法加速气化过程,粒径应当控制在1.45 mm以下;如果颗粒粒径小于0.26 mm时可采取升高气化温度的方法加速气化,防止气化速率完全由CO2扩散过程控制;对于1 mm焦炭颗粒,应当保持气化温度低于1223 K。