黄土塬地区非饱和结构性黄土的强度特性研究

为了揭示黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的结构性强度特性的有关规律,完善非饱和土的非线性模型,获得关于黄土塬地区非饱和黄土的变形和强度特性及相关参数,以陇东Q3原状及重塑黄土为对象开展试验研究,对不同初始吸力及不同净围压下的非饱和黄土进行了三轴固结排水剪切试验,研究了黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的变形特性、临界状态、强度参数及吸力变化特性。研究结果表明:原状黄土的剪切破坏表现出明显的剪缩现象,重塑土试样的变形出现剪胀和应变软化现象,剪切变形会出现明显的剪切带现象;不同初始吸力下,原状土偏应力与体应变临界状态线均成线性关系,而非饱和重塑黄土体应变受干密度的影响较大,试验过程中,较大干密度的试样出现了先剪缩后剪胀的现象;非饱和黄土的抗剪强度受基质吸力的影响,非饱和原状黄土的黏聚力随吸力的增大而增大,有效内摩擦角受吸力影响较小,可近似为一常数,非饱和重塑黄土的强度受基质吸力和干密度的影响较大,但对内摩擦角的影响较小;试验得出黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的强度参数,且求得的原状土参数K比重塑土参数K受吸力的影响更大。

基于GIS的黄土台塬区县域耕地生产潜力评价研究

【目的】对黄土台塬区县域耕地生产潜力现状进行评价。【方法】针对陕西合阳县耕地资源现状,选取立地条件(地貌类型、坡度、海拔)、耕层土壤速效养分(碱解氮、速效磷、速效钾)、理化性质(土壤pH、有机质)、剖面性状(土壤剖面构型、土壤结构)、农田管理(农田基础设施、灌溉能力、障碍类型)5个方面的13个因子,建立耕地生产潜力评价体系,利用层次分析法和模糊评价法对合阳县耕地生产潜力进行定量分析。【结果】在陕西合阳县87 316.93hm2耕地中,1～6级耕地面积分别为872.23,13 124.13,25 365.18,30 323.57,16 440.34,1 191.48hm2。其中1～3级耕地主要为水浇地,集中分布在沿黄滩区或低台塬区;4级耕地多为旱地,主要位于平缓高台塬区;而5级和6级耕地则主要分布在坡度较陡的高台塬区和山地坡脚,地形破碎,土层较薄,速效养分含量低,且常伴有土壤侵蚀作用。【结论】成功建立了基于GIS的黄土台塬区县域耕地生产潜力评价体系,这为该地区耕地资源可持续利用及农业结构调整提供了理论依据,同时也为我国西北黄土台塬区耕地生产潜力评价体系构建与评价方法进行了有益探索。

黄土高原沟壑区农田土壤水分动态变化分析

以黄土高原沟壑区径流小区为研究对象 ,分析了雨季、旱季缓坡农田土壤水分动态变化以及坡位对农田土壤水分动态变化的影响 ,结果表明 :雨季、旱季农田土壤水分动态变化趋势相同 ,但浅层 (10～ 30 cm )土壤水分变化幅度较大 ,尤其是降雨产流时 ;土壤水分的补偿和恢复主要取决于雨强适中、历时长且雨量大的降雨过程 ,与土壤前期水分剖面特征、作物覆盖度以及作物耗水特性密切相关 ,而坡度几乎没有影响 ;坡位对农田土壤水分动态变化也有一定的影响 ,观测期末雨季、旱季土壤蓄水增量为坡上 <坡中 <坡下 。

黄土高塬沟壑区小流域村镇体系空间分布特征及引导策略——以陕西省淳化县为例

结合黄土高塬沟壑区的自然地理特点,以陕西淳化县为例,分析黄土高塬沟壑区小流域村镇体系的空间分布特征,提出"两沟夹一塬"单元是黄土高塬沟壑区基本的自然与社会经济组织系统。提出应以城镇发展为核心,逐步形成适合于地域特征的"枝状"村镇体系空间结构体系;应对分散的村镇适当迁并,充分发挥城镇的集聚效益,逐步形成黄土高原沟壑区"大分散—小聚合"的村镇体系格局;应以生态环境建设为目的,加强轴线地带非城镇化地区的空间管制。

西安黄土台塬区全新世黄土磁化率古气候环境演变

通过对西安神禾塬鱼包头村和泾阳县新庄村典型剖面全新世黄土—古土壤地层的岩性描述、地层划分和对比,结合泾阳县新庄村AMS^(14)C的年代测定和其他学者的测年数据,建立了该地区全新世以来黄土沉积年代序列.根据磁化率气候替代指标在剖面上的变化规律以及该黄土剖面反映的东亚冬、夏季风强弱变化特点,详细分析了西安地区全新世以来环境变化的特征和规律,进而将该剖面磁化率曲线特征与其他学者的孢粉谱建立的温度曲线进行对比.对西安地区全新世以来古气候的阶段进行了划分,将西安地区10 000 a以来的气候演变划分为6个气候阶段:10.0~9.0 kaBP,冷温转换阶段;9.0~7.0 kaBP,暖冷波动阶段;7.0~5.0 kaBP,温暖阶段;5.0~3.4 kaBP,暖冷剧烈波动阶段;3.4~2.0 kaBP,气温先降后升阶段;2.0 kaBP至现在,温暖半湿润、半干旱阶段.

基于稳定同位素的黄土塬区地下水补给规律研究

选择典型黄土塬区——长武塬及长武塬边的王东沟小流域作为研究区,对研究区内降水、不同地表植被类型下0~15 m深度范围内的土壤水、井水和泉水样品进行采集,对比分析了各水体氢氧稳定同位素的组成特征,进而对黄土塬区地下水补给方式进行判定。结果发现:降水同位素组成与氘盈余呈现出“先减小后增大的趋势”的季节变化趋势;土壤水样氢氧同位素点样分布于当地大气降水线(Local Meteoric Water Line,LMWL)的右下方,分布较为离散,土壤水入渗过程中活塞流与优先流共同存在;地下水样氢氧同位素点样分布于LMWL和土壤水分蒸发线(Soil Water Euaporation Line,SWEL)之间,其离散程度远小于雨水与土壤水样品;黄土塬区地下水主要接受土壤水通过活塞流和优先流的双重入渗补给。

黄土塬区不同土地利用方式土壤水分对降雨的响应研究

以黄土塬区王东沟小流域塬面为研究对象,结合野外样品采集和室内外化验分析,探究不同土地利用方式下土壤水分、土壤水氢氧稳定同位素对次降雨事件的时空响应变化规律,为黄土塬区农业生产格局优化、生态修复提供科技支撑。结果表明:(1)在次降雨事件(降雨量47.6 mm)发生前及发生后7天,荒草地、苹果地和玉米地在0~3 m范围内土壤平均含水量分别为16.13%±1.23%、16.01%±1.38%、16.53%±1.43%。土壤水分对本次降雨事件响应的最大深度由大到小依次是玉米地、苹果地和荒草地,前二者存在响应滞后现象。采用有序聚类分析将土壤水分纵向变化层次划分为土壤水分活跃带、弱活跃带、相对稳定带,荒草地各层次深度范围分别为0~0.2、0.2~0.4和0.4~3 m,苹果地和玉米地均为0~0.2、0.2~0.6和0.6~3 m。(2)0~3 m土层蓄水能力由大到小依次是荒草地、玉米地和苹果地;(3)本次降雨事件下,雨水δ2H、δ18O分别为-81.30‰、-11.12‰;降雨后土壤表层的入渗能力大小依次为苹果地>玉米地>荒草地。0~3 m土层范围内土壤水氢氧稳定同位素随深度变化均表现出“多峰”的变化趋势,3种土地利用方式下雨水入渗均呈现“活塞流”和“优先流”交替进行的过程。

基于同位素示踪的黄土塬区小流域径流组分来源解析研究

黄土塬区独特的水文地质结构极大地增加了当地水循环过程的复杂性。为探究黄土塬区河道径流组分演变过程及产流机制,选择黄土塬区王东沟小流域为研究区,针对3次典型降雨-径流事件,对雨水与径流流量及~2H含量进行了高频连续采集与测试分析,并通过二端元混合模型对径流的主要组分(降雨产流和基流)进行分割解析,得到以下主要结论:(1)小雨和中雨事件下径流水δ~2H呈现先增长后减小的变化趋势,而大雨事件呈现先减小后增加的趋势。大雨事件和小雨事件洪峰径流组分几乎全部来自于降雨直接产流,这可能与雨强有关。(2)3场降雨的有效产流面积由大到小排列为小雨(3.76 km^(2))、大雨(3.54 km^(2))和中雨(2.89 km^(2))。有效产流面积和平均雨强、30 d影响雨量呈现正相关关系,但与降雨量的相关性很弱。(3)试验中,事件尺度下小流域的主要产流机制为超渗产流。本研究对黄土塬区水资源的高效利用与配置优化具有重要意义。

微生物地球化学勘探技术在黄土塬地貌区油气勘探中的应用

鄂尔多斯盆地延长探区富县北部地处黄土塬地貌区,天然气勘探程度较低。针对黄土塬地貌区地震响应微弱、适用性差、流体检测难度大的问题,采用微生物地球化学勘探技术,结合油气钻探和地质资料展开综合研究。结果表明:黄土塬地貌区检测到显著的微生物异常;微生物及地球化学成果指示延长探区具有油气并存的特点;研究区可划分为9个微生物异常区和3个有利区带,其中,中部有利区指示含气前景好,西北部有利区含气性较好,东南部有利区可能与天然气富集有关。综合研究表明,微生物地球化学勘探技术在黄土塬地貌区的含油气性评价方面具有一定的适用性,研究成果可为黄土塬地貌区油气有利区带筛选提供参考依据。

煤矸石场自燃治理注浆技术研究与工程实践

煤矸石场在自燃过程中会排放出大量有毒有害气体和烟尘,对周围大气和生态环境产生极大破坏。本文在分析研究区自然地理条件的基础上,通过钻孔注浆法对煤矸石场自燃进行治理,并对钻孔注浆法中的注浆液的材料选择和配制、注浆量和注浆参数的确定、注浆钻孔的钻进工艺、注浆工艺和治理效果检验方法等方面进行了深入研究,通过工程示范验证,取得了较好的自燃治理效果。

黄土高塬沟壑区典型小流域不同雨型水沙关系特征

探究不同降雨类型下流域产流产沙特征及水沙关系,以黄土高塬沟壑区杨家沟小流域作为研究区,采用K-means聚类算法和判别分析法对流域1981—2010年的184场次降雨事件进行分类,用幂函数方法探究不同降雨类型的水沙关系特征。杨家沟小流域年径流量和输沙量都呈现显著减少趋势(P<0.01),相较1981—1989年,二者在1990—2010年的均值分别减少50.32%和55.64%。场次降雨事件可划分为3种类型:A雨型(小雨量、中历时、中降雨强度)、B雨型(大雨量、长历时、小降雨强度)和C雨型(中雨量、短历时、大降雨强度),其中A雨型是流域产流产沙的主要降雨类型。幂函数能较好地拟合不同雨型的径流深和输沙模数关系,A雨型的拟合效果优于B雨型。降雨量减少和植被覆盖率增加是杨家沟流域径流量及输沙量减少的主要原因,降雨量、降雨强度、降雨历时对流域产流产沙能力有重要影响。

黄土塬地区CO2驱油封存泄漏土壤监测体系研究

为保障鄂尔多斯盆地黄土塬地区CO2驱油封存项目的安全开展,通过对CO2驱油封存技术和黄土塬地区地形地貌及土壤环境特点进行综合分析,辨识了黄土塬地区CO2驱油封存过程中CO2泄漏在土壤中的空间运移特征,探究了土壤环境参数的变化规律,总结了土壤不同环境指标和土壤层位下适宜的CO2泄漏监测方法,建立了一套适用于黄土塬地区特点的全时空、立体化、多参数的CO2驱油封存泄漏土壤监测体系。结果表明:黄土塬地区CO2驱油封存过程中CO2泄漏易受其地形地貌及土壤特点的影响,具有明显的纵向易反渗、横向多源化的空间运移特征以及土壤环境指标响应程度夏季高、冬季低的时间响应特征,所建立的监测体系对该地区土壤环境特点及CO2泄漏特征具有一定的适应性,可为其他复杂地区土壤CO2泄漏监测提供指导。

1965—2015年庆阳塬区气温和降水极端事件分析

为了研究庆阳塬区气温和降水极端事件变化的特点及规律,提供防灾减灾科学依据,利用1965—2015年庆阳塬区西峰站的平均气温、日最高气温、日最低气温、降水等观测资料,应用多种方法和指标进行分析。结果表明:(1)庆阳塬区年平均降水量539 mm,极端降水阈值22.7 mm,极端降水日数4.8天,极端降水强度36.6 mm/d,暴雨32次。(2)年平均气温9.0℃,极端最高气温29.2~36.4℃,极端最低气温-22.6^-11.3℃,夏天日数65.1天,低温日数125.7天,高温31次。(3)年降水量、极端降水量、极端降水日数及强度均呈减少趋势,年最大日降水量呈不显著上升趋势,暴雨变化趋势比较平稳。(4)年平均气温、极端最高气温、极端最低气温、夏天日数均呈上升趋势,低温日数减少趋势与年平均气温、极端最低气温出现增温相对应。(5)年降水量与极端降水量之间,极端降水量与极端降水日数和强度之间均呈线性正相关,极端最低气温的升高、低温日数的减少对平均气温的升高贡献最为显著。

太原市黄土台塬区黄土湿陷性质的研究

通过对太原市轨道交通某线路所经过黄土台塬区的黄土层进行双线法黄土湿陷试验,经过数据统计分析,结果表明该地段黄土层均有不同程度的湿陷性。通过该次研究,对该地区的黄土湿陷变形系数与孔隙比、饱和度及干密度等物理指标的相关性及黄土湿陷层厚度有一定的了解,为以后该地区黄土场地勘察设计阶段的湿陷性评价提供参考数据,具有实用价值。

黄土塬地区CO_(2)驱油封存泄漏地下水监测体系研究

针对鄂尔多斯黄土塬地区CO_(2)驱油封存项目的监测需求,在综合辨识黄土塬地区地下水潜在的CO_(2)泄漏特征,剖析CO_(2)泄漏进入地下含水层后的空间运移及时间响应特征的基础上,结合CO_(2)驱油封存过程,建立了1套面向黄土塬地区CO_(2)驱油封存CO_(2)泄漏的全时空立体化地下水监测体系。研究表明:受地形地貌及土壤特点影响,黄土塬地区驱油封存的CO_(2)具有盖层突破、井筒侧漏、降雨反渗和地表径流补给的多源泄漏特征;CO_(2)泄漏进入地下含水层后具有纵向快速运移扩散、横向四周缓慢扩散并随地下水向下游运移的空间运移特征和CO_(2)浓度、电导率等指标上升,pH值下降以及Ca2+、Mg2+离子浓度先上升后下降的时间响应特征。基于上述特征所建立的监测体系可为该区域CO_(2)驱油封存示范项目的监测提供参考。

黄土塬面保护区潜在蒸发量时空变化及其与气象、环流因子关系分析

黄土塬面是黄土高原地区主要的农业分布区和人口聚居地,地位十分重要。黄土塬面潜在蒸发量(ET0)的研究对于区域水循环研究、水土流失防治及农业的可持续发展具有重要意义。基于黄土塬面保护区1960-2017年的气象数据,利用Penman-Monteith模型、小波分析、Mann-Kendall非参数检验等方法研究了黄土塬面保护区ET0的变化规律及其与气象、环流因子间的关系。结果表明:(1)黄土塬面保护区多年平均ET0为1173.4 mm,总体呈现增长趋势,增长率为21.1 mm/10 a;其生长季平均ET0值及增长率均高于非生长季平均ET0。(2)该区多年平均ET0空间分布特征表现为东部高西部低,西部甘肃塬区多年平均ET0远低于东部山西塬区。(3)过去58年来,区域年均、生长季、非生长季ET0均呈现出增长趋势,但空间差异明显;研究区年均ET0存在着10年、30年和50年的震荡周期,其中以30年周期为主周期。(4)气温是控制区域ET0变化的最重要的气象因子,但气温对ET0的影响具有明显的空间差异,在整个研究区内最低气温影响最显著;而甘肃塬区和陕西塬区的ET0变化主要受平均气温变化的控制,在山西塬区最高气温的变化是区域ET0变化的主要控制因子。(5)遥相关分析结果显示太平洋/北美指数(PNA)与北大西洋年代尺度振荡(AMO)对该区域ET0变化有一定影响,西太平洋海温指数(WPI)的变化影响区域非生长季ET0变化。