CO_(2)快速吞吐提高页岩油采收率现场试验

页岩油注CO_(2)吞吐提高采收率技术处于探索阶段,目前面临着CO_(2)与页岩储层及流体相互作用机制不明确、数值模拟技术不成熟、缺乏规模注采及低成本回收工艺等技术难题。为探索页岩油注CO_(2)提高采收率主控机理,以苏北盆地溱潼凹陷古近系阜宁组二段页岩油为对象开展了超临界CO_(2)水岩反应实验,分析了高温高压条件下页岩矿物溶蚀作用及其对孔隙度和渗透率的影响,并通过注CO_(2)恒质膨胀实验、最小混相压力测试评价了地层超压条件下注CO_(2)后原油高压物性变化特征,并在此基础上开展考虑多因素数值模拟研究优化了设计注入参数,最终通过矿场试验验证了技术可行性。研究结果表明:(1) CO_(2)水岩反应以碳酸质矿物溶蚀占主导,长英质矿物部分溶解,生成中大孔隙;(2)在地层原油中注入适量的CO_(2),显著萃取了原油中间烃组分,原油黏度从5.151 mPa·s下降到1.250 mPa·s,且CO_(2)首先萃取轻烃组分,随生产时间增加萃取组分逐渐变为重烃;(3)基于人工压裂与天然缝网混合介质组分数模模型,优化设计单井吞吐注气量1.7×10~4 t,注气速度500~600 t/d,焖井时间50 d;(4)低压侧加热的页岩油CO_(2)吞吐地面工艺,可依据CO_(2)注入地面工艺多参数数据模型,实现精准控温,避免注入管线冻堵及井下油管和套管材料低温脆断问题;(5)产出气CO_(2)浓度高于80%时,采用气相回收直注工艺,实现产出气回收成本降至104元/t。结论认为,CO_(2)快速吞吐有效提高了页岩油采收率,形成的机理认识和技术系列可为页岩油注CO_(2)吞吐开发提供参考和借鉴。

南极宇航员海夏季水文结构变化特征研究

本文基于中国南极考察(CHINARE37-38)在宇航员海获取的海洋综合站位观测数据,结合海冰密集度、WOA23和ERA5再分析资料等,分析了该海域主要水文结构及其变化特征。结果表明:宇航员海夏季水团包括南极表层水(分为夏季表层水与冬季残留水)、绕极深层水、变性绕极深层水和南极底层水。夏季表层水均分布在表层50 m深度以浅,呈现出南冷北暖的趋势。66°S以南的冬季残留水最厚,最深可达200 m左右。绕极深层水向南侵入的趋势明显,CHINARE-38绕极深层水向上涌升的高度较CHINARE-37高出10~20 m。夏季表层水的高温高盐核心位于中心海域无冰区,因为无冰海域的表层海水长时间接收太阳短波辐射而温度较高。近岸海域因冰融水导致局部夏季表层水降温淡化。宇航员海中心海域海面风场维持低气压气旋式环流,次表层水体通过Ekman抽吸上升冷却表层暖水,导致表层与次表层水体混合加强,绕极深层水向南侵入并向上涌升。

控制排水条件下淹水稻田田面及地下水氮浓度变化

为了在减少农田面源污染,提高氮肥的利用效率。该文通过蒸渗测坑进行淹水稻田不同渗漏强度控制试验,研究了稻田施肥后NH4+-N、NO3--N浓度变化及各生育阶段不同渗漏强度稻田水NH4+-N、NO3--N浓度变化。结果表明:施分蘖肥后,地表水及地下水NH4+-N浓度急剧升高而后回落,均在施肥后第5天出现峰值,分别为17.75和10.34mg/L;地表水NO3--N浓度短暂升高后便回落,在施肥后第2天出现峰值,但地下水NO3--N浓度急剧上升而后回落,在施肥后第5天出现峰值(3.25mg/L),6d上升了249.4%。稻田补水会扰动土壤,促进土壤表层吸附的NH4+-N的释放及硝化进程,使地表水中NH4+-N和NO3--N浓度升高,随着淹水时间的延长,NH4+-N和NO3--N浓度会随之降低。不同渗漏强度(2和4mm/d)对稻田水氮素变化有一定影响,但各处理之间差异不显著。因此,施肥后应该避免排水,应避免雨后和灌水后立即进行地表排水。

有机肥部分代替无机肥条件下早稻稻田氮素动态变化

为了研究稻田氮素造成面源污染的成因,选出适宜当地水稻种植施肥模式,通过不同种类的农村常用有机肥部分代替无机肥的配比,分析稻田氮素动态变化。结果表明;NH4+-N的损失以地表径流为主,NO3--N主要通过渗漏作用造成地下水污染;不合理的有机无机配方肥,也会造成严重的面源污染;不同腐熟程度的有机肥在氮素的损失方式上不同,新鲜猪粪在渗漏作用和地表径流两种氮源损失方面都比较严重,土壤中NO3--N平均含量达到13.59mg/kg,居6个处理最高水平,地表水中全时期NH4+-N总量达到5.65mg/L,仅低于纯化肥处理。猪粪堆肥地表水中全时期NH4+-N总量达到4.52mg/L看出,通过地表径流的损失在3种有机肥处理中表现最好,且土壤中NO3--N含量平均0.56mg/kg,因此通过渗漏造成的损失处于6个处理最低水平。沼渣沼液地表水中全时期NH4+-N总量达到4.84mg/L,土壤中NO3--N含量平均为2.87mg/kg,认为沼渣沼液主要以地表径流的损失方式为主,且通过渗漏造成的氮源损失略低于纯化肥处理。通过实验研究可以发现,猪粪堆肥可作为适宜水稻种植的有机肥。

长期不同施肥红壤性稻田水稻产量和氨挥发的变化

采用密闭室法测定长期不同施肥制度下双季稻田氨挥发速率及其影响因素,并分析双季稻田氨挥发与产量的关系。结果表明:节肥型有机无机结合农业施肥处理(JF处理)的水稻产量与全肥型有机无机结合农业施肥处理(OM处理)和单施无机肥(NPK处理)的差异不显著,显著高于单施化学氮钾肥(NK处理)的产量;双季稻氮素农学利用率(NUEA)以JF处理的最高,早稻和晚稻分别为17.4和8.9 kg.kg-1,显著高于NK处理;双季稻氨挥发累积量以OM处理最高(86.2 kg.hm-2),NK处理次之(78.2 kg.hm-2),显著高于JF处理(60.7 kg.hm-2);氨挥发速率主要受田面水NH4+-N质量浓度的影响。由于气温和降雨的影响,施早稻分蘖肥后氨挥发速率显著高于施基肥后的,而施晚稻基肥和分蘖肥后的没有差异。因此,JF处理在稳定产量的基础上,能够减少氨挥发量,并且提高了土壤中有机质和全氮含量。

稻田化肥减量施用的环境效应

在太湖地区宜兴市水稻田采取田间试验与室内分析相结合的方法，研究了适当减少化肥用量（优化施肥）对水稻产量、田面水与渗漏液中氮、磷养分的影响。结果表明：优化与常规两种施肥处理下水稻产量差异不显著，但优化施肥节省22％氮肥，减少30％～40％氮素径流损失，减少32．3％氮素渗漏损失。田面水与渗漏液中溶解性总氮（TDN）浓度与施肥量呈正相关，在施肥后的1～2d内达到峰值，不同施氮处理TDN浓度在一周内差异显著，以后渐趋一致。施肥后田面水中溶解性总磷（TDP）浓度高达15．7mg·L^-1，整个稻季均高于导致水体富营养化的临界值，存在着污染附近水体的风险；稻田对灌水中的磷有净化作用。适当减少化肥用量、加强稻田水肥管理，是控制农田面源污染的重要措施。

宁夏引黄灌区稻田氮素浓度变化与迁移特征

过量施氮与不合理灌水是农田面源污染加剧的主要原因。为了寻求较优的水氮管理模式以促进农业生产和减少农田退水对黄河水体的污染,在宁夏引黄灌区典型稻田中开展了不同水氮条件下稻田氮素迁移转化规律研究。结果表明:不同水氮条件下稻田田面水NH4+-N与NO3--N浓度伴随施肥出现明显峰值,NO3--N峰值出现时间较NH4+-N晚,且变化较平缓。3次追肥时期和整个生育期田面水NH4+-N平均浓度与施氮量和灌水量都呈显著相关,田面水NO3--N平均浓度与施氮量呈显著正相关,与灌水量相关性不显著。稻田30 cm与60 cm深度的直渗水NH4+-N浓度受施肥影响较大,与田面水NH4+-N浓度变化规律相似,90 cm处直渗水NH4+-N浓度峰值出现较为滞后,且浓度较上层土体低,120 cm处直渗水NH4+-N浓度大体呈现持续上升趋势,整个生育期直渗水NH4+-N平均浓度与施氮量呈显著相关,仅30 cm处NH4+-N平均浓度与灌水量呈负相关,其他土层深度不显著。30 cm与60 cm直渗水NO3--N浓度在首次灌水后急剧下降,在施肥后有较小幅度上升,90 cm与120 cm直渗水NO3--N浓度下降缓慢,仅30 cm处NO3--N平均浓度与施肥量显著正相关。总的结果表明减少施肥或灌水均可达到减少农田氮素淋失的目的。

旱涝交替胁迫下稻田水氮素流失规律

以农田水位作为水稻旱涝交替胁迫调控指标,在蒸渗测坑进行水稻拔节孕穗期和抽穗开花期的旱涝交替胁迫试验,研究了旱涝交替胁迫下稻田水NH_4^+-N,NO_3^--N的流失规律.结果表明:NH_4^+-N是稻田地表水、地下水氮素的主要形式;旱涝交替胁迫对稻田水NH_4^+-N,NO_3^--N浓度变化影响明显,FDTF较FFTD的稻田水平均NH_4^+-N、平均NO_3^--N浓度都高,FDTF和FFTD均能降低地表水NH_4^+-N,NO_3^--N浓度,FDTF和FFTD涝水胁迫下的地下水平均NH_4^+-N、平均NO_3^--N浓度高于干旱胁迫下;此外,在干旱胁迫后进行涝水胁迫可以显著增加地下水NH_4^+-N,NO_3^--N浓度.因此,应避免旱后复水稻田的排水.

稻虾共作模式下秸秆还田对稻田氨挥发的影响

稻虾共作模式是我国长江中下游地区一种新兴的稻田复合种养生态模式。基于田间试验,采用通气法研究冬泡无秸秆还田、冬泡+秸秆还田和冬泡+秸秆还田+养虾处理对稻田氨挥发损失的影响,以期为评估稻虾共作模式稻田氮素损失提供数据支撑。结果表明,水稻季氨挥发量占当季施氮量的5.84%~6.49%,主要发生在水稻基肥期和分蘖肥期,且以分蘖肥期氨挥发损失占分蘖肥比例为最高;相对于冬泡秸秆不还田处理,冬泡+秸秆还田处理增加了基肥期氨挥发通量和氨挥发损失量,但在分蘖肥期和穗肥期的氨挥发损失量有降低趋势;在冬泡+秸秆还田基础上养殖克氏原螯虾,基肥期氨挥发损失量降低15.01%,但穗肥期氨挥发损失量增加29.09%,且差异均达到显著水平(P<0.05),但氨挥发总损失量与冬泡+秸秆还田处理之间差异未达显著水平;氨挥发通量与田面水NH 4^(+)-N浓度、田面水pH均呈极显著正相关(P<0.01)。可见,稻虾共作模式下秸秆还田虽然未降低氨挥发总量,但改变了不同施肥期氨挥发特点,这为优化稻虾共作模式下施肥方式和降低稻田氨挥发提供了数据支撑。

复合生化抑制剂对稻田氮素转化和水稻生长的影响

选择东南沿海种植单季水稻的典型青紫泥土壤稻田,研究含脲酶抑制剂正丁基硫代磷酰三胺[N-(n-butyl)thiophosphoric triamide,NBPT]和硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(3,4-dimethylpyrazole phosphate,DMPP)复合生化抑制剂的尿素在单施、分施及减施模式下,田面水和土壤氮素的动态变化特征以及对水稻生长的影响。结果表明:与常规尿素处理相比,添加NBPT和DMPP复合生化抑制剂的尿素按50%基肥和50%追肥2次施用,田面水铵态氮、硝态氮、亚硝态氮含量在水稻返青期和分蘖初期分别下降7.0%和13.2%、46.5%和50.5%、75.4%和58.2%;土壤铵态氮含量在返青期下降21.8%,在分蘖末期和拔节期增加27.5%和9.3%;水稻株高、分蘖数和叶绿素含量在分蘖期和拔节期分别增加4.8%和4.1%、4.9%和11.8%、17.8%和15.9%。与常规尿素处理相比,添加NBPT和DMPP复合生化抑制剂的尿素按一次性基施和分2次施用,成熟期水稻籽粒产量分别增加6.8%和12.5%,生物量分别增加9.2%和12.6%。综上所述,NBPT和DMPP复合生化抑制剂的施用可有效抑制田面水和土壤铵态氮和硝态氮含量的快速增加,延缓氮素形态转化,维持田面水和土壤中相对较低的硝态氮含量,有助于降低稻田氮素流失风险,同时,促进水稻的生长,提高其产量。

浅埋近距煤层开采三场演化规律与合理煤柱错距研究

为探索浅埋近距煤层开采基于三场(应力场、位移场和裂隙场)演化规律的合理煤柱错距,实现井下减压与地表减损开采,以陕北柠条塔煤矿北翼东区1^(-2)与2^(-2)煤层开采为背景,采用FLAC^(3D),UDEC数值计算、物理模拟及理论分析相结合的方法,揭示了近距煤层开采覆岩与地表应力场、位移场和裂隙场演化规律,掌握了不同区段煤柱错距对煤柱集中应力、覆岩与地表位移及裂隙演化的影响,提出了基于三场演化规律的区段煤柱错距确定方法。研究表明,近距煤层开采的裂缝集中发育和地层拉、压应力集中源于煤柱引起的非均匀沉降,上部单一煤层开采后,在底板形成煤柱高应力区、低应力区和采空区中部高应力区,为避开上、下煤柱垂直应力叠加,下煤层巷道应布置在低应力区范围内。近距煤层开采的地表拉应力场和位移场与煤柱错距存在密切联系,通过合理的煤柱错距布置,可以减缓地表下沉的"波状"幅度,减轻地表拉应力和水平变形。随两煤层煤柱错距增大,覆岩裂隙场由叠合逐渐分散,对应地裂缝逐渐减小,煤柱错距对其上部的覆岩裂隙与地裂缝起控制作用。建立了应力场-位移场-裂缝场耦合控制模型,提出了煤柱错距的计算方法,可实现减轻地应力集中和地裂缝发育的耦合控制。本研究得到实测验证,并在柠条塔煤矿后续开采布置中应用。

上海市郊4种地表径流及稻田水中的污染物浓度

测定了水田、旱田、村、镇4种地表径流中的污染物浓度,以及稻田渗漏水和稻田水中的污染物浓度。测定的污染物种类主要有:总悬浮物、SS、总氮、总磷、COD_(Cr)、COD_(Mn)及微生物浓度等。测定结果表明,除稻田渗漏水以外,4种地表径流水中的污染物浓度均高于上海市郊环境地面水浓度,其中以村径流的污染物浓度最高。另外,施肥后的稻田水中氮浓度很高,施肥后的暴雨会导至严重氮污染。

水丝蚓对稻田上覆水氮素浓度的影响

通过野外采样和室内控制实验,初步研究了水丝蚓对稻田上覆水氮素浓度的影响。结果表明,水丝蚓扰动增加了上覆水中的溶解性无机氮浓度。在3种形式的溶解态无机氮(NO3--N、NO2--N、NH4+-N)中,水丝蚓对NO3--N浓度的升高作用最为显著。利用底生动物的扰动作用,可开发稻田养分调控的生物-生态技术,为稻田复合种养的深化、农业生产结构的优化、农业科技含量的提高提供支持。

不同肥料配施模式下稻田田面水氮素的变化特征

采用田间试验方法,研究了不同肥料配施模式下稻田田面水中氮素的动态变化。结果表明,不同的水分管理模式和肥料配施模式会显著影响稻田田面水中氮素的动态变化,其中N1P3K2和N2P3K1处理铵态氮浓度值区别不显著,N3P2K2处理铵态氮浓度最高,尤其是湿润灌溉处理的铵态氮浓度高于常规灌溉处理;穗肥比返青肥达到峰值速度快,施肥时期越靠后,田面水中铵态氮浓度越大;按F2阶段比例施肥的处理铵态氮浓度要比按F1阶段比例施肥的高;稻田田面水中硝态氮浓度普遍较低,且峰值出现时间较铵态氮更为滞后,随时间延长,硝态氮浓度逐渐降低,且湿润灌溉条件下各施肥时期硝态氮浓度要比在常规灌溉条件下稍低。因此,有效地水分管理和合理的施肥模式,不仅能节约水资源,还能有效地控制氮素流失,减少面源污染。

倾斜岸河流和水库水面污染带下的污染物质量浓度分布

基于静止水体中横向和垂向扩散系数不相等的瞬时线源二维扩散的解析解,推导出水面有限宽瞬时污染源二维扩散的质量浓度分布计算公式。在顺直倾斜岸坡大宽度深水情况下,基于横向和垂向扩散系数不相等的角形域映射原理,推导出倾斜岸水面瞬时污染带下角形域中二维扩散污染物质量浓度分布的理论公式。计算与分析结果表明,在简化条件下该公式与理论解完全一致,角形域倾角对污染物的质量浓度分布影响较大,角形域内质量浓度分布具有随倾角参数为奇、偶数而不同的特性,计算点距离岸坡顶点越近,角形域倾角对污染物质量浓度分布的影响越大;横坐标越大,影响越小;水深越大,影响也越小。

旱涝交替胁迫对稻田地表及地下水总磷的影响

通过蒸渗测坑对水稻拔节孕穗期和抽穗开花期2个重要生育期进行水位调控试验,研究单个生育阶段旱涝交替胁迫及2个生育阶段连续旱涝交替胁迫的稻田地表水、地下水总磷(TP)质量浓度变化。结果表明:旱涝交替胁迫对稻田地表水、地下水TP质量浓度变化影响显著,先旱后涝处理地表水的平均TP质量浓度比先涝后旱处理地表水TP质量浓度高,且P释放量下降速率快;地下水各处理受涝阶段的平均TP质量浓度比受旱阶段高,旱涝急转后TP质量浓度显著增加;与单个生育期进行旱涝交替胁迫处理相比,连续2个生育期进行旱涝交替胁迫处理时抽穗开花期TP质量浓度变化规律相似,但地表水平均TP质量浓度偏低,地下水平均TP质量浓度偏高。

育秧期钵盘施用全量控释肥显著降低稻田氮素损失风险

【目的】研究将全量控释氮肥由常规育秧大田施肥改为育秧钵盘中施用后,水稻产量及田面水氮素含量动态变化,为提高氮肥利用率、控制稻田的氮素流失提供理论依据。【方法】田间试验在湖北省安陆市车站村进行,供试水稻品种为‘华夏香丝’。试验设常规育秧+大田不施肥(CK)、常规育秧+大田常规施肥(FF)、钵盘育秧全量施肥(PF)3个处理,育秧28天后,调查水稻秧苗生长、地上和地下部分的氮磷钾含量。在基肥期、蘖肥期和穗肥期取样,测定田面水中全氮、铵态氮、硝态氮含量,收获期测产。【结果】与FF处理相比,PF处理的秧苗地下部生物量,地上部氮、磷、钾含量和地下部磷含量分别提高了77%、14.69%、17.47%、3.28%和41.65%,水稻千粒重和产量分别提高了6.82%和10.78%(P<0.05)。在水稻整个生育期内,PF处理的田面水中全氮、铵态氮、硝态氮浓度与CK相近,但显著低于FF处理。【结论】在相同施肥水平下,与常规育秧大田施肥相比,在育秧期将控释化肥全部施于水稻育秧钵盘,可显著提高秧苗地下部的生长和养分含量,提高水稻千粒重和产量,同时显著降低水稻整个生育期田面水中全氮和铵态氮浓度,有效控制稻田氮素损失风险。

基于SMS模型的临沂城区河流水流水质模拟研究

随着临沂市辖区小流域污染综合控制措施和河道治理工程的实施,临沂城区的水体环境与河道生态景观效果不断提升,但水体富营养化形势依然严峻.基于SMS模型建立了临沂城区河流二维水流水质数学模型,通过计算边界简化、网格划分与检验、参数选取与水文调查等研究工作,确定了各计算方案的水力学和水质边界条件,模拟了小埠东橡胶坝东、西端调节闸单独泄流时,临沂城区河流的二维流场和氮磷浓度场.结果表明:东、西端调节闸单独泄流时,流速随着离泄流口距离的减小而增大,在东、西端泄流口处流速达到最大,分别为0.10、0.12m/s;城区河流水体富营养化与泄流口选择没有直接关系;2017年5月水质现状氮磷比在20～55之间,实测最大浓度时水质氮磷比在20左右,与水质标准限值时水质氮磷比在5～7之间相比,发生水体富营养化的风险较高.因此,制定和实施临沂城区水体氮磷控制削减方案迫在眉睫.

倾斜岸河库水面污染源下浓度分布的理论分析

从保守物质横向和垂向扩散系数不相等的静止水体中瞬时线源二维扩散的解析解人手,分析推导出半无限水面瞬时污染源下二维扩散的浓度计算公式。在顺直倾斜岸坡大宽度深水情况下,借助于横向和垂向扩散系数不相等的角形域映射原理,进而推导出倾斜岸水面瞬时污染源下角形域中二维扩散浓度分布的理论公式。在简化条件下该理论公式与可对比理论解完全一致。结果分析与讨论表明:角形域倾角对污染物的浓度分布影响较大;角形域内浓度分布具有倾角参数n(180/)为奇数和偶数不同的双重特性;计算点距离岸坡顶点越近倾斜岸坡对浓度分布的影响越大;横坐标越大影响越小;水深越大影响也越小。该理论公式可为河库水质监测布点与数据的归纳分析、水质模型的验证和污染混合区浓度估算提供有力的工具。

生活污水灌溉对麦秸还田稻田氨挥发排放的影响

以养分回用为目的,在原状土柱模拟试验条件下,采用间歇密闭式抽气法研究了生活污水灌溉对麦秸还田稻田田面水铵态氮浓度、田面水pH以及稻田氨挥发损失的影响.结果表明:1麦秸还田显著增加了田面水NH_4^+-N浓度,生活污水灌溉则显著降低了田面水NH_4^+-N浓度.2正常灌溉施肥秸秆不还田稻田处理的总氨挥发量为58.29 kg·hm-2,占总施氮量的24.29%;麦秸还田显著增加了稻田的氨挥发损失,氨挥发损失量增加了近一倍,达总施氮量的45.66%;而生活污水灌溉显著降低了稻田氨挥发损失量,氨挥发损失量降至总施肥量的17.26%(秸秆不还田)和32.72%(秸秆还田).秸秆还田与生活污水处理具有显著的正交互作用.在3个肥期中,分蘖肥期氨挥发损失率最高,占总氮肥用量的7.38%~24.44%.3无论秸秆还田与否,氨挥发通量与田面水NH_4^+-N浓度之间均存在极显著的正相关关系,与田面水pH值则相关性不显著.麦秸还田增加了稻田氨挥发损失,而麦秸还田与生活污水灌溉耦合能降低稻田氨挥发损失,同时污水中的氮可替代44.41%的化肥氮,减少稻季化肥用量,具有显著的生态环境效益.