2005-2020年鄱阳湖沙地输沙势特征分析

鄱阳湖沿岸风沙活动对经济发展和生态环境产生较大危害。探究环湖风沙环境和输沙势(DP)的时空变化,了解鄱阳湖沙地侵蚀规律,对鄱阳湖防沙的重点区域具有重要意义。基于2005—2020年鄱阳湖沿岸九江、庐山、星子、永修、都昌、鄱阳和南昌7个气象站点的风况数据,利用输沙势分析其沙地的风能环境特征。结果表明:1)2005—2020年鄱阳湖沿岸的起沙风速波动减小,起沙风风频冬季最高,夏季最低,风向偏北。2)研究区内DP年际变化整体呈下降趋势,季节差异性较大,春冬季大于夏秋季;空间异质性显著,呈北高南低,西高东低的空间格局,庐山和星子最大,鄱阳最小。庐山站处于中风能环境,其他6个站点属于低风能环境。DP的风向集中分布在N-NE,合成输沙方向指向偏西南。3)风向变率存在明显的区域差异现象,南昌和永修表现出较大变率的单峰状态,其他5地则较多处于中等变率的双峰状态。总体上,DP时空演变差异与沙地面积变化一致,合成输沙势与沙地面积同期增大或减小,高值区分布在沙地面积较大处。建议以鄱阳湖西北部、都昌、永修为沙化防治的重点区域。

J63-5H大位移井套管下入关键技术

我国致密气资源潜力可观,开发前景广阔。四川盆地中部地区八角场气田先后开发了不同层位的多个致密气藏,其中侏罗系沙溪庙组致密气藏是八角场气田致密气产量的主要贡献者,该气藏储层薄、砂体小,适用大位移井开发。由于大位移井的井眼轨迹复杂、垂深浅、钻进中存在岩屑床等因素,导致在完井过程中时常发生套管下不到位、被迫就地固井的情况,浪费了水平段,制约了致密气藏的开发效果。为此开展套管下入的关键技术研究与现场应用试验。以J63-5H井为例,该井是八角场沙溪庙组致密气藏的一口大位移井,同时也是八角场构造定向井中水垂比最大的一口井,本次基于对J63-5H井套管下入难点的分析,研究套管下入过程中的关键技术及其参数的计算方法,研究结果表明:(1)通井评价技术:通过同时评估加权刚度系数和等效刚度系数,判断通井钻具组合的相容性,既保证刚度要求,又能顺利通井。(2)井眼清洁技术:计算岩屑保持悬浮所需钻井液流速,采用稠浆+稀稠组合浆+重稠浆等携砂措施,通过循环时的环空ECD(Equivalent Circulating Density,当量循环密度)变化,以及返出岩屑量与岩屑尺寸来判断井眼是否存在岩屑床,消除岩屑床阻碍风险。(3)套管下入摩阻系数反演预测:基于短起下钻的大钩载荷,采用三维软杆模型进行反演,计算得到直井段、造斜段、水平井段的摩阻系数,摩阻系数预测结果相对准确。(4)漂浮下套管技术:漂浮下套管比常规下套管的摩阻小,更利于套管下入到位;漂浮接箍采用半球罩式玻璃盲板;施工前模拟分析漂浮接箍的最佳位置深度等参数。研究成果最终形成了自主开发的套管下入模拟分析软件,运用该软件指导套管顺利下入到位,J63-5H大位移井用时30.83h下套管至5447m,预测参数与实测参数误差小,模拟分析准确有效,辅助完成固井施工中的关键一步,取得了良好的应用效果,为非常规气藏定向井固井中的套管下入关键技术提供了有效技术手段,助力非常规气藏的高效开发。

黑河中游沙漠-绿洲过渡带起沙风风况及输沙势特征——以临泽县为例

基于甘肃临泽农田生态系统国家野外科学观测研究站气象观测数据,在分析黑河中游沙漠-绿洲过渡带的起沙风风况和输沙势特征变化情况的基础上,评估了区域风能状况。结果表明:研究区年均起沙风风速为6.12 m/s,年均起沙风频率为5.57%,最大风速为23.3 m/s;研究区年起沙风向主要以偏东风(NNE、NE、ENE、E)和偏西风(WNW、NW、W)为主;研究区年输沙势(DP)和年合成输沙势(RDP)分别为18.88 VU和6.10 VU,属于低风能环境;年方向变率指数(RDP/DP)为0.32,属于中比率的钝双峰或锐双峰型风况;年合成输沙势方向(RDD)267.05°,为W方向,表明黑河中游沙漠-绿洲过渡带沙物质主要朝西方向输移;风能环境在春季最大,在这期间可通过适当的防护措施截留沙物质,进而减少风沙灾害的发生。

保护性耕作农田地表风沙流特性

土壤风蚀是中国北方干旱半干旱地区农田土地退化的重要原因。该文利用移动式风蚀风洞对保护性耕作农田和传统翻耕农田进行原位测试,对比分析保护性耕作农田地表风沙流特性,探讨保护性耕作对土壤风蚀的影响机理,为防治农田土壤风蚀提供理论依据。研究表明,与对照秋翻地相比,由于直立残茬的作用,保护性耕作农田能迅速降低近地表风速,特别是在残茬高度内改变了风速随高度变化的对数规律,风速随高度的降低而急剧减小。其风沙流结构也发生了明显变异,风沙活动层主要集中在180～400mm高度范围内,占总输沙量的67.94%～69.28%,最大输沙率出现在距地表240mm高度上,风沙流结构呈现出类似象鼻形状的"象鼻效应"。风沙流总输沙率也明显小于对照秋翻地,保护性耕作是一种防治农田风蚀沙化的有效耕作措施。

塔克拉玛干沙漠腹地人工植被土壤肥力变化

在极端干旱的塔克拉玛干沙漠腹地 ,利用地下咸水 (矿化度 4～ 5 g/L)灌溉建立人工植被后 ,不仅改善了当地的生态环境 ,也促进了风沙土的成土发育 ,使土壤内部发生了一系列的变化 ,通过分析测定 ,结果表明人工植被建立对流沙的固定和成土发育产生了深刻的影响 ,它使土壤内部的各个性质都发生了显著的变化 ,土壤物理、化学性质得到改善 ,土壤的肥力提高 ,这种变化是随着植被建立时间的延长而逐渐增大的。同时由于受到不同植被类型和人为措施的影响 ,使得相同种植时间的不同样地 ,土壤性质的变化有差异。另外从土壤物理、化学和生物因子等方面出发 ,建立了土壤肥力综合评价指标体系 ,并利用多元统计方法 ,对塔克拉马干沙漠腹地人工植被建立过程中土壤肥力的变化特征进行综合评价。结果表明 ,随着人工植被建立时间的延长 ,土壤肥力呈增长趋势 ,但由于植被类型和人为措施的不同 ,相同种植时间的植被样地 ,土壤肥力的变化不同 ,变化最为显著的是蔬菜地、花卉地和草地 ,IFI值分别为 0 .689、0 .72 9和 0 .

煤矿斜井井筒过流砂层施工技术研究及应用

流砂层是矿井建设常遇见的不良地层,在含水或动力扰动下具有自流动性,施工不当会引起流砂向临空面流动充填开挖空间将井筒淹没或造成地表大面积塌陷。采用工程地质钻探与地面直流电法勘探技术,确定了流砂层的厚度与含水特征;根据斜井井筒穿越流砂层的垂深,将斜井井筒过流砂层技术方案进行分类研究,提出了斜井井筒过不同厚度流砂层的合理掘进技术;基于理论分析与数值计算,确定了斜井井筒支护结构承受的荷载,提出了斜井井筒过流砂层合理的井壁结构;为评价支护效果,对斜井井筒围岩变形、型钢支架受力、二衬接触应力、衬砌钢筋受力及渗水压力等进行了实时监测,监测结果表明:斜井井筒过流砂层的施工技术方案分类合理,保证了斜井井筒的掘进进度与施工安全;井壁结构安全可靠,保证了斜井井筒围岩与支护结构的稳定。

乌兰布和沙漠流动沙地土壤水分动态、土壤水势特征的研究

通过对乌兰布和沙漠流动沙地土壤水分动态的研究表明:沙土含水量的时空变化与降雨季节和降雨量有密切关系。100mm左右的降雨量对沙地和丘间地的影响深度主要在60cm左右,因此0-60cm土层为土壤水分受降雨影响的活跃层;通过对土壤含水量与土壤水势的关系研究表明:在相同土壤含水量下沙土水分对植物的有效性远大于粘土;通过降雨量对沙地贮水量影响的研究表明:只有38%左右的降雨量增加了土壤贮水量,其余62%被蒸散。

敦煌莫高窟风沙危害综合防护体系设计研究

风沙危害是敦煌莫高窟保护面临的主要环境问题之一，建立一个完整的防护体系是解决这一问题的有效途径。在对20世纪80年代以来建立的防沙治沙试验工程防护效应分析研究的基础上，对敦煌莫高窟风沙危害综合防护体系设计进行了讨论。根据因地制宜，因害设防；以固为主，固、阻、输、导相结合；以工程和生物措施为主，兼顾化学固沙；高新技术与常规治理技术相结合；重点治理，分阶段实施与长远目标相结合的设计原则，认为根据不同地貌特征及地表组成物质，依次建立鸣沙山前缘流动沙丘和平坦沙地阻固区、窟顶戈壁防护区、洞体崖面固结区、石窟对面流动沙丘固定区、窟区防护林带建设区及天然植被封育保护区，可使危害莫高窟的风沙灾害得到有效控制，并达到莫高窟作为世界文化遗产和全国重点文物保护单位对环境质量的要求。

戈壁风沙流若干特征研究

本文从理论推导入手，阐述了戈壁风沙流中沙粒起跃角度、跃移高度和风沙流结构、强度、能量分布状况等特征，指出与流沙地表风沙流的显著差异，并得到风洞实验验证。

戈壁风沙流结构和风速廓线特征研究

通过对戈壁地表风沙流特性的风洞模拟实验,旨在探讨戈壁地表性质是如何影响气流的紊动性,并对风沙流的结构和风沙活动层内的风速廓线产生影响,从而对野外风沙工程的设计提供理论依据。实验发现:在戈壁地表风沙活动层主要集中在距地表20cm范围内;由于沙颗粒与戈壁地表的砾石发生碰撞,浓度分布不再简单的服从对数关系递减,其极值出现的高度随风速的增加而上移,呈现"象鼻效应";不同风速下风沙活动层内同一高度含沙颗粒浓度之间存在很好的相关性。

风沙过渡区耕地生态系统净第一性生产力动态变化研究——以陕西榆阳区为例

对榆阳区1984～2003年各乡镇耕地NPP单位面积量及总量进行分区动态测算。研究表明:①1984～2003年,榆阳区耕地净第一性生产力总量在波动中上升;②1984～2001年,榆阳区北部耕地净第一性生产力远高于南部,且呈较快上升趋势,南部黄土丘陵沟壑区耕地净第一性生产力呈较平缓的波动变化,且略有下降;③1984～2001年,榆阳区城区、近郊、远郊的差异性在单位耕地面积净第一性生产力上体现为城区>近郊>远郊;在耕地NPP总量方面,城区、近郊和远郊都表现为在波动中上升,三区变化以远郊波动幅度最大;④榆阳区耕地净第一性生产力总量的大幅增长有农业投入增加的原因,但主要得益于该区生态环境的改善。

阿拉善东南部自然环境演变与地面流沙路径的分析

阿拉善东南部包括腾格里和吉兰泰两区。腾格里和吉兰泰两区在晚更新世均是一个湖域广阔的淡水大湖。之后 ,吉兰泰大湖和腾格里大湖在封闭状态下 ,一方面因气候转为干旱、蒸发致使湖域减小直至完全干涸 ,露出的湖底在风的吹蚀作用下形成沙漠 ;另一方面在“狭管效应”作用下 ,由吉兰泰西部来自雅玛雷克沙漠和在腾格里西部来自巴丹吉林沙漠的风吹沙沿着地形上狭窄通道的侵进是加剧这两个湖盆沙漠化的另一个重要因素。对此 ,基于遥感的研究提出了研究区西缘挡沙固沙 ,建立生态保护带 ,区内分块治理、有效控制流沙的侵进和扩张以及通过改善下垫面性质来控制沙尘的发生与强度 ,逐步改善生态环境的措施。研究区风沙的治理 ,对于缓解京津沙尘灾害具有重要的意义。

遥感技术在蒙华铁路地质勘察中的应用研究

研究目的:蒙西至华中地区铁路通道工程浩勒报吉至三门峡段风沙、煤窑采空、黄土滑坡、崩塌等不良地质发育,同时沿线地貌类型复杂,沟壑纵横,大范围地面调绘工作开展困难。为优化地质调绘方法,提高不良地质勘察效率和质量,研究利用遥感判释技术进行沿线不良地质勘察。研究结论:(1)研究采用高分辨率遥感和三维遥感技术相结合的方法,进行沿线不良地质遥感判释,查明了沿线不良地质分布特征;(2)划分出沿线毛乌苏沙漠区风沙分布特征,识别出煤窑采空分布范围,判释出270余处黄土滑坡和崩塌,判释准确率高于85%;(3)高分辨率遥感和三维遥感技术的综合应用可满足多类型不良地质勘察的需要,为地质选线提供了直接参考;(4)该研究成果可应用于艰险山区长大线路工程不良地质勘察工作。

生态垫对流动沙地土壤温湿度和养分的影响

流动沙地铺设生态垫后,对土壤温度、水分、养分等方面产生一定的影响。研究结果表明:流动沙地铺设生态垫后,能够明显降低土壤20 cm以上的温度,表层土壤温度变化明显,日均温可降低4.5℃;各层的土壤日温差均小于裸地,在表层最为明显,可降低8.1℃。在观测期间,铺垫后能够显著提高土壤0-15 cm的含水量,相对裸地提高167.33%,15-30 cm,30-45 cm的含水量相对提高53.10%,52.56%。铺设生态垫后,除土壤速效钾的含量有明显提高外,其它指标变化不明显。

旱作农田近地表风沙运动与防风蚀效果

针对农田沙害,用移动式风蚀风洞及相关配套设备对莜麦留茬、砾石覆盖和传统旱作农田地表进行原位测试,研究它们的近地表风沙运动规律,探索莜麦留茬和砾石覆盖对旱作农田土壤风蚀的作用机理和防护效果,从而为农田风蚀防治提供技术依据。研究表明,莜麦留茬、砾石覆盖近地表风沙运动与对照秋翻地明显不同;受莜麦残茬和砾石覆盖的阻挡、疏散作用,风沙活动层提升,近地表风速不同程度削弱;输沙量小于对照秋翻地并且在近地表一定高度处出现极大值。抗风蚀效率分析证明,莜麦留茬和砾石覆盖对旱作农田防治风蚀都有重要的作用,但砾石覆盖不如莜麦留茬的防风蚀效果好。

风沙过渡区土地利用变化及生态效应图谱--以陕北榆阳区为例

以遥感影像资料为依据，运用地学信息图谱研究方法，在RS和GIS的支持下分析榆阳区1985—2000年土地利用及其生态服务价值的时空变化特征。结果表明：该区研究期内最主要的土地利用动态是未利用地向草地的转化，其变化占全区总变动量91．14％；土地利用变化使生态系统的生态服务价值增加了158．59×10^6元，增幅为8．23％，其中，风沙区占总增量的85．99％，增幅10.88％，黄土丘陵沟壑区占总增量14．01％，增幅3．29％。经过实证分析，利用地学信息图谱进行土地利用变化和生态效应定量研究是一种十分有效的方法。

榆阳区土地利用和生态效应变化分析

以榆阳区1988—2003年土地数据为依据,在分析研究土地利用的数量和结构变化特点的基础上,运用国内外学者在生态价值估算的方法与模式,结合该区的实际情况对估算方法进行修正,并对所研究时段内各年度的生态系统服务功能的经济价值进行了估算;以1988年土地数据为基准,测算了土地利用类型数量和结构变化所引起的生态系统服务功能的经济价值变化情况,分析了其变化的时段特点及变化原因,定量地揭示了在生态脆弱区环境与经济发展的关系.研究表明,1988—2003年,榆阳区土地利用变化所产生的环境响应总体来说是积极的,生态系统服务功能的经济价值年度总量在波动中提高;营造防护林、退耕还林及农用地内部结构调整政策的实施实现了经济和环境双赢的预期效果.

库姆塔格沙漠南部的风积地貌特征

通过考察结果和TM影像解译,库姆塔格沙漠的东南分布高大的沙山,沙丘形态复杂;南部和西南缘分布有多条南北走向的荒漠沟谷,两岸分布沙垄,高18～65m,垄脊点(金字塔型)线交错,沙垄走向与沟的走向一致,阶地上覆盖一层深色矿物组成的砂砾(粒径3～1mm).沙漠的中心区域,孤立的新月型沙丘、沙丘链占优势.下伏地形强烈影响着库姆塔格沙漠的风沙地貌形态.沙漠南部的低山、阿尔金山及其山前洪积沟谷形成的沟谷效应,塑造了沙漠南部复杂的地貌形态.沙漠沙丘砂的粒径由南向沙漠中心减小,0.25～0.05mm细砂占80%左右.

塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地条件下微量元素变化规律研究

在极端干旱的塔克拉玛干沙漠腹地 ,利用 4～ 5g·L- 1的咸水建立人工植被 ,改善了生态环境促进了风沙土的成土发育。在成土过程中 ,土壤微量元素的含量分布具有一定的规律性。研究表明 :①人工绿地中的土壤全量微量元素与流沙对照相比变化不大 ,各处理有效态微量元素大于流沙对照 ,风沙土成土发育仍处于初级阶段。②流沙中各微量元素含量较低是各处理土壤微量元素含量低的决定因素。③各样地土壤剖面有效态微量元素分布规律为表层明显大于中层及下层。④相同植被类型条件下 ,人工植被生长年限越长土壤微量元素含量越高。⑤相同年限条件下 ,草地由于水分和养分条件优于其它处理 ,各微量元素含量均高于其它植被类型的样地。

库布齐沙漠含水率对风沙运动影响的风洞模拟

采用室内分析和风洞模拟试验的方法,研究了不同风速下库布齐沙漠沙丘沙含水率对粗糙度、风速廓线和风沙流结构变化的影响。根据风洞实际动力情况,确定试验进口风速为6,8,10,12,14,16m/s;除干沙外,人工配制了含水率为0.25%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%6组不同湿度的沙样,分别开展了风洞模拟试验。结果表明,地表粗糙度随着风速的增加而增大,但随湿度的增加整体呈减小趋势;试验所包含的湿度范围内,其风速廓线均随高度呈对数分布,随风速的增大,风速廓线的对数规律越好,风速梯度逐渐减小;湿度越大输沙率随风速增加的绝对量变小,但相对量有所增加;随着湿度的增加输沙率呈整体下降趋势;不同湿度输沙率都出现随高度增加而减少的趋势,当湿度达到2.5%时,不管任何高度风蚀过程几乎停止;干沙输沙量80%集中于近地表5cm内,但随着湿度增加,5cm以上输沙率所占比重呈增加趋势,当湿度介于0.25%~1.5%时,地表5~8cm之间输沙量占总输沙率的30%以上。说明在地表含水率较高的库布齐沙漠,采用格状沙障等增加地表粗糙度的机械防沙措施能收到比西部沙漠和戈壁地区更为理想的效果,而且采用固沙措施的高度也应高于干沙地区。