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。

铁路沿线联合沙障阻风固沙机理的数值模拟研究

目前铁路上常见风沙病害即为风蚀和沙埋,为保证铁路运输安全,基于欧拉-拉格朗日离散模型,对前期已确定设计参数的由透风栅栏及固沙砖沙障的联合沙障优化措施对路堤周围风沙流场积沙分布的防护效果进行研究分析。结果表明:由于透风栅栏的作用,其后风速降低约50%,部分风沙流受阻抬升导致流场4.5 m以上形成风速加速区;透风栅栏与固沙砖沙障联合作用,在距地面近2 m处风速小于5 m/s,有利于沙粒的沉降,路堤上已沉积在表面的沙粒也不易再次移动;路堤顶面风速降低23.5%,更有利于平稳输导风沙流,减少人工清沙频率,提高防沙效益;联合沙障优化措施在参考风速为分别为5.93、10.38、18.67 m/s时均可有效净化来流风沙;联合沙障有效颗粒防护率可达到89%以上,针对粒径d≥0.1 mm的颗粒,3种入口风速的防护率分别为99.9%、93.6%、94.7%。

巴音温都尔沙漠东北缘起沙风风况及输沙势特征

[目的]起沙风和输沙势特征是评估区域风能环境的关键指标。分析巴音温都尔沙漠东北缘起沙风风况和输沙势变化特征,揭示该地区近地层风动力特点及风沙活动强度,评估区域风能环境状况,为研究区风沙运动研究和科学防沙治沙工作提供理论依据。[方法]基于巴音温都尔沙漠东北缘气象站2017—2021年的风况数据,系统分析了该区域起沙风风况和输沙势变化特征。[结果](1)该地区年均起沙风频率为43.70%,平均起沙风速为7.57 m/s,二者均以春季最高。不同季节和年均起沙风均以偏西(W,WSW,SW)和偏南(S,SSE,SE)风向为主。(2)年均输沙势(DP)为68.36 VU,合成输沙势(RDP)为29.39 VU,风向变率指数(RDP/DP)为0.43,合成输沙势方向(RDD)为91.33°,春季输沙势(DP)和合成输沙势(RDP)显著高于其他季节。(3)研究区起沙风平均风速对输沙势的影响大于起沙风频率,风沙活动强度主要由风速大小决定。[结论]巴音温都尔沙漠东北缘整体属于低风能环境,地表沙物质全年向东输移,春季是最主要的风沙活动期。6月是人工防护林建设和飞播造林治沙的关键时期,建议栽植防护林和飞播种子的走向与输沙势方向垂直,从而阻断沙物质持续东移。

基于原位试验的砂枕水下漂移规律研究

砂枕自水面抛投后,受重力和水流的推移力作用,在下沉的过程中,会产生顺水流方向的落距。砂枕落入河底后还会具有一定的速度,若这个速度大于砂枕的止动流速,那么砂枕还会继续运动,而砂枕自触碰床面后发生的移动距离为稳定移距(二次漂距)。根据砂枕在动水中的漂移规律进行试验,结合垂线流速分布规律,通过3种漂距计算方法得到砂枕水下漂移到着床稳定全过程的漂移距离计算公式,并进行对比分析。结果表明,当河流的垂线流速为指数型流速分布时,使用惯性力法和综合系数法推导出的漂距公式适用性较好。

漂移食用油油罐群的修复

油罐区不同规格(30、50、100、500、2000 t)的油罐在洪水冲击下罐体漂移到承台上面,油罐承台内沥青砂层出现空穴,罐顶连接栈桥撕裂变形,罐体连接管道变形和破裂,管线错位。结合施工实际,介绍了2000 t油罐、500 t及以下油罐的修复工艺,并对重点工序(油罐基础垫层制作,油罐底板制作、铺设,油罐复位及锚定,油罐气密性及稳定性试验)进行了阐述。经过修复,油罐满足设计要求,可重新投入使用。

基于三维水动力模型的砂枕漂距预测研究

砂枕是抛投护岸的新材料,具有结构稳定、工程造价低等优点。以往仅采用传统的抛投经验公式,每次抛前均需测量水深和流速,较少使用模型模拟三维流场,耗费人力物力。为提高施工效率,通过垂线分层流速分析,结合Mike3水动力模型和砂枕漂距公式,分别采用六层法和十一层法进行砂枕漂距预测,结果表明十一层法更精准。

戈壁风沙流结构特性及其意义

通过砾质戈壁风沙流野外实测数据的分析以及风洞模拟实验研究发现:戈壁风沙流结构具有与沙漠风沙流完全不同的风沙流特征,戈壁风沙地表的粗糙度随风速的增大而增加,其表面风沙流输沙量高度分布表现出独特的"象鼻"效应,在一定高度处呈现最大值,并随风速的增加而增高。该"象鼻"效应导致戈壁风沙流结构特征值λ远大于1,不论风速多大,风沙流都处于未饱和状态的非堆积搬运状态。这种特殊性质比较清楚地解释了敦煌莫高窟千年来不被沙山埋没的谜底。并且在风沙防治工程实践中,采用砾石压沙措施,构造类似与砾质戈壁的下垫面,人工促使风沙流结构呈现"象鼻"形状,可使防沙工程达到理想的输导作用。

塔克拉玛干沙漠风况特征研究

通过17个站1996-2000年风资料的统计和计算,对塔克拉玛干沙漠风况特征进行研究,结果发现:(1)塔克拉玛干沙漠作用风系以东北风和西北风为主,在纵向和横向上主风向都呈现出明显变化规律;(2)输沙势计算结果表明,除若羌地区外整个塔克拉玛干沙漠处于低风能环境;(3)大多数区域RDP/DP值都大于0.5,呈现单峰或锐双峰特征。

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。

腾格里沙漠东南缘输沙势与最大可能输沙量之比较

利用腾格里沙漠东南缘沙坡头站20年风况自记资料,计算了输沙势和最大可能输沙量,深入研究了二者之间的定量关系。另外,通过矢量合成法则,对合成输沙势和合成输沙量的关系也做了进一步研究。输沙势和最大可能输沙量不仅在量值上关系显著,而且在16个方位上的分布规律也存在一定的相关性。

塔克拉玛干沙漠地面风场特征及周边地区沙丘排列关系分析

通过对1996～2000年17个气象站风资料的分析和计算,结合高空环流形势分析,对塔克拉玛干沙漠近地面风场特征进行了研究,并对风场特征与周边地区沙丘排列方向之间的关系进行了分析.研究表明:①塔克拉玛干沙漠近地面风场特征是在高空西风带的背景下,经过青藏高原、天山山脉的动力分支和抬升等作用下形成的.冬季,尼雅河以东盛行偏东风,以西盛行偏西风;夏季,克里雅河以西地区盛行偏西北风和西风,以东盛行东北风.②从东到西,东北风系影响逐渐减弱而西北风系影响逐渐加强;南北方向变化较为复杂.③除若羌地区外,塔克拉玛干沙漠输沙势都小于200 VU,属于低能风环境,且以单峰或锐双峰为主.在区域分布上,沙漠东部及中部强度较大,西部及南部较小.④沙丘排列方向主要由主、次输沙方向的夹角及二者的输沙比率决定,其走向与最大输沙总量垂直.

库姆塔格沙漠风沙活动特征

库姆塔格沙漠面积虽然较小，但其风沙地貌类型复杂，包含格状沙丘、复合型沙垄、金字塔沙丘以及“羽毛状”沙丘，其中“羽毛状沙丘”是该沙漠独特的沙丘类型，“羽毛状”沙漠也成了库姆塔格沙漠的代名词。以往对该沙漠风沙地貌的研究局限于遥感影像的判读或者理论分析，很少有实测数据的支持。近期对该沙漠的综合考察对该沙漠的风沙地貌有了新的认识。以建立在库姆塔格沙漠4个方位的5个气象站（测风站）的实测资料为基础，对库姆塔格沙漠近地层风况、风沙活动特征进行了研究。结果表明：（1）库姆塔格沙漠近地层风向复杂，总体可分为两种基本类型风向的区域：沙漠西北和北面为两组风向，而东南和南边为三组风向。（2）库姆塔格沙漠风沙活动强烈，沙漠绝大部分区域属于中风能环境外，南部部分地区都属于低风能环境。（3）该区域的风沙地貌类型和近地层风向特征与合成输沙势方向吻合，年合成输沙势方向在沙漠的西北和北面为西南方向，在多坝沟地区，输沙方向为西北方向，在沙漠南面为东北方向。风向变率在0．3—0．8之间，属于中比率，风况特征属于钝双峰风况或锐双峰风况。年输沙量在0．53-1．14t／m2之间。

塔克拉玛干沙漠腹地路面沙害的空间分布研究

塔克拉玛干沙漠腹地公路芦苇机械防沙体系失效后,在短时间内能够形成强度很大的路面沙害,严重影响交通。路面沙害的空间分布具有规律性:(1)沙垄区的路面沙害强度和发生频率均大于垄间地,而在沙垄次级地貌部位中,沙害强度垄顶>迎风坡>背风坡,但是沙害发生频率背风坡>垄顶>迎风坡;各地貌部位中沙害类型中都以路面积沙为主,沙丘前移压埋为辅。(2)在各种道路横断面中,路堑断面最易发生路面沙害,在各地貌区域都能够发生;零断面沙害发生频率其次,在垄间地比例最高;路堤断面沙害出现最少,只分布在垄间地。(3)道路与主风向大夹角路段的路面沙害发生频率和强度远大于小角度段,但是小角度之间的变化规律不明显。(4)地貌部位、道路断面和路风夹角3因素在空间上呈共轭分布。

采煤沉陷对风沙区土壤非饱和水分入渗的影响

为研究采煤沉陷后风沙区土壤水分入渗变化规律,通过定水头注水结合入渗湿润峰测定的方法,对毛乌素沙地南缘补连塔矿区沉陷于2004、2005年的2个沉陷区土壤水分非饱和入渗变化进行研究,结果表明,垂直入渗观测时段(入渗开始后0～175 min)后期,与坡面剖面相比,丘间低地较多剖面垂直湿润峰的间距明显较大,垂直入渗持续能力较强。2004年沉陷区坡面未裂处平均垂直入渗速率、第175 min垂直入渗深度显著超过对照区坡面(P<0.05),2005年沉陷区坡面未裂处平均侧渗速率显著超过对照区坡面(P<0.05)。沉陷区丘间低地垂直入渗速率在入渗10 min左右前期升高后期降低,侧渗速率在入渗10～12 min的前期升高后期降低;沉陷区坡面垂直入渗速率、侧渗速率在大部分观测时段内升高。因子分析表明沉陷区入渗特征是丘间低地垂直入渗偏强,坡面侧渗偏强。

策勒绿洲-沙漠过渡带风沙活动强度的空间分布特征

通过对策勒绿洲-沙漠过渡带及绿洲内部4个不同下垫面2010年11月-2011年10月1年内2m及10m高度的风况及输沙势对比分析,结合过渡带地表实际风沙蚀积变化情况得出结论:沿主风向从流沙前沿到半固定沙地、固定沙地、绿洲内部2m高合成输沙势依次为26.21,1.91,3.44,0.007 4VU,10m高合成输沙势分别为54.37,31.53,28.65,2.40VU,从流沙前沿经半固定沙地、固定沙地到绿洲内部随着地表植被覆盖度的增加及绿洲内部防护林网的防护作用增强,各下垫面风力、输沙势及合成输沙势逐渐减弱,流沙地地表表现为强烈的风蚀,并伴随流动沙丘前移,半固定沙地由于高密度的高大柽柳沙堆影响整体呈现大量的风沙堆积,绿洲边缘固定平沙地由于天然植被覆盖度较好,地表整体呈现轻微的蚀积变化,而在绿洲内部由于多条防护林网防护作用及地表较好的土壤水分条件,绿洲内部很少发生地表风蚀。2m高的输沙势自流沙前沿至绿洲内部较10m高的输沙势降低明显,说明了过渡带近地表的天然植被及绿洲防护林网对近地表风力削弱程度远远大于10m高的地表旷野空间,其具有良好的防风阻沙作用,更能代表近地表的风沙活动强度变化。

科尔沁沙地生态环境特征分析

科尔沁沙地典型地区生态环境特征的分析表明,40年来科尔沁沙地的年均气温呈逐渐增加的趋势,与全球气温升高变化一致。年降水量的变化呈波动式增加,特别是从20世纪70年代中期到90年代中期年降水量的波动幅度增大。气候类型年际间呈半干旱、半湿润和湿润交替出现,其中半干旱气候出现频率为47.5%,半湿润气候为45%,湿润气候为7.5%。沙尘暴的发生日数从1961年以来呈下降趋势,到1984年以后低于平均水平。科尔沁沙地的土壤和植被的异质性决定了该区域的农牧交错特征,特定的风沙环境促进了农牧交错特征的变化。

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。

绿洲-沙漠过渡带骆驼刺群落的防风阻沙作用

以塔克拉玛干沙漠南缘的策勒绿洲——沙漠过渡带为研究区,从防风阻沙的角度研究该区域主要植物群落-骆驼刺群落的生态学特性,并分别对骆驼刺样地和裸沙样地进行梯度风速和多向输沙的同步对比观测,结合输沙势的季节和方向分布,确定骆驼刺群落的防风阻沙作用。结果表明,多年生木质化草本植物骆驼刺在4月上旬萌发,5～7月为生长旺季,8月以后生长缓慢,以木质化过程为主。4～6月为该区域的强风盛行期,活体骆驼刺植被的盖度并不能有效防止风蚀,但头年生长的骆驼刺地上部分干枯死亡后仍处于直立状态,在翌年风季来临时有效发挥防风阻沙作用。与裸沙地相比,覆盖度在30%左右的骆驼刺样地风速可降低26%～67%,对应的地表输沙通量也仅为裸沙地表的15%。根据实测输沙量与风能的关系推断,如果没有骆驼刺植物的保护,每年从策勒绿洲西部风沙前沿进入绿洲内的单宽输沙量可达到170.24 t.km-1.a-1,而骆驼刺地表单宽输沙量仅为26.43 t.km-1.a-1,可见骆驼刺群落具有极好的阻沙效果。