珊瑚礁海岸沉积物输运及珊瑚砂岛演变研究综述

珊瑚礁海岸沉积物的输运及珊瑚砂岛的演变研究在我国起步较晚,同时南中国海的珊瑚砂岛是我国重要的海洋空间资源,涉及国家领土主权的核心利益,开展这方面研究具有重要的学术价值和现实意义。综合分析了推移质和悬移质碳酸盐沉积物输运过程及其影响因素,重点介绍了短波、低频长波和海流对沉积物输运的驱动机制,以及粗糙珊瑚对沉积物的遮蔽效应。总结分析了珊瑚砂岛的动态演变规律及其影响因素,并重点介绍了珊瑚砂岛在长期海平面上升和短期风暴潮增强时的演变规律,并提出了今后研究需要关注的方向。

烟台港龙口港区27^(#)~29^(#)通用泊位疏浚工程绞吸船施工工艺优化

烟台港龙口港区27^(#)~29^(#)通用泊位疏浚工程土质主要为起球的黏性土,混有少量粗砂,绞吸船在施工时受黏土起球及黏性等影响,容易出现堵管、绞刀糊堵、输送困难等情况,施工作业关键参数波动幅度较大,作业人员操作控制难度高,平均生产效率低。重点围绕绞吸船的挖掘和输送分析,确定关键施工参数,优化施工工艺,指导作业人员施工。优化后的施工工艺使烟台港龙口港区27^(#)~29^(#)通用泊位疏浚工程绞吸船施工产能提高20%以上,节约了施工成本。

迂曲裂缝内支撑剂运移数值模拟

水力压裂后,储层形成较多的迂曲裂缝,支撑剂在迂曲裂缝中的运移和铺置规律尚不明确,在稠密颗粒流模型的基础上耦合颗粒物料仿真软件,模拟迂曲角度、支撑剂尺寸、注入速率、携砂液密度和支撑剂密度对迂曲裂缝中支撑剂运移和砂堵的影响。结果表明:大多支撑剂会堆积在裂缝第一转折角处,迂曲角度的变化会显著影响支撑剂的运移和砂堵的发生,迂曲角度大,容易发生砂堵且砂堵程度严重;密度大和粒径小的支撑剂发生砂堵时会形成致密的支撑剂堆积,加剧砂堵程度;注入速率大,支撑剂在裂缝中运移距离较远,但注入速度和携砂液密度的增加,会加剧砂堵程度。

双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障的优化配置及防沙效益

[目的]针对双排高立式尼龙网阻沙障与草方格固沙障联合应用,开展风洞试验研究,以优化联合沙障中尼龙网阻沙障孔隙度配置及探究各孔隙度下联合沙障的防沙效益。[方法]基于风洞模拟试验数据,开展不同孔隙度(40%,45%,55%)联合沙障,在不同风速下的风速流场、空气动力学粗糙度、摩阻风速、输沙率随高度和阻沙率方面的变化特征研究。[结果](1)相同风速下尼龙网阻沙障孔隙度40%时,联合沙障弱风区面积最大;(2)随着尼龙网阻沙障孔隙度的增大,空气动力学粗糙度和摩阻风速减小,相同风速和相同位置时,40%孔隙度下联合沙障空气动力学粗糙度和摩阻风速值最大;(3)风速增加地表输沙率也增加,联合沙障内部与背风侧输沙率随高度增加呈指数型递减,输沙主要集中在0~12 cm高度内;(4)风速大小与沙障阻沙率呈现负相关变化;阻沙率与孔隙度之间也呈负相关关系,孔隙度为40%的联合沙障具有较高阻沙率;双排高立式尼龙网阻沙措施与草方格固沙措施联合之间还存在阻沙率叠加。[结论]40%孔隙度的双排高立式尼龙网和草方格的阻固联合可以实现较优的配置与防沙效益。

放牧干扰下荒漠草原植物功能群数量特征与输沙量的关系

[目的]分析放牧干扰下草地群落及功能群数量特征变化与草地土壤风蚀间的关系,阐明草地不同功能群对草地侵蚀过程的影响,为荒漠草原合理放牧利用及保护提供理论依据。[方法]以内蒙古短花针茅荒漠草原为研究对象,采取完全随机试验设计设置对照、中度和重度3个不同的放牧处理,对不同处理下的草地输沙量和功能群特征进行研究。[结果]①随放牧强度增加,各功能群内物种高度、盖度和地上生物量基本呈下降态势。适当放牧能显著提高Simpson优势度指数和Shannon-Wiener多样性指数。②各放牧处理间的草地输沙量差异显著,不同输沙高度处的草地输沙量变化规律均为HG>MG>CK,同一放牧处理下,随输沙高度上升输沙率显著降低。③各功能群高度、盖度与输沙量均存在指数负相关关系,其中多年生禾草和多年生杂类草的高度变化对输沙量的影响更显著。各功能群的地上生物量与输沙量存在负相关指数关系,其中多年生禾草的生物量与输沙量的拟合程度最高。[结论]过度放牧会显著影响功能群特征并降低草地的防风固沙能力,建议放牧强度控制在中度及以下。

不同沿岸输沙率计算公式对比分析

经历近100 a的发展,沿岸输沙率计算公式研究领域已形成许多代表性成果,系统研判各计算公式的预测精度对于快速准确判断研究区域沿岸输沙能力具有重要意义。依据使用率高、公式结构简洁、考虑参数相对全面等标准,选择了国内外7个沿岸输沙率计算公式,采用现场原型沙、室内原型沙和室内轻质沙等多种实测资料,对各公式的计算准确程度和适用范围进行了定量检验。结果表明,CERC公式和Kamphuis公式适用于现场原型沙预测,但对室内轻质沙预测的偏离程度较大;MH-Kamphuis公式和van Rijn公式对各种实测资料的预测均总体偏小;赵今声公式和Bayram公式的预测精度最低,预测偏小程度较大。经比较,孙林云公式对各项实测资料的符合程度总体较高,预测精度提高了36%~73%,具有更广泛的适用范围,推荐用于推导沙质海岸沿岸输沙模型相似律比尺关系。

2021年宁夏两次持续沙尘重污染天气对比分析

为探究气象条件变化对宁夏沙尘重污染天气过程的影响特征,利用常规气象观测数据、NCEP再分析资料及环境空气质量数据,选取2021年1月11-14日和2021年3月14-19日两次沙尘重污染天气(分别简称“0113”过程和“0315”过程)为研究对象,基于天气形势、后向轨迹模拟及物理量场诊断等方法,对比两次过程影响系统及传输轨迹,探讨形成和维持机制.结果表明:①“0113”过程主要影响宁夏北部四市,“0315”过程影响整个宁夏,两次沙尘过程中重度及以上污染平均持续时间分别为35.0和105.2h,沙尘污染暴发阶段PM_(10)浓度平均值分别为1735和5265μg/m3.②“0113”过程为一次强度一般的锋面过境引起的沙尘重污染天气,稳定少动的青藏高压与其北侧蒙古热低压之间形成显著的气压梯度带,高空脊前多股强西北气流引起动量下传,使宁夏及上游地区大风将沙尘输送至宁夏造成重污染;“0315”过程为一次较强的典型锋面过境及蒙古气旋造成的持续沙尘重污染天气,蒙古冷高压受强盛蒙古气旋和青藏高原热低压夹击稳定少动,其西南、东南及东部与两个热低压形成气压梯度带,加之受地面冷锋过境影响,宁夏及周边地区多方向大风将沙尘向宁夏上空输送造成“0315”过程较“0113”过程污染更严重.③两次过程中沙尘均为境外和境内同时输送,“0113”过程为西北和偏西路径,传输距离长且高度较低;“0315”过程为西北、偏北和偏东路径,传输距离短且高度较高.④“0315”过程中蒙古国及我国新疆-甘肃一带负水平螺旋度中心值为“0113”过程的1.75倍,较强的辐合上升运动和西风气流将沙尘持续向宁夏上空输送并与本地沙尘叠加,上升和下沉运动交替使沙尘长时间悬浮于空中,而“0113”过程受多股强下沉气流造成沙尘迅速沉降至地面,污染快速减弱.研究显示:冷锋和蒙古气旋是宁夏沙尘重污染天气的主要影响系统,当有只冷锋过境时,上游沙尘传输高度低,到达宁夏上空沙尘粒子相对少,使宁夏沙尘重污染天气持续时间短且强度相对较弱;当伴有蒙古气旋活动时,沙尘传输高度高,到达宁夏上空沙尘粒子多,使宁夏沙尘重污染天气持续时间长、影响范围广且强度较强.

安徽省河流泥沙时空分布变化特性研究

对省内5个地貌区的泥沙时空分布规律进行分析研究。结果表明:皖北平原区的主要输沙分布在淮河干流,并且淮河干流的含沙量和输沙量从上游到下游呈逐渐递增趋势;江淮丘陵区沙量一般;皖西山区含沙量和输沙模数都是最大的;沿江平原区含沙量不大,但由于径流量大,输沙量也很大;皖南山区植被良好,森林覆盖率高,含沙量和输沙模数是最小的;总体特点是年际变化大,沙量呈明显的减少趋势;年内分布主要集中在汛期。

黄河流域西柳沟中游输沙势及风沙入黄量估算

以十大孔兑之一的西柳沟风沙区为研究区,通过野外监测与室内分析相结合,对研究区风况和输沙势特征进行分析,同时开展风沙流活动观测,测定流域两岸不同下垫面输沙通量,再通过函数拟合法科学估测风沙入黄量.结果表明:(1)研究区属于中等风能环境区,年均起沙风风速为6.41m/s,年均起沙风频率为17.85%,最大风速为11.37m/s;(2)不同时间尺度合成输沙势方向趋于一致,均以偏东南方向(SE,SSE)为主,年方向变率指数属于中等变率,年合成输沙势方向(RDD)为SSE方向,直接导致大量沙物质输入河道;(3)不同下垫面垂向输沙通量存在显著差异,流动沙地、半固定沙地和固定沙地风沙入黄量占比分别为77.09%、15.30%和7.61%.流域地表输沙率垂线变化表明不同下垫面总输沙率与风速均呈较好的指数函数关系,因此利用输沙率(q)、起沙风时长(h)与断面长度(d)之间关系,估算西柳沟流域年均风沙入黄总量约为8.09×10^(5)t/a.本文旨在探究西柳沟流域不同下垫面输沙率与风速两者之间耦合关系,为风沙入黄防治工作提供数据基础,从而降低风沙问题对黄河流域造成的安全隐患.

吐鲁番市高昌区不同固沙植物的防风固沙效益

为了解不同防风固沙林对风速、输沙通量和土壤蚀积程度的影响,以期为荒漠化地区植物选择和配置提供技术支持,以吐鲁番市高昌区恰特喀勒乡公相村为实验地,利用气象站、风速仪、集沙仪等监测不同高度下梭梭林、柽柳林以及梭梭-柽柳混交林的风速、地表粗糙度、输沙通量等指标,分析比较不同固沙林的风速廓线、风速增加率、地表蚀积量及风沙堆积物变化规律。结果表明:随着风速的增加,输沙通量逐渐增加,地表粗糙度和蚀积深度呈现降低趋势;不同固沙林不同高度(h)的风速增加率均表现为中层(50 cm<h≤100 cm)最大,低层(10 cm<h≤50 cm)最小,说明固沙植物对低层风速有显著降低作用,增强了中层风速;不同固沙林输沙通量随着高度增加逐渐减小;柽柳林、梭梭-柽柳混交林后出现堆积现象,梭梭林前后为侵蚀现象。梭梭林、柽柳林以及梭梭-柽柳混交林均降低了近地表风速,有效拦截了风沙流,改变了表层风沙堆积物物质组成,梭梭-柽柳混交林防风固沙效果较好。

低压浑水管道输沙规律研究及水流挟沙力计算

【目的】确定输水工程适宜运行的水力条件。【方法】以巴音沟河流域输水工程为研究对象,通过数值模拟的方法研究不同泥沙质量浓度、压力条件下浑水管道输沙规律及水流挟沙力特性。【结果】(1)管道断面垂向泥沙质量浓度分布受压力、体积含沙量及管径等因素的影响;当压力及管径较小时,泥沙淤积厚度为6.3~8.0 mm,压力及管径较大时,在Y=-0.07区域以下淤积较多,淤积厚度达到8.6~9.4 mm;(2)同一管径及流速下,随着体积含沙量的增大,该区域流速梯度增大,最大增幅为14%;(3)随着水流速度增大,水流挟沙力增大,悬移质质量浓度也越大,但是悬浮指标逐渐变小。【结论】在低压浑水管道中,管径越大、泥沙质量浓度越大、压力越小,水流挟沙力越小,泥沙越容易淤积。

油气成藏期活动断裂对砂体输导油气阻止作用部位的预测方法及其应用

为了研究含油气盆地斜坡区断裂附近油气分布规律,在油气成藏期活动断裂对砂体输导油气阻止作用机理及部位研究的基础上,通过确定油气成藏期断盖配置封闭部位、断裂填充物侧向封闭部位和砂体输导油气优势路径,三者叠合建立了一套油气成藏期断裂对砂体输导油气阻止作用部位的预测方法。实例应用结果表明:油气成藏期活动的敖古拉断裂对萨尔图油层砂体输导油气阻止作用的部位共有6处,自西南至东北均匀分布,是东侧古龙凹陷青一段源岩生成油气在敖古拉断裂附近萨尔图油层聚集成藏的有利部位,与现今敖古拉断裂附近萨尔图油层的油气显示情况基本相同,证明此方法针对油气成藏期活动断裂对砂体输导油气阻止作用部位的预测是可行的。

风力机尾流影响沙尘输运的实验研究

通过在风洞中构建符合强沙尘暴特征的风沙流场,开展不同叶尖速比下风力机尾流对沙尘输运特性影响的实验研究。结果表明:风轮旋转对沙尘输运具有明显阻挡作用,叶尖涡和中心涡造成沙尘的局部聚集现象,且上叶尖涡发生区域的聚集效应更加显著。尾流不同位置处的横向剖面沙尘聚集呈圆弧带分布,风力机后5D时沙尘在横向截面分布趋于均匀。另外,叶尖速比越大,上叶尖涡聚集效应越强,且与中心涡沙尘聚集分界越明显;低叶尖速比时,下叶尖涡对沙尘的聚集效应不明显,高叶尖速比时,下叶尖涡对沙尘的聚集效应更加明显;叶尖速比越大,风力机的阻沙效果越好。

尉犁-且末沙漠公路沿线风沙环境特征及沙害防治对策研究

尉犁-且末沙漠公路(简称尉-且沙漠公路)穿越塔克拉玛干沙漠腹地,对于实现新疆社会稳定和长治久安提供有力交通保障。风沙危害是尉-且沙漠公路建设和通车的主要危害,亟需采取防治措施对该公路进行保护。基于ERA5风况数据,全方位分析了尉-且沙漠公路沿线的风能环境,并结合遥感影像分析沿线的沙丘移动特征,系统阐述了沿线遭受的风沙危害,在此基础上对该沙漠公路提出了有针对性的风沙防治措施。结果表明:(1)沿线年均起沙风速介于6.03~6.64 m·s-1之间,年起沙风频率介于14.73%~30.44%之间。(2)起沙风主要发生在春夏两季中。起沙风主方向以ENE、E为主。(3)沿线年输沙势介于106.48~293.70 VU之间,存在低、中两种风能环境,年方向变率指数介于0.49~0.74之间,属中比率,年合成输沙方向介于213.48°~255.94°之间,各方向季输沙势与季起沙风频率变化特征一致,方向变率指数呈现明显季节变化特征。风能环境的时空变化特征造成了沙丘移动速率的空间差异性,在起沙风作用下,沿线遭受不同程度的风沙危害,沿线按照阻-固原则,有针对性地设置工程、生物并存的防治措施。研究结果全面概述了尉-且沙漠公路沿线的风沙环境特征及危害,为该公路沿线防治措施的设置及后续改进优化提供理论依据。

恒定流作用下珊瑚砂输运特性试验研究

【目的】针对现有对珊瑚砂起动和输运研究的不足,基于室内水槽试验,研究了恒定流作用下珊瑚砂的起动规律和输运特性。【方法】利用电子显微镜对珊瑚砂颗粒进行观测,确定了珊瑚砂中轴长度与筛分粒径之间的关系;利用现代化测量技术测得了珊瑚砂起动流速和输沙率。【结果】与经典的石英砂起动流速及输沙率计算公式进行了比较分析,并修正了经验公式,使其适用于珊瑚砂起动流速的计算。【结论】由于珊瑚砂的形状极不规则,相比筛分粒径相同的石英砂,珊瑚砂的起动流速更小,珊瑚砂单宽推移质输沙率随水深的增加而显著减小。研究成果丰富了泥沙输运理论。

引黄渠道水沙输移及冲淤规律研究

以尊村灌区一干改造渠段为例,研究渠道泥沙输移特性及冲淤变化规律。通过沿程悬移质、床沙质取样和实测流速,分析渠道淤积成因。结果表明,淤积最严重情况发生在渠首,停水期泥沙淤积是造成渠道淤积的重要因素,给出了各输水工况下应满足的挟沙流速,为今后渠道减淤,灌区高效运行提供了依据。

渤海湾盆地埕岛东斜坡断—砂组合样式及其对油气富集的控制作用

断层与砂体是埕岛东斜坡东营组主要的油气输导要素。为了探究断-砂组合输导条件控制下油气运移与富集规律,本文基于地震资料精细解释和砂体RMS属性分析,首先划分了埕岛东斜坡东营组的断-砂组合样式,然后应用砂岩输导层相对输导指数RT_(i)、断层侧向输导指数F_(LSI)对断-砂组合输导性进行了定量评价,最后结合HMIE指数和Trinity油气运移数值模拟,分析了断-砂组合样式对油气运聚成藏的控制作用。研究表明,埕岛东斜坡断-砂组合样式可以划分为顺向型、反向型和主次复合型3大类。断-砂组合对油气富集的控制作用主要体现在:(1)断-砂组合输导性控制了油气运聚范围、层位及规模。当RT_(i)>0.15时,斜坡区油气的聚集程度与RT_i成正相关,当F_(LSI)≥0.45时,断阶区油气易侧向封堵成藏;(2)断-砂组合的多样性、通源性及输导性控制了油气优势运移路径。研究区主要存在由洼陷区向胜海10南断层附近,向胜海8南断层附近以及向断阶区的3条优势运移路径;(3)顺向型主要起阶梯式输导油气作用,反向型易侧向封堵油气成藏,主次复合型则对油气起着先分流再富集的作用。不同断-砂组合样式控制了油气富集模式,具有“分区控制、垂向分异、多层富集”的成藏特征。

丁基黄药在金属负载石英砂中的迁移特性

针对有色金属采选场地存在重金属与残留选冶有机药剂复合污染问题,本文以丁基黄药(butyl xanthate, BX)为代表,基于饱和砂柱迁移实验和数学模型,分析了BX在石英砂、覆铁砂和覆铁铜砂中的迁移规律.结果表明,石英砂表面负载Fe量为0.07 mg/g时,BX迁移的回收率从89.8%下降至45.3%,并且负载Fe量每增加一倍,BX迁移回收率平均下降41.5%.在覆铁砂上继续负载氧化铜,BX与Cu^(2+)之间反应生成CuBX,在负载Cu量0.010~0.055 mg/g时完全抑制了BX在介质中的迁移.

风积砂质胶凝材料充填性能及其在采空区治理中的应用

风积砂作为一种天然原料,用于空洞型采空区的充填可以很好地降低治理成本,具有显著的经济效益。为掌握风积砂质空洞型采空区充填材料的性能变化规律,研究了风积砂掺量对充填材料宏观性能及微观结构的影响规律。结果表明:随着风积砂掺量的增大,充填材料的黏度和稠度增大,且增长速率逐渐变大,导致充填材料输送性能变差;同时充填材料胶结体的抗压强度随风积砂掺量的增加呈先增大后减小趋势。当风积砂掺入量为40%时,充填材料中水化反应较为完全,水化产物可以较好地与风积砂界面结合,同时胶结体中孔隙分布均匀,抗压强度可以维持在较高水平;当风积砂掺入量超过或低于40%时,胶结体中水化产物较少,颗粒结合不紧密,存在大量孔隙,使抗压强度产生损失。使用风积砂掺量为40%的风积砂质充填材料,在陕北空洞型采空区治理中取得了良好的治理效果和经济效益。

低渗油藏CO_(2)地质封存矿物颗粒运移及注入堵塞机理

在低渗砂岩油藏中开展CO_(2)地质封存,是实现CO_(2)捕获、利用和封存(CCUS)的有效手段之一。随着CO_(2)持续注入吸收层,弱胶结砂岩颗粒会随CO_(2)流入孔隙和裂隙中运移,进而可能形成颗粒堆积,影响CO_(2)注入的稳定性。为揭示多形态颗粒在孔隙和裂隙中的运移、动态堆积及微观机理,建立了基于多形态矿物颗粒的离散元流固耦合堵塞模型。模型考虑了多级粒径、非规则形态、旋转、差异化流入孔隙模式等矿物颗粒参数及流体密度、流体速度等流体物性因素,模型可实现注入流体和矿物颗粒的瞬态堆积过程动态预测与可视化,并在此基础上揭示了CO_(2)物性、弱胶结非规则颗粒参数与注入堵塞间的量化关系。结果表明:(1)影响孔隙内矿物颗粒堆积数量和CO_(2)注入效果最高的因素为矿物颗粒质量分数,相对于颗粒质量分数3%,颗粒质量分数5%的孔隙内矿物颗粒堆积数量提升52.06%,孔隙内矿物颗粒堆积数量的提升比率与矿物颗粒质量分数增长比率呈负相关关系;(2)在注入CO_(2)和矿物颗粒总量一致情况下,当矿物颗粒平均尺寸为孔隙直径尺寸的1/3时,孔隙内矿物颗粒堆积数量最高,CO_(2)的注入效果最差,矿物颗粒密度变化对于CO_(2)注入的影响较低;(3) CO_(2)注入降低了砂岩孔隙内多相流体密度,减少了孔隙内矿物颗粒堆积数量,降低了矿物颗粒在孔隙内的堵塞,有利于CO_(2)往深部注入;(4) CO_(2)注入速度提升60%,孔隙内矿物颗粒堆积数量提升1.2%,注入速度提升增加了孔隙内的矿物颗粒堵塞比率,不利于CO_(2)的注入。