Effects of antecedent moisture and macroporosity on infiltration and water flow in frozen soil     

Freda Pittman  Aaron Mohammed  Edwin Cey 《水文研究》2020,34(3):795-809

Infiltration into frozen soil plays an important role in soil freeze–thaw and snowmelt-driven hydrological processes. To better understand the complex thermal energy and water transport mechanisms involved, the influence of antecedent moisture content and macroporosity on infiltration into frozen soil was investigated. Ponded infiltration experiments on frozen macroporous and non-macroporous soil columns revealed that dry macroporous soil produced infiltration rates reaching 10³ to 10⁴ mm day⁻¹, two to three orders of magnitude larger than dry non-macroporous soil. Results suggest that rapid infiltration and drainage were a result of preferential flow through initially air-filled macropores. Using recorded flow rates and measured macropore characteristics, calculations indicated that a combination of both saturated flow and unsaturated film flow likely occurred within macropores. Under wet conditions, regardless of the presence of macropores, infiltration was restricted by the slow thawing rate of pore ice, producing infiltration rates of 2.8 to 5.0 mm day⁻¹. Reduced preferential flow under wet conditions was attributed to a combination of soil swelling, due to smectite-rich clay (that reduced macropore volume), and pore ice blockage within macropores. In comparison, dry soil column experiments demonstrated that macropores provided conduits for water and thermal energy to bypass the frozen matrix during infiltration, reducing thaw rates compared with non-macroporous soils. Overall, results showed the dominant control of antecedent moisture content on the initiation, timing, and magnitude of infiltration and flow in frozen macroporous soils, as well as the important role of macropore connectivity. The study provides an important data set that can aid the development of hydrological models that consider the interacting effects of soil freeze–thaw and preferential flow on snowmelt partitioning in cold regions.  相似文献   

关中盆地浅层地热能赋存规律及资源量估算     

周阳  洪增林  张卉  曹晓凡  穆根胥 《中国地质调查》2020,7(2):21-29

通过野外地质调查及室内综合研究,分析了关中盆地浅层地热能的开发利用情况、赋存特征和形成模式,并对资源量进行了估算,总结了盆地不同地貌单元、不同岩性的岩土体热物性参数特征,计算了区域恒温带深度和浅层大地热流值。关中盆地地热能的形成模式主要为热传导型和热对流型: 热传导型地热资源主要分布于西安凹陷、固市凹陷等完整地质块体内; 热对流型地热资源主要分布于深大断裂直接沟通地表的区域以及断裂带周边区域。采用层次分析法对关中盆地浅层地热能进行适宜性分区,认为关中盆地整体属于地埋管地源热泵系统适宜区或较适宜区,地下水地源热泵系统适宜区和较适宜区主要分布在盆地中部漫滩区和阶地区。利用热储法,计算关中盆地浅层地热能热容量为1.38×10¹⁶ kJ/℃,浅层地热能储量巨大,开发利用前景优良。  相似文献   

HY-2B卫星散射计海面风场产品质量分析 *     

陈克海  解学通  张金兰  邹巨洪  张毅 《热带海洋学报》2020,39(6):30-40

星载微波散射计是获取全球海面风场信息的主要手段, HY-2B卫星散射计的成功发射为全球海面风场数据获取的持续性提供了重要保障。本文利用欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)再分析风场数据、热带大气海洋观测计划(Tropical Atmosphere Ocean Array, TAO)和美国国家数据浮标中心(National Data Buoy Center, NDBC)浮标获取的海面风矢量实测数据, 对HY-2B散射计海面风场数据产品的质量进行统计分析。分析表明, HY-2B风场与ECMWF再分析风场对比, 在4~24m·s^-1风速区间内, 风速和风向均方根误差(root mean square error, RMSE)分别为1.58m·s^-1和15.34°; 与位于开阔海域的TAO浮标数据对比, 风速、风向RMSE分别为1.03m·s^-1和14.98°, 可见HY-2B风场能较好地满足业务化应用的精度要求(风速优于2m·s^-1, 风向优于20°)。与主要位于近海海域的NDBC浮标对比, HY-2B风场的风速、风向RMSE分别为1.60m·s^-1和19.14°, 说明HY-2B散射计同时具备了对近海海域风场的良好观测能力。本文还发现HY-2B风场质量会随风速、地面交轨位置等变化, 为用户更好地使用HY-2B风场产品提供参考。  相似文献   

微生物勘探技术在潮汕坳陷油气勘探中的应用初探     

赵忠泉  孙鸣  万晓明  陈胜红  赵静  宋立军  李辉  强昆生  梁永兴 《中国地质》2020,47(3):645-654

东沙海域潮汕坳陷中生界研究程度相对较低,油气分布规律不明,为了加强对该区油气分布和富集规律的研究,针对潮汕坳陷西部地质目标首次应用微生物地球化学勘探技术(MGCE),探讨其含油气性。MGCE技术以轻烃微渗漏理论为基础,采用地质微生物学方法和地球化学方法检测研究区海底表层的微生物异常和吸附烃异常,预测研究区下伏地层中油气的富集区及其油气性质。检测结果显示研究区西部凹陷的斜坡区微生物异常呈块状发育,轻烃微渗漏强度变化大,可能为潜在油气富集区,酸解吸附烃成果显示可能的油气性质为干气和凝析油气。  相似文献   

场地类别分类方案研究     

陈国兴  丁杰发  方怡  彭艳菊  李小军 《岩土力学》2020,41(11):3509-3522

基于性能的抗震设计，要求工程师设计出具有预期抗震性能的结构，一个关键因素是地震作用的确定，这在很大程度上取决于局部场地条件。通过收集和分析北京、苏州和唐山城区956个钻孔资料，建立地表20 m和30 m深土层走时平均剪切波速VS20和VS30的关系式；现场钻探获取北京城区深105 m的典型钻孔原状土样，试验给出各类土体动剪切模量和阻尼比曲线；建立北京城区170个钻孔的场地反应计算模型，采用Nakamura提出的HVSR法和陈国兴等提出的弱震法估算场地基本周期TS值，结合国内外现行抗震规范的场地分类及一些学者对场地分类的研究成果，提出两种新的场地分类建议方案：基于等效剪切波速VSE和覆盖土层厚度H（地表至剪切波速VS ≥ 500 m/s的基岩深度）的双指标场地分类方案及基于VSE、H和TS的三指标场地分类方案。提出的场地分类方案对我国现行抗震规范场地分类方法的改进有参考价值。  相似文献   

基于小波变换与神经网络的石羊河流域夏季地温预测模型研究   总被引：1，自引：1，他引：0  

贾东于  李开明  聂晓英  袁春霞  李清峰  高福元 《冰川冻土》2020,42(2):412-422

地温变化在气候反馈效应中起着重要作用， 理解地温及其与影响因素之间的时空关系对预测全球温度变化至关重要。利用1998 - 2017年石羊河流域的逐日常规气象观测资料， 采用小波分析结合BP（Back Propagation）神经网络构建了石羊河流域夏季地温预报模型， 结果表明： 日平均地温预测效果在不同站点均为最佳， 其中预测值和观测值的相关系数均大于0.87， 3 ℃以内的预测概率均大于84%。其中， 民勤地区地温预测效果最好， 预测值和观测值的相关系数达到0.91， 3 ℃以内的预测概率达到86%。日最高地温的预测值与观测值的相关系数高于0.8， 但误差平方和、 标准差较大。永昌地区日最高地温的模拟效果最好， 3 ℃以内的预测概率达到83%。日最低地温的预测与观测值的平均相关系数高于0.66， 3 ℃以内的预报概率高于83%， 但预测值略低。其中， 武威地区日最低地温的预测效果最好， 预测值与观测值的相关系数为0.72， 3 ℃以内的预测概率达到94%。研究成果可为有效弥补干旱、 半干旱区地温观测资料缺失和探讨其与局地气候的关系提供一些参考。  相似文献   

刘家峡水库西南部水域表层沉积物重金属污染评价   总被引：1，自引：0，他引：1  

刘翔  郭建明  樊海龙  张生银  张顺存  雷天柱  王建丰 《沉积与特提斯地质》2020,40(4):1-10

为了研究刘家峡水库西南部水域表层沉积物中重金属的污染状况，对采集的55个表层沉积物样品中的6种重金属元素Cr、Cd、Ni、Cu、Zn和Pb的含量进行测试，其平均含量分别为77.03μg/g、0.16μg/g、33.53μg/g、32.09μg/g、291.77μg/g、22.44μg/g。在研究表层沉积物重金属含量空间分布的基础上，运用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法，综合判断水库的受污染程度并对其潜在生态风险进行评估。6种元素的地累积指数排序依次为：Zn > Cu > Cd > Ni > Pb > Cr；潜在生态风险系数排序依次为：Cd > Cu > Pb > Zn > Ni > Cr；各区域重金属污染程度或潜在生态风险水平依次为黄河主河道 > 大夏河河口 > 黄河横剖面。综合4种方法的评价结果，认为对刘家峡水库西南部表层沉积物重金属污染及潜在生态风险评价贡献率较高的重金属污染因子是Zn、Cu和Cd；综合相关性分析与主成分分析，认为研究区沉积物重金属污染主要来源于两个方面：（1） Zn、Cu主要来源于生活污染或工业污染；（2） Cd主要来源于工农业活动产生的污染。  相似文献   

基于树轮宽度重建川西南137年秋冬季平均气温变化     

谢成晟  李景吉  高苑苑  石松林  彭培好  杨兴  冯玮娜 《第四纪研究》2020,(1):252-263

在全球气候变暖背景下,青藏高原东南缘的川滇横断山高海拔地区秋冬季温度变化已经成为区域气候变化研究热点。为了更好地了解长时间尺度下秋冬季平均气温变化对树木生长的影响,本文运用泸沽湖地区丽江云杉(Picea likiangensis)树轮宽度资料,建立了标准年表。并基于气温与树轮宽度指数的关系,重建了过去137年来川西南地区的秋冬季平均气温波动历史。重建序列存在2个暖期(1911~1927 A.D.,1992~2015 A.D.)、1个冷期(1939~1991 A.D.)。与其他树轮序列、沉积记录及历史记录的比较和空间相关分析,显示重建结果可靠,且具有区域代表性。集合经验模态(EEMD)分解得到2 a、19 a和54 a的周期控制序列冷暖波动。厄尔尼诺-南方涛动(ENSO),太阳黑子,太平洋年代际涛动(PDO)和北大西洋涛动(NAO)可能是以上周期的驱动因子.  相似文献   

燕山中部大地热流及岩石圈热结构特征——以承德市七家- 茅荆坝地热田为例     

刘峰  王贵玲  张薇  岳晨  陆川  黄起伟  欧小科 《地质学报》2020,94(7):1950-1959

燕山中部地区地热资源丰富,地热地质条件较好,但该地区大地热流测量工作较少,岩石圈热结构研究尚未开展,制约了该地区的地热地质研究与资源勘探开发。本文以该地区的七家-茅荆坝地热田为典型区,结合地温测井、取样测试、数据收集与分析,初步查明燕山中部大地热流特征及浅部-深部岩层热物性特征,填补了大地热流值测量空白区,在此基础上建立了研究区热结构概念模型,估算其深部地温分布。研究得出燕山中部大地热流值变化较大,平均约57 mW/m~2,与周边温泉水温存在较好的相关关系。其中七家-茅荆坝地热田大地热流值较高,为74.9 mW/m~2。通过深部地温分布计算得出七家—茅荆坝地区居里面埋深为21.5～22.8 km,莫霍面温度约815℃,分析结果与前人研究成果较为一致,验证了本文所建立岩石圈热结构模型的准确性。  相似文献   

我国深海钻探重入钻孔技术优选及设计思路          下载免费PDF全文

熊亮  谢文卫  卢秋平  朱芝同  刘晓林 《探矿工程》2020,47(7):1-7

深海钻探通常采用无隔水管开路钻进，当更换钻头或钻具，测井、处理孔内事故等情况时，需要起下钻后重新进入原钻孔，此过程称为重入钻孔。由于钻探船与海底孔口有数千米的水体相隔，受海浪和洋流作用，钻探船动荡不稳，钻杆柱摇摆不定，要想重新进入原钻孔并非易事。本文通过广泛调研，对海底基盘、声呐重入系统、水下电视重入系统及无人遥控潜水器（ROV）等目前几种常见的重入钻孔技术进行了详细介绍，对各种技术的优缺点进行了综合对比，优选了水下电视重入系统作为我国深海钻探重入钻孔技术方案，初步提出了技术设计思路，为样机研发和工艺制定奠定了基础。  相似文献