近年来,随着气候变暖和青藏高原降水的逐年增加,青藏铁路沿线的热融湖塘数量和面积也明显增加,开始影响青藏铁路路基安全。通过现场调查和统计分析,对青藏铁路多年冻土的热融湖塘发育状态和应对措施进行研究,研究结论包括,随着气候变暖和青藏高原降水的逐年增加,青藏铁路沿线的热融湖塘数量和面积也明显增加,且离路基越来越近;青藏铁路路基两侧20 m范围内发育热融湖塘14处,部分热融湖塘已延伸至路基坡脚,严重影响地基多年冻土的稳定,进而影响路基稳定性;对影响铁路路基安全的2处典型热融湖塘进行分析,提出包括地表水、地下水双隔离及太阳能热棒增强冻土稳定性的措施。
近年来,青藏高原湖泊的快速扩张引起广泛关注,已有不少研究系统分析了大于1 km2的大型湖泊的变化动态,但对于面积较小的由于多年冻土退化形成的热融湖塘,其在大范围流域尺度上的分布及变化研究尚不多见。论文基于光学和雷达影像,系统分析了三江源区内湖塘(<1 km2)分布及其变化,以及与多年冻土之间的联系,并且首次揭示了湖塘底部融区的分布情况。结果表明:(1)三江源区2020年代(2020—2022年)的湖塘面积达917.03 km2,湖塘总数为61608个。其中长江源区湖塘数量最多,达到48987个,黄河源区12459个,澜沧江源区最少。(2)相较于1960年代,2020年代三江源区域面积小于1 km2湖塘数量增加了76%,面积增加了13%。长江源区湖塘扩张明显,黄河源区、澜沧江源区的部分湖塘萎缩。1960年代的湖塘有53%在2020年代依然存在。(3)三江源区80.9%的湖塘底部冬季存在融区,其中长江源有78.2%,黄河源有90.8%,澜沧江源有98.7%。在多年冻土区,有一半底部有融区的湖塘在1...
近几十年随着全球气候变暖及人类活动的增强,冻土退化趋势显著,这一过程改变了寒区的水文地质条件,从而引起一系列的生态环境变化。热融湖塘是冻土退化的产物,其形成与发展又会引起冻土环境的改变,进而对全球气候变化产生影响。因此,针对多年冻土退化过程中日趋严重的热喀斯特现象,以及由此而产生的冻土融穿、地下水位改变、热融湖塘扩张等问题,对目前多年冻土区热融湖塘的水文变化研究现状进行分析整理。本文主要从以下五个方面展开了论述:(1)热融湖塘演化过程及主要影响因素分析;(2)热融湖塘水文过程时空变化规律及影响因素分析;(3)热融湖塘水量平衡过程研究及影响因素;(4)热融湖塘变化对区域水质的影响;(5)热融湖塘对碳循环的影响。最后,提出在后期研究中应基于同位素技术,充分考虑湖塘周边环境,并结合气候变化、多年冻土退化状况进行多因素分析,以期能为深入开展研究冻土退化背景下冻土水文过程、区域水资源演变以及对生态环境的影响提供参考依据。
青海—西藏±500 kV直流联网工程不冻泉-风火山段输电线路工程分布在青藏高原冻土地区,其塔基稳定性主要受到冻融循环作用、冻土和地下冰稳性、不良冻土现象、环境气候变迁以及输电线路工程结构本身等诸多因素的影响,由此会导致输电线路冻土工程问题的出现,并会对工程的安全运营产生影响。为了解决这一工程问题,以高密度电法为主、钻探验证为辅的综合勘察方法对工程区域内的多年冻土分布范围及状态做了详细的勘察和研究,最终以83.7%的定量解释精度确定了冻土层、地层、冻土层上水的分布特征和范围,总结出了不同类型冻土的电阻率值及变化范围,为输电线路工程塔基定点、设计、施工及选线等工作提供了科学依据。
以青藏高原查拉坪地区一处热融湖塘(40 m×50 m,最大深度为1 m)为研究对象,由实测数据对比分析了热融湖塘与天然地表相同深度的温度变化特征.结果表明:与天然地表相比,热融湖塘融化时间长,冻结时间短,且存在接近4℃的水温变化;受太阳辐射及热对流的影响,垂向水温梯度仅在水表从4℃降温及冻结阶段较大,其余时段接近0;湖底年均温度比相同深度的天然地表高约6.4℃,湖底下部存在约14 m深随时间发展的融区,土体吸热增大,放热减小;热融湖塘2.5~3.0 m土体的年内热交换为19592.0 k J/m2,约是天然地表的230倍,其中吸热量及放热量分别为后者的1.4倍及8.7%.湖塘下部的融化夹层是深层冻土的主要热源,湖塘对下部土体放热的抑制作用是湖塘对土体产生热影响的主要原因.
在青藏高原五道梁多年冻土区,利用土钻对3个典型热融湖塘不同区域表层沉积物进行取样,并做了粒度分析、粒度参数计算和回归分析,结合有关资料探讨了热融湖塘沉积物的粒度分布特征及其形成原因。结果表明:在沉积物分布类型上,以湖心为圆心、半径15 m的湖心区,表层沉积物平均粒度为4.46—5.37Φ,标准偏差为2.48—2.75,粒度较细,属于粉砂质砂;半径15—30 m的湖滨区,表层沉积物的平均粒度为2.69—3.34Φ,标准偏差为1.67—2.22,粒度较粗,属于砂质;半径30 m至天然地表的过渡区,表层沉积物平均粒度为3.22—3.44Φ,标准偏差为1.93—2.18,粒度较粗,属于砂质。不同区域沉积物粒度差异显著,热融湖塘沉积物的粉砂和黏土含量分布为湖心区>湖滨区>过渡区,而砂含量的分布特征则相反,为过渡区>湖滨区>湖心区。热融湖塘沉积物这种粒度分布特征与冻融循环、水力搬运、风力侵蚀以及地形等因素密切相关,是导致热融湖塘不同区域地表沉积物粒度特征产生显著差异的主要原因,也是造成湖塘周边土壤发生粗砾化的根本动力。
全球变暖背景下高寒土壤水文过程的变化是流域水文学及生态系统稳定性研究的关键问题之一,以多年冻土区典型发育的热融湖塘为研究对象,基于土壤物理特性、入渗过程及土壤水分等的观测,并进行模型模拟.结果表明:热融湖塘改变了土壤的入渗过程,随着其影响程度的加剧,初始入渗速率降低,且在中度影响迹地降低幅度最大;稳定入渗速率与累积入渗量在表层逐渐增加,10与20 cm深度处均为先减小后增加,与土壤质地显著相关,且累积入渗量受制于稳定入渗速率变化;通过对比分析,Hoton模型更适用于热融湖塘影响迹地高寒草甸土壤水分入渗过程的研究.总之,热融湖塘的形成降低了高寒草甸土壤的持水能力,使其导水性增强,导致热融湖塘分布区域的产流能力降低.
选择长江源区五道梁为研究区域,以典型发育的热融湖塘为研究对象,运用激光粒度仪测得土壤粒径分布,并结合分形模型对高寒草甸土壤颗粒分布与水文过程进行研究。结果表明:热融湖塘的形成加快了长江源区高寒草甸土壤沙质化的进程,随着其影响程度的加剧,黏粒、粉粒含量逐渐减小,砂粒含量逐渐增大,同时土壤颗粒体积分形维数也逐渐减小,并与黏粒、粉粒呈显著正相关,与砂粒含量呈显著负相关,土壤颗粒体积分形维数可代替土壤不同粒径颗粒组成表征土壤沙质化的进程。此外,在热融湖塘影响下的土壤水文过程的改变,是加快土壤沙质化的重要因素之一。
以发育于青藏高原腹地的红梁河热融湖塘为例,考虑未来50年气候增温2.6℃的情景,采用有限元数值模拟的方法预测2010年-2055年热融湖塘周围多年冻土的发展演化情况,结果表明:热融湖塘显著改变了周围土体的热状态,其对浅部土体影响较小,对深部土体的影响较大;热融湖塘对下部土体的竖向热影响强于对周围土体的侧向热侵蚀;多年冻土上限受外界气候环境的影响较大,而对于多年冻土下限,热融湖塘的影响居于主导地位。