海水入侵作用下滨海盐渍土演化过程研究 ——以小凌河冲洪积扇为例

来源 :中国地震局工程力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:henbuxiaxin11
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
土壤盐渍化是一种灾害,盐渍土是一种特殊土。减轻和防治土壤盐渍化灾害是岩土工程防灾减灾领域研究的热点问题之一。滨海盐渍土是海水入侵或高矿化度地下水作用下形成的全剖面含盐的一类特殊土,其特殊性体现在具有高含量盐分、强吸湿性、极差稳定性等特点,进而可能带来加剧生态环境恶化和降低滨海工程地基安全性等危害。它的危害程度一般受控于滨海盐渍土矿物颗粒的离子组分、理化性质、微观结构的改变。而滨海盐渍土矿物成分特征往往又与其形成演化过程中的复杂水文地球化学作用与土壤物理化学作用密切相关。因此,研究滨海盐渍土化学成分的形成及其演化机制,不仅有助于减轻和防治滨海地区海水入侵与土壤盐渍化灾害,又可深化对滨海盐渍土与其他类别土的力学性质(可塑性、胀缩性、抗剪强度)缘何差异化等微观机理的认识,研究成果具有促进海岸带生态脆弱区的环境恢复和降低沿海工程安全风险双重意义。滨海盐渍土演化过程受海水入侵与微咸水灌溉双重作用的影响,这个过程中既有近水平向的地下咸淡水混合过程,又有垂向的土壤水盐运移过程,这与以垂向水盐运移过程为主的内陆盐渍土形成过程存在根本差别。因此,如何将变密度的咸淡水混合过程与土壤水盐运移过程耦合,明确双向作用盐渍化形成机理是滨海盐渍土演化过程研究中亟待解决的关键问题。本文以辽宁省锦州市小凌河扇地为研究区,综合利用野外水文地质调查、室内土柱水盐运移模拟实验、数值模拟等技术方法,重点围绕土壤盐渍化特征对海水入侵的响应、海水入侵与微咸水灌溉作用下土壤盐渍化的演化机制,以及滨海盐渍土场地动力反应特性等问题开展了深入研究,取得主要成果如下:(1)探明了海水入侵过程中水文地球化学作用对地下水与土壤化学组分变化的影响,明确了土壤盐渍化特征对海水入侵的响应规律,为滨海盐渍土演化过程模拟奠定了基础。通过对106个地下水样以及248个土样化学成分的测试与分析,查明了丰水期、平水期及枯水期的海水入侵与土壤盐渍化的时空分布特征,明确了海水入侵过程中地下水化学成分的演化规律;在此基础上,利用统计学方法分析了土壤盐分及离子组分的时空变异特征,运用相关分析及主成分分析法给出了滨海土壤盐分与地下水特征的响应关系。(2)开展了不同矿化度水灌溉条件下滨海盐渍土水盐运移模拟实验,提出用水盐耦合系数e(c)定量表征灌溉水盐分对土壤水分运动规律的影响。实验结果表明,适度增大灌溉水矿化度会使土壤的湿润锋距离、累积入渗量、入渗率以及土壤含水量等指标均呈增大的变化趋势,反之则会降低;根据实验结果,将水盐耦合系数e(c)用于改进土壤水分运动方程,同时利用模拟实验土柱水盐运移的HYDRUS模型验证了改进方程的可靠性与科学性,改进后的土壤水分运动方程可定量刻画不同微咸水灌溉条件下土壤水分扩散率与导水率的变化规律,有效解决了现有土壤水分运动方程无法体现灌溉水盐分对土壤水分运动影响的问题。(3)首次实现了海水入侵的变密度饱和水盐运移过程与土壤盐渍化的非饱和水盐运移过程的耦合,建立了拟三维变密度饱和—非饱和水盐运移耦合模型,揭示了海水入侵与微咸水灌溉双重作用下滨海盐渍土的演化机制。SEAWAT-HYDRUS耦合模型中,考虑了饱和带咸淡水混合的密度效应以及潮汐作用,将饱和带进行了水平向分区模拟,各分区的非饱和带通过一维垂向土柱进行模拟,饱和—非饱和带之间通过土柱下部边界的垂向通量进行耦合,并以野外实测数据对模型进行了识别与验证,提高了模型的可靠性。(4)利用数值模拟方法定量分析了降水、地下水开采、微咸水灌溉等因素对滨海盐渍土演化过程的影响程度。利用识别验证后的耦合模型,模拟了不同因素影响下的海水入侵与土壤盐渍化演化规律,结果表明,地下水开采与微咸水灌溉对滨海盐渍土分布面积与平均含盐量变化的影响程度最大,尤其是现状地下水开采引发的海水入侵与5g/L、3g/L的微咸水灌溉共同作用下,滨海次生盐渍土面积增幅超过10%,盐渍土平均含盐量增幅超过15%。(5)在明确研究区滨海盐渍土演化规律的基础上,探讨了滨海盐渍土对场地动力反应的影响,对比分析了盐渍土与非盐渍土的场地动力反应特征。本文选取了非盐渍区、盐渍区的典型土层钻孔剖面,建立了相应的土层计算模型,以El Centro波为输入波,采用SOILQUAKE程序计算了土层地震反应特征。结果表明,当地震动强度一定时,盐渍土较非盐渍土的规准化反应谱特征周期Tg呈小幅减小态势,而平台值βmax呈小幅增大趋势。
其他文献
煤炭的利用在我国的经济和工业的发展中发挥了重要作用,以煤炭为主的能源结构在短期内不会发生实质性改变。随着超低排放技术全面实施,燃煤电厂烟气中氮氧化物、颗粒物和二氧化硫等常规污染物的排放得到有效的控制。而燃煤产生的有机污染物排放是主要人为排放源之一,受到了越来越多的关注。目前,有关于燃煤电厂有机污染物的排放数据和控制方法的研究较少,尤其是超低排放后,有机污染物的排放水平及各污染物控制设备对有机污染物
现代电力系统的一个重要特征就是分区互联运行,负荷频率控制对于保证多区域互联电力系统的稳定运行具有重要意义。本文研究了自抗扰控制(ADRC)方法在单区域和双区域电力系统中的应用。自抗扰控制是由韩京清教授提出并在2009年由高志强教授推广的先进控制方法。本文改进了自抗扰控制器的参数优化方法,并与其他控制器的性能进行比较。以下对本文所做的工作进行详细介绍。首先,负荷频率控制存在很多问题,在一个综合电力系
碳达峰、碳中和是我国提出的中长期碳减排承诺,也是引导经济社会高质量发展和能源绿色低碳转型的纲领性目标。电力行业作为消耗了我国50%以上煤炭的国民能源经济支柱部门,对全社会碳减排进程有着决定性的影响。本文对面向碳中和的中国电力低碳转型问题进行了深入分析,从权衡“安全、经济、低碳”三元目标的视角,探索未来电力低碳转型的宏观前景、边界条件、结构演变、系统运行特性与综合决策,为电力部门深度减排转型路径制定
黄土地震流滑是在强震作用下,低角度的黄土斜坡失稳并长距离滑动的一种岩土地震灾害,具有坡角低、滑距长、隐蔽性强和灾害重的特点。我国黄土分布极为广泛,黄土高原地区地壳运动强烈,活动构造发育,强震频发,极易诱发黄土流滑现象并造成重大人员伤亡和经济损失。随着黄土高原地区社会经济建设的发展,黄土地震灾害问题备受关注,黄土地震流滑问题已成为岩土工程抗震和防灾减灾研究领域的热点问题之一。探索地震流滑的形成机理和
近年来,环境中的放射性核素污染和有机污染严重威胁着生态安全与人类健康,而通过新型环境材料的研发以及分析其在固-液界面的微观反应机理有助于人们更加深入的了解污染物的迁移转化机制,从而进行更有效的管控。纳米零价铁(NZVI)材料是一种新型纳米材料,由于其具有廉价易得、制备简便、高表面活性及对污染物多样的去除机理等特性而逐渐成为环境中众多污染物去除的良好材料,在环境净化领域展现出重要的应用前景。但由于其
在我国逐步落实“3060”双碳目标以及着力构建以新能源为主体的新型电力系统的背景下,新能源发电装机规模将会持续增长。但以风电、光伏为代表的新能源发电具有较强的随机性和波动性,对电网的安全稳定运行提出了更大挑战,也对需求响应管理和灵活性资源利用提出了更高的要求。而随着电动汽车产业的快速发展,电动汽车在交通领域的电能替代作用不断增强的同时,其随机、无序的移动负荷特性也将会对电网安全稳定运行造成一定的冲
机械手自适应抓取能力是机器人具备复杂操纵能力的基础,其外部环境交互与感知能力对提升其自适应性至关重要。非结构环境下,被操作对象在材质、形状、种类、表面特性等方面差异明显,这对机器人的感知能力提出了更大的挑战。单一的视觉感知技术已经难以满足机器人日益复杂的抓取要求,但要使机械手具备人手一样的操作能力,如何综合利用机械手的触觉感知信息和视觉感知信息仍是机器人自适应抓取研究的重点和难点。因此,开展基于视
在校园欺凌成为一个社会问题的当下,高效的校园欺凌防治要求教师与家长达成良好的合作关系。然而在实践中,教师与家长往往会因为对欺凌概念定义、发生规律等方面的认知存在分歧而导致合作低效甚至关系破裂。为探明双方的校园欺凌知识现状及差异,提高家校合作应对校园欺凌的效果,本研究运用问卷调查法与访谈法对教师和家长的校园欺凌知识与反欺凌策略的现状与差异进行了研究。本研究从狭义的角度将校园欺凌知识定义为由专门从事校
随着国际能源形势和气候环境日益严峻,能源的安全、低碳、高效和可持续发展问题受到各国重点关注。以低碳化、去中心化、市场化、综合化和数字化为特征的能源革命浪潮席卷全球。在此背景下,分布式资源规模化发展,相关市场机制建设不断推进。目前,国际上已有国家和地区赋予分布式资源聚合商(Distributed Energy Resources Aggregator,DERA)市场主体地位,允许DERA在区域性批发
电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)是一种极具应用前景的过程成像技术。它主要通过测量系统采集各个电极之间的电容值,再借助适当的图像重建算法对被测区域的介电常数分布进行可视化重建。因具有非侵入式测量、设备成本低、成像质量高、成像速度快、无辐射以及结构简单等优点,它逐渐成为工业领域中过程检测的重要技术手段。高精度的成像质量是ECT获得可靠测量结果的