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据何瑞霞等的介绍,目前,东北北部永冻土呈区域性退化状态,它是全新世小冰期以来冻土退化的继续和加强,冻土退化主要表现在以下几个方面:
(1)冻土南界北移,总面积减小。根据1991-2000年间年平均地温的平均值及其与永冻土南界的统计及半经验关系,东北冻土南界已显著北移,幅度可达50-120km。大、小兴安岭永冻土面积由20世纪70年代的3.9×105km2减少到目前的2.6×105km2,总面积减少了约35%。
(2)活动层加深、局地冻土岛消失。小兴安岭某林业局曾做过调查,20世纪50年代,该区管辖范围内冻土岛占全区面积的10.5%,80年代冻土岛几乎消失。大兴安岭地区1986-2000年观测资料表明,活动层厚度逐年增加,观测区阴坡下部融深增加25cm,阳坡下部融深增加85cm,湿地下伏冻土融深增加66cm,浅层土壤年平均温度由1.6℃增至2.6℃。
(3)冻土温度升高、厚度减薄、稳定性降低。人为活动频繁的地段对冻土环境的破坏极为严重,导致局部地段冻土地温升高相当明显,退化强度加大。与100a前相比,在东北地区现代永冻土区内,融区范围在扩大。季节融化层底面平均温度在近10a来增高了1℃以上。在季节冻土区,近40a来有67%的测站季节冻结层的平均温度在上升,升幅可达0.6-1.4℃。冻土退化也导致冻土的热稳定类型变化,融区扩展和一些对气候变暖敏感的冰缘作用如热喀斯特作用和热融滑塌的增强。由此可见,气温并非是影响永冻土的唯一因素,就某一局地来说,除气温因素之外,地形、地面状况、地层性质、雪盖等都显著影响永冻土存续和状态,有时局地因素甚至在小的时间尺度和空间尺度内对永冻土的影响占主导作用,这决定了永冻土分布的复杂性,同时也导致永冻土在退化过程中非同步和同幅,使问题复杂化。然而相比永冻土变化的时间尺度,人类监测其变化的时间几乎是其中的一瞬,永冻土的历史分布变化可以从某些冰缘构造(如冰楔假形、砂楔、古冻胀丘遗迹、地层中的冻融挠曲等)中判读,而其退化的过程和方式则很少留有可资参考的证据。 2100433B
近20年来青藏高原冻土分布的表现是,永冻土在不断萎缩、季节冻土不断增加。冻土相对面积减少4.3%,约3.1万km2,相应的季节冻土面积增加3.1万km2。由于季节冻土面积增大、永冻土萎缩、冻土下界上升、冻土温度上升、季节冻结时间缩短、冻土深度变浅等一系列的退化问题,使冻土控制植被成为适应寒旱生境的年轻植物区系、冻土中的大厚度区域性隔水层及其活动层对水资源的调节作用等特殊生态环境功能减弱,影响工程建筑稳定性的冻胀、融沉地质功能增强,从而加速了高寒草场的退化和地表水资源的减少,引发出更多的冻土区工程地质问题。而青藏高原连续永冻土区内某些融区的出现,特别是深埋藏永冻土层的发现,说明这种情况不是偶然的。地面温度的突变升温可能来自地面状况的改变,如植被的破坏、动水被覆盖等,青藏公路沥青路面铺设以后下覆永冻土的变化是可以检测到的最好证明;也可能来自气温的突变,如在十几米深度处发现古冻土上限。
根据赵云云等的研究,永冻土退化的原因主要包括以下几个方面:
(1)全球气候转暖。温度上升趋势与冻土退化幅度相呼应;
(2)降水因素。在雨季的间歇期,处于高温阶段,蒸发量很大,土壤容易干旱。因此,在降水期内,大气降水和地表水给予地下水充足的水量补给,同时也伴随着水热交换,从而引起冻结层上界慢慢消融、退化。
(3)地下径流作用。地下水对多年冻土层起加温作用,导致高原永冻土在平面上分布的连续性变差和厚度减薄,并对永冻土的形成和演化有极大的影响。
(4)冻土自身的性质。岩土成分和性质主要是通过其热物理性质和含水量来影响冻土的发育。坚硬岩石的导热系数一般大于第四纪松散层的导热系数。所以,在其他条件等同情况下,坚硬岩石中冻土层厚度是松散层中的1.3-1.5倍。在岛状冻土区,岩性和含水量对冻土岛的生存起决定作用,土颗粒越细表面能越大,其持水能力越强,一般细颗粒地层要比粗颗粒结构的地层含水量大。在相同的气候条件下,潮湿的细粒土在冬季散失的热量大,融化时所消耗的热量就会更大。冻土的导热系数大于融土的导热系数,冻土的热融量小于融土的热融量,冻结速度要比融化速度和深度大。因此,潮湿细粒土的季节融化或冻结速度要比粗粒小。
(5)植被、沼泽的覆盖。植被处于大气和岩石圈之间,参与它们之间的热量交换,热量条件的变化必然要影响永冻土;沼泽化草甸土壤通气不良、温度较低、微生物活动较弱等,有利于永冻土的保温。因此,植被、沼泽能够减小进入土层的热量,起到降温作用。
(6)人类活动的影响。随着经济能源的开发、公路和铁路的修建、草场资源的不合理利用等,对冻土退化有促进作用。因此,人类活动的影响已成为永冻土退化不可忽视的因素。
永冻土的本质是地层中的水分冻结对岩土性状的一种改变,是一个状态变量。所以狭义上的永冻土退化是一个与冻结状态对应的概念,即指多年冻结层的消融和消失,是“质变”过程;同时,永冻土是地面热量支出大于收入长期积累的结果,永冻土状态与外界气温存在一个动态平衡关系,如果不考虑永冻土对气温响应的滞后,理论上只要气候变暖,出现不利于永冻土保存的情况,从广义上讲其就处于退化状态,是“量变向质变”的发展过程。
冻土退化对桥梁抗震性能的影响
为了分析冻土退化对桥梁抗震性能的影响,利用Midas/Civil软件建立桥墩-墩台-基础有限元模型,采用反映谱分析法对桥梁抗震性能在不同冻土上限退化深度下进行数值模拟.得出如下结论:冻土退化对桥梁的抗震性能有严重的影响,冻土退化越严重,墩顶和桩身水平位移越大;冻土的含冰量对桥梁抗震性能也有较大的影响,冻土的含冰量越大,退化时墩顶和桩身水平位移增量越大,桥梁的抗震的稳定性与安全性越低.
浅谈我省东北部地区建筑节能设计与施工
简要介绍了工省东北部地区建筑的节能设计与施工措施。
草地退化是一个动态过程,既是渐进的,又有阶段性,按其退化程度分为:轻度退化、中度退化和严重退化。
轻度退化。牧草在频繁采食或刈割下,生机衰退,草层高度、盖度下降,产量较正常下降20%~30%;
中度退化。草层中优良牧草明显减少,劣质牧草或有毒有害植物相对增加,草地向低产低质演替的同时,土壤结构和理化性状明显恶化,牧草产量下降30%~40%,放牧家畜牧草严重不足;
严重退化。植被和土壤条件进一步恶化,牧草产量降低40%以上,草地出现严重的侵蚀,家畜长期得不到足够的营养物质,生长发育受阻,生产性能衰退,个体变小,或由低产家畜取代高产家畜,草原的整个生产能力和生态功能下降。如不能及时扭转,整个系统就可能崩溃,草原将不复存在。
人们应采取强力措施防止草地退化,对已退化的要进行重建,使它恢复,并提高其生产能力与生态功能。
草地退化的原因主要是由于人类从草地上不断取走大量的物质与能量,草地长期入不敷出,违背了生态平衡的基本原则而造成的。其中最直接、最重要的原因是:
(1)过度放牧。草地上放牧的家畜长期超载,频繁啃食和践踏,牧草光合作用不能正常进行,种子繁殖和营养更新受阻,生机逐渐衰退;
(2)不适当开垦、挖药材、砍薪柴、割草、搂草、搂发菜等,破坏了草地植被,使风蚀、水蚀、沙化、盐渍化和土壤贫瘠化加剧;
(3)管理不当。在居民点、畜群点、饮水点或河流、道路两侧,由于缺乏保护与管理措施,各种不适当因素强烈影响,草地退化以同心圆或平行于河流、道路,逐步向外扩展,离基点、路道、水源越近,退化愈严重;
(4)草地使用、管理权限不明。家畜户有户养,而草地权属不清,无偿无限使用,造成抢牧滥牧。
全球土壤退化概况
当前,因各种不合理的人类活动所引起的土壤和土地退化问题,已严重威胁着世界农业发展的可持续性。据统计,全球土壤退化面积达1965万平方公里。就地区分布来看,地处热带亚热带地区的亚洲、非洲土壤退化尤为突出,约300万平方公里的严重退化土壤中有120万平方公里分布在非洲、110万平方公里分布于亚洲;就土壤退化类型来看,土壤侵蚀退化占总退化面积的84%,是造成土壤退化的最主要原因之一;就退化等级来看,土壤退化以中度、严重和极严重退化为主,轻度退化仅占总退化面积的38%。全球土壤退化评价(Global Asses smentof Soil Degradation)研究结果显示,土壤侵蚀是最重要的土壤退化形式,全球退化土壤中水蚀影响占56%,风蚀占28%;至于水蚀的动因,43%是由于森林的破坏、29%是由于过度放牧、24%是由于不合理的农业管理,而风蚀的动因,60%是由于过度放牧、16%是由于不合理的农业管理、16%是由于自然植被的过度开发、8%是由于森林破坏;全球受土壤化学退化(包括土壤养分衰减、盐碱化、酸化、污染等)影响的总面积达240万km2,其主要原因是农业的不合理利用(56%)和森林的破坏(28%);全球物理退化的土壤总面积约83万平方公里,主要集中于温带地区,可能绝大部分与农业机械的压实有关。
中国土壤退化状况
基本类型根据土壤沙化区域差异和发生发展特点,我国沙漠化土壤(地)大致可分为3种类型
一、干旱荒漠地区的土壤沙化。该类型占沙漠化土地总面积的30.7%。主要分布在内蒙古的狼山一宁夏的贺兰山一甘肃的乌鞘岭以西的广大于早荒漠地区,沙漠化发展快、面积大。据研究,甘肃省河西走廊的沙丘每年向绿洲推进8m。该地区由于气候极端干旱,土壤沙化后很难恢复。
二、半干旱地区土壤沙化。该类型占沙漠化土地总面积的65.4%。主要分布在内蒙古中西部和东部、河北北部、陕北及宁夏东南部年降水量在250~500mm的地区。该地区属农牧交错的生态脆弱带,由于过度放牧及农垦,土壤沙化呈大面积、区域化发展。该地区是我国沙漠化比较集中分布的区域。半干旱地区所引起的土壤沙化受人为因素影响很大,但土壤沙化有逆转的可能。
三、半湿润地区土壤沙化。该类型占沙漠化土地总面积的3.9%。主要分布在黑龙江、嫩江下游,其次是松花江下游、东辽河中游以北地区,呈狭带状断续分布在河流沿岸。沙化面积小,发展程度较轻,并与土壤盐碱化交错分布,属林一牧一农交错的地区,年降水量在500mm左右。在不连续破坏其生态平衡的前提下,这一类型的土壤沙化有自我逆转的可能,在合理利用土地资源和采取适当措施的情况下,能加速其逆转过程。