破坏水库水温分层系统的能量效率估算:以金盆水库为例

为指导高效节能的破坏水库水温分层技术及系统的选择,需建立统一的能量效率基准.根据质量守恒和热量守恒定律,求出分层水库水体完全混合后的水温,计算水库水体混合前后的重心;采用库容以及与水温相关的密度等数据,对水深方向各微小水层的势能进行积分得到水体总势能,混合后水体总势能的增加量即为破坏分层所需的最小理论能量,应用耗电量估算法得到破坏分层所产生的最小碳排量;破坏分层系统的能量效率为破坏分层的最小理论能量与实际输入能量之比.以西安金盆水库为例,采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,应用该方法估算了水库不同季节破坏分层所需最小能量和扬水曝气破坏分层系统的能量效率.采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,计算破坏分层所需最小能量.结果表明随水体垂向温度梯度的增加而增大,在6~10月期间相对较高,7月达到最大值2432.08kW?h;该水库扬水曝气破坏分层系统的能量效率约为4%;在水温分层开始阶段运行破坏分层系统可有效降低破坏分层所需的能耗,减少碳排放量.     

城镇燃气管道第三方施工损伤风险评价方法研究

针对第三方施工对城镇燃气管道的不利影响,提出一种半定量风险评价方法。首先,基于“人—机—环境—管理”系统确定失效因素,利用G2赋权法对因素赋权,并引入物元模型分析失效可能性;然后,建立喷射火焰、闪火和蒸气云爆炸的数学模型计算管道泄漏的伤害面积,确定失效后果等级;最后,根据API 581中的风险矩阵得出燃气管道第三方施工破坏风险等级。实例分析表明,该方法兼具定性评价与定量评价的优点,能更加准确有效地进行风险分析,确定风险等级。     

基于SOFM神经网络的京津冀地区水源涵养功能分区

为探讨水源涵养功能空间分异在水资源分区管理方面的应用,以京津冀地区为研究区,根据水源涵养功能的5个主要影响要素——海拔、降水量、蒸散量、土壤饱和含水率、森林覆盖度,构建SOFM(self-organizing feature map,自组织特征映射)神经网络,并对该区水源涵养功能进行区域划分. 结果表明:京津冀地区可划分为6个水源涵养功能区域,分别为冀西北高原-间山盆地草原水源涵养中能力区、坝上高原-冀北山地草原-森林水源涵养中低能力区、燕山-太行山中低山森林-草原水源涵养中高能力区、冀中南部平原农田水源涵养低能力区、燕山-太行山低山森林水源涵养中高能力区和冀东平原农田-草原水源涵养高能力区. 方差分析结果显示,各分区之间具有显著差异,表明用SOFM神经网络对水源涵养功能进行分区效果良好. 在水源涵养功能分区基础上,归纳和总结了各分区水源涵养功能影响要素的主要特征. 京津冀地区作为一个统一的水资源生态环境区,其内部的水源涵养功能存在明显的区域差异,建议依据各分区水源涵养功能的强弱及其主要控制因子特征,科学制订适应当地自然环境的水资源管理方案.      

2001—2013年我国稀土资源开发生态环境成本评估

科学评估稀土资源开发的生态环境成本是我国稀土资源可持续开发战略制定和稀土市场定价机制改革的客观要求。论文利用遥感影像解译数据、污染源普查数据、污染源动态更新数据、稀土统计数据等多种数据源,考虑“北轻南重”的稀土资源特性,构建了我国稀土资源采选和冶炼的生态破坏损失和环境污染损失核算框架,定量评估了2001—2013年我国北方包头白云鄂博氟碳铈-独居石混合型稀土矿、四川和山东微山氟碳铈矿、南方七省区离子吸附型稀土矿等三大稀土生产基地稀土资源开发的生态环境成本。结果表明：1）2001—2013年我国稀土资源开发的生态环境成本为761.7亿元,其中,采选导致的生态破坏损失为721.8亿元,冶炼导致的环境治理成本为39.9亿元;2）我国三大类稀土矿中,北方包头白云鄂博氟碳铈-独居石混合型稀土矿稀土开发的生态环境损失以环境污染损失为主,环境污染治理成本为25.5亿元,占包头矿生态环境总成本的74.3%,四川和山东微山氟碳铈矿和南方七省区离子吸附型稀土矿以生态破坏损失为主,分别为54.3亿元和658.6亿元,占各自生态环境总成本的89.5%和98.8%;3）南方七省区离子吸附型稀土矿采选单位稀土氧化物生态环境成本大,是四川和山东微山氟碳铈矿的9.6倍,包头白云鄂博氟碳铈-独居石混合型稀土矿的41.4倍;4）我国稀土开发生态环境成本占其价格的45％以上,在现有的市场价格下,扣除生态环境成本,我国稀土产业利润为负。     

水-岩作用下砂岩微细观结构变化特性及机理研究

为了较好地分析水-岩作用下库岸边坡消落带岩体的劣化机理,设计进行了考虑库水压力升降变化和浸泡-风干循环的水-岩作用试验。研究结果表明:(1)在水-岩作用过程中,砂岩的单轴抗压强度劣化趋势明显,其中前6期抗压强度劣化趋势较为显著,6次水-岩作用之后,岩样的强度劣化趋势逐渐趋于缓慢。(2)随着水-岩作用周期的增加,岩石内部孔隙、裂隙逐渐发育、汇集,矿物颗粒逐渐软化、分解,使得岩石微观结构逐渐趋于松散。(3)水-岩作用下砂岩劣化的进程中,首先是岩样中胶结物的溶解、溶蚀,然后是失去胶结物包裹的矿物颗粒表面发生水-岩物理化学作用,最后是矿物颗粒本身软化、分解。(4)水-岩作用过程中,岩样内部胶结物的溶解、溶蚀对水-岩作用前期的宏观力学性质影响明显,岩石矿物颗粒本身的软化、分解对水-岩作用后期的力学性质影响明显。相关研究成果可为库岸边坡消落带水-岩作用机理分析提供较好的参考。     

不同裂隙形式类岩体单轴压缩破坏特征研究

采用水泥砂浆制作具有不同倾角、不同裂隙形式和不同岩桥间距的预制裂隙类岩体试样,开展单轴压缩试验。基于滑动裂纹理论,分析在单轴压缩作用下类岩体破坏受力特征和破坏形式。结果表明:裂隙形式、裂隙倾角和岩桥长度等参数变化对试样强度和破坏形式有较大影响,且在不同破坏模式中起主要作用的控制性参数不一样;对于不同倾角的单裂隙和平行双裂隙试样在单轴压缩破坏形式基本类似,当倾角在0°~90°变化时,它们的峰值强度随倾角的变化趋势呈下凹型,当岩桥倾角为45°时试样的峰值强度最低;对于不同岩桥长度不共面断续裂隙试样,试样的抗压强度会随着岩桥长度的增大而逐渐增大,而对于共面断续裂隙试样裂隙岩桥长度为20 mm左右时最容易被破坏     

早强充填体与矿柱相互作用的声发射特征试验研究

为了更好厘清充填体与矿柱相互作用机理,提出使用石蜡作为胶结剂,通过尾砂加石蜡拌合模拟充填体,建立充填体与矿柱相互作用的复合体模型。基于充填体与矿柱侧边存在临空面这一实际情况,采用自制的双轴加载装置模拟井下早强充填体与矿柱共同受载情况。借助声发射仪监测充填体与矿柱在加载作用下的AE振铃计数及AE点发生位置。试验结果表明:尾砂+石蜡模拟充填体加载破坏后存在残余应力;充填体与矿柱复合体试样在加载过程中的内部破坏主要发生在充填体内和充填体与矿柱接触带区域。     

软硬煤瓦斯解吸规律及影响因素的实验研究

为了研究软硬煤瓦斯解吸规律,搭建了大质量瓦斯解吸实验系统,进行了不同变质程度软硬煤的瓦斯解吸实验,对比分析了软硬煤的孔隙结构特征,查明了软硬煤的瓦斯解吸规律及影响因素。研究结果表明:软煤相对于硬煤,具有更多的瓦斯解吸总量和更快的解吸速度,采用幂函数可以较好的描述软硬煤的解吸规律,煤的破坏类型和变质程度是影响瓦斯解吸量的主要因素;软硬煤瓦斯解吸规律的差异性主要受煤的孔隙结构影响,软煤总孔容是硬煤的1.18～2.14倍,且软煤中孔及大孔更为发育,这为瓦斯解吸提供了更优质的通道;软煤相对硬煤在同等条件下变质程度更高,煤吸附甲烷的能力更强,这有利于软煤瓦斯解吸量的增加及解吸速度的加快。研究成果为准确测试煤层瓦斯含量和钻屑解吸指标提供了理论依据。