應用DGGE技術分析青藏鐵路沿線的土壤細菌種群多樣性

根據青藏鐵路沿線26個行政單元自然災害的歷史記錄,對沿線的洪水、山洪、地震、雪災、風災以及滑坡、泥石流和崩塌等自然災害進行量化分析,通過自然災害災種、頻次的統(tǒng)計和聚類分析將青藏鐵路沿線劃分為6個自然災害組合分區(qū),其中,拉薩河谷路段主要以洪水、滑坡災害為主;羌塘高原路段主要以雪災、風災為主,青南高原路段以雪災、地震災害為主;柴達木盆地路段以風災、地震等災害為主;青海湖盆地路段以洪水、雪災為主;湟水谷地路段以洪水、山洪、滑坡災害為主。拉薩河谷路段和湟水谷地路段的自然災害類型組合具有相似性。

通過大比例尺野外地質調查和跨季節(jié)對比觀測,發(fā)現青藏鐵路沿線發(fā)育地震破裂、斷層裂縫、凍土裂縫與冰裂縫4種不同類型的地裂縫。典型地震破裂包括西大灘古地震破裂、昆侖山南緣地震破裂、可可西里古地震破裂、崩錯地震破裂、谷露盆西地震破裂、羊八井—當雄盆西地震破裂;地震破裂規(guī)模大,產狀穩(wěn)定,與地震鼓包、地震陡坎、地震凹陷有序組合,是地表構造變形的重要形式,屬內動力成因地裂縫。斷層裂縫沿斷層破碎帶定向分布,產狀穩(wěn)定,成群產出,與斷層活動、地下水運移、不均勻凍脹存在密切的關系,是構造變形與融凍變形聯(lián)合、內外動力耦合產生的復合成因地裂縫。凍土裂縫和冰裂縫屬外營力成因地裂縫,是凍土與冰層不均勻融凍變形的重要表現形式。地震破裂、斷層裂縫和凍土裂縫對青藏公路、青藏鐵路及沿線工程安全具有不良影響,這些地裂縫切割錯斷路基,形成路面破裂和路基滑塌,產生顯著的災害效應。

基于青藏鐵路多年凍土區(qū)工程長期監(jiān)測系統(tǒng)所獲取的地溫與變形資料,對鐵路沿線4處融區(qū)的特征及其變化趨勢進行了分析。這4處融區(qū)分別為沱沱河北面洼地輻射-滲透融區(qū)（r1）、休冬曲北岸河流融區(qū)（r2）、扎加藏布河西岸河流融區(qū)（r3）與洼里希里唐盆輻射-滲透融區(qū)（r4）。結果表明：r1土體溫度處于升溫中,融區(qū)正在發(fā)展;r2土體溫度較為穩(wěn)定,位于融區(qū)邊緣地帶;r3土體升溫趨勢明顯,融區(qū)處于快速發(fā)展之中;r4深部土體溫度較為穩(wěn)定,融區(qū)仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。在r1、r3與r4,路基下未形成隔年凍土;但在r2融區(qū),路基下有形成隔年凍土的可能。監(jiān)測期內,路基累計沉降變形小于50mm,滿足鐵路路基設計規(guī)范的要求。

選取青藏高原及周邊66個氣象站資料,分析了青藏高原及青藏鐵路沿線1971—2000年大風日數的空間分布特征及建站以來大風和風向特征,計算了百年一遇的最大風速和風壓.分析發(fā)現:青藏高原大風日數主要集中在青藏鐵路沿線地區(qū),年際和年代際變化明顯;鐵路沿線極端最大風速和歷年平均最大風速都出現在鐵路中部的托托河,風向多為偏西風;鐵路沿線50a、100a一遇的10min平均最大風速和風壓都出現在安多地區(qū).以新疆達扳城為參考站,推算出青藏鐵路沿線各站的列車停駛臨界風速.為確保列車運營安全,建議在昆侖山口至錯那湖間的高山地段風口和列車轉彎處建造防風設施.

結合青藏鐵路格爾木—昆侖山口段自然地理條件,對該地區(qū)地質災害的分布及特征進行了分析,分別總結歸納了山區(qū)、平原區(qū)的主要地質災害特點及原因,并闡述了該區(qū)域地震災害的影響,為保障今后青藏鐵路安全運行提供了一定的科學依據。

青藏鐵路沿線活動斷層調查與地應力測——青藏鐵路沿線活動斷層調查與地應力測量屬中國地質調查局實施項目，工作內容包括青藏鐵路沿線活動斷層調查、地應力測量、隧道穩(wěn)定性分析和地殼穩(wěn)定性評價，起止時間2001年1月—2003年12月，工作性質屬綜合研究，組織...

青藏高原高寒生態(tài)系統(tǒng)十分獨特、脆弱,對人類擾動極為敏感。本文從青藏鐵路唐古拉至拉薩段工程建設對沿線生物多樣性的影響進行分析,提出運用生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建理論,采用以原生植被自我修復為主的人工措施,維持植被原生物種是一種安全處理方法,采取按工程類別提出的各類緩解工程建設對生態(tài)系統(tǒng)影響的對策措施,可緩解工程對生物多樣性及生態(tài)環(huán)境的總體影響。

在廣大的凍土地區(qū),尤其是常年多風的凍土地區(qū),空氣與地面之間的熱交換不僅僅表現為傳導、自然對流和輻射。在風的作用下,地表上部空氣的強制對流和表土層中的水分蒸發(fā)大大增強,對凍土層的熱狀況產生重要的影響。對于像青藏高原這樣的凍土地區(qū)而言,地面上1.5m處空氣的年平均溫度要比下附面層底的年平均溫度低3~3.5℃以上;同時,對于表土層潮濕的凍土地區(qū)而言,水分的蒸發(fā)也將會帶走土體中的大量熱量。從凍土地區(qū)風作用的概念———凍土地區(qū)的風降低地表溫度、促進下伏凍土發(fā)育的作用出發(fā),分析了影響凍土地區(qū)風降溫作用的諸多因素,給出在強風、表土含水量大的條件下,風作用表現得非常顯著的結論。然后,通過對比、分析青藏鐵路北麓河試驗段的2個工程實例,驗證了風的作用對凍土溫度狀況的重要影響。最后,給出了風作用在凍土地區(qū)若干基礎工程實踐中直接或間接的應用,以及利用風的降溫作用來保護凍土的工程措施的使用條件和局限性。

在全球氣候變暖的背景下,青藏鐵路沿線多年凍土目前處于退化狀態(tài),凍土退化將會對線路的穩(wěn)定性產生影響,為解決這一問題,收集青藏鐵路沿線多年凍土區(qū)凍土上限的觀測數據,并比較2007年和2015年的數據,分析填土路基斷面凍土上限特征,探討減緩路基工程變形的工程措施。結果表明:青藏鐵路多年凍土區(qū)填土路基人為上限有所抬升；由于線路存在左右側陰陽坡的差異,致使兩側路肩以下人為上限形態(tài)差異性更加明顯,并且凍土升溫退化顯著；對于青藏鐵路多年凍土區(qū)路基,在工程邊坡鋪設碎石有助于應對氣候變化引起的多年凍土退化導致的路基工程變形問題。

構造活動強度α(1)和地殼穩(wěn)定程度β(1)是構造活動性評價和工程穩(wěn)定性區(qū)劃的重要參數,α=1-β。對青藏鐵路沿線任一單元i,以斷層運動速率(vi)、地震震級(mi)、溫泉溫度(ti)和構造應變(εi)綜合刻畫構造活動強度(αi),αi=(vi/vmax+mi/mmax+ti/tmax+εi/εmax)/αmax。根據各單元構造活動強度值(αi),應用克里格等值線繪制軟件,編制構造活動強度等值線圖,為青藏鐵路沿線構造活動性評價和工程穩(wěn)定性區(qū)劃提供定量判據。α0.40的構造活動區(qū)可能孕育ms6～7級地震,對應于不穩(wěn)定區(qū);α0.70的強烈構造活動區(qū)可能孕育8級左右強烈地震,對應于極不穩(wěn)定區(qū)。區(qū)劃結果表明,青藏鐵路沿線發(fā)育昆侖山南、可可西里、通天河、唐古拉山、錯那湖、當雄、羊八井7個不穩(wěn)定區(qū),其中包括西大灘、谷露盆西、羊八井3個極不穩(wěn)定區(qū)。

文章利用青藏鐵路沿線青海境內14個常規(guī)氣象站2000~2014年降水資料和28個加密氣象站降水資料以及水害資料,分析了鐵路沿線水害的時間分布特征和空間分布特征,并對鐵路沿線水害致災因子進行分類,同時對降水致災因子、降水類型、水害孕災環(huán)境和人為活動等造成水害的成因進行探討,為開展青藏鐵路沿線青海境內降水引發(fā)的水害氣象風險評估打下基礎,為開展鐵路沿線水害預報服務及災害防御有一定的參考作用。

本文通過對青藏鐵路青海段沿線各站1981～2008年28a間7月降水資料統(tǒng)計,對鐵路沿線臺站中雨以上降水概率、最大日降水量分布特征、沿線大降水時空分布及沿線臺站氣壓變化與降水的關系進行了分析,對進一步提高青藏鐵路沿線大降水的預報準確率,具有一定的參考和指導作用。

gis強大的空間分析功能對生態(tài)環(huán)境敏感性評價過程中的空間要素疊置分析具有明顯優(yōu)勢。本文通過對傳統(tǒng)生態(tài)環(huán)境敏感性評價方法的系統(tǒng)分析和邏輯完善,采用arcgis平臺的modelbuilder工具封裝了可以進行多循環(huán)生態(tài)環(huán)境敏感性評價gis模塊;并選取青藏鐵路沿線部分路段,測試了從環(huán)境問題分析、指標與權重確立、空間數據預處理到gis模型運行的全過程。結果表明:在多重生態(tài)與環(huán)境要素累加效應影響下,青藏鐵路生物通道的兩側高度敏感,且多個敏感區(qū)連成一個線性敏感帶,鐵路沿線生態(tài)環(huán)境敏感性區(qū)域的帶狀空間格局特征突出;通過與大量地面調查的評估結果相比較,驗證了該gis模型判斷生態(tài)敏感區(qū)域的科學性和可靠性,從而為線性工程的生態(tài)環(huán)境敏感性快速評價提供技術支撐。

本文基于青藏公路、鐵路沿線區(qū)域約63400km~2范圍1:10萬地質環(huán)境遙感調查結果進行分析研究。采用以etm為主,重點地區(qū)輔以ikonos的遙感數據,遙感解譯與地面驗證相結合的技術方法在研究區(qū)解譯出數百條斷層,根據這些斷層的延伸方向和分布位置可歸納為20條斷裂帶(rf),它們與以往地面為主調查的斷裂帶(gf)基本吻合。本區(qū)的斷裂帶基本上均為活動斷裂帶,且都存在發(fā)震斷層?；隆⒛嗍魇乔嗖鼐€活動構造的主要次生災害。本區(qū)活動斷裂對滑坡分布有一定影響,但并沒有控制作用;地震構造不但控制了本區(qū)泥石流的分布,地震活動對泥石流活動的觸發(fā)作用也非常明顯。

基于對青藏公路及鐵路沿線區(qū)域約63400km2范圍內1∶10萬地質環(huán)境遙感的調查研究結果,采用以etm為主、重點地區(qū)以ikonos為輔的遙感數據、遙感解譯與地面驗證相結合的技術方法在研究區(qū)解譯出數百條斷層。根據這些斷層的延伸方向和分布位置可歸納為20條斷裂帶(rf),它們與以往以地面調查為主的斷裂帶(gf)基本吻合。研究區(qū)的斷裂帶基本上均為活動斷裂帶,且都存在發(fā)震斷層,將已發(fā)生地震的震級和頻率較高(ms≥5至>8)的斷裂帶定為主要地震構造帶。青藏線共有5個主要地震構造帶,其中東昆侖地震構造帶及當雄—羊八井地震構造帶是研究區(qū)內可能對鐵路工程建設及公路、鐵路運行安全帶來嚴重影響的最重要的地震構造帶?；隆⒛嗍魇乔嗖鼐€活動構造的主要次生災害。該區(qū)的活動斷裂對滑坡分布有一定的影響,但并沒有控制作用;地震構造不但控制了泥石流的分布,且地震活動對泥石流活動的觸發(fā)作用也非常明顯。

青藏鐵路橫穿了青藏高原上大量的活動斷裂帶。本文研究了青藏鐵路沿線的29條活動斷裂帶分布規(guī)律和地質病害。通過分析崩塌、滑坡、泥石流地質病害特點和典型路段的地質選線,總結了斷裂帶地質選線的原則,主要包括:盡量在斷裂帶活動性較弱、寬度較窄的地段以垂直或高角度通過;盡量不設大中橋、高橋、隧道、高填深挖等難以修復的大型建筑物。事實證明,以上原則在繞避和通過活動斷裂帶時是正確可行的,可以在青藏線改建和其它鐵路工程上借鑒運用。

對青藏鐵路沿線阻沙柵欄的流場結構、阻沙效率進行風洞模擬實驗,對沱沱河路段阻沙柵欄的野外積沙形態(tài)進行觀測。結果顯示,氣流經過柵欄時有遇阻抬升、集流加速、減速沉降區(qū)和消散恢復區(qū)。在越過柵欄后形成兩個減速恢復區(qū)和兩個加速區(qū),減速區(qū)分別距地表3cm和20cm處,加速區(qū)分別位于近地表和35cm高度處。隨來流風速的增加,柵欄前加速區(qū)起始范圍向柵欄逼近,而柵欄后恢復區(qū)起點向遠離柵欄方向發(fā)展。當氣流越過柵欄后風速急劇降低,導致沙粒減速沉降。隨進口風速的增加,柵欄間阻沙量和越過柵欄后輸出沙量呈指數關系遞增。鐵路沿線采用的柵欄阻沙效率達80%以上,且隨風速的增加呈線性關系遞減。沱沱河路段阻沙柵欄西南側以風蝕為主,最大風蝕深度達16.7cm,其余區(qū)域表現為積沙,最大積沙厚度達19.9cm。

通過地表路線地質觀測、不同比例尺的活動構造填圖及不同深度的地球物理探測,證實青藏鐵路沿線發(fā)育近南北向活動構造帶,表現為活動斷層、地殼形變、第四紀斷陷盆地、建造、地震活動、溫泉線性分布及比較顯著的地球物理異常。青藏鐵路沿線近南北構造帶現今活動性比較強烈,未來尚有增強趨勢,能夠誘發(fā)多種類型的地質災害,對鐵路路基、公路路基和永久建筑產生不同程度的工程危害。

通過青藏鐵路沿線北段西大灘至唐古拉山北坡范圍內植被樣帶的抽樣調查,對植物物種豐富度(s)、植被蓋度由北至南的動態(tài)變化特征以及兩者的相關關系進行了分析。結果表明:(1)在青藏沿線北段高海拔地區(qū),由北至南植物物種豐富度呈逐漸升高的趨勢,1m~2樣方平均物種數量由沿線北部樣帶的5或6種,逐漸升高至南部樣帶的9或10種。多重比較表明,相鄰或相近的植被樣帶間單位面積物種豐富度多差異不顯著,而當樣帶間距加大時,則表現出顯著性差異。(2)由北至南各樣帶1m~2樣方平均蓋度呈不規(guī)則的動態(tài)變化,多重分析表明,多數樣帶間1m~2樣方蓋度間存在顯著差異,說明植被蓋度與物種豐富度相比更多地受到地形、土壤理化性質等小環(huán)境因素的影響。(3)研究區(qū)域北部各樣帶1m~2樣方平均蓋度與物種豐富度呈現較顯著的正相關關系,且多以乘冪指數方程擬合精度較高。而在研究區(qū)域南部,則未表現出顯著的相關關系,這是因為這些樣帶中群落蓋度主要受少數優(yōu)勢種蓋度所控制,而與群落物種數量相關性不大。最后,提出今后需要加強青藏鐵路沿線高寒地區(qū)植被分布格局及其環(huán)境解釋的相關研究,以便深入分析區(qū)域植被分布的格局和成因。

研究了天文因素對近500a來厄爾尼諾事件的影響,分析了近50a來enso事件與青藏鐵路沿線氣溫地溫的關系.結果表明:年平均氣溫和年平均最高氣溫,春季平均最高氣溫、夏季平均最低氣溫和秋季平均最低氣溫,在elnino年偏低;而在lanina年則偏高.0cm年平均最低地溫、秋季平均最低地溫和冬季平均最低地溫,在elnino年偏低;而在lanina年則偏高.enso事件對從5cm及其以下的地溫沒有明顯影響.厄爾尼諾事件有準60a和準19a周期,其可能是對天體運動的響應.

通過1∶2000活動斷裂勘測與地質災害調查,在青藏鐵路沿線鑒別出24條不同規(guī)模、不同寬度的構造裂縫帶。青藏鐵路沿線構造裂縫主要沿活動斷層分布,呈線性排列,產狀穩(wěn)定,延伸較長,成群產出,與現今構造變形、斷層運動及斷層破碎帶不均勻凍脹存在成因聯(lián)系,常形成密集的構造裂縫帶。構造裂縫帶寬20～2400m。構造裂縫對青藏鐵路、青藏公路及沿線工程安全具有不良影響,能夠產生顯著的災害效應,如切割錯斷路基,產生路面塌陷,誘發(fā)不均勻凍脹變形,影響工程質量和行車速度,對車站、房屋、管道也將產生不同程度的破壞作用。

文章是根據近年來在青藏鐵路、公路沿線所做的一些基礎性工作所取得成果,淺議該區(qū)段工程地質條件,以期相互探討、借鑒。