二氧化碳在土壤包气带中的运移规律及对环境影响研究

摘要

为保障CO2地质储存的安全性,需要开展一定的环境风险研究,本文在CO2地质储存可能发生泄露、CO2运移至近地表土壤的物理背景下,研究CO2气体在土壤的包气带运移过程和机理,并对其可能造成的影响做一定程度的分析。采用了物理模拟试验与数值模拟相结合的方法,利用一定浓度CO2从试验柱底部释放来模拟其在近地表的运移过程,通过测量土壤中的CO2浓度、温度、含水率、植物生长发育、土壤化学性质等指标,研究CO2在近地表运移特征,以及该过程对土壤组分和植物生长等所造成的影响。分析CO2的泄露可能对地表环境造成的危害,为推动CO2地质储存工程安全性的研究做贡献。研究得出了几个主要结论:
　　(1)气体从土壤深层向上运动的过程中CO2浓度逐渐减小,到达地表时浓度为500~1700ppm,直至地表10cm时与大气中CO2浓度相等。土壤中的CO2浓度在经过一定时间后达到一个相对稳定的浓度,土壤-0.5m以上部分的CO2浓度较小,而更深部分的浓度大小接近CO2的输入浓度。
　　(2)CO2气体的逃逸速度主要控制了土壤中CO2分布的形态,试验条件下流量大于4 L/min使得在-0.5m以下土壤中CO2浓度较大,上部则受土-气界面影响浓度大幅减小,根据模型计算,在小于2L/min的流量时,土壤中CO2的分布较为平缓,在-1m时有浓度下降的趋势。
　　(3)试验期间土壤中CO2的分布受气温影响出现波动变化,夏季尤为明显,约17点浓度达到最大值,夜间4点达最小值,滞后于气温的变化。而降雨过程则使土壤-0.5m的CO2浓度明显增大,而土壤深部的增大幅度较小。
　　(4)土壤的pH值在CO2气体长期的作用下从8.5升高到8.7。而土壤的碳酸盐,有机碳和水溶性碳酸盐的含量变化较小。实验前后-0.5m土壤温度升高1~2℃,幅度较大,而-1.5 m和-2.5m升高0.5℃。浓度小于8％的CO2对萝卜和豌豆表现出一定的促进生长作用,而对小麦影响较小。根据模型的计算,CO2逃逸使得土壤O2含量明显减少,将对根系深长大于0.5m的直根系植物影响较大。

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第一章 引言

1.1 研究背景与意义

1.2 二氧化碳捕获与储存技术

1.3 研究内容、方法及技术路线

第二章 二氧化碳在土壤包气带的运移机理

2.1 二氧化碳的运动过程分析

2.2 影响二氧化碳运移的因素

第三章 二氧化碳逸散试验

3.1 试验概况

3.2 主要仪器设备

3.2 试验内容

第四章 土壤包气带中二氧化碳运动规律与影响因素

4.1 二氧化碳的时空变化规律

4.2 影响土壤中二氧化碳分布的主要因素分析

第五章 包气带二氧化碳气体运移的动力学

5.1 概述

5.2 运移模型

5.3 试验模型分析

第六章 二氧化碳逃逸对地表环境的影响

6.1 对地表空气的影响

6.2 对土壤环境的影响

6.4 对植物生长的影响

6.5 对土壤pH的影响

6.6 对土壤组分的影响

结论与建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢