中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 陶忠哈尔滨工业大学 2001年博士导师: 张耀春;韩林海共616页

摘要 : 该文针对方钢管混凝土构件力学性能的若干关键问题进行了研究,主要包括构件的双向压弯性能、承载力设计方法、长期荷载作用的影响及在低周往复荷载作用下的滞回性能等,具体进行了以下几个方面的工作:(1)利用钢和混凝土的应力-应变关系模型,采用数值方... 展开

关键词 : 方钢混凝土双向压弯长期荷载滞回性能方钢管混凝土构件力学性能

2. 临界区水和水蒸汽状态方程以及水蒸汽理想气体定压比热方程的研究

[学位论文] 张巍哈尔滨工业大学 1986年硕士共521页

3. 功率匹配泵的静动态特性分析

[学位论文] 卢秀官哈尔滨工业大学 1987年硕士共514页

4. PC箱梁桥加固前后损伤检测及性能评价的理论与试验研究

[学位论文] 那思哈尔滨工业大学 2013年博士导师: 王宗林共439页

摘要 : 在土木工程结构中,桥梁是一种在不干扰下部交通情况下跨越障碍物的工程结构。在普通民众看来,桥梁像花岗岩一样坚硬,可是在工程师眼中,桥梁是一种独特的结构类型,它不同于我们常见的结构物。在环境温度作用下,桥梁结构会发生一定的膨胀或收缩;在环境风... 展开在土木工程结构中,桥梁是一种在不干扰下部交通情况下跨越障碍物的工程结构。在普通民众看来,桥梁像花岗岩一样坚硬,可是在工程师眼中,桥梁是一种独特的结构类型,它不同于我们常见的结构物。在环境温度作用下,桥梁结构会发生一定的膨胀或收缩;在环境风荷载的作用下,特大跨径桥梁会发生振动。而且,桥梁还会受到来自于融雪盐、环境腐蚀和超载作用的不利影响。桥梁是交通系统中最为关键的一环,而且它的安全性关系到我们每个人的安危。桥梁的设计理念、技术进步,以及世界范围内的桥梁建设中所获得的经验,代表了土木工程界最为重要和引人注目的成就。本文的主要研究工作包括:通过桥梁结构的静力和动力分析理论,分析桥梁结构病害发生前,结构在恒载和活载作用下的设计内力。识别和确定桥梁结构上构件的病害。通过静力和动力荷载试验,评价桥梁结构的静力与动力工作性能。通过不同的损伤构件加固维修方法,提高桥梁结构的工作性能。通过理论与实验方法分析加固后结构的静力和动力响应,进而评价维修加固后桥梁结构的工作性能。针对不同的结构形式和病害类型,本文主要以三座桥作为研究对象。第一座是佳木斯预应力混凝土T梁桥,第二座是哈双预应力混凝土箱梁桥,第三座是三股线部分预应力混凝土箱梁桥。本文通过SAP2000VER.14.2.0对这三座桥进行了理论分析,获得了这三座桥的设计内力,以及结构的动力和静力响应。分析结果显示,三座桥的最大应力、应变,最大竖向位移均满足现行桥梁规范(JTGD62-04)的技术要求。但由于当时基于的桥梁设计规范(JTJ023-85)所采用的设计荷载低于现行规范(JTGD62-04),再加上超载现象的普遍存在,三座桥均存在超过现行规范要求的拉应力,并在拉应力区出现了混凝土开裂。动力分析中确定了桥梁结构的固有频率、受迫振动频率、加速度、位移和冲击系数,而且分析结果显示车辆速度对桥梁的动力响应有明显的响应。病害的现场检查结果显示,三座桥的结构构件均存在不同程度的多处病害。在桥梁箱梁的不同位置都发现了大量的混凝土开裂现象,裂缝的存在影响了结构的工作性能,降低了结构的刚度和弹性工作状态。对混凝土碳化深度、混凝土抗压强度、桥面完整性,以及混凝土腐蚀情况的测试,评价了桥梁材料的性能。静载和动载测试评价了整体结构的工作性能。根据中国规范中的评价指标,桥梁的众多结构构件均存在刚度不足和承载力不足的现象。因此,这些桥梁均需要维修加固来提高其工作性能,并延长结构的使用年限。对这些桥梁可以有许多不同的方法来进行维修加固,以提高结构的静力和动力的工作性能。佳木斯大桥采用的维修加固内容包括:维修桥面铺装层、更换伸缩缝、处理支座、对裂缝化学灌浆处理、对顶板进行钢板加固,以及T形悬臂结构主跨体外预应力加固。对哈双大桥采用的维修加固方法包括:处理混凝土裂缝、沿桥梁纵向加厚箱梁腹板并增加体内预应力,以及对箱梁间的横隔板进行混凝土加固。对三股线大桥采用的维修加固方法包括:增加10CM厚的桥面铺装层、对中跨和边跨箱梁的底部使用钢板加固、桥梁全部结构体外预应力加固、中跨合拢段底部下边缘粘贴高强度混合纤维加固,以及化学灌浆处理处理混凝土的结构裂缝。本文通过SAP2000VER.14.2.0分析了维修加固后桥梁结构的静力和动力响应。结果显示,加固后结构的拉应力降低了50%,竖向位移相对于加固前也有减小,表明这些维修加固方法有效地提高了结构的工作性能。维修加固后结构的固有频率也得到了增加,这表明加固方式可有效地降低结构振动,增大结构弹性工作范围。维修加固后,我们还进行了实地的病害检查和荷载试验,结果显示,结构构件状态良好,没有新的裂缝产生,裂缝灌浆处理效果较好;外贴钢板也都处于较好的工作状态;虽然更换了全部的伸缩缝,但仍有部分伸缩缝又发生了严重的损害,影响了结构整体的工作性能;体外预应力系统工作状态良好;桥面板工作状态良好,但在佳木斯大桥上桥面板局部出现了裂缝并且有沥青渗出。静载试验结果显示试验值均小于理论值,表明结构强度满足规范要求,结构处于良好的弹性工作状态(哈双大桥只进行了动载试验)。动力试验结果显示,经过了维修加固之后,结构的固有频率增大,实际振动频率降低。因此,可以认为维修加固可以有效地提高结构的静力和动力工作性能。由于这三座桥梁不同的设计和建设方法,佳木斯大桥表现出了较大的动位移和加速度,而哈双大桥的拉应力和固有频率较大。收起

关键词 : 预应力混凝土梁结构性能评估桥梁加固损伤检测

5. 结构动力学问题自启动逐步时间积分算法的设计与分析

[学位论文] 李金泽哈尔滨工业大学 2023年博士导师: 于开平共432页

摘要 : 主导结构动力学行为的偏微分方程在空间离散(有限元、等几何和虚单元法等)之后就退化成关于时间连续的常微分方程，亦被称为半离散运动方程。本文主要发展、分析和应用高效的时间积分算法求解该半离散运动方程。主要研究内容概述如下： (1)提出了... 展开主导结构动力学行为的偏微分方程在空间离散(有限元、等几何和虚单元法等)之后就退化成关于时间连续的常微分方程，亦被称为半离散运动方程。本文主要发展、分析和应用高效的时间积分算法求解该半离散运动方程。主要研究内容概述如下： (1)提出了时间积分算法实现一致精度阶数的条件以及细化了推导时间积分算法振幅和相位误差的一般性方法。设计者可以利用本文给出的精度分析导出任何时间积分算法相关变量的精度阶数，其中自然包括动力学问题所关注的位移、速度和加速度变量。另一方面，设计者可以解析地计算时间积分算法的振幅和相位误差，从而精确地比较各积分算法之间的性能差异。 (2)证明了传统隐式算法不能同时实现自启动、一致二阶精度、无条件稳定、单解、可控数值高频耗散和零阶超调。本文利用辅助变量设计、分析和发展了两个隐式积分算法以实现上述六点要求。两个新隐式积分算法在超调、振幅和相位误差等方面都明显优于已发表的隐式算法，比如TPO/G-α方法。 (3)提出了最优两子步和最优三子步的二阶隐式积分算法。本文借助复合子步技术设计、分析和发展了二阶隐式积分算法。新子步隐式算法实现了自启动、一致二阶精度、无条件稳定、一致有效刚度矩阵(最优谱特点)、可控数值高频耗散和零阶超调。分析表明，当考虑与单子步隐式方法相同的计算代价时，最优两子步和最优三子步隐式算法仍然存在较大的优势。除此之外，本文也设计了最优两子步和最优三子步隐式算法的直接自启动格式。 (4)提出了最优单子步的二阶显式积分算法(GSSE)。GSSE算法实现了自启动、一致二阶精度、最大化条件稳定域、单解、速度项的显式处理和可控数值耗散。目前还不存在时间积分算法可以同时实现上述特点，因此GSSE算法填补了这一空白。另一方面，本文也推广GSSE算法到速度项的隐式处理进而提出了一个中心差分法的替代方案(GSSI)。GSSI算法不仅具有中心差分法的优点而且还补齐了中心差分法的缺点。比如，GSSI算法在阻尼情况下提供了比中心差分法更大的条件稳定域(超过2)。 (5)推广了两子步Noh–Bathe显式算法到s子步的情形，同时也优化了一类具有一般性的s子步显式方法。尽管被推广的显式算法在相同的计算成本下其条件稳定域会随着子步数量的增加而增加，但其增加的幅度却在逐渐减小。因此，发展超过六个子步的显式算法并不会带来明显的性能提升。除此之外，本文也进一步构造、分析和优化了一类具有一般性的s子步显式方法。该类算法成员不仅可以将分岔点视作用户指定参数而且还可以对低频区域的数值耗散进行优化。 (6)提出了两类高效且高精度的隐式积分方法(DSUCIn和SUCIn)。DSUCIn和SUCIn实现了自启动、一致高阶精度、无条件稳定、可控数值耗散和零阶超调。目前还不存在时间积分方法在实数域内实现上述特点，因此DSUCIn和SUCIn填补了这一空白。它们的精度阶数随着子步数量的增加而增加，但至多发展到六阶精度。这两类方法在超过六阶精度时需要更多的子步数以实现无条件稳定，所以本文仅分析和发展到六子步六阶隐式算法。 (7)提出了两个高效且高精度的显式积分方法。两个显式算法都实现了自启动、一致三阶精度、最大化条件稳定域、速度项的显式处理和可控数值耗散。目前并不存在时间积分方法实现上述特点，因此两个新高阶显式算法填补了这一空白。当考虑相同的计算成本时，已有的显式积分算法不能实现一致高阶精度、最大化条件稳定域或可控数值耗散；当考虑相同的精度阶数时，已有的显式积分算法可能要求更多的计算成本且不能实现最大的条件稳定域或可控数值耗散。 (8)提出了时间积分算法分析波弥散特点的一般性方法。在求解波的传播问题中，波方程的数值解要求分析空间和时间离散引入的耦合误差。本文提出的分析方法具有一般性且适用于任何时间积分算法。典型地，本文推导了一些隐式耗散算法的最优CFL数以精确求解波的传播问题。数值结果很好地匹配了理论分析。收起

关键词 : 结构动力学半离散运动方程时间积分算法

6. 建筑形态的拓扑学研究

[学位论文] 李滨泉哈尔滨工业大学 2006年博士导师: 李桂文共430页

摘要 : 复杂性研究是21世纪科学研究的前沿和富有挑战性的重大课题，复杂性范式也是当代人类思维的新范式，对复杂性的探索是为了改变历来进行科学探索的简单化、还原论的方法。复杂性科学所关心的是传统学科忽视了的东西，它强调多样性、演化、生成和涌现，... 展开复杂性研究是21世纪科学研究的前沿和富有挑战性的重大课题，复杂性范式也是当代人类思维的新范式，对复杂性的探索是为了改变历来进行科学探索的简单化、还原论的方法。复杂性科学所关心的是传统学科忽视了的东西，它强调多样性、演化、生成和涌现，它的兴起代表着科学作为整体正在经历全面而深刻的变革，并且这一科学发生在所有学科领域。建筑学的发展置身于同一历史变革过程，受同样的时代特征和条件的滋养和制约，因而必定有着相近的思想基因。特别是在二十世纪末，计算机、网络、数字化制造和建造技术的发展，深深影响着设计的条件与方法，世界建筑界出现了非线性的复杂性建筑，而且已经成为主流范式。随着建筑范式的转换，建筑界越来越急迫地提出了一些需要多学科共同研究解决并具有复杂性的综合问题——复杂性范式建筑的理论基础。建筑界对于解决这些问题的迫切性就构成了建筑形态拓扑学研究这门学科交叉发展的外部动力。利用拓扑学研究建筑形态是当代建筑范式转换时期将设计实践升华到学科理论高度的研究，是建筑学这门学科自身演变的结果。本文主要研究内容是利用拓扑学的方法进行复杂性建筑形态的研究，对非线性、复杂性范式的建筑形态的拓扑演化和建筑形态拓扑类型的划分与演化做一个重新界定，对复杂性范式的建筑表皮、路径和空间的内涵、结构、内容、功能及其外环境进行拓扑学的分析，探索复杂性建筑形态特征和演化规律。同时，在此基础上构建了建筑范式转换规律的模型，并以复杂性范式建筑为例，提出在当今建筑范式转换时期复杂性范式建筑的形态特征倾向。本文的研究方法主要是通过建筑学和拓扑学这两门学科之间的交叉融合而进行的。这种交叉融合是利用一门学科——拓扑学的理论、概念、原理和方法去审视另一门学科——建筑学的理论，两者发生非线性的相互作用，并且不断交叉融合，是一个从无序向有序转化的过程，形成建筑学学科的新格局。这种交叉属于自然科学（拓扑学）与人文科学（建筑学）之间的交叉融合，是第三层次的远缘交叉，具有远缘联姻的杂交优势，其生命力和创造力极强，而且将会对其他边缘学科的交叉、融合、孕育产生一种辐射作用或催生作用。本文针对当今非线性的复杂性范式建筑形态急需理论基础的问题，从拓扑学角度对复杂性范式的建筑形态进行的一种原创性建筑理论研究，因而产生了多项创新性理论成果，具体如下:首次利用拓扑学研究复杂性建筑形态，建立了复杂性建筑形态拓扑学研究的初步理论体系框架;揭示出建筑形态演化四个层次和建筑形态拓扑演化规律，对建筑的拓扑形态进行四个层次的初步划分并总结出建筑形态类型的拓扑演化规律;揭示出建筑表皮的拼接和剖分以及光滑表皮与动态拓扑式表皮的形态拓扑演化的规律;提出了建筑路径网络可靠性、可达性、可平面化以及纽结路径的拓扑学分析方法;提出了建筑空间的连通性，多连通区域空间以及建筑空间的拓扑学认知规律;提出了楼板的八种拓扑变换方式以及楼层空间所呈现出的简单性和复杂性的空间模式;揭示出建筑范式的演化规律以及复杂性建筑新范式的六种形态倾向。这些创新性理论成果为后续研究奠定了理论基础。在学科发展进程中，经常出现一门或一组学科在发展水平和速度上走在其它学科的前面，其概念、理论和方法不断向其它学科领域渗透，从而带动其它学科乃至整个学科的全面发展。建筑形态拓扑学这门学科一经形成，就冲破了传统建筑学中欧几里得系统的整体格局，利用全新的拓扑学方法、站在新的逻辑起点研究当今主流建筑实践和理论的动态。建筑形态的拓扑学研究这门交叉新学科的问世，以及在其带动下新学科群的崛起，有力地促进了建筑学学科格局的变化，推动了建筑学学科的整体的发展。同时，将拓扑学应用于建筑设计实践，为设计过程提供了理论根据和理论基础。科学的理论认识促使建筑设计科学化、系统化，促进建筑学的理论、设计、技术整体化协调发展。技术为建筑学发展提供多种方法与手段，复杂性范式建筑的营造，就是在使用计算机技术、数字加工技术等后而取得进展的。设计理论与设计实践的完美契合，也促进了建筑学学科整体化发展。建筑学这门学科的内核是使之得以图形表现的几何系统，几千年来建筑学一直沿用欧几里得几何系统，现在的建筑范式转换只不过是将欧几里得几何系统替换成拓扑学系统。但这种拓扑学几何系统的替代将对建筑的设计方法和理论、建筑制造与建造都产生深远的影响。复杂性的世界是一个令研究者不断产生新发现的世界，而复杂性建筑的范式还正处于形成转换的过程中。跨入21世纪的人类，正努力探索客观世界的各种复杂性，建构符合复杂性世界的复杂性认识论和方法论。论文中列举了大量的当今世界上主流建筑师的复杂性建筑的设计范例，对从拓扑学角度研究复杂性建筑形态的理论、方法进行了实证研究。研究结果表明在本文范围内建筑形态拓扑学研究的理论与方法是科学的、可行的。收起

关键词 : 复杂性范式建筑形态特征演化规律拓扑学

7. 文化线路视野下的中东铁路建筑文化解读

[学位论文] 李国友哈尔滨工业大学 2013年博士导师: 刘大平共403页

摘要 : 中东铁路是19世纪末至20世纪前半叶出现在中国东北的一条跨国铁路线，是亚欧大陆桥的重要组成部分，也是承载跨文化传播的典型文化线路。从筑路工程开始，中东铁路经历了东清铁路筑路时期、日俄战争及南北分治时期、中苏共管时期、日本占领全线时期。... 展开中东铁路是19世纪末至20世纪前半叶出现在中国东北的一条跨国铁路线，是亚欧大陆桥的重要组成部分，也是承载跨文化传播的典型文化线路。从筑路工程开始，中东铁路经历了东清铁路筑路时期、日俄战争及南北分治时期、中苏共管时期、日本占领全线时期。在此过程中，以俄国、日本侨民和中国中原百姓为主要成分的各族裔移民不断涌入中东铁路附属地的大小站点和城镇，拉开了以建筑文化为载体的、多民族文化传播互动的序幕，并使原本清寂落后的东北地区在短时间内出现了历史上第一波较集中的城市化、现代化壮阔场面。论文立足文化线路视野，深入探讨这条百余年历史的文化线路的建筑文化问题。四个主要章节承载了论文的核心研究内容和结论，其整体线索和表述逻辑是：相关概念描述；传播过程考察；文化载体揭示；文化现象辨析；文化特质解读。具体包括：第二章详尽阐释了中东铁路建筑文化发生在中、俄、日乃至更多国家之间跨文化传播的面貌；揭示了在建筑文化传播过程中存在的传播、碰撞、适应、接受、选择过程及内在规律；第三章全面呈现了作为中东铁路建筑文化载体的建筑功能、空间、材料及技术等多类型建筑形态；第四章发现并解析了文化传播过程中形成的建筑“模件”、“合成”、“流变”等文化现象，以及这些现象背后的深层原因与文化蕴涵；最终在第五章提取出中东铁路建筑文化的特有品质，即：“涵化·转型”的构成性质、“包容·创新”的艺术特色、“俭省·因借”的技术理念和“有类·无界”的伦理蕴涵。论文内容涵盖了中东铁路建筑文化“式”、“法”、“意”三个层面，遵循了由整体到局部、由表及里、由外及内的逻辑，层层深入，以保证观点的科学性。论文引入了文化地理学、文化传播学、符号学、类型学等理论，并特别运用了历史织补、田野调查、文献考证、档案归纳等研究方法。对现存建筑遗产数月时间、万余华里路线、二千余座建筑的田野调查为直接获取第一手资料提供了保证。借用系统研究的方法建立一整套建筑文化的档案，对所有子课题建立问题的层级系统，确保研究的逻辑性。论文具有充分的理论与实际意义，为全面建构东北地区建筑文化历史与理论提供了重要线索，为后续的深入研究、价值评估、线路保护提供了理论基础和资料准备，为学术界及政府决策层客观认识及评价这份独特的文化，避免在以“保护”为名的“开发”中造成二次破坏，都具有积极意义。收起

关键词 : 中东地区铁路建筑文化传播

8. 战术接入网资源分配算法研究

[学位论文] 隋沛君哈尔滨工业大学 2012年硕士导师: 戴伏生共393页

摘要 : 伴随着现代网络和通信技术的迅猛发展,现代战场形态已开始从传统的“平台中心战”向“网络中心战”转化,其主要由四个部分组成:现代化的武器和自动化武器平台,联合指挥和控制系统,广布战场的传感器网络以及高效畅通的后勤支援系统。要真正形成战斗力,... 展开

关键词 : 战术接入网资源分配网络中心战数字化通信抗毁性能

9. 生态城市设计方法理论研究

[学位论文] 林姚宇哈尔滨工业大学 2008年博士导师: 金广君共375页

摘要 : 自1980年代至今，城市设计在我国城市空间环境建设中发挥着越来越重要的作用。随着城市设计同各类城市问题的深度结合，空间环境的生态可持续已经成为城市设计研究的重要内容之一，城市设计学科也已经步入了生态世纪。然而，如何将自然生态及环境质量... 展开自1980年代至今，城市设计在我国城市空间环境建设中发挥着越来越重要的作用。随着城市设计同各类城市问题的深度结合，空间环境的生态可持续已经成为城市设计研究的重要内容之一，城市设计学科也已经步入了生态世纪。然而，如何将自然生态及环境质量议题切实纳入城市设计的实践中，是各国城市设计人员亟待解决的问题。于是，生态城市设计思想和理念应运而生。在能源和环境危机日益加剧的今天，生态城市设计通过协调自然环境与人工环境以及城市居民的关系，正逐步成为当代城市空间环境优化的重要方法，是中国乃至世界城市设计理论未来发展的主导方向之一。随着现代城市的不断发展，减缓或阻止城市生态环境的恶化已成为一个国际性学术课题，这促使城市生态研究在全球范围内得以蓬勃开展，“生态城市”思想也日益受到专业人士及普通市民的广泛关注，成为人们对宜居城市、可持续城市、环保城市、绿色城市、健康城市等理想人居形式和目标的综合、概括。城市设计同生态学相结合正是建设生态城市在物质空间环境塑造方面的主要途径之一。城市设计作为一门解决城市空间环境问题的应用技术学科，迫切需要同其他相关学科紧密联系。生态学不仅在对象和内容上同城市设计相关联，并且在原理方法和技术工具上对城市设计都有很强的指导意义，二者的结合是可能的，也是可行的。生态城市设计作为应用交叉研究，是立足于城市设计学科在物质空间环境营造层面对生态学知识和原理的借鉴，也可理解为从生态学和城市人居环境生态建设角度为城市设计理论和实践寻求新的增长点。生态学以生物（包括人类）同客体生存环境之间的关系为研究对象，生态城市设计的研究对象则可以理解为城市物质空间环境系统中各类生态要素的关系，包括自然要素、人工要素和主体人。生态城市设计方法理论研究可从理论基础和实践操作两方面着手，理论基础部分包括生态城市设计的对象、要素、议题、目标、原则、价值准则以及相关原理、模型等内容，在此基础上可从设计创造和实施管理两方面来进一步讨论实践操作方法，包括生态城市设计对策、手法、程序、技术、成果以及实施管理技巧、工具、策略等。应该看到，国内生态城市设计研究与实践同国外相比是有一定差距的，我们在借鉴国外理论成果和实践经验的同时，应根据现实条件和需求积极推动中国生态城市设计理论和实践探索，这对促进我国城市人居环境生态建设和本土城市设计理论发展具有很强的实际意义。论文的创造性工作主要体现在以下几方面：梳理了城市设计自然观、生态观演变进程，以生态学及相关学科原理为基础系统构建了生态城市设计的方法理论框架，并列举国内外案例作为实证支持。借鉴空间环境生态学思想，提出了城市空间环境生态系统的概念，并以此为基点从物理特征和能量流动角度对城市设计的研究对象进行了再认识，提出生态城市设计研究的三类要素和三项议题；提出了生态城市设计的目标、原则以及自然与人文双重评价准则；从自然生态、人工生态、物理生态和能源生态优化四个方面提出了生态城市设计对策；提出“生态优先”的城市设计程序，总结了生态城市设计分析方法和技术；提出城市空间环境生态框架的概念，并指出生态城市设计的成果编制在内容上应包含框架设计和系统设计两部分，即城市空间环境生态框架设计与自然生态系统、物理生态系统、能源生态系统设计等。提出城市空间环境生态管理的三级平台，总结了城市设计发挥空间环境生态管理职能的途径和工具，提出基于生态经营理念的五种生态城市设计实施策略。收起

关键词 : 生态城市设计理念空间环境物理特征能量流动

10. 油田回注水系统硫酸盐还原菌特征及其活性生态调控研究

[学位论文] 魏利哈尔滨工业大学 2008年博士导师: 马放共369页

摘要 : 大庆油田回注水系统中硫酸盐还原菌（SRB）大量繁殖，产生的硫化物导致设备腐蚀、垮电场等，给油田生产带来严重的危害和巨大的经济损失。如何有效地系统控制硫酸盐还原菌的繁殖，减少其对油田生产带来的危害，制定合理地控制方案，是油田生产亟待解决... 展开大庆油田回注水系统中硫酸盐还原菌（SRB）大量繁殖，产生的硫化物导致设备腐蚀、垮电场等，给油田生产带来严重的危害和巨大的经济损失。如何有效地系统控制硫酸盐还原菌的繁殖，减少其对油田生产带来的危害，制定合理地控制方案，是油田生产亟待解决的问题。生态调控是以往生物抑制策略的延续和改进，强调整体效能、系统健康和持续控制。笔者提出SRB菌活性的生态调控方法，改变了以往单纯追求以杀灭SRB数量为目的的传统思维模式，转变以抑制SRB菌活性为目的研究思路，是大庆油田系统控制SRB菌危害观念的变革和方法的创新。针对硫酸盐还原菌相关的理论和基础性的研究，有利于填补和深入油田硫酸盐还原菌研究领域的空白。课题围绕SRB菌活性的生态调控为主线，旨在开发出新型的绿色净水剂—硫酸盐还原菌生态抑菌剂和抑菌填料，提出对整个回注水系统的生态调控技术和策略。主要采用微生物分子生态学、微生物蛋白组学，环境工程，环境友好材料等学科的研究方法和手段，以应用为主，注重理论研究，理论和实践相结合解决油田生产中的一些实际的问题。研究发现油田污水反硝化能力与硫酸盐还原能力的相对水平仅为0.038～0.38，其反硝化能力极弱；对两个代表性的油田回注水系统，微生物群落空间演替的系统轨迹分析表明，大庆油田回注水系统中群落比较新颖；硫酸盐还原菌种群及硫化物分布规律表明，硫酸盐还原菌主要有11个属、反硝化细菌有7个属，有些细菌兼有硫酸盐还原和反硝化能力，SRB菌分布于整个回注水工艺系统，在联合站开始大量繁殖，其主要来源于回注水系统，硫化物的分布规律与其相同。微生物分子生态学技术结合纯培养技术及工艺特征研究发现，硫酸还原菌种群比较新颖，存在新种的可能性很大。传统上认为造成回注水系统的硫化物的产生和腐蚀是由δ-变形菌门的Desulfovibrio等组成，其只占种群极少的部分（<1%），油田回注水系统中SRB极少部分来源于地层油井采出液中，绝大部分是具有硫酸盐还原功能的菌株，大量的SRB菌是在回注水系统中大量繁殖产生的。研究证实，造成严重危害的是具有硫酸盐还原功能的微生物。该发现有利于解释系统硫化物的成因，为硫酸盐还原菌活性生态调控提供理论上的依据。将硫酸盐还原菌分为：附着型SRB菌和非附型SRB菌。该发现重要的意义在于，控制回注水系统SRB繁殖以及由此带来的危害，既要杀灭流动相中的SRB菌，同时也要杀灭管壁、罐壁附着型SRB菌。纯培养技术分离到DesulfovibriodesulfuricansstrainF8，克隆获得Dsr基因全序列长度为2740bp，序列包含三个ORFs，即dsrA、dsrB、dsrD三个亚基，Aps基因的序列长度为2799bp，包含两个ORFs，即apsB、apsA两个亚基。分离获得两株新菌，大庆杆菌-MF（EnterobacterDaqingsp.nov.）以聚丙烯酰胺为唯一碳源，聚合物降解率为50.67%，保藏号为CGMCCNo.1910；大庆杆菌-WL（ClostridiumDaqingsp.nov.）聚合物降解率为52%，保藏号为CGMCCNo.1911。在国内首次对附着型硫酸盐还原菌进行检测研究，通过在管壁和罐壁上安装改良后罗氏检测装置，与开发出非附型SRB检测方法相结合，实现附着型SRB菌定量检测，同时证明附着型SRB大量存在；基于纯培养技术开发出一整套“厌氧全过程的倍比稀释纯培养记数工艺”，检测周期由14d缩短到3d；开发出基于特定基因的MPN法对SRB菌和DNB菌进行定量检测的方法，适合于应用常规的PCR仪进行扩增，直接通过琼脂糖电泳实现细菌的定量检测。该检测方法的前提是开发一种《直接用于PCR扩增的“菌液制备”》的方法，不用提取DNA可以直接进行PCR扩增，针对SRB菌目标基因开发出DSR-MPN-PCR法、APS-MPN-PCR法及16SrDNA-MPN-PCR法；反硝化细菌开发出16SrDNA-MPN-PCR法和nirS-MPN-PCR法，检测周期需要3～4h，降低了检测费用，提高检测精度约100倍。采用TaqMan-MGB、TaqMan-LNA型探针，建立新型硫酸盐还原菌和反硝化细菌的DNA荧光定量PCR检测系统。根据硫酸盐还原菌的16SrDNA序列、APS基因、DSR基因设计的特异性探针。反硝化细菌基于16SrDNA基因设计的荧光探针，检测精度提高两个数量级，样本DNA提取到荧光定量PCR最后获得检测结果仅需要6h。采用纳米/亚微米电气石，制备出电气石载纳米氧化锌、电气石载铜、电气石载钼、电气石载锰硫酸盐还原菌无机抑菌粉剂，有效地抑制SRB菌的活性，提高ORP，不产生硫化物。开发出一种新型抑菌陶粒作为固定化填料，XPS能谱主要成分分别为Si2p为11.17%，Mo3d为3.12%，Zn2p3为3.47%，Mn2p为2.86%，Cu2p为2.35%。陶粒的密度为1.4-3.5g/cm3，抗压强度>5.2MPa，60h后ORP稳定在6.1mV，陶粒的投加只是抑制SRB菌的活性，对反硝化细菌对NO3-的利用和COD去除基本上无影响。生态调控的关键生态因子：随S/N值的减小，反硝化抑制硫酸盐还原的效果越明显，并且反硝化完成后，硫酸盐还原恢复阶段硫化物的产生速率也随之减小。乙酸、乙醇和乳酸是适于DNB生长的碳源，乳酸同时适于SRB生长。COD含量影响抑制效果，随COD的相对含量降低，DNB和SRB对基质的竞争越激烈，抑制效果越好。钼酸盐能有效的抑制SRB的活性，钼酸盐和硝酸盐协同作用效果明显。生态调控机理的验证和新理论的发现：验证存在三种调控机理，即DNB和SRB对基质的竞争、反硝化中间产物的抑制作用和自养硝酸盐还原菌的氧化作用。同时发现和验证了一个新的理论—反硝化细菌底物选择作用，该理论定义为从生物本身而言，存在着同时反硝化和硫酸盐还原细菌，该类菌群能同时和分别利用硫酸根和硝酸根，在不同的工艺条件下，不同的底物下，进行着不同的代谢，该理论的提出可以有效地对其他理论进行解释。生态调控以硝酸盐为主进行反硝化抑制，SO42-/NO3-比和碳源（COD）的调控是影响抑制效果最重要生态因子。SO42-/NO3-为1:1时，出水中未检测到硫离子，抑制率近100％；氧化还原电位能够反映出系统中反硝化抑制硫酸盐还原作用效果，氧化还原电位在-50mV～-150mV时，主要发生反硝化作用，氧化还原电位在-300mV～-400mV时，主要发生硫酸盐还原反应。采出水抑制后，硫化物浓度可由2.5mg/L降低至0.3mg/L以下。研制出硫酸盐还原菌生态抑菌剂，以硝酸盐为主，同时含有一定量其它辅助成分，不使油田水的性质发生改变，加药成本为0.20元/m3污水。连续流试验研究了生态抑菌剂和抑菌陶粒对常规采出水和含聚污水抑制率达到100％，出水中未检测到硫化物的存在。抑菌陶粒和抑菌剂联合使用抑制SRB效果与单独使用抑菌剂相比更加稳定和持久，具体选择的方式需要根据生产实际情况而定。油田回注水系统硫酸盐还原菌生态调控，分为两个层面，宏观生态调控和微生态调控的整合，宏观生态调控方法是全面监测，清除系统内的硫化物和处理系统内附着细菌，然后进行有效的控制和调控。微生态调控通过生态抑菌剂，调整系统中的微生物群落的功能和生态位，抑菌剂注入速度依据抑制剂母液浓度、管道水中硫酸根浓度和水流量确定；油田回注水系统处理站根据抑制目的可选择单一调控方案，也可以选择两种组合调控方案。收起

关键词 : 油田回注水系统硫酸盐还原菌活性抑制生态调控反硝化细菌