小江流域地貌演化阶段定量分析

以云南金沙江小江流域的DEM数据为基础,借助Arc GIS的水文分析模块,利用Horton定律求出不同汇流累积量阈值下的分形维数,对拟合后的多项式求二阶导数确定适宜分形维数,快速判断小江流域的地貌演化阶段,并分别计算面积-高程积分、地貌信息熵、侵蚀积分值加以定量验证。结果表明,小江流域分形维数与汇流累积量阈值拟合关系较好,流域的适宜汇流累积量阈值13 333,对应的流域整体水系分维数1.599 5;根据分形维数推断小江流域正处于流域发展壮年期,是地貌发育的全盛时期,区域内构造活动强烈、地势起伏较大,地面被切割得支离破碎。Strahler曲线和定量分析计算也证实了这一推断,为干热河谷区流域进行生态环境保护、水土流失防治提供快速准确地参考依据。     

舟曲白龙江流域划分及地形特征研究

利用ArcGIS软件水文分析模块自动提取河网及子流域单元,通过子流域的合并得出亚流域区;提出基于盒维数法,将研究区划分为若干方格区块,计算出各个区块的分维值进而预测流域内河网水系的发展趋势;基于Horton定律对感兴趣亚流域区计算出平均分支比、分维值,对流域地貌侵蚀发育阶段进行判断。研究发现,研究区内河流主要以NW-SE向发育,其次沿NNE向次级发育;感兴趣区亚流域分支比高,构造活动较强,分维值均超过1.6,地貌侵蚀发育阶段为壮年期。研究为综合治理云南舟曲白龙江流域生态环境并对研究区地貌形态特征进行更细微的描述提供依据。     

基于DEM的滇池流域水系提取及分维值探讨

文章探讨了流域水系的提取方法及其分维值的意义。将滇池流域作为研究对象,在ArcGIS9.3的环境下,以1:25万数字高程模型(DEM)为数据基础,通过洼地识别、填充、水流方向、汇流累积量的计算等操作得到不同集流阈值下的河网水系提取结果,并在此基础上利用栅格和矢量图的相互转换计算出不同集流阈值下的水系分维值,借此探讨流域水系分维值的物理意义。结果得到集流阈值在100～1500范围内的滇池流域水系的24个盒分维值,并得到集流阈值与分维值的对数拟合和线性拟合方程。当集流阈值从100～1500递增时,分维值从1.2665～1.0702递减,表达了河网水系对空间的填充能力。集流阈值与分维值之间的对数拟合效果良好。滇池流域尚处于侵蚀发育的初级阶段。     

基于DEM的黄土高原典型流域水系分形特征研究

基于地理信息系统方法和Horton水系定律,对黄土高原地区葫芦河流域的水系分形特征进行了探讨。研究表明,葫芦河流域正处于流域发展的幼年期。这一时期水系尚未充分发育,下切侵蚀强烈。对流域系统地貌信息熵的判读验证了这一结论。这一结论说明利用分形理论来研究黄土高原典型流域地貌是可能的,深入发展分形方法对于流域地貌研究有重要意义。     

基于GIS的土地利用类型分形维数及稳定性研究——以滇池流域为例

应用GIS技术及分形理论,以云南省滇池流域为研究区,将土地利用类型划分为5类：耕地、林地、草地、水域及城乡工矿居民用地,并进行各土地利用类型图斑分形维数分析。结果表明：土地利用类型的分布具有分形结构,各土地利用类型分维值介于1.09～1.35之间,总分维值1.146。根据分维值对各土地利用类型稳定性排序：林地〉草地〉耕地〉水域〉城乡工矿居民用地。若不考虑水域影响,稳定性指数均介于0.2～0.5之间的土地利用类型面积占研究区土地总面积的80.18%,总体稳定性良好。说明在人为规划影响下,滇池流域土地利用总的发展比较稳定,人为因素、人工措施的实施比较合理。分维值能较好反映各土地利用类型复杂程度及稳定性。     

甘孜—玉树断裂东南段分形特征及活动性研究

基于分形理论,使用网格法估算了甘孜—玉树断裂东南段断裂系统不同走向、不同区域断层的分维值,借助等值线图对断裂的分形特征做出分析,结合相关资料探究研究区断裂的活动性。研究结果表明:研究区断裂系统在1~10km的标度区间内具有良好的自相似性,整体断裂分维值为1.5443,NW向断层分维值远大于NE向断层,以甘孜—玉树断裂为主的NW向断裂在研究区内具有较强的控制作用;甘孜—玉树断裂SW盘分维值大于NE盘,表现出更强的活动性和更复杂的断裂分布;研究区分维值的大小能有效反映断裂的活动性及其空间分布情况,研究区内甘孜—玉树断裂尚处于发育的活跃阶段,各段均存在较大的发震可能性     

安徽省地质灾害空间分布的分形研究

分形分维是度量不规则系统自相似性程度大小的参数,以往对安徽省地质灾害的研究一直都限于对其定性的描述。本文采用分形理论对安徽省地质灾害空间分布特征进行了定量的计算,结果表明:安徽省地质灾害空间分布分维值为1. 4847,崩塌与滑坡、地面塌陷和泥石流的空间分布分维值依次为1. 3756、1. 1074和1. 0902,相关性系数R~2均大于0. 98,分维相关性强,自相似性明显;降雨量、海拔、地貌和地层影响着地质灾害空间分布的分形特征,而水系和断裂空间分布分维值(1. 5825、1. 5111)与安徽省地质灾害空间分布分维值接近,表明两者是影响地质灾害空间分布的主要因素;分维值图显示安徽省地质灾害空间分布分维值由北向南逐渐增大,西南部和南部分维值较高,与实际该区域的地质灾害发育程度较强烈、灾害数量多、密度大相吻合,且其地质灾害空间分布分维值与安徽省地质灾害空间分布分维值接近,存在较好的自相似性,具有明显的分形特征。故利用分形理论研究地质灾害分布成因以及对地质灾害区划和防治具有重要的意义。     

黄河包头段不同粒径沉积物分形校正下重金属的吸附研究

推导了分粒级的表面分形维数计算公式,根据推导公式计算了分粒级沉积物的分维值.应用已有的表面分形分维计算公式分别计算了黄河包头段沉积物整体的表面分形分维(1.91)及＜63 μm粒级的分维值(1.36),揭示出黄河水环境的磨蚀和分选2个原因引起黄河包头段沉积物低的分维值.用分形校正吸附模型、Freundlich和Langmuir吸附模型对黄河包头段重金属分粒级沉积物吸附进行了拟合,表明分形校正吸附模型具有较好的适用性,同时揭示分形校正吸附模型与MEA理论结合能更好的对热力学吸附结果进行描述;由吸附结果分析得出4种重金属因粒径引起的吸附量变化程度序列为Cu＞Pb＞Zn≈Cd,初始浓度高的吸附量曲线变化较初始浓度低的曲线变化明显,同时指出Cu、Pb的吸附主要与矿物组成有关,而Zn、Cd的吸附则与吸附剂沉积物空间几何性质(或沉积物表面物理特征)有关.     

一种基于MMS的改进降水径流模型在中国西北地区黑河上游流域的应用

以黑河流域上游为研究对象,通过对山区自然产水区的产汇流机理的研究,基于分布式水文模型集成环境的开发思想,利用MMS(modular modeling system)模型库中与降水径流相关的模块,通过综合各种产流(包括超渗、蓄满产流)机理、并且根据寒区产汇流的特点对USGS开发的流域PRMS(precipitation-runoff models)模型进行了改进,增加了土壤水运动中降雨入渗补给的多层土壤滞后效应模块以及积雪融雪和冻土面积识别模型,建立了适合于寒区流域的分布式PRMS模型。利用该模型对黑河上游出山径流过程进行了模拟与预报,模型研究结果表明:利用MMS建立的黑河上游改进的PRMS模型不仅完全可以模拟和预测黑河上游的产汇流过程,在考虑了冻土的情况下,预测年出山径流量误差小于2.7%;而且模型可以对黑河上游径流组成成分进行分析计算,对黑河上游产汇流机理做进一步阐明。利用改进的PRMS模型,预测分析了黑河上游未来气候和土地覆盖变化情景下流域出山径流变化的趋势,为黑河流域水资源合理利用和管理提供科学依据。     

分形与元胞自动机耦合技术应用于厦门城市生态规划

利用2002、2007年的两期TM影像数据,基于分形方法研究了厦门的城市形态特征。首先,利用网格计数分维法得出,自2002年以来分形维数从1.804增至2007年的1.847。由于其分形维数1.847已经超越了城市理想形态维数(1.71±0.02)。结合城市形态发展规律,今后厦门岛的分形维数递增速率减缓后会逐渐回归到城市理想形态维数值。其次,通过集聚分形方法确定了以厦门市政府为圆心半径6 200 m的一个范围,在此范围内合理规划生态用地,不仅会取得较大生态效益,而且会缩短整个城市的分形维数值回归的过程。最后,文章利用元胞自动机的方法,在集聚区域内对厦门岛分形回归进行了模拟分析,提出应在集聚区内转化30%的建设用地为生态用地。此集聚区不仅是城市生态规划工作的重点区域,而且也是改善厦门市整体环境质量的最佳范围。     

基于分形维数的斜坡非饱和带土体大孔隙分布研究

对取自于云南省昭通市头寨滑坡滑源区附近的两个大尺度(25cm×25cm×50cm)土柱样品进行CT扫描,选取典型剖面切片,通过CT值范围将大孔隙分离从而研究土体中的大孔隙分布;计算大孔隙分布分维数(盒维数),研究其大孔隙的不规则特征,结果表明:土体中大孔隙的盒维数随深度增加呈单调递减规律,且与大孔隙度具有显著正相关关系;但大孔隙度只能表征在某一深度上大孔隙的分布多少,而大孔隙的不规则特征则需盒维数表征;最后得到大孔隙的累积大孔隙度与大孔隙孔径(在盒维数为常数时)符合幂函数规律,研究结果有利于利用分形理论建立大孔隙模型,从而研究水分在大孔隙中运动过程。     

基于分形理论的生态环境影响评价范围定量研究

以神农架林区滑雪场建设为例,在阐述分形理论用于生态环境影响评价可行性的基础上,提出了基于分形理论的生态环境影响评价范围定量研究方法。以滑雪场项目为中心向外扩展选取8km、30km的圆形范围作为两个研究区,以500m为测度分别将研究区一、二划分为18和62个环带,运用GIS分析计算了不同环带内不同生态类型斑块的边长、面积及分维数,进行回归分析,分别得到两个无标度区,从而确定滑雪场生态评价范围为78.5km2,并运用分形理论对定量确定评价范围进行了一次有益探索,给环评工作者提出了一套解决定量评价建设项目对生态环境影响范围的方法和思路,以供借鉴和参考。     

基于分形理论和形状特征的大气颗粒物研究

本研究对青岛市黄岛区的大气颗粒物进行了采集,通过CCD图像采集系统在显微镜下获得8种典型大气颗粒物的显微图像,运用差分盒维数法计算其分形维数以及图像处理技术计算其球形度等形状参数.进而研究了颗粒物分形维数与粗糙度的关系、分形维数的尺度不变性、以及分形维数和形状参数的相关性分析.研究发现不同颗粒图像的分形维数是不同的,可以运用分形维数结合长径比、庞大率等形状参数对大气颗粒物进行模式识别,为解析大气颗粒物的来源提供新的特征参数.     

海河流域河流空间分布特征及演变趋势

海河流域涵盖我国"京津冀"经济圈,河流对流域内人类生存和经济发展具有重要支撑作用,研究河流空间分布及演变趋势对于合理利用河流水资源、保护河流生态和实现经济可持续发展具有重要意义.本文运用遥感资料的GIS分析方法,对海河流域的河流地貌、水系结构、河流曲率和河网密度、闸坝等指标进行分析,发现:1海河流域河流地貌划分为上游山区段、中部平原段和下游滨海段,3个区段水系形状依次为树枝状(受人为干扰小),编织状(中度人为干扰),稀疏编织状(人为干扰强烈);2流域水库和水闸修建阻断河流纵向连续性,五大水系(滦河、北三河、永定河、大清河、子牙河)连续性指标值低于5;320世纪60年代—80年代—2000年,流域河流平均曲率不断减小,河网密度呈现不定向波动,反映出人为控制对河道形态改变程度大.今后应减少人类活动对河流自然属性的改变,河流治理和修复过程中应充分考虑保护和改造河流地貌、水系结构、河流曲率和河网密度.     

红枫湖流域面源污染调查研究

从分析红枫湖流域的环境特征入手,划分面源计算单元,监测大气降水、河口及各代表单元地表径流污染物与水背景,利用流域内14个雨量站和红枫、麦翁、老郎寨、黄猫村4个水文站各典型水文年每日来水量资料,计算污染物大气降水落地量、地表径流产生量和入湖总量,并与点源对照探讨有关问题。     

基于GIS和分形理论的土地利用空间格局分析——以闽侯县为例

以闽侯县1994年、2004年和2015年三期遥感影像为数据源,在RS、GIS和统计分析工具的支持下,运用分形理论研究时间序列上土地利用类型形态的复杂度与结构的稳定度,分析土地利用空间格局的变化,从而阐述不同土地利用类型的空间分布规律。结果表明:(1)研究期间内闽侯县的土地利用类型形态有了很大的变化,林地、耕地和未利用地面积大幅度减少,建设用地面积持续增加,水域面积变化不大;(2)整体分形维数保持下降趋势,从1994年的1.3504降到2015年的1.3333,说明空间格局总体向简单化、稳定化方向发展;(3)闽侯县各主要地类的分形维数和稳定性指数变化特点存在较大差异,耕地、林地和未利用地的分形维数持续下降,土地利用类型形态趋向规则;水域的分形维数先减后增,结构趋向稳定;建设用地的分形维数先增后减,空间结构整体趋于稳定,布局趋向合理化。土地利用的复杂性和稳定性受到人为因素的影响强烈,通过对土地利用空间格局演变的研究,可以为政府协调水土开发、区域土地合理利用以及优化土地利用结构提供支持。     

气候和人类活动对典型岩溶地下河系统径流年际变化的影响

为揭示气候变化与人类活动对岩溶地下河系统年径流量的影响,以南洞地下河为研究对象,利用其1972-2014年的径流量、降水量和蒸散量数据,分析其年际变化特征。研究结果表明：研究期内径流、降水和蒸散均呈现波动减少的趋势。其中流域内径流整体以0.014亿m³/a的速度减少,降水整体以3.14 mm/a的速度减少,蒸散整体以7.94 mm/a的速度减少。通过有序聚类法和Mann-Kendall法综合确定出径流、降水的突变年份为2002年、2008年。通过累积量斜率变化率比较法,定量分解了不同时期气候与人类活动对径流变化影响的贡献率：综合考虑降水和蒸散因素,以人类活动轻微的T₁（1972-2002年）阶段为基准期,气候变化对径流减少的贡献率在T₂（2003-2008年）、T₃（2009-2014年）时期分别为-86.68%、35.92%,人类活动对径流减少的贡献率在T₂、T₃阶段分别为186.68%、64.08%。可见,人类活动是南洞地下河流域径流量年际变化的主导因素,其中生活、生产的直接耗水和土地利用/土地覆被变化影响下径流过程的变化,共同影响着径流年际变化。     

煤泥水絮凝处理中絮凝体的分形特征

用聚丙烯酰胺作絮凝剂,研究了所含黏土类型、絮凝剂投加量等因素对煤泥水絮凝效果和絮凝体分形维数的影响. 结果表明,含高岭石的煤泥水絮凝剂最佳投加量为10.0 mg/L,所对应絮凝体的分形维数最大,为2.70. 投加量不足时分形维数降至1.55,投加量过量时分形维数降至1.95;含蒙脱石的煤泥水絮凝剂最佳投加量为15.0 mg/L,所对应絮凝体分形维数最大,为1.68. 投加量不足时分形维数降至1.01,投加量过量时分形维数降至1.51.      

新疆玛纳斯河径流过程的非线性特征

结合玛纳斯河肯斯瓦特水文站1954-2007年的逐月径流及流域内气候资料,利用小波多尺度分析、混沌理论与周期性叠加趋势模型研究了玛纳斯河径流的非线性特征及影响因素。结论如下:①玛纳斯河径流变化的周期分别在15、18和22 a,并在18 a处最为显著;②玛纳斯河径流变化呈现复杂的非线性特征,其关联维为3.317 8,是非整数,这意味着其径流变化具有分形和混沌特性;③根据周期性叠加趋势模型,2007年后的7 a内玛纳斯河径流仍将保持上升趋势;④玛纳斯河径流与NAO关系密切,在夏季表现为负相关且相关性最强,其次在冬季为较强的正相关,在全年关联性最差,并且两者存在多尺度的复杂相关性;⑤NAO通过气流循环影响该流域的气候变化进而作用于径流。     

基于变维分形理论的四川省低山丘陵区滑坡孕灾环境因素敏感性分析

定量分析滑坡孕灾环境因素的敏感性有利于研究滑坡的形成机制和空间分布特征。基于变维分形理论,应用累计变换和次数和分维值两个分形指标,对研究区内滑坡与孕灾环境因素的关系进行定量分析,为构建滑坡敏感性分析评价指标体系提供分形学依据。研究表明:植被覆盖、岩土类型和坡度等因素对滑坡发育的影响程度较高,是研究区内滑坡空间分布的主要控制因素;断裂构造和河流两个因素对滑坡发育的影响程度较低,对研究区内滑坡空间分布的控制能力较弱。