云南龙川江流域地貌形态特征研究

以云南省龙川江流域为例,研究了流域内局部与整体的地貌形态特征,并预测了径流发育发展趋势。以ASTER-GDEM数据为基础,Arc GIS水文分析模块为平台,自动提取不同汇流累积量下的水系河网,研究区先划分为若干区块,结合分形理论,运用数盒子法计算水系分形维数划分流域侵蚀阶段。研究发现,在一定无标度区间内,研究区内具有自相似性,分形维数与汇流累积量拟合较好;通过分维数与汇流累积量关系式二阶导数求拐点的方法确定流域的适宜阈值为16 667,对应的流域整体水系分维数为1.020 3,推断出流域处于地貌侵蚀幼年阶段,并向幼年晚期发展,此时流域内地面起伏较大、将越来越支离破碎;通过计算各区块维数生成的等值线图,预测径流主要以NE-SW向发育,同时呈NW-SE向次级发育。     

汇流阈值对提取叶尔羌河上游流域面积高程积分的影响

不同地貌单元,其汇流阈值的界定差异较大,而不同的汇流阈值直接影响河流长度、河网密度以及集水区面积的提取结果,因此,汇流阈值的界定是提取流域面积高程积分的关键.以叶尔羌河上游流域为研究对象,基于不同分辨率数字高程模型数据对叶尔羌河上游流域面积高程积分的提取结果,确定适宜分辨率的数字高程模型数据,探讨不同汇流阈值对叶尔羌河上游流域面积高程积分的影响.结果显示:(1)所选不同分辨率高程(DEM)数据提取的叶尔羌河上游流域面积高程积分的参数和空间分布特征变化较小,面积高程积分对数字高程数据的分辨率依赖性不强.(2)整体上,叶尔羌河上游流域面积高程积分最大值随汇流阈值的增大呈阶段性减小趋势,最小值呈阶段性增加趋势,均值呈波动状态,但逐渐趋于稳定.当汇流阈值为27000时,面积高程积分均值、最大值和最小值均趋于稳定,其可能是提取叶尔羌河上游流域面积高程积分的稳定阈值.     

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。     

基于高压电脉冲破碎废弃电路板粒度分形特性

高压电脉冲技术在废弃电路板破碎方面的应用实际上是借鉴了其在矿物破碎方面的研究。材料的微观缺陷如微裂纹、微孔隙等分布及受载荷后的演化在一定标度范围内具有较好的统计自相似性,自相似性行为导致材料宏观破碎后所形成碎块的粒度分布具有分形特征。结合分形理论对废弃电路板高压电脉冲破碎后的产物粒度进行分形分布的分析,通过建立分布模型,对破碎产物实际筛下累积含量和用分布模型计算的分布含量进行线性拟合,分析结果表明线性拟合度较好,表明破碎产物具有粒度分形特性。建立分形维数与破碎条件函数间的关系,通过正交实验得出分形维数与破碎条件之间的关系。用破碎后块体的分形构造来考察材料破碎的形成过程,为研究废弃电路板的破碎特性提供了新思路。     

NAPLs污染物垂向指流迁移分形表征中图像处理的影响研究

染色示踪技术是研究多孔介质中指流形态的主要手段之一,而如何更精确地对所采集的图像数据进行分析,是该研究工作中非常重要的组成部分.分形理论在染色示踪影像的基础上对指流形态进行定量描述,以质量分形维数(D m)表征渗流面积,以界面分形维数(D s)表征渗流驱替边界长度,对于识别和预测指流形态有一定的实际意义.而分形维数的计算基于二值化图像完成,因此明确图像二值化过程对分形维数表征的影响对分形维数的应用有重要意义.本研究以4种非水相流体在二维砂箱中迁移的130幅染色图像为目标影像,详细比较了图像预处理过程中不同饱和度(红色)阈值、不同亮度(灰度)阈值以及图形中"湖"的填充3个因素分别对D m和D s的影响.结果表明,在砂箱实验中,与田间实验相比由于染色污染物与石英砂颜色对比度较大,红色阈值调整对两种分形维数影响相对较小;随着灰度阈值的提高D m平均降低0.02,D s平均增加0.05;图形中"湖"的填充对D m几乎没有影响,而使D s平均降低0.10.研究发现与D s相比,D m在图像处理过程中受各种因素影响较小,建议在进一步研究中以D m为指流形态指示指标以避免图形处理过程中主观因素的影响.     

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.     

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。     

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.      

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。     

上海市大气可吸入颗粒物的粒度分布分形特征

采用分形维数定量表征颗粒物的粒度分布的方法,计算2005年上海市大气可吸入颗粒物粒度分布的分形维数,分析不同采样点颗粒物粒度分布分形维数的变化与可吸入颗粒物粒度分布的关系,讨论采样时气象条件等因素对颗粒物粒度分布分形维数的影响;推导大气颗粒物的粒度分布分形维数与颗粒物表面吸附性能之间的关系,并结合部分金属元素的含量进行讨论.结果表明,上海市可吸入颗粒物粒度分布的分形维数在0.6506～2.9254之间,并且相对湿度较大,风力较小均会使颗粒物的粒度分布分形维数减小;粒度分布分形维数值越大,颗粒物中细颗粒物越多,粒度分布分形维数较好地表征了颗粒物的粒度整体分布.粒度分布分形维数和颗粒物比表面积等物理性能有直接关系,粒度分布分形维数值越大,细粒子所占的比表面积越多,对有毒有害污染物吸附更多.     

典型工业半焦的孔隙分形结构分析

工业半焦是一种具有复杂的微观孔隙拓扑结构的多孔物质.基于分形理论,引入分形维数对工业半焦不规则孔隙结构的粗糙、复杂程度进行了定量表征和描述.选取具有典型煤种和工艺代表性的工业半焦样品,用孔隙度分析仪对其孔隙结构特征进行了测量,并利用其测量数据进行了分形维数的分析计算.计算结果表明,工业半焦的孔隙结构符合分形特征,在样品颗粒尺寸为2.36～3.35mm的测量条件下,样品的分形维数在2.7982～2.9154之间,其可决系数在0.9157～0.9614之间;样品的分形维数与煤种和半焦热解工艺过程均有一定的关系.通过对工业半焦分形维数的计算分析,可以更加全面准确地了解其孔隙结构特征,以期为分析评价其吸附和活化潜力、制定恰当的活化工艺提供更加可靠的依据.     

絮体分形结构形成机制探讨

基于统计力学和无标度网络框架分析了絮凝过程,并从物理角度导出了絮体的分形结构,探讨了分形维数与外界控制条件的关系.在此基础之上,根据能量守恒对模型进行了理论计算,发现在湍流条件或外界能量交换强烈的情况下,分形维数较高;反之,若在层流条件或能量交换较弱的条件下,则分形维数较低.将理论计算结果与实验结果进行比较,二者较为一致.     

ABR成熟颗粒污泥的分形特征与尺度效应

建立了基于SEM照片研究ABR成熟颗粒污泥分形特征的操作程序,采用Photoshop、Newscan和Fips程序对该图形进行处理和分形维数计算.颗粒污泥的计盒维数值处于1.85以上,第3格室和第5格室形成的颗粒污泥较为致密.不同格室颗粒污泥边界的计盒维数的值在1.10左右,表明它们的边界或表面是不规则的,而且第1格室和第5格室形成的颗粒污泥的表面不规则程度高一些.颗粒污泥边界的圆规维数计算结果也表明其表面是不规则的,而且每一个颗粒污泥都存在2个分形维数的尺度区间,有的区间跨度达一个数量级.另外,不同的计算维数的方法会导致结果的差异.建立不同尺度域下的分形维数与颗粒污泥的组成、结构及物化特征的关系将具有重要意义.     

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.     

腐殖酸絮凝体的形态学特征和混凝化学条件

以腐殖酸为混凝去除对象 ,通过图像法观察腐殖酸絮凝体的形态 ,研究了在混凝过程中以及不同化学条件下絮凝体分形维数的变化规律 .实验结果表明 ,在弱酸性 (pH =5 .0 )条件下形成的絮凝体比在中性 (pH =7.0 )条件下形成的絮凝体分形维数高 ,具有较密实的构造 .在该条件下 ,随搅拌历时的延长 ,絮凝体的分形维数有下降的趋势 .当铝盐投药量很高时 ,形成的絮凝体分形维数也降低 ,说明网扫絮凝为主要混凝机理时 ,絮凝体构造比较松散     

聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)絮体的不同拓扑空间下分形维数的研究

通过对PFC混凝去除水中HA过程中所形成的PFC-HA絮体的研究结果表明,原水pH分另4为9.0、7.0和5.0时,最佳投药量下形成的絮体的平均沉降速度之间的比值为1.17:1.00:0.49,而且所有絮体的水平投影方向的平均直径与垂直投影方向的平均直径的比值均接近0.85.结合Logan公式和有效密度-长轴的双对数关系计算出的絮体三维空间的分形维数Df较为可靠,在本试验中3种pH的原水下形成的PFC-HA絮体的Df均小于2.0.絮体沉降速度的变化是质量分形维数Df、有效密度和粒径等因素的变化综合影响结果,因此,絮体的Df、有效密度各自的变化趋势有可能与沉降速度的不一致.原水pH=7.0时絮体的Df稍大于原水pH=9.0时絮体的Df,但比原水pH=5.0时絮体的Df大11.73%.可见,与原水pH=9.0时形成的絮体相比,原水pH=7.0时形成了稍微密实的小絮体,但原水pH=5.0时却形成了较为疏松的、很小的絮体.在本试验的图像分辨率下,PFC-HA絮体在一维拓扑空间下的分形维数D1比较低,一般都低于1.10.基于投影面积-长轴关系计算的二维拓扑空间的分形维数D2变化趋势为样品3稍大于样品2,样品1最小;然而基于投影面积一周长计算的二维拓扑空间的分形维数D2却呈现不同的变化趋势.另外,尽管PFC-HA絮体的Df小于2,但其与基于投影面积-长轴关系计算的二维拓扑空间的分形维数D2不相等,不符合Meakin的结论,这与本试验中CCD相机的分辨率和絮体样本数量有关.     

典型岩溶断陷盆地耕地承载状况时空分布特征

西南岩溶地区生态系统脆弱,人地矛盾尤其突出。为研究云南小江流域耕地生态承载状况,以2008、2011、2014、2017年统计数据为基础,应用生态足迹法和GIS技术在修正耕地产量因子的基础上从地貌分区对小江流域耕地4个节点的生态承载状况进行时空动态分析。研究结果表明:小江流域耕地生态足迹增长迅速,其中沉积平坝区、峰丛洼地区和台地槽谷区增长较快;耕地生态承载力先减后增,整体变化幅度较小;流域内除了岩溶河谷区北端耕地生态盈余以外,其余地区皆为生态赤字,对耕地的过度消耗利用,导致耕地处于高负荷状态,很不利于耕地的可持续利用,自2014年开始赤字状况有所好转。整体来看,岩溶中山区和河谷区赤字状况要优于沉积平坝区、峰丛洼地区和台地槽谷区。     

引入分形维数的混凝动力学方程数值求解

运用Smoluchowskj基本原理,建立了引入絮凝体分形维数的混凝动力学模型.该模型在絮凝过程中考虑了不同时刻形成的絮凝体中引入的初始颗粒数目和空隙率,并以此来推求不同时刻形成的絮凝体所对应的分形维数.采用有限差分法对建立的混凝动力学模型进行了数值计算.结果表明,初始颗粒的结构特征和碰撞效率是影响絮凝体粒径分布的主要因素.初始颗粒的分形维数和碰撞效率越大,絮凝体粒径分布越宽泛,大尺寸的颗粒所占的份额越多.同时计算结果表明,絮凝体的分形维数有随其粒径增大而逐渐降低的趋势,其原因是絮凝体的成长粒径与絮凝体中所包含的初始颗粒增长速度不成比例.以腐殖酸为混凝对象,采用硫酸铝作为混凝剂进行混凝实验,并以其初始絮凝条件作为数值计算初始条件,研究表明数值计算分析结果和模拟结果吻合较好.     

絮体分形结构对沉淀速度影响研究

利用基于微天平的质量-粒径法和基于改进粒子图像测速技术的自由沉淀法对高岭土、腐殖酸絮体的分形结构进行了研究.结果表明,质量-粒径法得到的铁盐絮体三维分形维数为2.14~2.28,明显大于铝盐絮体的1.75~1.83,铁盐絮体结构更为致密,而铝、铁-腐殖酸絮体比相应的高岭土絮体分形维数要小.絮体分形维数与沉淀速度具有良好的对应关系,分形维数越大,絮体沉淀速度越大.质量粒径法与自由沉淀法求出的絮体分形维数相吻合,分形絮体沉淀速度不再满足Stokes沉淀速度公式.     

计算机图像处理技术在污水处理絮凝效果检测中的应用

采用图像处理技术,分析污水处理过程中投药量与絮凝图像的等效直径、分形维数和浓度特征参数之间的关系。考虑到投药自动控制的实际运行环境和实时性要求,采用Retinex算法解决光照不均现象,在图像处理主要环节上均采用小计算量算法。分析结果表明:在实际的自动控制中具有较好的实用性。