旱涝灾害的分形研究方法及其应用与前瞻

本在概述分形理论基本概念的基础上，首先探讨了分形理论对深化灾害学相关研究的方法论意义；其次，对旱涝灾害的几种分形研究方法进行了必要的概括，在此基础上，结合旱涝灾害中已有的分形应用研究，对其中存在的问题以及未来发展方向等进行了评述、讨论与展望。     

阳离子型聚合物对低温低浊水的絮凝效果与形态学特性

采用微絮凝-深床直接过滤工艺,以西安市曲江水厂低温低浊水质为原水(水温低于10 ℃,初始浊度低于10NTU),投加阳离子型聚合物(简称CP)作主混凝剂或助凝剂,借助分形数学理论与图像分析技术,对滤料粒径、原水浊度、原水温度、药剂种类、聚合物分子量及投加量、混合强度等因素对处理效果的影响进行了研究,分析探讨了不同药剂处理低温低浊水的作用机理、絮凝形态学特征以及絮体结构的分形特性.结果表明,①当温度低于4 ℃、初始浊度小于4NTU时,不宜单独采用Al2(SO4)3或PAC作为絮凝剂;当温度为4～10 ℃、初始浊度小于10NTU时,如果只投加Al2(SO4)3或PAC作为絮凝剂,宜用细砂滤料过滤;低温低浊条件下,无机混凝剂形成的絮体粒径小、结构松散脆弱、有效质量密度低、沉速慢,但表征絮体分形特性的分维值较高.②CP作絮凝剂能显著改善低温低浊水的絮凝效果与过滤性能,但混合强度需增大,宜用粗砂滤料过滤;③单独用CP作絮凝剂时,宜投加分子量较低的弱阳性聚合物或投加低剂量较高分子量的强阳性聚合物;CP用作助凝剂时,能显著减少主混凝剂用量,但宜投加强阳性聚合物或增加弱阳性聚合物的剂量.④CP兼备电性中和与吸附架桥絮凝作用,能形成粒径较大、吸附性能与过滤性能良好的网状絮体构型,其有效质量密度高,产生的污泥量少,污泥沉降速度快,脱水效果好,但分维值低.⑤各种水处理药剂的处理效果为:Al2(SO4)3(或PAC) CP＞CP＞PAC＞Al2(SO4)3,这种差别由絮体的形态学特性与构型特征各异引起.     

絮团粘性分维数的概念及其分析模型

水处理中的絮团具有复杂的形态结构,分维数是描述这种结构的有力工具。通过分析固液体系的粘度与絮团分维数之间的关系,提出了絮团粘性分维数的新概念及粘性分维数测定的数学物理模型,并进行了实验验证。与常用的质量分维数、边界分维数、面积分维数、体积分维数、表面积分维数等相比,絮团的粘性分维数及其测定模型具有易于测量、可同时表征不同类型絮团、可定量分析絮凝产品组成等特点,从而为絮团形态结构的定性及定量研究开辟了新的途径。     

沂沭断裂带(山东段)断层系统分维几何学特征

地表的断裂分布具有复杂的几何结构,分形几何学是定量研究断裂复杂性和破碎性的一种数学方法.本文应用分维几何学的方法,在比例尺为1:50万的山东省构造体系图上,对沂沭断裂带(山东段)(以下简称沂沭带)断层系统进行了分段解析、计算,并得到了各段的分维值.沂沭带全带断层的分维值为1.34,南段分维值为1.29,北段分维值为1.41,结果表明,分维可以表征断层的不均匀性、不规则性和复杂性等.与沂沭带地震活动南高北低情况对比认为,断层系统分维低的地区地震活动性可能较高.     

基于吸附质-分子探针的新型交联壳聚糖的吸附特性

研究了CCTS对低浓度游离酸的吸附特性,基于吸附质-分子探针电位法,考察了吸附剂活性中心数目、游离酸种类和温度对吸附行为的影响。结果表明,在30℃时,CCTS吸附游离酸的过程,遵循单分子层机理进行吸附。吸附剂―吸附质相互作用能U制约表观吸附速率常数K,K、U大小分别为2.519×10-2,4.084×10-2,9.398×10-2L/min和7.264,7.420,7.926 kJ/mol,两者存在线性相关性,呈逐渐增大趋势。K、U大小随着活性中心数目G的增加而增大。CCTS吸附游离酸为吸热过程,吸附表观活化能Ea为33.98 kJ/mol。3种类型游离酸K、U的大小顺序为:HClO4>HNO3>H2SO4,吸附分维数Dw分别为1.384、1.567、1.911,Dw值越大,导致表观吸附速率常数降低。     

含水率和粒度分形分布对铀尾矿库覆土层氡析出规律的影响研究

为了探究覆土层含水率和粒度分形分布对氡析出规律的影响,制备不同粒度分维值和含水率的覆土试样进行氡析出试验.根据氡产生的机理,设计一套氡测量装置并用局部静态法以测定相应覆土层表面的氡析出率.采用相关分析方法研究覆土层氡析出规律与含水率和分维值的关系,构建氡析出率与含水率和分维值之间的分段线性函数.结果表明:在相同含水率、不同粒度分形分布时,氡析出率随分维值增大而减小,并且当分维值增加到一定值时,氡析出率开始趋于稳定;在相同粒度分形分布、不同含水率时,氡析出率先是随着含水率增大而增大,但是当含水率增加到一定值时,氡析出率却开始减小.氡析出率会受到含水率和粒度分形分布的综合影响.     

基于GIS和分形理论的城市蔓延度研究——以马鞍山市为例

在快速城市化过程中,城市不断扩张而产生的蔓延现象与土地可持续发展紧密相关,合理控制城市蔓延度可以节约资源,促进城市内涵式发展。根据蔓延度内部机理和分形理论构建蔓延测度指标体系,采用GIS方法,通过分维数、空间稳定性等指数,以马鞍山市为例分析研究区城市蔓延度特征和时空差异。研究表明:(1)分形理论适用于城市蔓延度的定量研究;(2)从时间维度看,研究区内部不同区域间的蔓延趋势总体相似,但蔓延程度有所差异;(3)从空间维度看,蔓延度与分维数、建设用地破碎度呈正相关,与空间稳定性指数呈负相关。马鞍山市城市蔓延的机制是土地导向,经济发展是抑制过度蔓延的动力。     

分形理论在三峡水库汛期洪水分期中的应用

水库分期汛限水位控制能在不增加新的防洪风险条件下提高水库的兴利效益,汛期洪水的划分则是分期汛限水位控制的前提.介绍了分形理论及容量维数的计算方法,以三峡水库宜昌站为例,利用传统统计学法和动态分维数法,确定了洪水分期数目,并计算了各分期的容量维数,从而最终确定三峡水库的洪水分期.结果显示,用分形方法划分的三峡水库的汛期洪水和传统研究分期基本一致,但分形理论计算较为客观,进一步表明分形理论在洪水分期中是可行的,值得深入探讨和应用.     

土地利用类型的分维值和稳定性指数空间变异分析

土地利用类型是一种在自然和人类活动双重作用下的产物,具有不规则、相对不稳定性和复杂性特征,可以利用分形方法进行探讨;分形理论在土地结构研究中的应用涉及土地利用类型分数维的计算、土地利用结构分形研究方法、土地利用结构及其动态变化的分形描述、区域景观结构的分形模型等方面;但土地利用类型的分形机制的空间差异研究少见报道。综合考虑广东省的自然地理环境和社会经济发展状况,文章选择韶关、潮州、汕头、广州作为不同类型区域的代表,基于分形理论计算了耕地、园地、林地、草地、居民点及工矿用地、道路用地、水体和未利用土地8种地类分维值(D)和稳定性指数(Si)以及平均分维值和稳定性指数,从影响土地利用结构的地貌和人文因素两个方面出发,对比和分析了地域之间的D值、Si值的关系,并从中得到了D值和Si值的变化规律。结果表明:(1)复杂的地貌类型是影响土地利用类型D值和Si值的最主要因素;(2)社会经济发展水平一定程度上影响土地利用类型的分维值和稳定性指数;(3)区域土地利用类型的平均分维值、稳定性指数的大小是土地利用结构的综合反映。     

沿海景观复杂度与水体生态环境的相关性研究

沿海潮间带湿地是生态敏感区,依靠沿岸不同形态的景观地貌与潮汐水动力作用,维系着近海水域的自然过程与生态平衡。通过调查、收集国内典型海湾的水体生态环境状况资料,运用分形几何学的分维模型和形状指数等景观特征量化方法,结合最小二乘法原理和SPSS统计分析软件,研究海湾近海水域的景观结构与水体生态环境（如赤潮、底栖生物多样性）之间的相关性,建立了底栖生物多样性与沿海地貌复杂度指标间的综合模型。研究结果表明,沿海岸线的曲折度及空间格局的复杂度对近海水域生物多样性及水体净化功能起到重要作用,其中岸线分维数是关键影响因素。研究结果对今后量化调控与管理沿海围垦开发建设提供新的理论依据和设计参考。