分形理论在混凝研究中的应用

针对絮凝体的形成具有自相似性和标度不变性分形特征,将分形理论应用于混凝领域,从絮凝体结构模型、分形结构模式以及分维的研究方法三个方面对混凝研究进行了论述,从而为混凝的研究提供了新的工具.     

基于分形维数权重的南水北调东线源头水质评价研究

水质评价问题的实质是对水质现状和各评价因素间的函数关系的逼近,是一种复杂的非线性问题.针对水质评价指标之间的非线性关系,提出了基于分形维数权重的水质评价方法.为有效地评估南水北调东线源头的水质现状,首先选取影响水质评价的7个主要因素,根据标准等级水体分类标准,采用在等级标准中随机内插的方法,得到50个标准等级样本,并根据样本综合评估值与经验等级之间的关系建立分形插值评价模型;最后,以长江江都市芒稻河断面2001—2008年的年平均水质监测数据为例对模型进行验证.结果表明,该方法可以通过分段函数得到每个样本的具体得分值,因而具有较高的分类精度,为水质评价提供了一种较好的新方法.     

分形维数在城市排水管网规划中的应用

城镇体系空间结构是城镇体系的重要特征之一,对其的定量研究对城市规划具有重要意义.以分形理论为基础,采用集聚维数研究了东莞市各镇区体系的空间相关性.结果表明:镇区之间的集聚程度不大,其大小与经济发展状况和地理位置有较好的对应关系.通过对几个镇区排水管网的长度-半径维数的测算,揭示出镇区排水管网也具有分形特征.综合分析镇区排水管网的规模指标数值可发现规划中存在的问题,并提出如下调整措施:①对于排水管网分形维数较好,规模指标欠佳的镇区,应加快排水管网的规模建设;②对于排水管网规模指标较好,而分形维数较差的镇区,应优化排水管网的平面布置规划;③对于排水管网分形维数及规模指标均欠佳的镇区,需要从排水管网的平面布置规划和建设规模两方面进行优化和调整.      

基于分形维数的长汀县土地利用动态变化

以福建省长汀县为研究区域,基于遥感和GIS技术的支持,对研究区2000年、2009年、2016年的土地利用结构及分形动态进行分析。研究表明：经过多年的治理工作,长汀县的土地覆被情况有了很大的改善,林地面积不断增加,裸地面积持续减少。各土地利用斑块形态具有明显的分形特征,2000?—?2009年,耕地、建设用地分维值呈增加趋势,空间形态趋于不规则;林地、裸地和水域分维值减少,空间形态趋于规则。2009?—?2016年,耕地、裸地和水域斑块分维值呈上升趋势,空间形态趋于不规则;而林地和建设用地斑块分维值趋于下降,空间形态趋于规则。总体上土地利用分维值仍有增大的趋向,土地斑块的稳定度趋于下降。土地利用的复杂性和稳定性受到人为因素影响强烈,合理协调人地关系,避免治理成效出现反复,仍然是水土流失区治理的关键。     

1990年以来我国大陆海岸线变迁及分形维数研究

选取1990年以来的9期的遥感影像共计371景,提取大陆海岸线数据,分析了海岸线长度历年变迁规律及分形维数的变化,得出以下结论:(1)近22 a来,我国大陆海岸线长度基本保持增长趋势;(2)自然岸线和河口岸线长度处于减少趋势,而人工岸线长度处于增加趋势,其增长速度大于自然岸线和河口岸线减少速度之和;(3)我国海岸线的分形维数呈直线增长趋势,其变化趋势与海岸线长度变化一致。     

外电流对生物膜空隙率和分形维数分布的影响

采用微切片结合图象分析技术研究外电流(≤25 A/m²)对自养、异养/自养生物膜空隙率和分形维数的影响.结果表明,当没有电流作用时,自养、异养/自养生物膜的空隙率分别由最外层的大约92%和96%减少到最内层的54%左右;分形维数分别由1.1和1.05逐渐增大到最内层的1.4左右.随着通过反应器的电流密度增大,2种生物膜的最外层空隙率均略有下降,分形维数略有增大,而在生物膜内层,空隙率和分形维数受电流影响均不太明显.     

排水管网规划评价指标体系构建及分形维数应用

针对截流合流制排水管网规划指标体系的构建问题,分别从排水管网的规模、结构、服务质量、经济效益等方面,构建了反映排水管网规划特征、涵盖15个指标的评价体系框架,确定了各评价指标的定义和量化方法. 评价指标定量计算所需要的基础数据,易于在排水管网规划阶段获取,使评价具有较强的可操作性. 在排水管网规划评价指标体系中引入了新的评价指标——排水管网分形维数,用以描述管网的空间分布特征,并采用计盒法计算了排水管网分形维数,经验证,计算结果与实际情况较接近.      

混凝絮凝体的分形与沉降特性实验研究

在混凝絮凝体的分形与沉降特性实验研究中,通过自行设计的絮凝体混凝、沉降、观测功能的一体装置,求出了在不同混凝工况下所形成混凝絮凝体的分形维数和沉降速度,并分析了相应的变化趋势和原因。     

混凝机理物理模型中混合剪切阶段的研究

在总结絮凝剪切理论和实验研究的基础上,从亚微观的角度上,提出了混凝过程的物理模型,该模型从理论上强调了絮凝剪切碰撞的有效性和结合了分形维数评价混凝效果及过程。该模型指出:只有胶体颗粒与充分分散的药剂充分接触,才有可能充分地形成微絮体,也才有可能充分地或高效地(短时间内)形成大絮体。也就是说充分地混合剪切,才有高质量的凝聚,才可能有高效地絮凝。我们强调这种混合剪切是指在一定的流体力作用下颗粒与药剂的充分分散和接触。无机絮凝剂从添加到分散,到与颗粒发生接触作用,到脱稳颗粒形成微絮体乃至以后的大絮体,它在一定的弱搅拌强度下需要一定的时间;添加有机絮凝剂时则需要较强的搅拌强度。试验也证明:在上述条件下,其混凝沉降效果大大优于传统的混凝沉降效果。     

活性污泥絮体粒径分布与分形维数的影响因素

絮体粒径分布和分形维数是活性污泥的重要参数.应用激光粒度仪测量了好氧活性污泥絮体在絮凝过程的粒径分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta电位对絮体粒径分布的影响.结果表明,絮体平均粒径与速度梯度显著负相关(R2>0.80),与Kolmogorov尺度数量级基本相当,其间差异性与污泥VSS/SS、絮体强度等有关;相同的速度梯度下,絮体平均粒径与VSS/SS或EPS含量显著正相关(R2>0.85),与Zeta电位负相关.有机质和EPS在活性污泥絮凝中作用明显,会增强絮体强度,提升絮凝效果;EPS中蛋白质比多糖对絮凝的促进作用更明显.基于显微图像分析方法,得到了好氧活性污泥絮体二维分形维数为1.28~1.72,三维分形维数为1.70~2.69.絮体分形维数随VSS/SS或EPS含量的增加而减小;对于相同的活性污泥,絮体三维分形维数随粒径增大而减小,符合幂函数关系式.     

Fractal characteristics of filamentous bacteria in activated sludge and its significance

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｉｎｍａｎｙｃｏｕｎｔｒｉｅｓｈａｖｅａｎａｌｙｚｅｄｍａｓｓｉｖｅｌｙｆｏｒｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｂｕｌｋｉｎｇｏｆａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ,ｐａｒｔｉ?..     

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.     

基于分形理论的6A02铝合金腐蚀损伤评估

铝合金在环境中会被腐蚀,对其使用寿命造成影响。基于数字处理技术,利用分形理论对腐蚀试件表面图像进行处理,得到了腐蚀试件表面孔蚀率。涉及的方法具有一定的操作性和工程价值。     

基于分形理论的农村居民点空间特征研究——以北京市平谷区为例

空间结构与空间形态相互联系、相互作用,共同构成农村居民点空间特征,对二者的综合分析可更好地考察农村居民点用地布局特点。基于分形理论,在总体与部分两个层次上对2004-2012年北京市平谷区农村居民点空间结构与形态特征及其动态变化进行综合分析,并提出空间结构合理优化及空间形态稳定性提高相关对策。研究表明,平谷区农村居民点空间结构和形态分形特征显著。全区尺度上,聚集维数、关联维数随时间变化而减小,形态维数值持续增大,农村居民点空间结构呈聚集发展态势,空间结构自组织不断优化,但形状特征日趋复杂,稳定性降低;分乡镇尺度上,部分乡镇存在空间结构松散、关联性较弱等问题。未来需加强交通等基础设施建设,增强居民点体系内各要素关联度,促进空间结构优化;并科学编制乡村土地利用规划,降低土地利用空间发展的随意性。研究可为优化农村居民点布局,科学指导农村居民点用地调整提供参考。     

天然有机物对混凝效果影响机制及絮体特性分析

混凝是降低水体中天然有机物浓度的有效手段.本研究旨在了解天然有机物的存在对混凝效果及絮体特性产生的影响.实验以PACl25作为混凝剂来模拟含有一定量天然有机物的典型代表物质腐殖酸或柠檬酸配水的水处理混凝过程.分析了混凝过程中这两种有机物的存在对絮体颗粒大小、分形维数、Zeta电位和水中剩余铝浓度的影响.结果表明,在一定浓度范围内,随着溶液中腐殖酸、柠檬酸浓度的增加,絮体颗粒的大小及其成长速率、Zeta电位以及分形维数均呈现出下降的趋势(腐殖酸质量浓度从0 mg·L-1增加到10 mg·L-1、柠檬酸浓度从0μmol·L-1增加到7μmol·L-1,破碎前絮体大小分别降低34.2%、53.1%;絮体Zeta电位从10 mV左右分别下降到-10 mV及-2.5 mV左右;絮体成长速率分别下降了42.6%、77.5%;分形维数分别降低了0.08和0.094),表明有机物占据了微絮体表面从而导致絮体活性及致密性的降低;而在此有机物浓度范围内溶液中剩余铝的浓度却不因絮凝能力的下降而变化.     

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。     

地下水流数值模拟中可视化设计与科学计算研究

本文介绍了地下水流数值模拟中进行可视化程序设计与科学计算的一种方法，通过VC与Fortran混合编程理论上的分析及实例计算，论证了应用DLL技术进行数值模拟可视化设计与科学计算实现的可行性，这将为地下水流数值模拟系统软件设计提供依据。     

一维非稳态河流水质模型的一种数值解法

根据实际情况需要，讨论了一维河流在非稳态条件下难于解析法求解时的一种数值法－隐式差分法，在此基础上，为了对实际工作中相应河流模式计算提供借鉴和参考。应用微机对这种方法进行了模拟计算和结果分析。