燃煤飞灰粒径分布函数的分形特征及其对吸附性能的影响

应用分形几何原理,研究了飞灰颗粒的粒径分布特征及其粒径的分形分布函数,并将分形维数作为描述飞灰颗粒粒径分布的特征参数,从而建立了飞灰粒径分布特征及其与重金属吸附能力的量化关系.应用分形分布函数讨论了不同粒径分布的飞灰颗粒对燃煤烟道气中汞的自吸附脱除效应.利用粒径分布分维数可以定量研究不同粒径分布的飞灰颗粒系统中重金属污染物的吸附能力.     

不同染料化合物在颗粒活性炭上的分形吸附规律

研究了颗粒活性炭对6种染料的吸附特征,结果表明,它们的吸附等温线均符合Ffendlich方程;由此计算出颗粒活性炭的表面分形维数均处于2到3之间．不同染料吸附时计算出的分形维数不同,吸附染料过程是在分形表面上发生的反应．吸附动力学过程分为快速吸附和慢吸附两个阶段,而且溶液中剩余染料的浓度变化动力学符合方程：Cout∝t^-α,表明该过程具有类分形动力学特征;并由指数α计算上述动力学反应的分形维数D．在实验的温度范围内,6种染料的吸附量和速度均随着温度的升高而增加;绿色染料吸附时的类分形动力学参数指数α和分形维数D也随之升高,而其它染料不呈现类似的规律．     

不同土地利用方式下土壤粒径分布的分维特征

西安市临潼区杏园、桑园和农田土壤粒径分布的体积分形维数分析结果表明:(1)杏园和农田土壤颗粒的体积分形维数与＜0.002 mm和0.002～0.05 mm颗粒含量呈极显著正相关关系,与0.05～0.1 mm、0.1～0.25 mm颗粒含量呈极显著负相关关系,与0.25～0.5 mm颗粒含量不相关.桑园土壤颗粒的体积分形维数与＜0.002 mm和0 002～0.05 mm颗粒含量呈极显著正相关关系,与0.05～0.1 mm、0.1～0.25 mm和0.25～0.5 mm颗粒含量不相关.(2)桑园和杏园土壤颗粒体积分形维数与土壤有机质含量和pH值复相关达显著水平,而农田土壤颗粒体积分形维数与土壤有机质含量和pH值复相关不显著.     

西北典型荒漠植物红砂生物量及根系形态特征对降水格局的响应

红砂(Corispermum candelabrum)是一种广泛分布于荒漠生态系统中的典型沙生植物。以红砂为研究对象,利用塑料遮雨棚,人工模拟不同降水格局(降水量不变,W;降水减少30%,W1-;降水减少60%;W2-;降水增加30%;W1+;降水增加60%,W2+),研究红砂生物量及根系形态的变化特征。结果表明,(1)红砂地上和地下生物量均表现为:降水增加CK降水减少,其中地上生物量差异达显著(P0.05)。对于降水增加处理,红砂不同器官生物量大致表现为茎叶花;对于降水减少处理,不同器官生物量大致表现为叶茎花。不同降水处理下根冠比差异均不显著(P0.05)。(2)不同土层根重和根长密度基本表现为降水增加对照降水减少;根重和根长密度均随着土层深度的增加而逐渐减小,在40～50cm土层根重和根长密度较低。(3)降水对红砂根系形态特征具有显著的影响,其中降水增加(W1+、W2+)增加了根平均直径、根总长、总表面积、比根长;降水减少(W1-、W2-)降低了根平均直径、根总长、总表面积、比根长。比根长和比表面积则呈现出相反的变化趋势。(4)随着降水的增加,根系分形维数逐渐增加,其中降水增加显著增加了根系分形维数(P0.05),降水减少显著降低了根系分形维数(P0.05);根系丰度呈相反的变化趋势,并且红砂根系分形维数和分形丰度间均存在极显著负相关关系(P0.01)。(5)红砂根系形态特征排序分析表明,降水增加根系形态特征主要分布在排序轴的左侧,具有较高的生物量以及较低的比根长和比表面积;而降水减少位于排序轴的右侧具有相反的特征,其形态特征与比根长和比表面积具有较强的负相关,说明红砂根系具有较强的形态可塑性。     

中国土壤颗粒组成的分形特征研究

以土壤颗粒组成数据为基础,分析了我国土壤颗粒组成的分形维数。结果表明,不同质地的分形维数存在一定的差异,分形维数随土壤质地的变细而增大;由北至南、由西向东和由西南至东北,我国主要地带性土壤的分形维数逐渐递增;成土母质对土壤质地分形维数有很大影响,易风化母质上发育的土壤质地分形维数高于难风化母质上发育的土壤。     

洪涝灾害干扰下受损自然恢复林地土壤基本性状及分形维数特征

选取重大洪涝灾害干扰下受损自然恢复3种不同林地(毛竹林、杉木林、次生阔叶林)为研究对象,以未受损林地为对照,测定不同林型土壤基本性状指标(包括土壤颗粒组成在内的物理性质、主要养分含量),并运用分形理论计算了分形维数D值,探讨分形维数与土壤基本性状的相关关系.结果表明:(1)3种不同林型土壤均以粉粒含量占比最大,分形维数在2.58-2.70之间,0-10 cm土层分形维数表现为毛竹林杉木林次生阔叶林,受损自然恢复林地未受损林地,其中次生阔叶林的受损自然恢复林地与未受损林地差异显著.(2)毛竹林与次生阔叶林土壤容重表现为受损自然恢复林地显著大于未受损林地,土壤含水量、毛管持水量、非毛管孔隙度与总孔隙度则相反,受损自然恢复与未受损杉木林间土壤物理性质的差异较小;各林型土壤养分含量随土层深度的增加而降低,且受损自然恢复林地显著低于未受损林地,总体恢复状况表现为杉木林次生阔叶林毛竹林.(3)土壤分形维数与土壤黏粒含量、土壤容重存在显著正相关关系,与有机质、全氮、土壤含水量、毛管持水量、非毛管孔隙度及总毛管孔隙度存在显著负相关关系.因此,分形维数能够客观地表征土壤的结构特征以及土壤养分肥力特征;受损恢复林地土壤条件还未达到未受损林地的水平,对恢复状况较差的毛竹林,可以适当地进行人工植树造林,优化群落结构,进而改善土壤条件,促进灾害干扰下受损植被的恢复进程.     

PDMDAAC-阳离子膨润土的比表面积和吸蓝量的研究

以工业聚二甲基二烯丙基氯化铵和钠基膨润土为原料,采用水溶液吸附的方法和高温活化法合成阳离子膨润土复合材料,用次甲基蓝滴定法测定膨润土与阳离子膨润土的吸蓝量;用BET氮气吸附法测定比表面积,最后用阳离子膨润土处理染料废水．结果表明,与膨润土相比,阳离子膨润土的吸蓝量和比表面积有了不同程度的提高,随着吸附量的增加,吸蓝量和比表面积都增大,对废水的处理效果表明,阳离子膨润土的脱色率和COD的去除率都有较大的提高．     

退耕还湖后安庆沿江湿地土壤颗粒分形特征

以安庆沿江不同退耕还湖方式(白荡湖区,低坝高网式养鱼;菜子湖区,自然恢复湿地)和不同历史利用方式(水耕和旱耕)的湿地土壤为研究对象,分析退耕还湖后湿地土壤的颗粒分形特征变化。结果表明,退耕还湖后白荡湖区湿地土壤颗粒分形维数和<0.01 mm粒径颗粒含量降低,且历史水耕湿地土壤颗粒分形维数降幅小于历史旱耕湿地;菜子湖区湿地土壤颗粒分形维数和<0.01 mm粒径颗粒含量升高,且历史水耕湿地土壤颗粒分形维数增幅大于历史旱耕湿地。2个湖区湿地土壤颗粒分形维数与土壤细黏粒、粗黏粒和细粉粒含量呈显著正相关(P<0.01),与粗粉粒、细砂粒和粗砂粒含量呈显著负相关(P<0.01),与土壤有机质、全磷和有效氮含量呈显著正相关(P<0.05),土壤颗粒分形维数和土壤养分含量的聚类分析结果总体相似。土壤颗粒分形维数可作为评价退耕还湖后湿地生态恢复过程中土壤演变状况的重要参考指标。     

杉木人工林不同经营模式树冠的分形特征

对杉木纯林、杉木拟赤杨混交林、杉木观光木混交林的不同树种冠幅的分形维数进行计算和比较 .结果表明 :杉木观光木混交林中杉木种群冠幅分形维数 >杉木拟赤杨混交林中杉木种群冠幅分形维数 >杉木纯林冠幅分形维数 ;杉木观光木混交林中观光木种群冠幅分形维数 >杉木拟赤杨混交林中拟赤杨种群冠幅分形维数 .说明杉木混交林种间竞争小 ,而杉木种内竞争激烈 ,同时杉木同观光木之间的种间竞争小于杉木同拟赤杨之间的种间竞争 .图 4表 2参 16     

絮凝体的DLA分形模拟及其分形维数的计算方法

运用有限扩散凝聚(DLA)模型对絮凝体的成长过程进行了二维模拟.模拟絮凝体分别采用密度函数法、回转半径法、图像分析法进行分形维数计算,分形维数均随模拟絮凝体尺寸的增大而减小.三种计算方法的结果显示,密度函数法和回转半径法得到的分形维数基本相当,但图像分析法所得到的分形维数较小,约为密度函数法和回转半径法所得到的分形维数的0.8左右,其原因可能是图像分析过程中计算机对图像的识别误差所致.以DLA模型模拟得到的絮凝体内部的孔隙率随絮凝体尺寸的增大而增加.絮凝体中孔隙率的增加是絮凝体密度减小、结构松散的主要原因,也是絮凝体分形维数降低的主要因素.     

利用数字图像分析土壤表面裂隙的方向分布

利用二维数字图像方法研究了在土壤干燥过程中表面裂隙方向分布的演化状况。结果表明,随着干燥过程的持续,裂隙的长度、宽度、面积和分数维均趋于增加,但裂隙的方向分布则逐渐趋向均匀。     

Flocculation model of cohesive sediment using variable fractal dimension

A new flocculation model using variable fractal dimension is proposed and validated with several experimental data and an existing model. The proposed model consists of two processes: aggregation and breakup due to flow turbulence. For aggregation process, the aggregate structure is considered to have the characteristic of self-similarity, the main concept of fractal theory. Under this assumption, a variable fractal dimension instead of a fixed one adopted by previous studies is utilized here for general cohesive sediment transport. For breakup, similar concept is adopted in a more empirical manner because breakup is too abrupt to entirely apply the concept of variable fractal dimension. By a linear combination of the formulations for aggregation and breakup processes, a flocculation model which can describe the temporal evolution of floc size is obtained. Flocculation model using variable fractal dimension is capable of predicting equilibrium floc size when compared with several experimental data sets using different types of mud provided that empirical coefficients are calibrated. Through model-data comparison with Manning and Dyer (Marine Geology 160:147–170, 1999), it is also clear that some of the empirical coefficients may depend on sediment concentration. Model results for the temporal evolution of floc size are less satisfactory, despite model results shows a more smooth “S-curve” for the temporal evolution of floc size as compared with the previous model using fixed fractal dimension. The proposed model is limited to mono-size of primary particle and dilute flow condition. These other features shall be investigated as future work.     

内蒙古皇甫川五分地沟小流域土地覆盖空间格局特征及其持续性分析

基于1979、1987和2002年3个时期的土地覆盖类型图,从斑块面积、形状、空间关系3方面着手,利用斑块面积百分比、面积变异系数、分维数3个景观格局指数对内蒙古皇甫川五分地沟小流域的土地覆盖格局及变化特征进行研究;并以流域为尺度,测算土地覆盖破碎度、多样性指数、分维数、合理性指数4个指标随时间变化的持续性。结果表明:研究区土地覆盖现状呈现各类型相对较均衡的镶嵌状分布格局,土地覆盖类型较稳定,斑块形状较简单,受人类干扰较大。土地覆盖特征指数的持续性分析结果与对应的指标分析结果相吻合。     

内蒙古皇甫川五分地沟小流域土地覆盖空间格局特征及其持续性分析

基于1979、1987和2002年3个时期的土地覆盖类型图，从斑块面积、形状、空间关系3方面着手。利用斑块面积百分比、面积变异系数、分维数3个景观格局指数对内蒙古皇甫川五分地沟小流域的土地覆盖格局及变化特征进行研究；并以流域为尺度，测算土地覆盖破碎度、多样性指数、分维数、合理性指数4个指标随时间变化的持续性。结果表明：研究区土地覆盖现状呈现各类型相对较均衡的镶嵌状分布格局，土地覆盖类型较稳定，斑块形状较简单，受人类干扰较大。土地覆盖特征指数的持续性分析结果与对应的指标分析结果相吻合。     

包气带不同深度土壤对甲苯和三氯乙烯的吸附研究

采用批实验研究了华北平原地下水中检出率较高的三氯乙烯和甲苯在沿污水河包气带不同深度土壤中的吸附情况。从3个地点分析结果来看,其中有机碳（OC）的质量分数均较低（最高为1.01%）。在河床和近河处土壤对甲苯和三氯乙烯的吸附总体上呈现出浅部土壤吸附性强的特点。在实验浓度范围内,土壤中无机矿物对有机污染物（特别是三氯乙烯）的表面吸附扮演了重要角色。土壤对甲苯的吸附表现出了强烈的非线性,而对三氯乙烯的吸附表现出了良好的线性关系。甲苯的吸附与土壤有机碳质量分数的关系要比三氯乙烯更密切,这说明了吸附作用过程与有机化合物的分子结构、疏水性等方面的性质也有关系。     

The fractal branching of an arborescent sponge

The fractal properties of specimens of a planar branching sponge Raspailia inaequalis (Porifera, Demospongiae) were determined by analysing digitised photographs. The specimens, collected from a single site in northeastern New Zealand, had a wide range of morphology. Three different fractal methods were used: box counting; a method that gives the scaling of branch length with distance from the base of the fan; and an allometric analysis of the dependence of frontal area on specimen size. All three approaches gave a similar value for the fractal dimension. The conjecture that the specimens have a fractal branching structure is consistent with the results of a Horton analysis of their branching pattern. There is a significant relationship between fractal dimension and number of fingers, which implies that a simple count of the number of fingers is as useful for discriminating between individuals as the more complex fractal analysis. Using this relation, sponges from a site with less water movement are inferred to have a lower fractal dimension. This result is in agreement with the predictions of the Kaandorp model of sponge growth. Received: 13 March 2000 / Accepted: 11 October 2000     

基于RS与GIS的武汉城市湖泊演化研究

以武汉市主城区为例,利用1995和2005年Landsat5两期TM影像与2000和2010年Landset7两期ETM＋影像的解译结果,基于景观分形理论与GIS的空间分析功能相结合的研究方法,分别构建湖泊变化强度指数和湖泊分形维数变化指数。从湖泊面积变化和湖泊形态变化,以及湖泊水域和其他土地利用类型的转移变化特点与影响进行综合分析。来丰富湖泊演化的分析方法,并总结高速城市化背景下湖泊的变化规律,从而更深入地了解和认识人类活动因素与湖泊水域动态变化之间的响应关系,同时提出若干城市湖泊治理与管理的方式。研究结果表明,（1）15年间的湖泊水域面积总量的变化呈现萎缩的趋势,年变化量在逐渐减小,湖泊萎缩的速度得到了一定的控制。（2）1995-2010年湖泊分形维数也呈逐期较小趋势,说明湖泊几何形状趋于简单化,人为活动对湖泊的影响加大。（3）15年来主城区28个主要湖泊的变化强度指数均为负值,呈萎缩趋势。但从2000年开始,少数湖泊变化强度指数为正值,萎缩趋势得到初步的控制。（4）1995-2010年间湖泊的水域面积主要转移成为建设用地和耕地。其转移面积占转移总面积的87．02％。围湖造田和城市化率的迅速提高对城市湖泊的演化影响深刻。（5）城市化背景下湖泊面积与形态变化的规律并非完全与城市化发展速率呈正比的关系,当城市化率上升到一定的阶段后,城市内部对生态环境的保护与要求也不断提高。为改善城市环境和城市内部的生态用地,湖泊应得到立法等强制性保护。     

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。