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。     

人为干扰强度对村级景观结构特征的影响

以研究点与村落中心间的距离作为人为干扰强度的划分指标,把村落按重度人为干扰、中度人为干扰和轻度人为干扰3个等级分为中心区、过渡区和基质区,分析不同人为干扰强度与村级景观特征的相互关系,结果表明：随着人为干扰强度的增强,多样性指数、相对丰富度指数和均匀度指数均相应增大,在中度人为干扰强度区,上述3种指数均最大,但优势度指数最小。随着干扰强度的增强,与人们生活密切相关的景观类型的分形维数减小,斑块的相似性增强。     

基于GIS的安徽省土壤空间分布的分形特征研究

分维数和稳定性指数是土壤空间分布的重要指数。通过建立安徽省土壤的空间数据库,运用分形理论,获得安徽省土壤类型周长与面积的关系,进而计算出各类土属在空间上的分维数和稳定性指数大小,得出如下结论:①安徽省土壤图斑的周长与面积之间存在双对数函数关系,相关性系数大部分在0.9以上,证明了安徽省土壤空间分形的客观存在。②安徽省各类土壤空间分维数大小在1.1375—1.9948之间,平均值为1.6138,最大的是泥质岩砾质土,最小的是脱青湖泥田。分维数在空间分布上存在差异,总的趋势是从西北向东南逐渐变大。③各种土属的稳定性指数在1.0252—0.0124之间,平均值约为0.2324,最大的是湿潮土,最小的是砂礓黄土。     

基于MDE和分形优化SVM的周期来压预测

为了解决周期来压的预测问题,首先对已知支架周期来压荷载曲线使用多重差异进化算法(MDE)进行拟合,将每重拟合形成的单一正弦曲线与上次差余曲线(Ei)再作差余曲线(Ei+1)。将这些Ei图通过分形几何的盒子法计算维度和相关系数(r)。将每条Ei的维度、r和支架相对距离(L)作为输入值,对应的Ei的周期Ti、缩放系数Si和纵移系数Di作为目标值,使用支持向量机(SVM)进行训练。通过对维度和r规律的研究得到拟设置支架处荷载各Ei的维度和r,带入训练后的SVM模拟得到Ei的Ti、Si和Di,进而得到Ei的表达式。将上述Ei求和即为所求拟设置支架处的周期来压荷载。实例分析说明,该种方法预测结果可以大体反映支架周期来压的基本形式和变化规律。     

微絮凝对腐殖酸超滤过程膜污染的减缓特性

以硫酸铝[Al_2(SO_4)_3·18H_2O]为絮凝剂,腐殖酸(humic acid,HA)和高岭土(Kaolin)水溶液为原水,研究微絮凝过程产生的不同絮体形态,对自制聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜过滤过程的影响.主要考察了微絮凝过程中絮体的特性(粒径大小及分布,分形维数)以及不同条件下形成的絮体形态对膜通量的影响,利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对污染膜的表面形貌进行表征,并测定了PVDF膜与有机污染物之间黏附力大小,来解析不同絮体形态对超滤膜的膜污染影响机制.结果表明,Al~(3+)以电性中和作用水解去除有机物,随着絮凝剂投加量的增加,絮体粒径不断增大,絮体的分形维数减小.膜通量衰减速率与絮体的粒径呈负相关,絮体粒径越大,膜通量衰减速率越小,超滤过程中形成的滤饼层越疏松,同时,较小分形维数的絮体引起的膜污染较轻,其膜通量恢复率也较高.PVDF-有机污染物之间的相互作用力大小与运行初期相应污染膜通量衰减速率呈正相关.当Al~(3+)投加量为5 mg·L~(-1),初始pH=7时,HA去除率为96.7%,膜通量衰减最小,通量恢复率达到88%.     

土壤优先流的理论研究和试验分析

在活动流场模型的基础上建立了新的溶质运移控制方程,研究了流场分形特征参数的计算方法;采用4组染色示踪试验资料,分析了活动流场模型模拟土壤水流运动和溶质运移宏观非均匀特征的适用性.模拟分析表明,活动流场模型能较准确地捕捉到土壤中的优先流特别是不稳定流的宏观运动特征;土壤存在大孔隙结构的情况下,水流和溶质将更快的迁移到深层土壤,活动流场模型模拟计算的入渗深度偏小,但大于连续性模型的模拟计算结果;当土壤中的大孔隙结构较少时,活动流场模型模拟预测的土壤含水率分布和溶质浓度分布与实测结果比较一致.     

A~2/O工艺中好氧污泥絮体的分形结构与理化特征分析

采用图像法和沉降柱法分别研究了A2/O工艺中好氧污泥絮体的形貌、粒度分布、低维分形维数和沉降速率、有效密度、空隙率以及质量分形维数,并尝试探讨了上述相关性质与这些污泥宏观操作性质(沉降、压缩、脱水和稳定性)相关的各种理化指标以及胞外高分子物质(EPS)的含量之间的变化关系.结果表明,污泥絮体呈现不规则的形貌,表面具有空隙.其有效密度一般随着其粒径的增加而降低,而空隙率和沉降速率却呈现与有效密度相反的变化趋势,这些均表明了污泥絮体的分形结构的存在.2次所采集的污泥絮体的中位直径分别为248.81、332.86μm,有效密度的平均值分别为0.0040、0.0072g·cm-3,自由沉降速率的平均值分别为2.67、4.79mm·s-1,空隙率的平均值分别为0.94、0.89,一维分形维数分别为1.03、1.19,二维分形维数分别为1.64、1.84,采用基于Logan经验公式的有效密度-最大直径的双对数关系确定的质量分形维数分别为1.74、2.29.尽管第2次所采集的污泥絮体较为密实,但其表面粗糙程度却比第1次的低.此外,研究中发现絮凝能力较高或负电荷较高的A2/O好氧污泥絮体具有高的SVI和ZSV值;分形维数较低...     

砒砂岩区不同留茬高度及坡向下沙棘根系分形特征

为提高内蒙古砒砂岩区沙棘(Hippophae rhamnoides)人工林根系的生长能力,对东(E)、南(S)、西(W)、北(N)不同坡向沙棘植株进行了距地表0、10、15、20 cm(即a、b、c、d)留茬高度处理,而根系分形特征是植物根系构型应对环境异质性的表型可塑性,为反映沙棘根系对不同坡向不同留茬生长环境的适应...     

旱区盐湖盆地土壤重金属空间变异及对土壤理化因子的响应

为探明盐湖盆地土壤重金属铬(Cr)、汞(Hg)、砷(As)的分布特征及在其理化因素影响下呈现的分异规律,以内蒙吉兰泰盐湖盆地为研究区,采集土壤表层、50 cm、100 cm等不同土层深度150个样本,对Cr、Hg、As和土壤理化指标进行测试,以地统计学解析不同剖面土壤重金属空间变异特征及分布规律,运用多元统计和冗余分析法解释土壤中各土层重金属与土壤pH、TDS、TN、θ、土壤分形维数D等理化指标的赋存相关性。结果表明,土壤重金属Cr、Hg、As含量分别介于2.90-63.5、0.002-0.602、0.02-21.8 mg·kg^-1之间,变幅较大;Cr、Hg、As的内蒙古地区背景值均在各层最大值和最小值之间,存在Cr、Hg、As的超标点或局部超标区域;各层土壤的Cr、Hg、As含量均在国家土壤污染风险管控标准范围之内;各土层Cr、Hg和100 cm处As的空间分布特征具有强烈的空间自相关性,土壤母质、气候环境等自然因素是土壤Cr、Hg、As含量的主要影响因素;As在表层、50 cm层属中等程度的空间自相关,空间变异是自然因素和随机因素的协同作用驱动所致;各层土壤理...     

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.