太湖平原河网区城镇化发展与水系变化关系

选取太湖流域下游的武澄锡虞和阳澄淀泖水利片区为研究区,基于1980s和2010s两期水系和土地利用类型数据,利用全局自相关、局部自相关和地理加权回归模型等方法,分析河网密度空间变化特征,并探讨其与土地城镇化的关系。结果表明:近30年研究区河网密度下降幅度达11.3%,其中,一、二级支流密度分别下降18.1%和11.3%。城市及周边地区下降幅度最大;因淤积和填埋造成的区域河道衰退是河网密度下降的主要原因;土地城镇化速度与支流衰减长度呈指数关系,且存在区域差异;当土地城镇化速度达40%以上时,支流长度快速减少。此外,水网密布区域河网密度下降和衰退强度更大。因此,在城市建设过程中需要加大对水系的保护力度。     

土石混合体分形几何特征与强度演化特征

针对土石混合体的结构性特点,以含石量为20%、30%、40%、50%、60%的土石混合体为研究对象,基于多重分形原理研究多重分形特征,研究分形维数与强度之间的关系。研究表明,土石混合体具有双重分形特征,不同尺度条件下具有不同分形指标,包括块石粒度、土体粒度以及平均粒度等分形维数,与含石量相关。单轴压缩试验表明,抗压强度随含石量增加呈现先增大后减小的趋势,根据单维分形特征,确定最优含石量约为40%。建立了含石量、不同分形维数指标与抗压强度之间的关系,分析了双重因素综合影响下抗压强度的变化特征,确定了含石量与分形维数之间存在最优区域。     

钙质砂一维蠕变分形破碎特性宏微观试验研究

钙质砂是远洋地区港口、机场和民用建筑等构筑物的天然地基材料。通过钙质砂一维压缩蠕变试验和微观结构测试,发现了蠕变前后表面孔隙面积减小且呈分散分布的规律以及试验过程中试样瞬时变形、快速变形和衰减变形特征与粒径的高度相关性;利用基于分形理论改进的相对颗粒破碎率和质量分形维数描述了蠕变前后颗粒破碎程度,得到了分形维数和蠕变与时间的衰减形态曲线关系以及宏观质量分形维数和微观表面分形维数的线性关系,并在此基础上对单一粒径组钙质砂蠕变过程中的分形破碎行为进行了多尺度分析和宏微观跨尺度关联性研究,获得了蠕变过程中颗粒破碎发展以及微观孔隙变化规律,证明了钙质砂蠕变过程中的颗粒重组排列、破碎和研磨行为,揭示了钙质砂蠕变机制。     

松花江流域地表水系分形维及其影响因素分析

应用分形理论,以DEM数据为基础数据,给出了以ArcGIS 9.2为研究平台的分形雏数计算方法,并将该方法应用于松花江流域地表水系的研究.结果表明松花江流域地表水系均处于发育的壮年期,针对分形雏数影响因素的复杂性,探讨了松花江流域地表水系分形维数的影响因素,认为地貌、土壤、植被和降水量是分形维数的主要影响因素,且部分地区降水量的影响作用被地形作用所屏蔽,并讨论了线性拟合过程中无标度区间数据选择问题,认为选在栅格尺寸大小水平即可得到较好的结果.     

基于离散元模拟的巨厚煤层分层开采覆岩裂隙演化分形特征

为了定量评价西部矿区巨厚煤层分层开采过程中弱胶结覆岩采动裂隙网络的发育特征,通过分形几何理论和UDEC离散元数值模拟相结合的方法分析了采动覆岩裂隙的分形演化规律。研究结果表明:西部矿区巨厚煤层在分层开采条件下覆岩发育和扩展具有良好的自相似性,分形维数D在0.461~1.488之间;巨厚煤层在分层开采条件下覆岩裂隙分形演化规律可以划分为快速升维阶段、快速降维阶段、平稳稳维阶段、周期性变维阶段等4个阶段,各阶段分形维数D与开采次数分别满足对数关系、线性关系以及二次函数关系;巨厚煤层在分层开采条件下,分形维数D拟合曲线表现出了高度的相似性,具有一定的周期性,均呈幂函数关系。研究结果可以对西部矿区的安全开采和水资源的保护提供科学依据和技术参考。     

基于ArcGIS的DEM水系盒维数的计算

水系分形维数的计算与分析,有助于深入理解其与地貌发育、流域径流和侵蚀产沙等过程之间的关系。本文从分形维数的计算原理出发,结合目前最流行的GIS软件,提出了新的水系盒维数计算方法,并以安塞纸坊沟流域为例,说明该方法能较好地反映流域地貌特征。     

陆相页岩热演化过程中孔隙分形特征

分形维数可定量表征储层孔隙结构的复杂性,为页岩储层评价提供思路。以热模拟获得的不同热演化阶段的鄂尔多斯盆地长7段页岩为研究对象,应用场发射扫描电镜观察了各演化阶段孔隙变化特征,并通过低温液氮吸附实验,研究各个演化阶段页岩孔隙分形特征,运用FHH模型计算页岩孔隙分形维数,探讨了分形维数与有机碳、矿物成分、孔隙结构参数的关系。研究结果表明:低成熟阶段页岩中纳米级有机质孔发育有限,随着成熟度的增加,在有机质内部开始逐渐发育孔隙,同时黏土矿物颗粒间的有机质也开始分解,出现纳米级层间孔,主要发育墨水瓶状孔和少部分的平行板状孔;孔径峰值主要在2~4 nm和40~50 nm,随着成熟度增加,上述2个孔径段的孔隙相对数量增加,分形维数依次增大,分形维数为2.592~2.717,孔隙非均质性增强。分形维数随着有机碳含量的减少而增加,而与石英、黏土矿物含量相关性不明显;随着成熟度增加,微孔和中孔比例增加,平均孔径减小,孔隙表面越复杂,比表面积和分形维数增加;分形维数与总孔隙体积、微孔体积、中孔体积具有很好的正相关性,而与大孔体积相关性较差。      

隧道超欠挖断面轮廓分形特征

对于极不规则的隧道围岩超欠挖轮廓,分形几何无疑是一个新思路。在测量数据的基础上,应用分形几何来定量描述围岩超欠挖轮廓线,表明隧道各类围岩的超欠挖曲线具有自相似性。在此基础上,进一步分析了各类围岩超欠挖曲线的分形维数与围岩类别之间的关系。研究表明,隧道围岩超欠挖曲线分形维数能较为直观地反映围岩类别,但其并不随着围岩类别的变化而呈线性变化;对于洞径一定的隧道,围岩超欠挖曲线的分形维数更能反映岩体结构和洞轴线之间的关系,这为准确预测掌子面前方围岩超欠挖情况奠定了理论基础。     

基于GIS技术的秦淮河流域水系分维研究

流域水系是一种自然分形,基于GIS技术在MapInfo和MapBasic平台下,采用编程手段,通过改变粗视化程度求维数的数盒子法求取了秦淮河流域水系的盒维数,并在此基础上讨论了水系分维的意义。指出水系的分维不仅反映了该流域水系的发育程度,而且和流域的地貌系统、土地利用以及道路网都有着密切的关系。     

常规砂岩与砂砾岩分形特征对比及成因分析:以乌石凹陷X构造流沙港组为例

基于常规物性、铸体薄片、高压压汞等实验分析资料,运用分形理论研究乌石凹陷X油田始新统流沙港组常规砂岩与砂砾岩储层分形特征,分析分形曲线特征,分形维数及其与储层物性、孔隙结构参数之间的关系,评价分形维数对不同类型砂岩储渗能力表征的有效性.结果表明:相比常规砂岩,砂砾岩高压压汞分形曲线呈现分段特征,指示发育大孔、小孔、微孔...     

丹江口水库库区及周边地区河网形态、地貌特征及构造活动性意义

河流作为构造-气候相互作用最为敏感的地貌单元,记录了丰富的水系演化、构造变形以及气候变化等信息。通过研究河流的形成与演化过程来阐述区域地貌和构造活动特征是构造地貌研究的一个突破点,河流形态的空间变化是阐述河流形成与演化特征最为直观有效的方法。丹江口水库库区地貌特征复杂、地质灾害频发、差异性构造活动较为强烈,是开展构造地貌研究的理想场所。通过对丹江口水库库区及周边地区河流形态特征、地貌特征及构造活动特征等进行综合分析发现,河网分维值空间特征与区域内构造活动性较强的断裂的空间分布高度吻合,构造活动性较强的断裂带及周边地区,河网受到构造活动的影响,发育不成熟,河网分维值出现低值,分维值均小于1.115;构造活动性较弱的断裂带及周边地区,河网发育过程中未受到构造活动的影响,发育较成熟,河网分维值高,分维值均大于1.25;而河网分维值空间变化与地形坡度、平均高程等地貌参数相关性不显著。因此,区域构造活动性特征是河网形态空间变化控制的关键因素。利用河网形态的分维特征量化区域构造活动的强弱及各区域构造活动的差异,对于河流的形成与演化、构造活动性及预测地质灾害的发生等方面的研究都有一定的参考价值。      

基于ASTER的喀斯特流域地表水系自动提取研究——以贵州省为例

根据喀斯特流域孤峰和峰林在ASTER影像上表现为色调深浅不一的“桔皮状”和“花生壳状”图形,河流和湖泊色调较深,湿地和干谷色调相对较浅等影像特征,对贵州省内32个典型的喀斯特流域进行数字高程和地表水系提取。结果表明,利用ASTER影像提取喀斯特地表水系简便快捷、准确率高。与从1: 25万水文地质图提取的水系进行对比, ASTER所提取的水系其流域面积最大的相对误差为4. 5892% ,主河道长度最大的相对误差为3. 5693% ,河网密度最大的相对误差也只有7. 2564% ; 从地图提取的水系最多只能达到二级支流,提取的河流相对较短,而从DEM 提取的水系可达三级,有些甚至达四级、五级以上,且提取的河流更长,提取的水系更完整。      

泥石流源区砾石土分形特征及其与渗透系数关系试验研究

以取自泥石流易发区的182个砾石土土样为基础,进行室内颗分试验,通过分形理论计算各土样的分维值,经计算发现,泥石流源区砾石土以一重分形为主,一重分形的土样占样本总数的88.46%,一重分形土样的分维值介于2.250～2.798之间;以此数据为基础配置土样,通过自制、可控的常水头试验装置进行渗透试验。试验结果表明,渗透系数k与分维值D之间有极显著的相关性,且在干密度为1.8 g/cm3时相关性最好。通过多元回归分析发现,不同密度条件下,k与D之间均有较好的幂函数关系;相同的分维值条件下土样的渗透系数随密度的增大呈减小的趋势,分维值在2.450～2.600之间时,样本的干密度 与渗透系数k之间的幂函数关系较为明显。试验结果可以为泥石流启动的临界雨量研究提供理论基础,提高已有预报模型的普适性及精度。     

An evaluation of the impacts of land surface modification, storm sewer development, and rainfall variation on waterlogging risk in Shanghai

Despite continuing efforts to upgrade the urban storm sewer system since the late 1950s, the City of Shanghai is still vulnerable to persistent rainstorm waterlogging due to excess surface runoff and sewer surcharge, which frequently cause significant damage to buildings and disruption to traffic. Rapid urbanization and associated land cover changes are the major factors contributing to waterlogging. However, it is unclear to what extent changes in rainfall variability over the past few decades are also involved. This paper investigates the combined impacts of land use and land cover change, storm sewer development, and long-term variations in precipitation. Evidence of persistent waterlogging is presented first. We then give an account of land surface modifications during the process of urbanization and the development of the city??s urban storm sewer system. Statistical analysis suggests that the increase in runoff coefficient due to conversion of lands from agricultural to industrial, commercial, and residential uses is a major factor driving greater waterlogging risk. In particular, historical analysis of aerial photographs reveals the rate and extent of modification to river networks in the past few decades. The natural drainage network has shrunk by 270?km, significantly reducing the city??s capacity to transport excess surface flow. In line with other studies, we find no significant overall trends in annual rainfall totals (at Baoshan and Xujiahui). However, seasonal and monthly rainfall intensities have increased. At the daily scale, we find that compared to pre-1980s: (i) there has been an increase in the number of wet days with precipitation exceeding 25?mm (Heavy Rainfall) and decrease in those below 25?mm and (ii) the number of consecutive wet days with precipitation maximum and average exceeding the threshold known to cause waterlogging shows an increasing trend. Since rainfall intensity is expected to increase under climate change, this could further compound the impacts of land use changes and place even greater pressure on the existing storm sewer system.     

浙东沿海城镇化对河网水系的影响

我国东南沿海地区,近年来由于城镇化的快速发展,河网水系结构遭到了较大破坏,导致了洪涝、干旱和水质恶化等一系列生态环境问题。为此以浙东沿海鄞东南平原区为例,以GIS技术作支撑,利用航空遥感图像作为信息源,采用河网水系分级量算统计和图形叠加对比等方法,通过城镇化过程中河网形态结构的变化,分析了鄞东南地区河网水系的变化情况,揭示了城镇化的发展与河网演化之间的联系,并定量预测了研究区在目前城镇化速度下的河网结构变化趋势;在此基础上探讨了遏制这种发展趋势的措施,即在城镇化过程中应多保留现有的河道水系,尤其是村镇级中小河道,重视河网结构与功能的恢复,才能改善河网水质和水生态环境。     

Fractal analysis of the Oyo River, cave systems, and topography of the Gunungsewu karst area, central Java, Indonesia

Gunungsewu, the southernmost subzone of the Southern Mountains, central Java, is a classic karst terrain, bounded by the Oyo River on the north and the Indian Ocean on the south. In this study, the Oyo River, the main drainage in the area, is divided into 14 segments, and the fractal dimension of each segment is determined by the box-counting method. The 14 segments show various values of fractal dimensions, which are controlled by lithology and geologic structures of the area that is being dissected by the river. Easily eroded lithologies have larger fractal dimensions, and the value changes abruptly when the river crosses faults. Fractal dimensions of six underground rivers in the Bribin, Sodong, Semuluh, Jomblang, Soga, and Sumurup caves, and the surface topography above the caves were also determined. The caves have fractal dimensions that range from 1.043 ±0.01 to 1.08±0.01; the surface topography has fractal dimensions that range from 1.49±0.01 to 1.732±0.01. The fractal dimension of an underground river is proportional to the fractal dimension of the surface topography over the passage. Larger fractal dimensions of underground rivers are associated with smaller flow rates of the rivers. Received, June 1998Revised, March 1999, August 1999, February 2000Accepted, February 2000     

河流形态的分维及与洪水关系的探讨——以长江中下游为例

河流水系形态特征可以通过河流的分形特征来反映,分形维数则是河流分形特征的量化表示,其与河流洪水之间存在着一定的关系。以长江中下游为例,利用网格覆盖法计算出长江中下游河流分维,分析了长江中下游河流的分形特性,并在此基础上结合长江中下游洪水分析不同水系特征下洪水的特点。研究结果表明,一般来说河道分维越大、河网分维越小,洪水发生可能性则越高。