基于DRASTIC指标体系法的泰安市地下水脆弱性研究

地下水脆弱性评价是地下水保护工作的核心内容之一,针对泰安市的特点和区域特色,利用DRASTIC方法,选取地下水位埋深、净补给量、含水层介质类型、土壤介质类型、地形坡度、包气带介质类型以及含水层渗透系数7个参数为评价指标,对该地区的地下水脆弱性进行了定量评价,将泰安市地下水的脆弱性分为脆弱性高、较高、中等和低4个等级,并绘制了地下水脆弱性分区图,对该地区今后制订地下水资源管理、土地利用、环境保护及城市规划等政策措施具有较重要的参考指导作用。     

确定性系数与随机森林模型在云南芒市滑坡易发性评价中的应用

编制科学的滑坡易发性分区图,可以有效降低灾害带来的损失。以云南省芒市为研究区,利用确定性系数模型（certainty factor,简称CF）方法计算各个因子的敏感值,作为随机森林（random forests,简称RF）的分类数据,选取合适的训练数据和最优化的模型参数进行模型预测,从而对研究区进行滑坡易发性评价分区。采用频率比方法将连续性因子离散化,从而通过确定性系数计算因子不同区间的滑坡易发性,同时利用CF先验模型,对研究区负样本进行选取。通过计算袋外误差得到最优化的RF参数,随后利用RF模型对研究区模型进行训练及预测。绘制ROC曲线和三维遥感影像对预测模型结果分别进行定量和定性评价,结果表明,所得到的模型精度为91%,优于随机抽样得到的结果。最后,采用平均基尼不纯度减少和平均准确度下降两种计算方法计算、评价了研究区各个因子的重要性。基于以上对研究区进行的滑坡易发性评价结果,可以为该区灾害风险评估和管理提供依据。      

DEM分辨率对黄土侵蚀沟形态特征表达的不确定性分析

黄土侵蚀沟的地形表达是开展黄土沟谷侵蚀研究的基础工作,利用数字高程模型(DEM)定量描述侵蚀沟特征有助于研究侵蚀沟的形态变化和发育过程。基于DEM数据计算多种指标对黄土侵蚀沟特征进行描述是目前侵蚀沟研究中最为常用的方法。但是,受到格网DEM数据结构的限制,其计算结果会存在一定的不确定性。在侵蚀沟地形表达时,对形态特征的表达会受到DEM数据分辨率的影响,进而造成表达结果的不确定性。尤其在黄土高原地区,地形特征更为破碎,地形要素更为复杂,其表达结果受DEM分辨率的影响更为明显。本文以黄土高原典型样区为例,基于点云数据建立不同分辨率的DEM数据集,通过不同地形因子对侵蚀沟特征进行表达,分析DEM分辨率在黄土侵蚀沟形态特征表达时的不确定性。结果显示,分辨率的降低对主沟支沟比和纵比降等侵蚀沟形态特征因子产生了较大影响,且指标与分辨率多呈现线性变化关系。但是,随着侵蚀沟的横向扩张,DEM分辨率对其特征表达的影响逐渐被削弱。此外,在使用固定分析窗口进行侵蚀沟特征计算时,由于分辨率的降低,格网尺寸增大,其实际分析半径随之增大,使得计算范围内地表形态变化增加,导致沟谷切割深度随着分辨率的降低反而增加。同时,侵蚀沟主沟道区域受分辨率影响较小,沟头区域指标与分辨率的关系较弱。     

新疆阿克苏典型山前洪积扇内高氟地下水的化学特征及氟富集机制

在内陆干旱区,作为重要饮用水源的地下水常面临氟含量超标问题。查明内陆干旱区高氟地下水的分布规律,了解氟在地下水中的富集过程及其影响因素,既可丰富高氟地下水的研究体系,也是保证内陆干旱区饮水安全的重要基础。以新疆阿克苏地区典型山前洪积扇——依格齐艾肯河-喀拉玉尔滚河河间地带为研究区,基于水文地球化学调查结果,刻画了高氟地下水的分布区;结合氟离子含量与特征性水化学指标间的关系,揭示了高氟地下水的成因机制。结果表明:①地下水中氟含量的变化范围为0.8~6.1 mg/L,83%的水样氟含量超过《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）规定的上限（1.0 mg/L）;②总体上,氟含量沿地下水流动路径逐渐增大,低氟地下水（ρ（F-）≤1.0 mg/L）分布在国道314以北的补给区,高氟地下水（ρ（F-）>1.0 mg/L）分布在国道314以南的径流区和排泄区;③高氟地下水的水化学类型以Cl·HCO₃-Na型为主,而低氟地下水则以Cl·SO₄-Na型为主,高氟地下水相比于低氟地下水优势阴离子偏向于HCO₃-;④地下水的pH值范围为7.9~8.9（均值为8.4）,表明其处于弱碱环境中。地下水中ρ（F-）与pH值呈正相关,此外构成浅层含水层的上更新统沉积物中含有黑云母、氟磷灰石等矿物,其表面存在一定数量的可交换F-,这表明水中OH-与矿物表面F-间的阴离子交换可能对氟的富集有一定贡献;⑤地下水的F-含量与Ca2+含量呈负相关,即高氟地下水中ρ（Ca2+）小于低氟地下水。考虑到氟化钙（CaF₂）是自然界中的主要含氟矿物,也是地下水中氟的主要来源,ρ（F-）与ρ（Ca2+）间的这种负相关指示着高氟地下水中可能存在去Ca2+、Mg2+作用,如阳离子交替吸附或碳酸盐岩沉淀等。研究区地下水样中ρ（F-）与ρ（Mg2+）间也呈负相关关系,且和ρ（F-）与ρ（Ca2+）间的关系高度相似,也佐证了高氟地下水中去Ca2+、Mg2+作用的存在;⑥绝大部分地下水样品都位于氯碱性指数图的负值区域,且ρ（F-）与CAI-1和CAI-2均呈较好负相关,CAI-1和CAI-2都随ρ（F-）的增大而减小,这表明高氟地下水中存在Ca2+、Mg2+与Na+间更强的交换作用,对氟富集起着重要作用。地下水中ρ（F-）与SAR间呈较好正相关关系,且高氟地下水样的SAR均值（5.71）远大于低氟地下水SAR均值（1.67）,这也进一步证明高氟地下水中的Ca2+、Mg2+与含水介质的Na+间存在强烈的交替作用,对氟的富集起着重要作用;⑦所有地下水样中的萤石均处于未饱和状态,且萤石的饱和指数（SI）与F-含量间呈现较好的正相关,这表明地下水对含氟矿物（主要是萤石）的持续溶解应是导致研究区地下水中氟富集的主要原因。与之相反,研究区所有地下水样中的方解石均处于过饱和状态（SI>0）。这表明CaCO₃的沉淀可能促进了CaF₂的溶解,导致地下水中氟离子质量浓度增高;⑧研究区低氟地下水的δ18O值介于-11.20‰~-10.67‰间,平均值为-10.94‰,而高氟地下水的δ18O值介于-11.65‰~-11.21‰间,平均值为-11.49‰,即低氟地下水较高氟地下水富集δ18O。此外,F-质量浓度较低（ρ（F-）≤3.0 mg/L）的地下水样中δ18O值与F-质量浓度呈负相关,即低氟地下水具有更正的δ18O值;F-质量浓度较高（ρ（F-）≥4.8 mg/L）的地下水样中δ18O值与F-质量浓度的相关性不显著,随F-质量浓度的增高,δ18O值基本维持不变。以上表明蒸发浓缩作用对地下水中氟的富集贡献较小;⑨研究区地下水中ρ（F-）/ρ（Cl-）比值与ρ（F-）间呈现正相关,即ρ（F-）/ρ（Cl-）比值随ρ（F-）增高呈增大趋势,这也说明地下水中氟富集的主要原因是含氟矿物的溶解,而不是蒸发浓缩作用。此外,Gibbs图也提供了证据:研究区地下水样基本处于水岩作用主导区域,表明地下水化学特征（包括氟的富集）主要受水岩作用控制,蒸发浓缩影响很小。总之,地下水中氟的富集主要由溶解作用引起,OH-与矿物表面F-间的交换也有贡献,但蒸发浓缩作用影响微弱。含氟矿物持续溶解的驱动机制是阳离子交替吸附（地下水中Ca2+与岩土颗粒表面Na+之间）及方解石沉淀所引起的地下水中Ca2+的衰减。      

舟山市土地利用总体规划空间布局实施情况简析

土地利用总体规划实施评估由定量评估、空间布局评估两部分组成,其中规划空间布局评估反映的是空间管制区实施进展情况、管制区布局调整情况。空间布局评估的作用是编制规划布局实施进展图,引导新增建设项目用地选址,优化城乡建设空间布局。《舟山市土地利用总体规划(2006-2020年)》根据海岛区域的自然环境条件、土地利用特点,按照用途相似、位置相邻、布局优化、结构合理的原则,对全市土地进行了功能分区。在功能分区过程中,土地利用总体规划与相关规划进行充分衔接,用地空间布局分为农业生产用地布局、生态用地布局、城乡建设用地布局、基础设施用地布局和滩涂围垦用地布局。一、规划空间布局合理性评估(一)农业生产用地布局     

华北地区大地水准面起伏及其构造意义

利用ＧＰＳ水准对几个重力场模型计算的大地水准面进行了检验。利用ＷＤＭ９４模型编制了华北地区不同阶次的大地水准面起伏图,讨论了大地水准面起伏和该地区构造横向不均匀性的关系。结果显示：华北地区大地水准面由东向西逐渐降低,总体形态和本区地壳厚度呈镜像关系,且具有明显的分区特征;大地水准面的梯度带和本区３种不同地形的分界带（华北平原,太行山区,鄂尔多斯块体）一致,其中１１５°（Ｅ）分界带和我国东部的主要地壳厚度梯度带一致;大地水准面零等值线的两侧是地震比较集中的地带。     

融入土壤湿度指标的青藏高原近地表土壤冻融机器学习监测算法

青藏高原作为中低纬度地区最大的高山冻土区,多年冻土和季节冻土广泛分布。高精度的地表冻融监测结果对研究该区域的水热交换、碳氮循环和土壤冻融侵蚀非常重要。本文基于4个青藏高原典型地区的土壤温湿度观测网数据,开展利用LightGBM算法和随机森林算法进行土壤冻融循环监测的研究。在构建土壤冻融监测模型的过程中,发现土壤湿度是影响冻融判别的一个关键因子。使用AMSR2亮温数据和ERA5-Land土壤湿度数据,基于两种机器学习算法判别地表冻融状态,将结果与传统冻融判别式算法进行对比分析。结果表明：相比冻融判别式算法,LightGBM算法在白天和夜间的总体判对率提高了12.09%;14.45%,随机森林算法在白天和夜间的总体判对率提高了13.23%和14.96%。近80%的错分样本分布在-4.0 ℃~4.0 ℃之间,说明2个机器学习算法能够识别出稳定的土壤冻结状态和融化状态。另外,LightGBM算法和随机森林算法得到的日冻融转换天数的平均RMSE降低了112.82和117.00;冻结天数的平均RMSE降低了47.87和53.96;融化天数的平均RMSE降低了37.10和39.80。同时,基于随机森林算法计算了2014年7月—2015年6月青藏高原冻结天数、融化天数、日冻融转换天数。得到的青藏高原冻结天数图,以中国冻土区划图为参考进行精度评价,总体分类精度为96.78%。     

基于信息量模型的地质灾害易发性评价:以川东南古蔺县为例

地质灾害威胁着山区人民生命财产安全, 进行地质灾害易发性评价有助于山区城镇进行规划与建设时规避灾害风险。以川东南古蔺县为例, 基于ArcGIS空间分析获取了研究区高程、坡度、岩性、斜坡结构、植被指数、距断层距离和距道路距离7个评价因子, 采用信息量模型分别对滑坡和崩塌灾害进行易发性评价后, 进一步利用ArcGIS单元统计功能对比了滑坡和崩塌易发性的信息量值, 选取相对更大的信息量值作为该栅格的最终信息量值, 绘制了研究区综合地质灾害易发性图, 利用自然断点法将古蔺县按信息量值的大小划分为极低、低、中、高和极高易发区。结果表明: 地质灾害主要分布在断层和道路附近, 断层和人类工程活动是造成研究区地质灾害频发的主要原因; 高易发区与极高易发区面积之和为1 315.62 km2, 占全区总面积的41.32%;预测模型性能经ROC曲线检验, AUC值为0.812 5, 说明栅格最大值法预测的古蔺县综合地灾易发性效果良好。      

夜光遥感支持下的城市人口核密度空间化及自相关分析

基于福建省福州市鼓楼区街道社区人口统计数据、夜光遥感影像、Landsat8影像,融合核密度与回归方程,绘制30 m栅格空间分辨率的人口密度图并进行空间自相关分析。方法:① 采用核密度方法对69个社区人口计算生成人口密度分布图。建立786个居民小区点的人口密度与夜光遥感的常规QQ分位图,检测出人口密度存在较大的误差区域:五凤街道和洪山镇。② 建立人口密度与夜光遥感、Landsat8线性分解的不可渗透表面影像之间的二元二次回归方程,修正两个区域的人口密度误差。③ 采用高/低聚类分析、热点分析、聚类和异常值分析,得到鼓楼区人口高聚类属性,显示了鼓楼区最大商业圈区域与人口密度最大居民点区域,展示了人口聚类的空间局部差异性格局。结果:① 研究中所采用的人口空间化技术融合了2种空间化方法:核密度与回归方程。生成30 m栅格空间分辨率的人口密度图。② 鼓楼区人口密度均值分为3种类型:11 000、25 000和50 000人/ km²,人口密度分布近似正态分布。③ 当鼓楼区人口密度均值大于33 000人/ km²,不可渗透表面灰度值与人口密度相关性更强。反之,夜光亮度值与人口密度相关性更强。     

漳平市森林可燃物类型变化遥感动态监测

森林可燃物类型的空间分布是林火蔓延、灭火可视化建模与仿真中需要考虑的重要因素之一。在对森林可燃物类型划分的研究进行回顾的基础上,提出了考虑树种信息的分类方法。根据漳平市2003年小班图层中的优势树种信息,获得该市2003年四种森林可燃物类型即竹林、阔叶树、杉木林以及马尾松的空间分布专题图。在此基础上,采用面向对象分类技术,对ASTER影像进行分类,探测每种可燃物类型的内部变化和外部变化。该技术利用影像分割技术构建分类对象,使每个对象具有光谱信息的同时,具备大小、形状、拓扑关系、类别层次等诸多信息。对分类结果进行评价的结果表明,利用面向对象分类技术,充分利用了光谱特征以及类别相关特征,提高了分类精度,分类的面积精度达到89.3%。由于影像分割过程应用了专题图层,对象的边界不会超越专题图层的边界,使得对现有图层的更新尤为容易。最后,利用矢量格式的遥感分类结果对原森林小班图层进行更新,获得新的可燃物类型图层,作为林火可视化模型的输入图层。该研究不仅提供了现势性强的森林可燃物类型图层,而且在不破坏原小班边界的基础上,对发生变化的区域进行刻画。对于森林资源管理者,提供了实地调查过程的目标区域的信息。     

枣庄市台儿庄区小龚庄岩溶地下水水源地允许开采量计算评价

科学有效的地下水资源评价是可持续开发地下水资源的关键,其中地下水资源可开采量的评价是地下水资源评价的核心内容。该文在对枣庄市台儿庄区小龚庄水源地水文地质条件、岩溶塌陷发育情况等进行详细分析的基础上,采用开采试验法对小龚庄水源地岩溶地下水允许开采量进行了计算,计算结果为11354m~3/d。根据已发生岩溶塌陷情况,设定岩溶塌陷预警水位,利用非稳定流Theis公式计算了安全开采量范围在11187～13150m~3/d之间,对开采试验法计算结果进一步进行评价。根据评价结果最终确定以11354m~3/d作为小龚庄水源地的允许开采量是可靠的,可以保证水源地最大限度的开采地下水资源,同时又保证水源地运行时不易引发岩溶塌陷的环境地质问题。该方法为同类型水源地地下水允许开采量的计算评价提供了一定的借鉴。     

山东半岛海岸带北段地下水土腐蚀性评价

地下水、土对建筑材料的腐蚀性使建筑物缩短使用年限,并产生较大的安全隐患,该文通过对山东半岛蓝色经济区海岸带北段地下水、土的调查,结合取样分析测试结果,分析了海岸带北段地下水、土的化学特性,评价了其对工程建设中混凝土等建筑材料的腐蚀性,并提出了防治措施和保护建议。     

一种新型光纤光栅锈蚀传感器及其对混凝土结构钢筋锈蚀监测实验研究

设计一种新型光纤光栅锈蚀传感器,主要由锈蚀体、不锈钢体和2段串联的光纤布拉格光栅（FBG）组成。缠绕于锈蚀体表面的FBG监测钢筋的锈胀应变,缠绕于不锈钢体表面的FBG用作温度补偿器,消除温度变化对锈胀应变监测的影响。此外,设计电化学加速腐蚀实验,探究该传感器在不同强度等级混凝土中的工作性能。结果表明,该传感器监测质量腐蚀率的灵敏度为0.02%,监测范围大于1%,可实时监测混凝土中钢筋的锈蚀过程及特征,为预警钢筋锈蚀引起的钢筋混凝土结构耐久性损失提供阈值,在结构健康监测领域具有较大的应用价值。     

Design of an index system for deep groundwater management efficiency evaluation: A case study in Tianjin City,China

An effective evaluation system can provide specific and practical suggestions to the deep groundwater management. But such kind of evaluation system has not been proposed in China. In this study, an evaluation index system is specifically developed to evaluate deep groundwater management efficiency. It is composed of three first-level indicators (law enforcement capability, management ability, and management effectiveness) and eleven second-level indicators. The second-level indicators include seven mandatory indicators and four optional indicators. Piecewise linear function is used to normalize the quantitative indicators, and expert scoring method and questionnaire survey method are used to normalize the qualitative indicators. Then a comprehensive indicator weighting evaluation method is used to evaluate the first-level indicators and the target topic. A case study is carried out to evaluate deep groundwater management efficiency in Tianjin City. According to the evaluation score in each period, the management efficiency of every district in Tianjin City gradually improved. The overall evaluation score in the early deep groundwater extraction period is 0.12. After a series of deep groundwater protection efforts, this score reached to 0.61 in 2007, and met the regulation criteria. The evaluation results also showed that the further groundwater management efforts in Tianjin City should be focused on building a dynamic database to collect comprehensive deep well-log data; and on a reasonable design and distribution of the groundwater monitoring network. It demonstrated that the index system is suitable to locate the deficiencies of current groundwater management systems and to guide further improvements. It can then be used to protect deep groundwater.     

数学模型与水源地勘探

地下水资源评价主要解决的问题是符合给定水质条件下的允许开采量。允许开采量的计算方法应在勘查前即行确定 ,并以此指导勘探 ;勘探所取得的资料可以修正、识别和检验数学模型 ,只有经过识别和检验的数学模型 ,方可进行模拟计算。     

基于MapGIS数字地面模型DTM的各类地球化学图件的绘制

MapGIS不仅具有强大的图形编辑、投影变换功能,其DTM模块在地球化学图件的绘制方面具有一定优势,该文通过对成图过程进行讨论分析,提供了一套高效快捷的符合地球化学勘查规范的成图方法。     

济南市地下空间资源开发地质环境适宜性评价

在对济南市地质环境评价的基础上,结合城市特点,选取地下水富水性、地下水腐蚀性、岩土层综合分区等14个一般性因子和泉水影响这一敏感因子,采用GIS-模糊数学评价方法对地下空间资源分为2个竖向层次进行评价,对地下空间资源开发地质环境适宜性作出了分区。     

逆向热力图的绘制方法

热力图是对数据的一种直观的表示方法,在空间大数据挖掘和知识发现的研究中具有良好的展示效果。本文研究了一种逆向渲染流程绘制热力图的方法,提出了将渲染器像素映射的地理空间作为计算分析的空间粒度,解决了热力图影响力叠加规则依赖于渲染器机制的缺点。逆向渲染热力图方法使用地理距离与绘制像素结合计算得到分析点缓冲区半径系数和影响力参数,以此来减弱在不同的地图尺度下热力图的形变程度。采用Kapur多级分割算法自动探测图像阈值得到色彩梯度,优化了热力效应的分级展示,在视觉效果上数据特征更加美观清晰。本文通过一组实验进行了验证,数据是由北京市交通委提供的公交IC刷卡记录,提取了其中某一时间段的刷卡数据作为样本,在相同的实验条件下,分别使用基于开源的Leaflet在线地图和Canvas渲染技术2种绘制热力图渲染方法,得到可视化结果后对比分析。在相同的实验条件下,逆向渲染热力图的可视化效果更符合现代的多尺度电子地图需求,更适用于地理空间POI点空间特征可视化。     

基于Fisher判别分析法的岩溶塌陷预测

为了更准确地预测岩溶塌陷,基于Fisher判别分析法,首先选择内聚力、内摩擦角、覆盖层厚度、覆盖层厚度减高水位埋深、覆盖层厚度减低水位埋深5个最主要的影响因素作为判别因子;接着以桂林市20组岩溶塌陷案例为学习样本进行计算,建立相应的Fisher线性判别函数;然后利用回代估计法对上述20组样本的预测结果进行逐一检验,其正确率为100%;随后将上述预测结果与前人运用逐步判别、神经网络判别等方法得到的结果进行比较分析,认为Fisher判别分析法具有不需进行模型和参数的选择以及不受人为因素的影响等优点;最后将建立的Fisher线性判别函数用于另外的10组实际案例进行预测分析,预测结果与实际情况完全吻合。结果表明:用Fisher判别分析法进行岩溶塌陷预测,简易方便,正确率高,实用性好;该方法是岩溶塌陷预测的一种新方法。     

地热井抽水试验中井损的确定

地下水资源评价通常是对地热异常区域地热水可开采量进行估算,比较成熟的方法相对较少,多数是依照抽水试验资料,进而确定含水层水文地质参数,如渗透系数、导水系数、贮水系数、给水度等,水文地质参数确定的是否合理,直接影响到最终成果的可信度,进而关系到水资源论证评价的科学性。参数计算中为使计算结果更贴近实际,井损是一个不容忽视的问题,该文采用2种计算方法,结合多个工程实例抽水试验进行分析验算,选取相对准确的计算方法。