祁连山区多年冻土空间分布模拟

祁连山区位于青藏高原东北边缘,是亚洲水塔重要的组成部分,多年冻土的变化对生态系统和水资源平衡有着重要影响。基于青藏高原第二次综合科学考察、道路勘察钻孔点以及前人所获得的多年冻土下界资料,回归得出祁连山区多年冻土下界统计模型,借助ArcGIS平台在DEM数据的支持下,模拟出祁连山区多年冻土空间分布图。结果表明：祁连山区多年冻土分布的下界具有良好的地带性规律,表现为随经纬度增加而降低的规律;祁连山区多年冻土在空间分布上呈现出以哈拉湖为中心向四周扩散的分布格局;祁连山区总面积约为16.90×10⁴ km²,其中多年冻土面积约为8.03×10⁴ km²,占总面积约47.51%。多年冻土区与季节冻土区之间存在着有不连续多年冻土分布的过渡区,过渡区面积约1.43×10⁴ km²,占总面积约8.46%。     

Testing the consistency of Holocene and Last Glacial Maximum spatial correlations in temperature proxy records

Holocene temperature proxy records are commonly used in quantitative synthesis and model-data comparisons. However, comparing correlations between time series from records collected in proximity to one another with the expected correlations based on climate model simulations indicates either regional or noisy climate signals in Holocene temperature proxy records. In this study, we evaluate the consistency of spatial correlations present in Holocene proxy records with those found in data from the Last Glacial Maximum (LGM). Specifically, we predict correlations expected in LGM proxy records if the only difference to Holocene correlations would be due to more time uncertainty and more climate variability in the LGM. We compare this simple prediction to the actual correlation structure in the LGM proxy records. We found that time series data of ice-core stable isotope records and planktonic foraminifera Mg/Ca ratios were consistent between the Holocene and LGM periods, while time series of Uk'37 proxy records were not as we found no correlation between nearby LGM records. Our results support the finding of highly regional or noisy marine proxy records in the compilation analysed here and suggest the need for further studies on the role of climate proxies and the processes of climate signal recording and preservation.     

基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统

光纤监测技术具有分布式、精度高等特点,在地面沉降监测中具有独特优势。但受限于监测成本较高与监测环境复杂,目前地面沉降光纤监测多通过人工采集数据,限制了在特殊环境变化情况下地面沉降的实时信息获取。文章在地面沉降钻孔全断面光纤监测技术的基础上,设计并建立了基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统。该监测系统利用弱反射光栅、时分复用、物联网和数据库等技术,通过4G无线通信手段实现了地面沉降在线自动化监测和远程数据实时采集,并通过客户端系统软件实现数据的存储、查询和分析。将其应用到衡水地区地面沉降监测中,结果表明:钻孔内土层压缩变形主要发生在以黏性土为主的隔水层（Ad2、Ad3、Ad4）;受季节性地下水开采的影响,钻孔100～400 m深度范围内砂土含水层存在波动变化,在监测期内,冬季略回弹,随后春季地下水开采量增大,地下水位下降,土层呈现压缩趋势。监测结果验证了该系统的可行性与准确性,使得整个地面沉降监测流程趋于自动化、规范化和低成本化,具有广泛的应用前景。     

节理分布空间变异的地下洞室稳定性概率分析

以岩土材料力学参数空间变异性的"点估计-有限元"分析方法为基础,结合节理分析时自身存在几何模型、网格划分等特性,扩展了该方法在节理分布空间变异性分析方面的适用性,明确了具体的研究步骤与方法。以某抽水蓄能水电站为例,通过分析节理空间变异性对围岩变形与塑性区的影响,验证了扩展后该方法的准确性和合理性。对工程案例开挖揭露的1400余条节理进行概率统计,建立了节理空间变异性的有限元分析模型;采用扩展后的概率分析方法,研究了节理分布对地下洞室群围岩开挖稳定性的影响。研究结果表明:(1)对比概率分析得到的围岩变形概率分布与现场监测结果,发现剔除变形异常点后监测变形量值大部分位于得到的位移概率分布范围内,说明节理的空间变异性是导致监测变形波动的主要影响因素;(2)围岩变形概率分布的标准差能有效识别出围岩开挖变形受节理空间变异性的影响程度,对于所给出的案例依次为:机窝>边墙>顶拱;(3)围岩塑性区的概率分区能合理判断地下洞室群开挖时受节理影响较大的区域和范围,为工程施工的支护设计提供依据。     

基于三维激光扫描技术的岩质边坡泥化夹层空间分布和几何形态

为了定量研究泥化夹层的空间分布和几何形态,以云南省玉溪市生活垃圾焚烧发电厂高边坡局部开挖剖面为对象,利用徕卡ScanStation C10三维激光扫描仪和瑞典ROMER RA-7520-2六轴关节臂三维测量仪进行扫描,得到了开挖剖面和泥化夹层的原始点云数据;然后采用Cyclone和Geomagic Wrap软件对点云数据进行一系列处理,分析了泥化夹层的三维空间分布、层面产状、间距、层面粗糙度和几何形态。结果表明：大部分泥化夹层横向分布于整个扫描剖面,少数呈局部分布;泥化夹层的平均倾向为196.41°±5.51°,平均倾角为22.27°±2.23°,间距在3.7~49.1 cm之间,平均值为（20.4±12.0）cm;不同层位及同一层位不同横向位置的泥化夹层厚度都不等,最厚约20 mm,最薄小于1 mm;泥化夹层顶面局部典型区域的平面拟合偏差在-22.4~32.5 mm之间,沿夹层倾向的粗糙度系数在5.67~16.77之间,平均值为10.11±3.25;泥化夹层的表面积与体积之比在5.14~5.86 cm^-1之间。运用三维激光扫描技术研究泥化夹层的空间分布和几何形态是可行的。玉溪市生活垃圾焚烧发电厂高边坡的泥化夹层具有宏观整体上相对平直、相互近似平行、非等距分布、间距小、层数多、厚度薄,细观上顶面粗糙底面相对光滑、三维形态复杂的特点。     

基于地学规律的科尔沁沙地土地整治与生态修复规划方法

内蒙古科尔沁沙地历史上曾是科尔沁大草原,现在是农牧交错区,该区的土地利用关系到生态安全、国家粮食安全和农民生计。该区域“坨甸相间”地貌特点造成不同地形部位土壤含水量存在差异,降水量年际变化大。通过卫星影像数据解译出土地利用/覆被类型图与土壤图进行叠加,获得了显性沙地和隐性沙地数量与分布信息。首先保留耕地以外的其他地类,再利用卫星影像数据反映不同降水年型耕地的归一化植被指数(NDVI),将偏欠水年NDVI低于平均值的耕地退耕还草,消除这些耕地的冬春沙化风险,以进行土地利用布局调整。这种直接利用遥感数据获取土地利用/覆被类型和耕地的NDVI进行土地利用空间布局调整的方法,十分简单实用。本文还根据地貌和沙地降水入渗快的特点,提出了与高标准农田建设模式不同但与区域地理环境相吻合的农田整治模式,即利用自然沙丘作为区域风沙防护工程,土地开发不做大平整,不修建灌溉系统,发展雨养农业。以上根据区域地理环境条件进行土地利用布局和确定农田开发建设模式,可将农业生产与荒漠化防治和谐结合在一起,实现土地可持续利用。     

关键元素与生命健康:中国耕地缺硒吗?

地球上的生命和非生命都是由自然界已发现的92种化学元素组成的,通过全国土壤地球化学基准值与人体血液元素含量对比研究,发现血液中40~50种化学元素平均值与土壤地球化学基准值的分布高度一致,表明这些关键元素与生命息息相关。近年大家持续关注的硒(Se)元素是人体必需的微量元素,缺乏会产生健康风险,但摄入过量也会导致中毒,因此被称为健康窗口元素。过去研究认为,中国耕地缺硒是造成健康危害的原因之一。本文通过对全国3 382个网格化点位土壤采样,获得Se的地球化学基准值和空间分布数据,发现中国贫硒国土面积,按照世界卫生组织推荐值(0.1 mg/kg)和中国规范(0.125 mg/kg)计算,分别占21.1%和31.6%;适宜区(0.125~0.40 mg/kg)面积大约555万km²,占国土面积约57.1%;富硒区(>0.40 mg/kg)面积达110万km²,占国土面积约11.2%。贫硒国土主要分布在青藏高原和内蒙古局部地区,而中国9大平原的粮食主产区耕地总体上不缺硒,其中珠江三角洲平原、广西平原、成都平原、长江中下游平原是富硒区(>0.40 mg/kg),华北平原、东北平原、三江平原、关中平原是硒边缘区-适量区(0.125~0.40 mg/kg),只有河套平原是缺硒区(<0.125 mg/kg)。根据覆盖全国的网格化土壤采样分析结果,发现低硒带呈不连续的片状分布于内蒙古东部至青藏高原一带,与传统认为“低硒带分布于东北三省至西南云贵高原”不完全一致。硒的空间分布模式主要受地质背景、岩石类型、土壤类型和自然地理景观控制。     

搬迁农户生计策略与土地利用行为耦合协调度分析--以贵州省习水县为例

易地扶贫搬迁改变了搬迁农户生计策略,同时影响了其土地利用行为,二者之间的耦合协调度直接影响着农户的可持续生计。本文以贵州省习水县易地搬迁农户调研数据为基础,构建以农户生计策略和土地利用行为为子系统的耦合协调度模型,分析2个子系统之间的耦合关系和耦合协调关系。研究表明:纯农型农户、农兼型农户、兼农型农户生计策略与土地利用行为之间的耦合度值介于0.4~0.5之间,水平较低,处于拮抗状态;不同类型农户生计策略与土地利用行为系统耦合协调度值均处于0.39~0.49之间,处于濒临失调阶段,存在较大优化空间;传统的农业生产形式对于改善农户生计无明显效果,引导农户向专业农业型农户转变对于促进移民安置区“人地系统”协调发展大有裨益。研究结果可为农户生计与土地利用的可持续发展提供理论依据。