基于岩体精细化描述的围岩分类及力学参数概率分布特征分析

针对目前水电站地下厂房工程中不同围岩分类方法存在评价结果不一致、围岩力学参数存在室内试验值与实际情况不吻合的现象,现推荐采用岩体精细化描述体系对围岩岩体结构进行定量化评价。将常用围岩分类方法(RMR、Q、RMi、GSI、BQ、HC)评价指标予以归纳分组,并通过各组内不同指标对比分析获得围岩分类方法中的基础评价指标。以大岗山水电站主厂房某区段为分析对象,采取现场岩体精细化地质素描与后期数据挖掘、拟合相结合方法,并依据评价指标间的关联关系,获得了基础、非基础评价指标的分布概型及对应参数,实现对该段围岩岩体精细化描述认知;基于精细化描述结果,应用Monte Carlo法生成符合各评价指标分布概型的大量随机数,而后参照各分类方法评价思路与评分流程,得到评价指标在各分类方法对应的大量随机评分值,通过归纳统计获得不同围岩分类方法评价结果的分布概型;基于各围岩分类方法评价结果与力学参数值之间的关联关系实现对力学参数概率特征分析。该分析方法与思路可为类似工程围岩质量及力学参数的精确确定提供一定借鉴,并可为实现围岩支护极限状态设计提供必要的原始参数支持。     

地球化学与耕地质量调查数据整合方法对比

土地质量地球化学评估与耕地质量等级调查评价,都是涉及土地资源的质量调查与评价的基础性工作。两项成果的整合研究,是当前数据共享与学科间数据交叉融合的必然趋势。笔者将两项成果有机结合,分别从数据独立性、成果实用性、科学性等角度出发,对两项成果分别采用基于两项成果数据的叠加法、综合法和基于两项调查数据的因素法进行数据整合方法探讨,并以吉林省前郭县为研究区,对整合成果的适用性及优缺点进行讨论。结果表明,不同的整合方法各有优缺点:基于两项成果数据的叠加法可以保持成果各自的独立性;基于两项成果数据的综合法易于表达,但过于强调经验;基于两项调查数据的因素法物理意义明确,但理论支撑不足。     

离心实验在污染物迁移研究中的应用

离心实验模拟以其可以获得与原型一致的应力水平并且能够大大缩短原型历时而被应用于污染物迁移实验研究。在离心相似理论及离心实验模拟的相似基础上,重点回顾了离心机在饱和带水分、非饱和带水分、保守性溶质、NAPLs、重金属、核素迁移以及污染场地修复方面的实验应用。最后讨论了离心模拟中土壤预制和加速度选择的问题,并简单介绍了离心监测方法。可以得出结论:离心机能够成功用于各类物质迁移的实验研究中,离心实验模拟能够为理论和数值等分析方法快速提供真实可靠的参数依据,但离心实验的理论基础和监测方法需要进一步完善,此外也应积极开展更接近实际情况下的离心实验模拟研究。     

Effects of Crustal Structure for Estimation of Vertical Load Deformation on the Solid Earth Using GRACE in China Mainland

When the inversion of vertical load deformation on Earth’s surface using GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) data, the load Love numbers based on PREM (Preliminary Reference Earth Model) are commonly used. But the crustal structure under China mainland especially under Tibet Plateau is quite different from that given by PREM Earth model. New load Love numbers were calculated based on a modified Earth model which accounted for regional crustal structure in China mainland. And the effect of regional crustal structure in China mainland for estimation of vertical load deformation on Earth’s surface using GRACE RL05 data was investigated in this paper. It is found that the effect of crustal difference is very prominent. The relative difference of load Love numbers for vertical deformation can reach about 11% at degree 90. The extreme value of difference in vertical load deformation below 90 degree of spherical harmonic coefficients located at the southeastern Tibet Plateau and the maximum relative difference reaches 10%. The relative difference of the root mean square is about 4%. It is suggesting that an Earth model with a more realistic crustal structue instead of PREM should be used for the estimation of vertical load deformation in China mainland espacially in Tibet Plateau.     

全球土地覆被时空变化与中国贡献

20世纪下半叶以来全球土地覆被发生了剧烈变化,人类活动对土地覆被变化的影响成为“人类世”最为显著的特征之一。科学评估全球土地覆被变化的时空过程和新态势,分析中国在其中扮演的角色和地位并提出优化路径,成为中国在可持续发展领域应对全球百年未有之大变局的核心任务之一。本文基于多源土地覆盖数据,运用地理空间分析方法定量刻画了全球土地覆被变化的时空演化过程,从景观尺度分析了地类间的转化关系以及全球“变绿”和森林覆盖度的变化趋势,揭示了中国对全球土地覆被时空变化的贡献。结果表明,1992—2015年全球土地覆被经历了显著变化,全球土地覆被变化度在南美洲中部、撒哈拉以南的非洲、中亚、东南亚和东亚等地形成显著的热点区。中国森林覆盖率从1990年的12.98%增至2020年的23.34%,湿地面积增长1908 km²,为维护全球生态安全贡献了力量,同时在城市用地增长、草地和其他用地减少等方面也有一定的限制作用。与全球其他国家不同,中国城市扩张占用耕地面积居全球第一位,高达7.3万km²。1999—2019年全球叶面积指数存在全球性的显著提高趋势。中国以仅占全球6.6%的植被面积,贡献了全球20%左右的叶面积增加量,引领了全球“变绿”过程。1990—2020年全球森林覆盖度变化呈现出空间集聚性。中国森林面积增长62.84万km²居全球前列,其中西南林区和秦巴山区是林地增长的主要区域,长三角、粤港澳大湾区和内蒙古东部部分地区是森林覆盖度降低的主要区域。中国未来应进一步提升经济社会发展与生态保护的均衡协调度,持续推进美丽中国建设,为全球生态安全和可持续发展贡献更大力量和更多经验。     

2001—2020年中国地表温度时空分异及归因分析

地表温度（LST）变化对陆面过程的能量收支平衡与生态系统稳定有着至关重要的影响。本文基于MOD11C3数据,使用回归分析、GIS空间分析、相关性分析及质心模型等方法,分析了中国2001—2020年LST变化及其时空分异格局;运用地理探测器识别中国38个生态地理分区下LST变化的主导因子,进而探寻其形成原因。结果表明：① 中国2001—2020年LST气候平均值为9.6 ℃,整体呈东南及西北干旱区高、东北及青藏高原低,平原高、山区低的基本格局;LST与海拔呈显著负相关,相关系数达-0.66;第一阶梯负相关性最为显著,相关系数达 -0.76,LST递减率为0.57 ℃/100 m;② 中国2001—2020年LST倾向率为0.21 ℃/10 a,升温区占国土面积的78%,整体呈现“多核式升温,轴线式降温”的空间特征;③ 中国LST及变化具有显著的季节性特征,冬、夏两季均温空间分布较其他季节的差异较大且波动更为明显;季节性升/降温区的质心轨迹呈环状,且运动呈现出对应的季节性反向轨迹,降温区质心移动幅度更大,说明降温区的区域差异性和季节变异性较大;④ 中国LST变化由自然影响与人类活动共同驱动,其中自然因素贡献更大,日照时数和海拔是关键因子;两大主导类型在空间分布上与“胡焕庸线”高度吻合,其以东区域多以人类活动强度为主导并与地形因子共同作用,而以西区域则多以自然因素为主,通过与气候、地形、植被等因子的相互耦合从而增强/削弱LST变化幅度。本文可为应对气候变化、解析地表环境模式、保护生态环境等方面提供科学参考。     

区域贸易视角下中国省域隐含土地流动研究

随着区域间的连通性不断增强,土地资源通过商品和服务贸易的间接使用在土地资源利用中扮演着越来越重要的作用,然而目前有关研究仍处于起步阶段,且研究成果十分匮乏。本文利用多区域投入产出模型,从区域贸易的视角核算了中国2012年30个省份和8大区域的隐含土地的使用情况,并进一步分析了隐含土地流动的空间格局特征。结果显示,中国区域间贸易所占据的隐含土地量占全国土地总量的21.39%,各省平均38.54%的土地需求是通过其他省份土地满足的,其中北京、天津和上海80%以上的土地资源消耗来自外省。黑龙江、内蒙古、新疆和河北分别是最大的耕地、林地和牧业用地、渔业用地和建设用地净流出省份（流出量占全省相应土地类型面积的42.26%、27.53%、38.66%和35.28%）,而广东、山东和浙江是主要的土地净流入省份。农业土地（耕地、林地、牧业用地及渔业用地）的流动总体上呈现由西向东和由北向南的趋势,东北和西北地区的农业用地流失规模最大,其主要流入华东和华南区域;此外,中国8.43%的耕地、7.47%的林地、6.41%的牧业用地、6.88%的渔业用地和18.35%的建设用地都通过国际贸易供给国外使用。本文的分析为解决中国土地利用与生态保护之间的矛盾及实现土地可持续发展提供可行的思路和理论基础。     

全球超大城市空间扩张及分形特征研究

超大城市是全球经济、文化以及高科技产业发展的承载体和重要纽带,其形态结构特征和人口聚集效应是城市化影响的典型表现,然而当前对于全球超大城市形态特征及扩张模式的研究相对不足。基于2000—2020年全球城市土地利用/覆盖变化数据（GULUC-30）,利用城市扩张强度差异指数分析了超大城市用地的时空变化规律;而后运用面积—半径标度分析模型研究了超大城市的分形特征及扩张模式,最后基于城市用地面积和城市人口之间的线性关系评价城市用地效率。结果发现：① 2000—2020年东南亚和东亚的中国超大城市用地扩张最剧烈,城市用地面积分别扩张了3148.32 km²和5996.26 km²,城市扩张强度差异指数平均值大于3;② 2000—2020年超大城市的形态特征和扩张模式向着更加集约和紧凑的方向发展,径向维数平均值由1.54增加至1.56,分维差呈逐年减少趋势,城市内部结构一体化特征显著;③ 北美和欧洲的超大城市用地效率低,2020年城市用地面积与城市人口比值系数范围为0.89~4.11;南亚和非洲城市用地效率高,比值范围为0.23~0.87。超大城市空间扩张格局和形态变化的认识对于城市用地的集约利用和可持续发展具有重要参考价值。严格控制超大城市扩张规模,促进城市用地的均衡发展是建设韧性城市和实现城市地区可持续发展的必要条件。     

平原农区土地综合整治与乡村转型发展协同机制

平原农区是保障国家粮食安全的核心区,土地综合整治与乡村转型发展协同有利于缓解平原农区经济发展、耕地保护、生态保育等多重压力,保障乡村振兴政策落实。本文以“问题研判—策略梳理—机制构建—实证检验”为研究主线,探讨两者协同机制。研究表明：① 平原农区“三生”空间利用冲突显著,生产空间低值低效、生活空间无序空废、生态空间污损衰退共同制约乡村转型发展;② 面向土地价值提升、人居环境改善、产业融合发展的土地综合整治优化策略,有利于推动乡村转型发展;③ 新时期,土地综合整治由“以地为本”单要素调控转向“人、地、业、权”多要素协同综合整治,权利重组、空间重构、产业重塑是推动土地综合整治与乡村转型发展协同的核心机制;④ 平原农区典型地区禹城市,聚焦土地权属调整、空心村整治和现代产业培育,实现土地综合整治与乡村转型发展的协同推进。本文有利于深化平原农区人地系统科学新认知,为构建现代化国土空间治理体系和全面推进乡村振兴提供实践参考。     

顾及空间尺度效应的城市土地利用变化精细化模拟

城市土地利用变化模拟是优化土地资源配置的科学依据,提高其精细化程度和可靠性有助于准确把握城市用地发展趋势,对城市土地资源精准调控具有重要意义。基于宏观遥感分类的土地利用变化模拟,难以在街区尺度上揭示城市用地社会功能变化及精细化模拟中空间尺度效应来源和作用机理。本文联合遥感影像和POI数据识别出城市土地利用精细化特征,运用响应面法率定土地利用精细化模拟的最优空间尺度组合,在此基础上,利用CA-Markov模型开展了未来土地利用变化的精细化模拟。以武汉市中心城区为应用案例,研究结果表明：基于POI 的城市土地利用精细化识别方法,可以深度解析城市建设用地的社会功能,极大改善了传统基于遥感的土地覆被宏观解译效果;研究区土地利用变化元胞自动机精细化模拟的最优空间尺度组合是30 m元胞、7×7邻域以及冯诺依曼邻域类型,采用最优空间尺度组合能够提高土地利用变化精细化模拟的可靠性。响应面试验设计结果可有效识别精细化模拟过程中空间尺度效应的主要来源,并区分其对模拟精度的影响程度与正负效应;预计到2025年,研究区建设用地范围将继续向周边扩张,各类型用地之间互为交织,土地利用空间格局将呈更加破碎化趋势。