分形理论在达州市达川区滑坡灾害研究中的应用

分析诱发滑坡灾害的原因是一项较为复杂的过程。针对四川省达州市达川区各种自然因素开展研究,通过GIS软件的分析功能,得到研究区395个滑坡灾害点与各个影响因素的叠加图。利用分形分维理论中的盒维数法研究达川区滑坡灾害点空间分布的分形特征,并对统计结果进行分析。研究成果显示:达川区滑坡灾害点空间分布分维值为1. 011 9,相关系数为0. 956 4,具有较高的自相关性;按各自然因素分区统计,滑坡灾害点与深丘、低山地区,年均降水量介于1 050～1 250 mm以及植被覆盖度介于30%～60%之间的区域分形相关性都较强。因此,采用分维值划分滑坡灾害易发程度,可以更直观地描述各影响因子对滑坡灾害点影响程度并得到潜在灾害危险性分区示意图,可以为滑坡灾害的有效治理提供可视化数据支撑。     

水文干旱的时间分形特征探讨

介绍了分形理论的基本概念及其分维计算方法．探讨了干旱要素在一定标度范围内的统计时间分形特征．通过实例分析表明：不同程度的干旱现象具有各自的时间演变规律，时间分形与干旱发生的周期存在反相关关系，即时间分维越小，干旱发生的周期越长，干旱现象越严重；而轻轻的干旱现象则以短周期为主，发生频繁，分维值较高．时间分维有可能对干旱规律的认识和预防有重要价值．     

黄土高原重点流域河网分形特征研究

分形理论为流域地貌形态特征的定量描述开辟了新的思路。本文采用盒维数计算原理和方法,计算黄土高原20条重点流域的河网分维值,探讨其分维值与流域面积、径流模数、产沙模数的相关关系,结果表明:黄土高原地貌形态在其无标度区间内表现出很好的分形特征,根据计算出的各流域分维值发现,黄土高原大多数流域可能处于侵蚀发育的幼年期;流域干流长度与流域面积的幂函数关系式拟合较好,符合Hack提出的主河道长度与流域面积的关系;径流模数与河网分维存在很好的线性关系,其相关系数通过了显著性水平为0.01的检验;河网分维与流域面积、产沙模数都呈正相关性,但难以用某一种简单函数描述。最后通过多元回归分析,建立了产沙模数模型,验证结果表明,该模型具有较高精度,可以对流域产沙模数进行估算。     

基于ArcGIS的易滑地层滑坡孕灾模式研究——以湖北省保康县为例

湖北省保康县滑坡灾害发育,查明滑坡的孕灾模式十分必要。通过分析滑坡分布发育特征,选取高程分布、水系分布、岩土体类型、降水、断层分布和人类活动6个因子,基于Arc GIS操作平台进行因子敏感性分析,进而识别出研究区易滑地层。在此基础上,提取出非连续变量孕灾模式:孕灾模式A,含碎石粉质黏土+基岩为碎屑岩;孕灾模式B,含碎石粉质黏土+基岩为碳酸盐岩。采用确定性系数(CF)法识别出连续变量孕灾模式:滑坡发育面积多为1.2万~4.8万m~2,滑坡后缘高程主要集中在280~520 m高程段,总体坡度19°~31°,且发育岩层倾角9°~36°。综合以上变量,获得研究区易滑地层滑坡典型孕灾模式,可划分为2个大类和6个亚类,即基岩为碎屑岩类(根据不同斜坡结构又可细分为3类)和基岩为碳酸盐岩类(根据不同斜坡结构又可细分为3类),滑体物质成分均为含碎石粉质黏土。研究结果可为保康县滑坡灾害防治提供一定的地质依据。     

基于IVDF-SVR耦合模型的边坡变形预测

针对改进变维分形在分形维数进行拟合预测中的不足,提出一种基于改进变维分形理论(IVDF)和支持向量回归机(SVR)理论耦合的分形预测模型。该模型利用支持向量回归机(SVR)理论来对原来改进变维分形模型中分形维数序列进行拟合预测。以茅坪滑坡的边坡位移监测数据为例,选取ln(r)-ln(S1)累计和序列分维分段曲线作为预测模型的分形参数曲线,先利用改进变维分形模型计算各曲线的分段分形维数,进而预测边坡的位移值,再利用IVDF-SVR耦合模型计算各曲线的分段分形维数,进而预测边坡的位移值。预测结果表明,IVDF-SVR耦合模型充分利用了分形理论的自相似性,使预测模型具有良好的抗噪性,同时结合SVR理论的自学习能力,可以实现小样本、非线性条件下的数据拟合与预测的优势,使得该模型能够达到较好的预测长度和较高的预测精度,有着较好的应用前景。     

基于分形理论的挟沙水流掺混长度分析

采用爱因斯坦和钱宁的试验数据,基于分形理论计算和分析了掺混长度的分形维数,结果表明:①挟沙水流掺混长度分维值的取值范围为0.0175相似文献   

宣汉地区降雨型滑坡空间发育规律及敏感性分析

宣汉县是四川省达州市地质灾害较为发育的县区。为研究该区域滑坡分布及稳定性规律,通过实地调查滑坡数据信息,并结合GIS技术和确定性系数法,分析与滑坡分布及稳定性紧密关联的多个致灾因子(滑坡坡度、高程、坡向、岩性、水系和公路)的敏感性。结果表明研究区滑坡灾害受到致灾因子影响区间多发生在:①400～1 000 m的高程范围内,其中400～600 m处于高度易发区;②滑坡坡度处于5°～25°的相对区间内,其中5°～15°区间更加敏感;③水系缓冲区和公路缓冲区均在800 m范围内,特别是公路缓冲区在400 m范围内的影响更大。同时,应用敏感性系数比值和敏感性指数进一步分析了致灾因子对滑坡分布和稳定性2个方面的影响程度。分析表明:坡度因子对降雨型滑坡稳定性起到重要的影响,但其对滑坡分布的影响程度要弱于公路因子。研究结果为今后类似条件下的滑坡危险性评价、防灾减灾计划等提供理论依托。     

惠州抽水蓄能电站厂房区岩体节理网络分形研究

惠州抽水蓄能电站厂房区岩体内发育有多组不同方向的节理，这些节理的发育对岩体工程质量有重要的影响，该文根据在探硐内节理统计的结果，利用分形几何方法求出岩体节理网络分维值，并在此基础上对岩体工程质量进行评价。     

宽级配泥沙分形特性及其输移规律试验研究

为了探寻宽级配泥沙粒度分形特性及其输移规律,通过水槽冲刷试验,分析了床沙和推移质的分形特征,并对不同床沙、不同流速条件下的泥沙粒度分维值进行了定量的计算和对比。结果表明:不论床沙还是推移质的级配都具有良好的统计自相似性,具有分形特征;级配是否连续对于粒度分维值的变化存在显著影响,床沙粗化后粒度分维值变小,且随着冲刷流速的增大,非连续级配时粒度分维值逐渐变小,而连续级配时粒度分维值逐渐变大。推移质粒度分维值与其所对应的中值粒径存在显著的负相关性。     

用粒径的数量分布表征的土壤分形特征

应用计算机图像分析技术，对6个典型土样测定土壤颗粒的等效直径和分布规律，给出用粒径的数量分布表征的土壤分形维数。结果表明：土壤颗粒的粒径分布具有一定的统计分形特征，分维数的数值反映了粒径大小和分布的均匀程度。分维数愈大，土壤颗粒的粒径愈小，细粒含量愈高，质地愈不均匀；土壤颗粒在单一粒级分布的集中程度对分维数的数值有重要影响，单一粒级的颗粒含量愈高，分维数愈大。计算机图像分析技术为土壤的分形研究提供了一种精确、简便的实验和分析方法。     

基于数字图像处理的平原城镇河网分形特征研究

城镇河网分形特征反映了城镇水系分布密集度、城镇河网水面率与水系连通程度,对预测城镇水文趋势、旱涝抵御能力、水系及地貌演变等具有指导意义。本文以苏州吴江桃源镇河网为研究对象,基于数字图像处理技术,采用盒计数法和Sandbox法对桃源镇河网的分形特征进行定量分析。结果表明:盒计数法和Sandbox法均较好地揭示了该地区河网分形特性,分维值分别为1.4085和1.7442。盒计数法12个标度下的栅格边长和非空盒数关系曲线呈外凸状,揭示了该地区分形规律随标度减小而减弱的特征;以5个随机点和形心为控制点,采用Sandbox法对河网骨架分形进行计算,揭示了不同点控制区域分形维数的差异性。Sandbox法分维较盒计数法精确,原因为盒计数法受到最小标度、分形体不规则性和边界效应的影响,因此可采用盒计数法的定性判别与Sandbox法的定量计算对城镇河网分维综合评价。桃源镇河网分形特征说明了该区域地貌平缓且土地被河网分割严重,其河网分维受制于河道离散、土地破碎与城镇化发展的矛盾。     

长江流域水系分形结构特征及发育阶段划分

基于分形理论对长江流域不同地貌类型区分别进行了水系分维数的计算,论证长江流域不同类型地貌区域水系存在显著的分形特征,同时通过水系分维数,定量地判断了长江流域不同地貌单元的地貌发育阶段。研究结果表明:①长江流域水系分维数的变化呈现出自西向东逐渐增大的三阶梯分布趋势。②河网密度作为判别水系疏密程度的指标,在整个研究区与水系分维数之间呈现出一定的正相关关系。③除南阳盆地岗地平原外,长江流域其余地貌区仍然处于地貌侵蚀发育的幼年阶段,但不同地貌区之间的发育程度仍然存在较大差异。④在长江中下游低山丘陵平原区,受城市化进程中人类活动的影响,水系复杂程度及流域侵蚀发育程度皆表现出较大的差异性。     

国内外河流（网）非线性动力系统防灾分形理论研究综述

河流(网)非线性动力系统发展一般遵循"相对稳定—混沌—无序—分形自组织—恢复相对稳定"的变化规律,演变过程表现出一定的混沌分形特征。从长序列水文过程分形、洪水分期分形、河流形态演变分形、洪灾时序及频次分形、水文多尺度分形等5个方面,分析探讨了国内外河流(网)动力系统防灾分形理论研究动态及趋势展望。提出水利智能分形复合理论、流域多尺度洪灾分维动力机制、河型转化分维判别标准、河流演变复合参数分形特征与物理机制、堤防灾变系统演化分形混沌理论、水文多尺度智能分形与决策支持等方面是分形混沌学与水科学、灾害学及人工智能学交叉发展未来取得重要突破的关键方向。     

基于分形的水轮发电机组振动研究

在水轮发电机组状态检修系统中，振动信号为故障诊断提供了丰富的信息。实际的振动波形表明，机组的振动信号具有非平稳性，其波形具有分形特征．通过对不同振动故障类型的分形特性研究和分形维数的计算，结果表明分形维数与故障类型之间存在某种对应关系。用分形的方法处理机组的振动信号的方法是有效、简单和可行的。     

颗粒级配对非饱和红土土-水特征曲线的影响

颗粒级配是影响土-水特征曲线的主要因素之一,探讨这个问题对研究非饱和土的渗流和强度特性具有重要价值。以江西红土为研究对象,人工配制5组颗粒级配不同的土样,基于分形理论研究其分形特征及其分维数,结合滤纸法试验测量土样的土-水特征曲线并求得其特征值,然后分析各特征值与分维数之间的关系。结果表明:对于不同颗粒级配的土-水特征曲线,同一体积含水率下细土颗粒含量越多的土样其基质吸力越大;粗细土颗粒含量不同的土样均具有较好的分形特征;颗粒级配定量指标均随分维数的增加呈现出先增后减的规律;且分维数随着细粒土含量的减少而降低,进气值和残余基质吸力值均随分维数的增大而提高。说明可运用分维数讨论颗粒级配对土-水特征曲线的影响。     

陕西合阳黄河湿地土壤颗粒体积分形特征研究

本研究通过粒径分析,采用分形理论,研究了陕西合阳黄河湿地4种不同类型土壤的分形特征.结果表明:(1)体积分形维数反映出从荒地、耕地到湿地,直至退化到盐碱化荒地,土壤质地具有变粗的趋势,可以更精细地反映出土壤质地的变化.(2)体积分形维数与粘粒、粉粒和砂粒含量表现出不同的相关性.(3)分形维数在不同类型土壤剖面上随深度的变化复杂多变.     

考虑活动性状态的大型滑坡危险性评价

活动性状态是表达滑坡危险程度的重要指标。以往的研究中滑坡危险性评价是选取易发性指标通过数理分析计算得出危险性程度,大多没有考虑斜坡演化进程及活动性状态,难以精确表达滑坡危险性程度。为此,提出了考虑斜坡活动性状态的大型滑坡危险性评价方法,通过GIS对地质条件和斜坡活动性进行叠合分析,计算大型滑坡危险程度。以西山村滑坡为例,选取坡度、坡高、曲率、坡向、地层岩性、断层、河流、道路、植被覆盖度作为地质条件因子,采用裂缝发育程度和变形监测情况表达斜坡活动性状态,构建了考虑斜坡活动性状态的危险性评价模型,采用GIS分析完成了西山村滑坡危险性评价。最后通过高活动性和高危险性的面积重叠度进行了验证,结果显示评价精度达96.03%。研究成果可为滑坡预警预报和治理措施提供一定的理论依据。     

长江三峡库岸几何形态的分形分维研究

利用数盒子法分段计算三峡大坝蓄水前(水位线高程约65 m)和一期蓄水后(坝前水位135 m)两个时期长江干流左右岸库岸线的分维值,并将其计算结果进行对比,以研究长江三峡库岸分维值与地质环境的关系。分析这两个时期库岸的分维值及其差值,发现峡谷区均小于宽谷区,研究表明这受库岸的地层岩性、构造、地质灾害及人类工程活动的控制或影响:①峡谷区为坚硬难风化的碳酸盐岩,而宽谷区为软硬相间易风化的碎屑岩,水流对不同软硬度岩石的侧向侵蚀差异导致库岸形态的弯曲程度不同;②峡谷区为背斜而碎屑岩区为向斜,水流切割地层的方式不同影响库岸的几何形态;③地质灾害的发生及人类工程活动影响库岸几何形态的自然发展。