模拟降雨条件下径流侵蚀力与地貌特征的动态响应关系

本文通过模拟降雨模型试验,用高精度摄影测量、GIS技术和分形理论,对不同雨强条件下小流域模型次降雨径流侵蚀力和地貌形态分形维数变化及其动态响应关系进行了研究。结果表明,基于次降雨洪峰流量模数和径流深乘积的流域尺度径流侵蚀力量化方法揭示了径流的做功效率;大雨强的次降雨径流侵蚀力明显高于小雨强,不同雨强的次降雨径流侵蚀力随模拟降雨场次增加均呈现较为相似的变化趋势;小流域模型历经25场模拟降雨,地貌形态趋于复杂化,地貌形态分形维数呈波动增加趋势;小流域模型地貌形态分形维数的所处取值范围对于相同降雨条件下次降雨径流侵蚀力变化趋势具有决定性影响。本研究揭示了地貌形态特征与次降雨径流侵蚀力空间变异定量作用关系,提高了流域尺度土壤侵蚀预报模型精度和适用性。     

朝阳县小流域坡面土壤侵蚀状况与土壤磁化率空间分异特征分析

文章选取朝阳县单家店和六家子小流域为例,确定了小流域水土流失强度与土壤磁性之间的关系,系统分析了二者的空间分异特征。研究表明:土壤磁化率在坡面空间尺度上总体呈上部低于底部的趋势,自山顶往西呈波状变化特征;土壤本身抗蚀性差异和坡面土壤发育母质不同,为造成小流域土壤侵蚀差异的主要因素。侵蚀强度与土壤磁化率之间存在负相关性,区域侵蚀强度的空间分异特征能够利用不同空间部位的磁化率大小来描述。侵蚀强度的空间分异特征可利用不同空间部位的磁化率反映。     

新疆土壤侵蚀格局及其空间结构分析

基于星地多源数据,运用水土流失通用方程提取新疆地区水土流失空间分布信息,运用分形维数解析其空间复杂度。结果表明,新疆地区水土流失强度分布存在明显的空间分异,弱度(微度、轻度)水土流失分布于山前冲积扇向盆地边缘过度地带,强度(中度、强度、极强)水土流失分布于山麓河流汇源、居民点、绿洲耕地地区,其中以微度、轻度水土流失为主,占区域总面积的21.16%、13.88%,是区域水土流失治理的重点。维数特征显示,新疆地区水土流失景观具有良好分形结构(R20.7),不同水土流失强度的分形维数依次为:微度(1.755)轻度(1.587)中度(1.586)强度(1.569)极强度(1.551)。     

基于GIS和分形理论的榃滨河流域水土流失空间信息研究

基于GIS技术提取了榃滨河流域水土流失强度和侵蚀模数信息,分析其维数特征及其与土地利用类型的关系。结果表明,该流域水土流失以轻微度为主(共占85.25%),强度水土流失分布较少;随着水土流失强度增大,其斑块的分形维数与Moran’s I分别呈现增加、减小趋势,说明其空间分布形态趋于离散、聚集性变差;不同用地类型对水土流失效应存在差异,林地、草地主要起保育功能,建设用地和耕地结构增加则会加剧水土流失。     

土壤侵蚀时空分布规律及侵蚀热点分析——以陕西省王益区为例

为了评价王益区固沟保塬等水土保持措施实施后的土壤侵蚀变化状况,基于地理信息系统(GIS)技术和探索性空间数据分析(ESDA-GIS)方法,利用像元二分模型估算植被覆盖度,分析了2000年和2019年的土壤侵蚀强度分布规律,揭示了土壤侵蚀强度的空间聚集演化特征。结果表明:①王益区林草地面积大幅增加,高覆盖度(＞75%)面积增加了16.51 km²。②王益区土壤侵蚀状况明显好转。2000年和2019年土壤侵蚀面积分别高达全区面积的70.92%和55.84%;土壤侵蚀强度结构由中度侵蚀＞强烈侵蚀＞轻度侵蚀＞极强烈侵蚀转化为轻度侵蚀＞中度侵蚀＞强烈侵蚀＞极强烈侵蚀。③土壤侵蚀强度分布具有明显的空间聚集特征。全局Moran’ I指数在0.5左右,侵蚀热点区的分布由大片连续分布转化为局部集中的零散分布;侵蚀热点主要分布在(15°,25°]坡度区间,西南和东南部地区尤为明显。研究成果可为王益区水土保持规划、设计及治理提供数据支撑。     

碎石尺寸对碎石土强度影响的大型直剪试验研究

以田师府—桓仁铁路大前石岭隧道边坡碎石土为研究对象,配置了3组含碎石尺寸不同的重塑碎石土样并采用大型直剪仪进行了剪切试验研究,探讨了碎石尺寸对碎石土抗剪强度的影响作用规律。在此基础上,利用现代非线性理论-分形理论,采用分形几何方法研究了该碎石土重塑样的粒度分布特征,得出了不同碎石尺寸下碎石土的分形维数,并探讨了碎石土的强度特征与粒度分形维数之间的关系。研究表明在粗粒含量相同的情况下,碎石土的抗剪强度随着碎石尺寸的相对增大而增大;内摩擦角随着碎石尺寸的相对增大而增大;而黏聚力呈现相反的趋势,随着碎石尺寸的相对增大而降低;随着碎石尺寸的相对增大,分形维数增大,分形维数越大,其颗粒粒度分布越不均匀,反之分形维数越小,其颗粒粒度分布越均匀。碎石土抗剪强度和粒度分形维数有一定的相关性,黏聚力随着分形维数的增大而减小,而内摩擦角呈现相反的趋势,随着分形维数的增大而增大,黏聚力和内摩擦角均与粒度分形维数近似呈现抛物线函数关系。     

苍南县昌禅溪小流域土壤侵蚀特征研究

以土壤流失方程为理论基础,筛选合理的土壤侵蚀因子计算方法,运用GIS空间分析技术,对苍南县昌禅溪小流域土壤侵蚀特征开展研究。研究结果表明,昌禅溪小流域土壤侵蚀以微度侵蚀为主,其所占面积比例为94.80%;其次,轻度侵蚀面积占3.31%;其他类型侵蚀强度所占比例共计1.89%;小流域内没有出现剧烈侵蚀。在土壤侵蚀研究的基础上,结合小流域现场调查,分析影响小流域土壤侵蚀分布的原因。     

马尾松人工林地浅沟表层土壤的分形特征

为了研究南方红壤区马尾松人工林地浅沟表层土壤颗粒的分形特征,为林下浅沟侵蚀的防治提供理论依据,采用野外调查和室内实验相结合,以马尾松人工林地浅沟表层(0～5 cm)土壤为研究对象,运用分形模型计算了表层土壤颗粒质量分形维数,分析了分形维数的空间变化及与颗粒含量的关系。结果表明马尾松人工林地浅沟表层土壤粗化严重,分形维数介于2.14～2.57之间,平均值为2.36,变异系数为3.95%,属弱变异性(CV10%);分形维数值与粉粒、黏粒含量均呈极显著正相关关系(P0.01),与石砾含量呈极显著负相关关系(P0.01);浅沟不同部位间表层土壤分形维数差异显著,整体表现为沟底沟坡沟缘,且沟底的分形维数极显著大于沟坡和沟缘(P0.01);沿沟长方向,随着沟长的增加,表层土壤的分形维数逐渐增大。表层土壤颗粒的分形维数可以较好的反映马尾松人工林地的侵蚀状况,可作为浅沟侵蚀状况的判断指标。     

基于ArcGIS和USLE的邛海流域土壤侵蚀评估

为探讨邛海流域土壤侵蚀强度的空间分布特征,将流域不同的下垫面区域概化为不同的计算栅格单元,基于ArcGIS和USLE方程,计算了各单元的土壤侵蚀模数和土壤流失量。结果得出:总体上,邛海流域属中度侵蚀;土壤侵蚀等级空间分布上,绝大多数子流域属于中度侵蚀;从土地利用类型看,旱地侵蚀情况最为严重。研究结果可为当地更具针对性和科学性地治理和管理水土流失提供技术支撑。     

小浪底水利枢纽区域层状裂隙岩体的分形研究

在已有岩体结构分形研究的基础上,提出了基于Rosiwal截取法的岩石结构分形维数分析方法,即用分形维数的大小反映结构面发育的复杂程度,并运用这种方法对小浪底水利枢纽区域层状裂隙岩体进行了分形研究。研究结果表明:小浪底水利枢纽导流洞区域层状裂隙岩体具有很好的分形特征,岩体结构是受层理控制的,而节理裂隙对岩体稳定性的影响处于次要地位;处于同类构造或沉积区的岩体,分形维数与岩体强度相关;岩体的分形维数是与岩石强度、构造历史和岩性学特征有关的一个参量。     

基于SEM的干湿循环蚀变花岗岩分形特征与力学特性演化规律

分形维数是对岩石裂隙、破碎程度和损伤等细观特征的定量描述,岩石的细观结构往往会对宏观强度特征产生较大的影响。为了研究干湿循环侵水对蚀变花岗岩细观特征的影响,基于电镜扫描(SEM)试验,得到了经历不同干湿循环次数的蚀变花岗岩的细观图像,并通过盒维数法计算得到各岩样的分形维数,建立基于分形维数的细观损伤演化方程;其次,通过室内单轴抗压强度和抗拉强度试验,获得不同干湿循环次数下蚀变花岗岩的力学特性。通过试验数据,得到了干湿循环次数及分形维数分别与岩石强度特性和弹性参数的关系。研究表明:岩石干湿循环次数的增加在宏观上表现为抗拉强度、单轴抗压强度以及弹性模量的减小;在细观上表现为分形维数的增大;泊松比不受此影响。分形维数将岩石细观特征量化、建立了细观和宏观的联系。研究结果可为衡量蚀变花岗岩强度特性的指标提供依据。     

粗粒填料土分形特征与可压实特性相关性研究

粗粒料填土因其压实性好、透水性强、抗剪强度高而被广泛作为路基填料,其颗粒组成是影响可压实性的主要因素。以沪昆客运专线施工现场采集的数十组路基粗颗粒填土为研究对象,首先分析其是否满足分形特征,然后应用分形理论研究其质量分维数与可压实性之间的相关性。结果表明,当分形维数在一区间范围内时,粗粒土可压实性能良好,超过这一范围后,压实性能下降。可采用分形维数作为评价粗粒料填土级配的指标。     

彬长矿区水土流失特征分析与水土保持关键问题

彬长矿区是渭北"黑腰带"水土流失重点监督区和黄土高原沟壑重点治理区。本文从实际出发,深入分析了该区水土流失的三大特征,即:土壤侵蚀强度以强度水力侵蚀与微度水力侵蚀为主;土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主,且强度水力侵蚀面积最大;矿区开采沉陷进一步加重该区水土流失。针对该区水土流失特征,提出了该区今后水土保持需解决的关键问题。希望为彬长矿区水土保持工作提供科学指导。     

延安市土地利用与土壤侵蚀关系研究

利用GIS技术对延安市2009年土地利用和土壤侵蚀现状进行了分析,并通过空间叠加计算,探讨延安市不同土地利用类型对土壤侵蚀的影响关系。结果表明:延安市土地利用主要以耕地、林地和草地为主,占总面积的97.40%;土壤侵蚀程度以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,分别占总面积的39.28%和23.31%;不同土地利用类型中侵蚀程度最大的为城镇村及工矿用地,侵蚀强度综合指数为6.14,侵蚀程度最小的为有林地,侵蚀强度综合指数为1.83。针对延安市土壤侵蚀状况,应进一步优化土地利用结构,改善植被覆盖状况,有效防止和治理水土流失。     

基于GIS和分形理论的喀什噶尔河水土流失空间分布研究

为研究喀什噶尔河流域水土流失空间格局分形特征,本文以Landsat OLI影像和DEM为数据源,在Arc GIS与ENVI环境下采用面向对象监督分类和叠加分析方法,提取了喀什噶尔河流域土地利用与水土流失强度信息,并运用分形维数理论探究其空间分布形态。以期为区域水资源管理、水土保持规划提供参考依据。     

水位下降条件下西安D7裂缝土体孔隙变化特征试验

为研究压缩性土体在孔隙水压力下降下所引起的孔隙变化特征,选取孔隙度及分形维数作为评判指标,以西安D7地裂缝两侧可压缩性土层为研究对象,借助三维CT扫描成像技术,依托Matlab计算平台及VG Studio Max图像处理软件,对在水位下降过程中可压缩性土体压缩变形引起的孔隙度和分形维数孔隙变化进行定量评价,并探讨了固结压缩过程中土体孔隙分形维数的变化规律及其影响因素。研究表明:孔隙度随压缩进行大幅降低,由压缩前4.36%降至0.61%;土体分形维数与孔隙度、上覆压力均呈线性相关性,相关系数分别为0.947 2和0.966 0;而且分形维数可以很好的表征孔隙分布特点,是孔隙度的有效补充;通过分析土样孔隙度与分形维数关系,为后期建立区域上地裂缝—地下水开采耦合模型提供参数赋值基础。     

基于景观空间格局分析的土壤侵蚀时空演变研究

以湖北省为研究区域,根据2000年和2005年土壤侵蚀遥感调查成果,综合运用GIS技术,从景观生态学角度对研究区5 a间土壤侵蚀的时空演变特征进行了分析。结果表明,研究区侵蚀面积呈减少趋势,但局部区域侵蚀有所加剧;侵蚀景观尺度的格局特征表现为低异质性、低破碎化和规则化的变化趋势;整体上低强度的土壤侵蚀多表现为斑块数减少和平均斑块面积的增加,边缘规则化。而高强度土壤侵蚀则相反。5 a间研究区土壤侵蚀治理取得一定成效,土壤侵蚀整体状况有所好转,但处于边治理、边破坏的状态。研究结果对研究区水土保持生态建设规划具有一定的指导意义。     

基于分形理论的海龙水文站日月径流过程分析

依据分形盒维数测定的原理和方法,计算了海龙水文站四个典型年径流过程盒维数,并对日径流和月径流变化特征进行了比较和分析。结果表明:不同年份的径流过程具有明显的分形特征,盒维数介于1到1.020之间,总体变化不大;多年分维值存在非常显著的自相似性。     

非均匀卵砾石粗糙床面的分形特征

针对传统方法刻画粗糙床面总体特征存在缺陷的问题,将分形几何理论引入非均匀卵砾石粗糙床面特征研究,以卵砾石床面激光扫描试验资料为基础,探讨了分形尺度区宽度与中值粒径d50的关系,分析了覆盖基准面对分形维数的影响,研究了床面整体与局部分形维数的特征与联系,获得了分形维数随床面颗粒组成及高程统计参数的变化规律。结果表明:分形尺度区宽度与床面颗粒中值粒径d50有关,上临界尺度可取为1.5d50;分形维数与覆盖基准面位置有关,覆盖基准面距平均床面的距离越大,分形维数越大且逐渐失真,为有效量化和区分床面粗糙特征,覆盖基准面宜取平均床面;粗糙床面分形维数具有良好的稳定性,局部分形维数变异性很小,并与整体分形维数接近;粗糙床面的分形维数与颗粒大小、级配组成及床面高程统计参数有关,中值粒径越大,颗粒组成越均匀,床面高程极差、标准差、偏度(绝对值)和峰度越大,分形维数越小。     

河北省土壤侵蚀类型及时空分布特征分析

通过对河北省土壤侵蚀的分析,研究该区土壤侵蚀的类型和空间分布特征。结果表明土壤侵蚀以水力侵蚀为主,区域内河流的土壤侵蚀模数变化幅度较大,虽具有相同流域面积,但侵蚀量却相差数百倍。土壤侵蚀受地形、土壤性质、降雨量和植被覆盖率等的影响,通过1980年前后各水系侵蚀量对比分析,发现植被的改善对减少该地区土壤侵蚀起到了重要作用。分析该区土壤侵蚀量时空分布的结果显示,土壤侵蚀量年内和年际变化幅度均大于降水量变化幅度,年一次较大降水的侵蚀模数占全年平均侵蚀模数的24.5%～100%,最大年泥沙侵蚀模数是多年平均值的2.2～14.1倍。分析并掌握河北省土壤侵蚀主要类型及时空分布特征,可以为主管部门制定水保措施、治理水土流失提供科学依据。