陕西省延安市燕沟流域水系分形与地貌侵蚀发育研究

为验证分形维数法与传统地貌法判断地貌侵蚀发育阶段是否一致,基于DEM数据提取陕西省延安市燕沟流域水系结构图,利用网格法计算燕沟流域水系分形维数,利用高程面积曲线法刻画了该流域的地貌侵蚀发育阶段。结果显示:燕沟流域水系长度为61.6 km,水系密度为1.29 km/km²,水系数量为109条,燕沟流域水系的分形维值为0.98,高程曲线下面积为0.497。由此可以得出,燕沟流域地貌处于侵蚀发育的壮年期,需要加强该地区水土流失治理; 分形维数阈值判断方法忽略了面蚀在地貌侵蚀过程中的作用,它将低估该地区地貌发育程度,因此利用水系分维值推断地貌侵蚀发育阶段的阈值需要更改。     

杂谷脑河流域暴雨型泥石流沟地貌特征分析

沟谷的地貌特征是泥石流灾变过程中的一个重要的缓变因子。它决定泥石流形成的动力条件,制约水源条件中的地表径流汇流过程,影响固体物质补给的方式。因此,可以通过研究流域地貌特征来分析泥石流灾害发育特征。以杂谷脑河中游的暴雨型泥石流沟为研究对象,分析了定量描述沟谷发育阶段的流域地貌信息熵,流域面积以及沟床纵比降与泥石流灾害特征之间的关系。结果发现,泥石流沟流域地貌信息熵值处于为0.12～0.20之间时,沟谷属于中高频的泥石流沟,熵值位于区间之外的沟谷则属于低频泥石流沟;沟谷流域面积大于15km2,沟床纵比降小于300‰时,发育稀性泥石流,反之则发育黏性泥石流。     

海螺沟景区典型泥石流流域地貌特征及灾害防治

海螺沟景区泥石流对当地居民和外来游客的生命安全、景区公路和旅游设施以及景区生态环境构成严重威胁,严重影响到景区旅游业的发展.在查明景区内泥石流沟分布的基础上,对景区内泥石流流域地貌特征进行初步分析,探讨景区内泥石流流域地貌的演化模式,采用面积-高程分析方法对泥石流流域地貌所处的发育阶段进行判别,发现景区内泥石流沟主沟长度和流域面积之间呈现出明显的幂函数关系,并且所有泥石流沟现正处于壮年期或壮年偏幼期发育阶段;最后提出了景区泥石流的防治措施.     

胶东半岛丘陵区冲沟沟长曲折度分形研究

冲沟沟长的分维数和分形曲折度是表征沟道形态复杂程度的重要指标。以栖霞市庵里水库西缘流域为研究区,基于SA地形指标模型阈值法提取冲沟系统,测算冲沟沟长盒维数,研究地形参数同冲沟沟长分维和沟长分形曲折度间的相关性,并建立模型模拟沟长分维数及分形曲折度,并对模型进行检验。结果表明:(1)流域内沟长分维数和曲折度同平均坡度、地表粗糙度、剖面曲率和沟壑密度具有极显著的线性关系,沟长分维数和沟长分形曲折度可以作为评价区域地形形态特征的综合指标。(2)建立了沟长分维数和曲折度单因子模拟模型,其中沟壑密度单因子模型,模拟沟长分维数和分形曲折度的相对误差分别为0.007 8%和0.025 2%,精度高,可用于冲沟沟长分维数和曲折度的快速估算;坡度、剖面曲率、地表粗糙度构建的单因子模型模拟精度相对较低。     

胶东半岛丘陵区冲沟分形特征及其影响因素研究

以胶东半岛丘陵区7个集水区为研究对象,采用SA模型提取研究区冲沟系统,测算各集水区冲沟沟长盒维数,分析沟长分形特征及其与地形参数和土地利用类型间的关系,厘定研究区内冲沟发育演化的特征及规律。结果表明:(1)东部构造活动性强的隆起区分维值明显高于西部构造活动性弱的沉积凹陷区,沟长分形特征主要受区域地质构造控制。(2)沟长分维数与平均坡度、地表粗糙度、剖面曲率、沟壑密度和沟头密度等地形参数之间相关性显著,而与集水区面积和沟长没有相关性。(3)沟头密度、沟壑密度与沟长分维数间具有极显著正相关性,相关系数分别为0.982 4,0.975 3,是表征沟谷分形特征的重要参数,可作为估算区域沟谷分形特征和分形维数的简单指标。(4)沟长分维数与集水区内林草地比存在较显著正相关性,与丘陵旱地比具有较显著的负相关性,相关系数分别为0.893和-0.919 8,表明冲沟展布形态特征同地质构造控制下的大的地貌轮廓关系密切,与人类改造地表形成的微地貌关系不大。     

泥石流堆积物粒度分维的讨论

在泥石流堆积物粒度分维原计算方法的基础上,改变研究对象和应用条件,进一步完善了计算方法,并对两种方法下求得的粒度分维进行比较.实例证明,利用改进后方法得到的粒度分维与泥石流堆积物土体的机械组成更相吻合,同时也反映了泥石流的搬运能力和破坏能力,体现了泥石流更多的特征.该研究是对泥石流堆积物土体机械组成和分形特征研究的补充,对泥石流堆积物特征和分形理论的研究都具有一定意义.     

白龙江流域泥石流特征分析

泥石流孕灾环境和流域形态是泥石流发育及其活动的基础,把握孕灾环境和流域形态特征对开展泥石流防灾减灾工作具有重要的现实意义。在分析白龙江泥石流空间分布格局的基础上,从区域构造环境、地形地貌、地层岩性和降水等方面研究了流域泥石流的孕灾环境特征,探讨了各因子与泥石流分布的耦合关系。针对白龙江干流250条泥石流沟,运用数理统计方法,对其流域面积、主沟长和相对高差等重要参数进行了统计分析,明确了干流泥石流的流域形态特征。     

流域地貌形态多尺度三维分形量化及尺度效应——以砒砂岩区二老虎沟为例

流域地貌形态的科学量化是地貌学研究和区域尺度土壤侵蚀模型研究中的热点问题之一。针对目前地貌形态分形量化模型中存在的地形模拟方法和模型结构不合理问题,基于GIS技术和分形理论改进了地貌形态分形量化模型,并使用无人机高分辨率DEM数据对砒砂岩区二老虎沟流域进行了多尺度地貌形态量化,进而研究了该区地貌形态三维分形量化的尺度效应。研究发现:(1)随着尺度的降低,该区三维分形维数呈线性降低趋势,即地形复杂度呈线性降低趋势;(2)砒砂岩区二老虎沟流域在10m尺度地形复杂度已大大降低;(3)根据多指标量化结果分析,地貌形态量化指标分为两类:地形复杂度指标和地形起伏度指标,前者具有明显的尺度效应,后者尺度效应不明显。     

岔巴沟流域三维地貌多重分形特征量化

流域三维地貌形态的科学量化研究是地貌学研究和流域土壤侵蚀模型研究中的热点问题之一。该文针对流域三维地貌所具有的明显各向异性和三维立体特征,根据多重分形理论,构建了基于GIS的流域三维地貌多重分形计算模型及其实现方法;并以此为基础,结合流域数字高程模型(DEM),计算分析了岔巴沟5个研究子流域的三维地貌多重分形谱及其主要参数,探讨了流域三维地貌多重分形特征及其流域地貌表征意义。研究结果表明,该文建立的基于GIS的流域三维地貌多重分形计算模型可实现流域三维地貌多重分形谱及其特征参数的直接量化;岔巴沟5个研究子流域的三维地貌具有显著的多重分形特征;流域三维地貌多重分形谱及其主要参数可以更加敏感、更加全面地对流域三维地貌的总体特征进行描述,能够分层次地刻画流域内部的精细结构,从而更加突出地表现异常局部地貌变化特征。该文研究成果为流域三维地貌复杂形态的科学准确量化研究提供了一种新思路和新方法。     

流域地貌系统定量研究的新指标

简要介绍了分形基本理论,着重讨论了流域地貌系统定量研究的指标,水系分维的计算方法,水系分维区域划分原则及其应用含义。     

泥石流粒度分维值的初步研究

运用分形理论,提出泥石流粒度分维的概念及其计算方法。根究泥石流粒度分析结果,分别求解泥石流形成区原始土体粒度分维、流体粒度分维和堆积物粒度分维,并分析它们与泥石流体颗粒机械组成和流体性质方面的相互关系。泥石流粒度分维值为泥石流形成、运动和堆积特征以及流体性质提供了可供参考的指示意义。     

泥石流堆积物粒度分形特征及影响因素分析

汶川地震诱发了大量的泥石流,给山区带来了巨大的人员伤亡及财产损失,为了更好地对泥石流特征进行研究并对其危险性进行预测,通过野外取样对泥石流堆积物进行了粒度分析,并对汶川地震灾区泥石流堆积物的分形结构特征以及泥石流物源区岩性、松散物质量及沟道坡降对泥石流堆积物颗粒组成的影响进行了分析。结果表明,其粒度分维值介于2～3之间,平均值为2.49,标准差为0.19,分维值的离散度比较低。粉砂岩的分维值最小,其次是砂岩和泥灰岩;石英闪长岩的分维值最大,其次为石灰岩。分维值的变化趋势与松散物质量的变化趋势极为相似,分维值随着松散物质量的增大而增大。泥石流堆积物的分维还受到沟道坡降的影响,在其它影响因素相同的情况下,分维值随着沟道坡降的增大而增大。地震后泥石流堆积物的分形特征体现了泥石流危险度的大小,可为泥石流活动特征及危险性预测提供依据。     

泥石流频发区不同盖度草地土壤颗粒的分形特征

运用土壤粒径质量分布原理与分形理论,研究泥石流频发区蒋家沟3种不同盖度草地土壤粒径分形特征。结果表明：不同盖度草地的土壤粒径分布具有不同的分形特征,其分形维数在2.520 8～2.669 1之间,其关系为：低盖度草地〉高盖度草地〉中盖度草地;不同盖度草地土壤分形维数与〈0.002 mm,0.05～0.002 mm粒径含量呈极显著正相关,土壤的颗粒越小,细粒含量越高,分形维数越大;分形维数与土壤容重呈显著正相关,与有机质含量呈显著负相关。土壤粒径含量、土壤容重、有机质是表征土壤理化性质的重要参数,对土壤肥力状况、结构稳定性及抗蚀性能有着重要的影响。因此,土壤颗粒的分形维数可作为表征土壤结构和性质的重要参数,也可作为土壤抗蚀性的指标之一。研究结果可为研究区植被恢复和土地利用开发提供一定的理论依据。     

不同岩性风化物分形特征及其与渗透系数关系研究

为了探讨不同岩性风化物的结构组成和渗透性能,在野外采样和室内分析的基础上,选择小江流域9种岩性风化物作为研究对象,采用分形理论,分析了不同岩性风化物的分形特征及其与渗透系数之间的关系。结果表明:（1）岩性风化物具有显著的分形特征,分形维数值为2.567～2.833,其关系为白云岩 > 砂岩 > 第四纪沉积 > 玄武岩 > 千枚岩 > 泥质灰岩 > 粉砂岩 > 板岩 > 泥岩;（2）分形维数与 < 0.005,0.005～0.05 mm的粒径含量呈极显著正相关,与10～20,20～40,40～60 mm的粒径含量呈极显著负相关,与其他粒径含量相关性不显著;（3）多元线性回归分析发现, < 0.05 mm的粒径是决定不同岩性风化物分形维数的决定粒径;（4）分形维数与渗透系数呈显著的一次函数关系:y=-276.84x+810.66,分形维数越大,细颗粒物质越多,渗透系数越小,渗透能力越差。因此,分形维数可以作为表征不同岩性风化物粒级组成和渗透性能的参数,可以为泥石流起动发生的研究提供一定的理论依据。     

基于故障树分析法的亚热带地区泥石流危险性评价

通过分析泥石流危害的影响因子及其间存在的逻辑关系,运用故障树分析法(FTA),针对亚热带地区泥石流主要危害线域工程的特点,建立了泥石流灾害评价故障树,并应用于泥石流危险性评价。对广东省乐昌市16条泥石流沟危险度的评价结果表明,该方法与传统灰色关联度危险度评价法结果一致性较高,且更符合实际情况。该法克服了传统方法因子、权重不灵活,未考虑因子之间的非线性关系,及地区适用局限性等问题。从而证明了故障树分析(FTA)法在泥石流危险性评价应用中的有效性和可行性。     

祖厉河流域水系分维与地貌发育阶段浅析

根据Horton-strahle水道序列划分原则,采用数学模型,对黄河上游水土流失严重的祖厉河流域进行分析计算,得出该流域水系分维及其主河道分维,并确定了其流域发育阶段,为同类型区的小流域水系分维计算、地貌发育阶段的确定和水土保持工作提供可操作性强的方法。     

基于流域单元的岷江上游泥石流危险性评价

泥石流的形成需要具备高陡的地形、充足的水源以及丰富而松散的固体物源三个基本条件,当山区小流域具备上述条件时,都有发生泥石流的可能。选取岷江上游区域作为研究区,以数字高程模型（DEM）作为基础数据,运用均值变点法和河网密度法结合遥感影像,实现研究区内小流域划分;针对影响泥石流形成的三个基本条件,以小流域作为评价单元,选取地层岩性、断裂密度、平均坡度、形状系数、沟道比降、24 h最大降雨量等六个评价指标,应用主成分分析法计算各因子的权重,实现岷江上游地区的泥石流危险性评价。分析结果表明,评价的结果能较好的反映出岷江上游的泥石流灾害分布情况,为该区泥石流灾害的防治提供了参考和依据。     

前期降雨对泥石流形成的贡献——以蒋家沟泥石流形成为例

 根据蒋家沟实测降雨资料,结合泥石流观测,分析泥石流形成的降雨组成和前期降雨对泥石流形成的影响。发现雨季不同时期土体含水量差异较大,而且在不同时期激发泥石流的短历时雨强也不同。通过实测确定出该流域前期降雨量的衰减系数为0.78。在此基础上应用主因素分析法对26场泥石流的降雨资料进行分析,发现前期降雨在影响泥石流的各项降雨指标中贡献超过80％。提出了有待进一步研究的问题。     

泥石流作用下路基易损性模型试验研究

[目的]采用模型试验研究泥石流对路基的冲淤作用规律,为泥石流作用下路基易损性的研究提供一定依据。[方法]以中巴公路K1561泥石流沟谷为研究原型,应用相似试验原理建立模型。根据原型沟谷设置试验条件,得到原型沟谷模型试验数据;然后又采用控制变量法进行6个因素共25组模型试验,以研究不同因素在泥石流作用下对公路路基的冲淤作用规律。[结果]原型沟谷模型试验数据与现场调查结果相吻合;流通区坡度、路基与泥石流出山口之间的距离、一次泥石流冲出物最大方量、泥石流重度和泥石流爆发频率5个因素对易损性的影响较为明显,泥石流主沟道与路基之间的夹角对路基易损性的影响不明显。[结论]5个因素对路基易损性有重要影响,可作为泥石流易损性评价中的重要评价指标。