不完全分形多孔介质热导率模型

将多孔介质的物理构成分为具有分形结构的团聚体集合和不具有分形特性的固相和孔隙相,建立了简化单元体模型解释其微观结构。结合多孔介质在干燥过程中热量守恒定律和傅里叶导热定律导出了材料总有效热导率模型。此模型无经验常数,每一个参数都有物理意义。研究结果表明,有效热导率与迂曲分形维数、面积分形维数、孔隙率和热风温度呈反比,与热风速率和时间呈正比。     

柱塞式生物质环模成型机环模凹模磨损预测

为研究柱塞式生物质环模成型机的磨损特性及预测磨损程度,利用分形理论及磨损机理,建立了环模凹模的磨损预测模型,并对凹模进行磨损预测和分析,用试验验证模型的正确性。结果表明:新型柱塞式环模的主要磨损部位在环模凹模模孔内壁处,其表面临界微凸体接触面积由表面形貌及材料属性决定;考虑了物料及环模凹模物理特性的环模凹模磨损预测模型的预测结果是正确的;探讨了几种典型参数与平均磨损率的关系,得知随着分形参数、成型压力、当量成型速度的增大,其平均磨损率也增大。试验用2种典型材质的环模凹模和2种成型物料形成的4组摩擦副中, 42CrMo-秸秆的平均磨损率最慢,45钢-木屑的磨损率最快。      

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。     

水库消落带土壤颗粒组成分形及其空间分异特征

颗粒组成作为土壤的基本物理特性,对土壤结构、力学性质、肥力特征等均有明显影响。降雨径流、波浪和重力等多重营力作用下的消落带土壤侵蚀过程导致表层土壤颗粒发生了重新分布。为了研究水库消落带土壤颗粒组成的空间分异特征,以三峡水库典型消落带为研究对象,在不同海拔位置分别采集了0—10 cm和10—20 cm层的土壤用于测定颗粒组成,并利用分形理论计算出体积分形维数。结果表明:(1)三峡水库消落带土壤颗粒组成以粉粒为主,占总体积的72.6%～86.5%,且随着海拔的增加而升高; 从不同土层深度来看,0—10 cm层黏粒含量明显低于10—20 cm层。(2)消落带不同海拔位置的土壤体积分形维数具有明显异质性,且与海拔呈正相关(R²=0.74),而在不同土层之间具有弱变异性(C_v<2)。(3)体积分形维数与黏粒、粉粒含量均呈显著正相关(p<0.01),与砂粒含量呈显著负相关(p<0.01),且与黏粒的线性相关性最强。综上,消落带土壤颗粒组成在不同海拔存在较大差异(p<0.01),但在土层深度上无显著差异(p>0.01); 150～160 m海拔区间和0—10 cm层土壤具有明显的粗粒化现象。     

毛竹种群空间格局的地统计学分析

为了增加对竹林生态系统认识,应用地统计学中的半方差、半方差理论模型模拟、分形维数及其与竹林结构部分因子相关分析,研究毛竹种群空间格局特征。研究结果:(1)毛竹种群半方差总体均值为0.818,林地之间变异较大,属中等强度变异。半方差的标准差较小,占半方差均值的1.293%～7.241%。不同类型毛竹林半方差均值比较两两之间差异不显著。半方差的理论模型模拟多为线性模型,而球状模型和指数模型较少,毛竹林空间自相关性较弱。(2)毛竹林分形维数均趋近于2,表明毛竹林具有较好的均质性。(3)基台值与立竹度、均匀度呈显著相关关系,而分形维数与立竹度和均匀度相关不显著,表明了基台值与分形维数是刻画种群空间格局两方面指标。结论:毛竹林是趋于同质性植被,空间自相关性较弱,毛竹种群半方差在不同类型竹林之间差异不显著;竹林经营时采用竹阔混交林为宜,同时使毛竹在空间分布上趋于均匀,减小半方差,减弱毛竹之间的空间资源竞争强度。     

晋西黄土丘陵区不同植物群落的土壤分形特征

为研究晋西黄土丘陵区不同植物群落与土壤结构特性和入渗特性的关系,探索土壤结构的定量化描述,运用分形学原理和方法,研究晋西黄土丘陵区油松纯林、刺槐纯林、油松＋刺槐混交林、侧柏纯林、黄刺玫灌丛、柠条灌丛及荒地7种植物群落的土壤分形维数与土壤质地、密度、孔隙度、含水量及饱和导水率的关系.结果表明：1）植物群落具有改善土壤颗粒结构的作用,其改善作用以针阔混交林（油松＋刺槐混交林）最好,阔叶林（刺槐纯林、黄刺玫纯林）次之,针叶林（油松纯林、侧柏纯林）最低.2）研究区土壤颗粒分形维数在2.799 ～ 2.805之间,黏粒（＜0.002mm）质量分数偏高.3）土壤颗粒分形维数与土壤黏粒质量分数呈显著正相关关系,与土壤砂粒（2.00～0.02 mm）质量分数、土壤总孔隙度、含水量及饱和导水率呈显著负相关关系.因此,土壤颗粒分形维数可以表征土壤结构特性和入渗特性的好坏.不同的植物群落对土壤的改良效果不同,研究结果可为研究区域植树造林提供参考依据.     

神府煤田土壤颗粒分形及降雨对径流产沙的影响

神府煤田在开发建设过程中造成的扰动地面、弃土体、弃渣体产生了严重的人为水土流失。采用野外人工模拟降雨试验方法,研究了土壤分形维数及降雨强度对未扰动地面、扰动地面、弃土体及弃渣体径流产沙的影响。结果表明,(1)弃土体、弃渣体随产流历时呈现突增—下降—稳定的过程,扰动地面和未扰动地面则经历上升—稳定的产流过程,各下垫面径流率均随着雨强的增大而增大。(2)各下垫面土壤颗粒分形维数的大小为D1(弃渣体)D2(弃土体)D3(扰动地面)D4(未扰动地面),次降雨径流量与降雨强度、分形维数分别呈显著的线性、幂函数关系,且D1~D2及D3~D4之间存在用以区分下垫面类型的临界分形维数值。(3)弃渣体侵蚀过程线呈先波动后稳定趋势,弃土体则呈多峰多谷特点,扰动地面和未扰动地面在1.0~2.5 mm min-1雨强下侵蚀速率均先增大后逐渐稳定,3.0 mm min-1时二者侵蚀速率则波动剧烈。四种下垫面平均侵蚀速率均随着雨强的增大而增大。(4)次降雨产沙量与降雨强度、分形维数均呈显著的幂函数关系。(5)径流量、产沙量与雨强和分形维数分别呈显著的线性、指数函数关系。分形维数对矿区土壤侵蚀模型的建立有重要的科学意义。     

黄土坡面细沟形态及其量化参数特征

通过黄土坡面模型和人工模拟降雨试验,定量分析了在45,87和127mm/h降雨强度下坡面细沟形态量化参数特征。结果表明,细沟形态量化参数随雨强的增加并不是单一的增加或减少,而是随着侵蚀的发展呈波动变化。裸地1和裸地2由于土壤容重的不同表现出不同的变化趋势。细沟分形维数与长度、密度间存在良好的正相关关系,说明非线性量化参数与传统单因子量化参数之间不是孤立的。分形维数作为整体性的量化参数,在坡面侵蚀发育的一定阶段内能够较好地表征细沟长度、密度的变化趋势。     

云南宣威市烟田耕作层土壤颗粒分形特征研究

在宣威市烟田耕作层土壤属性数据的基础上,研究了土壤颗粒分形维数与土壤机械组成、土壤质地和土壤养分间的关系,建立了植烟土壤颗粒分形维数的预测函数。结果表明:除了1.0 mm颗粒含量外,土壤颗粒分形维数与低于一定粒径的颗粒含量呈极显著正相关,且测定的粒径越小,直线斜率和相关系数越大,这表明随着土粒直径减小,分形维数增加。土壤颗粒分形维数重点反映黏粒含量,其次是粉粒含量。宣威市植烟土壤质地以壤土为主,适合优质烟的种植,土壤颗粒分形维数介于2.4889~3.8905之间,土壤颗粒分形维数可作为描述土壤质地的综合性定量指标,但土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量与土壤颗粒分形维数的单相关性均不显著。建立的植烟土壤颗粒分形维数估算函数预测准确度和精确度高,分别为0.9714和0.9617,且相对误差较低(-0.8236%~0.8208%),能很好地用于模拟植烟土壤分形维数。     

田块尺度土壤入渗特性空间变异研究

土壤入渗特性是田块尺度参数估值的重要基础。该文以陕西省杨凌区一级阶地砂壤土和三级阶地粘壤土所选典型田块的双环入渗试验为基础,分析了归一化因子在单一尺度和多尺度上的分形特征,并在此基础上建立了估算归一化因子的土壤转换函数。结果表明:对于修正Kostiakov公式所采用的归一化处理方法是可行的,可较好地预测典型田块各测点的土壤入渗过程;在单一尺度上,一级阶地和三级阶地所选典型田块的归一化因子最优半方差函数均为球状模型,其分形维数分别为1.796和1.840;在多尺度上,一级阶地典型田块归一化因子的空间变异受粉粒含量、砂粒含量和土壤容重的影响显著,三级阶地典型田块归一化因子的空间变异与黏粒含量、粉粒含量、砂粒含量和土壤初始含水率相关程度最高(显著性水平0.01);估算归一化因子的土壤转换函数具有较高的精度和可靠性,其一级阶地和三级阶地典型田块验证样本归一化因子的实测值与估算值相对误差绝对值均值分别为13.15%和9.95%。研究结果可较好地解决田块尺度内土壤入渗点面转换及入渗参数难以取得的问题。