南方稻麦轮作系统下小麦根系的三维分形特征

【目的】根构型直接影响作物的水肥吸收,而定量根构型的相关指标多局限于二维分析,缺乏有效的3D分析指标。论文探讨计算分析根构型3D特征的指标与操作方法,用于定量稻麦轮作制不同耕作方式对小麦根构型的影响。【方法】使用自制的根构型数字化仪,测取田间小麦根系的真实空间拓扑数据,获得根系构型的空间坐标。然后运用Matlab编程实现小麦根构型拓扑数据的虚拟重构,令虚拟根系再现实体根系的空间拓扑。结合分形理论与软件的计算分析功能对虚拟根构型进行分形维计算,分别获取3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度和单株总根长5个特征指标,以此表达小麦根构型在不同年度、不同耕作方式处理下的时空动态。同时建立不同年度及耕作处理下单株总根长动态与根构型3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D平面分形丰度间的相关关系。【结果】研究发现随着作物生长期的变化,不同年份及不同耕作处理下的小麦根构型指标都表现出稳定增长的趋势。不同之处在于2010—2011年度的小麦根构型指标平稳增长,而2011—2012年度的根系生长速率变化较为剧烈。对比两个年度间的小麦根构型指标发现,免耕和旋耕两种耕作方式对小麦根构型的影响效果相反,在2010—2011年度,旋耕处理方式下的根系指标优于免耕处理方式,而在2011—2012年度,免耕处理方式下的根构型指标表现更优。对于作物生长前期(0—98 d)而言,年度变化引起的根构型指标差异显著大于耕作处理引起的差异,在作物生长后期(98—112 d),年度变化和耕作处理方式对小麦根构型指标的影响较为相近。对比小麦根构型的3D分形维指标和平面分形维指标发现,3D分形维明显区别于平面分形维,这表明根系的三维分形是根构型的必要分析指标。在不同的年度与耕作措施下,单株小麦的总根长与3D分形维数、3D分形丰度、2D分形维数、2D分形丰度都满足指数模型,且显著相关,说明年度因素和耕作措施仅是影响模型的常量参数项。【结论】由计算机软硬件结合分形理论构建的田间小麦根构型的可视化和定量化分析手段是实现小麦根构型精确分析的保证,该分析过程真实再现了田间小麦根构型的时空动态。3D分形指标可以准确定量作物根构型真实的时空动态,在进行根系生长策略的选择及根土关系优化时需要考虑到田间作物根系的实际生长条件和耕作制度。     

金属材料抗植物磨料磨损表面轮廓分形维数计算

基于分形理论和磨损表面轮廓分析,采用盒计数法、变差法、功率谱法和结构函数法4种算法,计算了植物磨料对金属材料磨损表面轮廓曲线的分形维数.结果表明:磨损后的表面分形维数与磨损质量损失存在密切的关系,质量磨损越大,分形维数也越大;4种算法中结构函数法与变差法计算的分形维数误差较小,可用于计算植物磨料对金属材料磨损表面的分形...     

用粒子群算法反求割离井公式中的水文地质参数

【目的】研究粒子群算法在反求割离井公式水文地质参数中的适用性。【方法】以待估计的水文地质参数作为变量,利用割离井公式计算观测井的理论出水量,将理论出水量与观测出水量的偏差平方和作为目标函数,从而将反求割离井公式水文地质参数问题转化为最优化问题,利用粒子群算法进行求解。【结果】实例验证表明,粒子群算法用于反求割离井公式水文地质参数,计算精度高,不受人为因素干扰,可以取得理想效果。【结论】粒子群算法是反求割离井公式水文地质参数的新方法。     

辽宁省古红土颗粒分形特征研究

[目的]为了使用颗粒大小分形维数定量化描述土壤的物理风化程度。[方法]以分布于辽宁省的古红土为研究对象,利用杨培岭等确定的土壤颗粒大小分形维数计算方法计算古红土的颗粒大小分形维数,并分析维数与土壤各粒级含量、母质、质地、砂粉黏比、粉黏比的关系。[结果]结果表明:辽宁省古红土的颗粒大小分形维数介于2.6255～2.8640,随土壤黏粒含量的增加而变大。[结论]分形维数的大小能反映成土母质风化的难易,不能简单用以定量描述土壤的质地特性,但可以用以代替土壤的砂粉黏比定量描述土壤的风化程度。     

土壤颗粒数量分布的局部分形及多重分形特性

【目的】采用定量方法全面判断土壤颗粒分布(PSD)的内在结构,以提高利用土壤PSD函数估测土壤水动力参数的精度。【方法】利用激光粒度仪测定红胶土、土娄土、黑垆土和砂黄土4种黄土体积PSD,计算得出土壤颗粒数量PSD,然后基于分形理论研究了粒度的幂定律适用范围及相应的分形维数;在符合幂定律的粒度范围内进行多重分形计算,获得了土壤数量PSD的多重分形参数。【结果】分形分析结果表明,红胶土、土娄土、黑垆土和砂黄土4种土壤符合幂定律的颗粒半径的下限均接近0.5μm,而上限依不同土壤差别很大,相应的分形维数为2.17～3.43;多重分形分析表明,红胶土广义分形维数Dq值在整个q区间上变化最明显,显示出比其他土壤更强的颗粒分布不均匀性;4种土壤的τ(q)-q曲线均明显异于直线,表明4种土壤均具有多重分形分布特征。红胶土、土娄土、黑垆土和砂黄土的f(α)谱宽分别为4.30,1.96,1.74和1.25,谱的不对称系数分别为-0.924,0.516,0.141和0.490,表明红胶土的多重分形结构较其他3种土壤更明显,其不对称程度最大。【结论】多重分形理论能更细致地刻画土壤颗粒的数量分布特征;将分形和多重分形理论相结合可以更加全面地了解土壤颗粒分布的内在结构。     

7种盆栽观赏植物室内滞尘能力研究

测定了7种常见室内观叶植物在室内环境中的叶片滞尘能力,并利用数码相机对叶片拍照,研究叶片分形维数同滞尘能力的关系。结果表明：滞尘量大小依次为小天使〉燕子掌〉绿萝〉发财树〉吊兰〉小叶榕〉虎尾兰。分行维数大小依次为虎尾兰〉小天使〉燕子掌〉绿萝〉发财树〉吊兰〉小叶榕。对于一般的叶片而言,分形维数越大,叶面越粗糙,单位滞尘量越大;但不适用于叶片上有亮斑纹的虎尾兰,算法的局限性造成分形维数的增加。     

黄土高原不同生境土壤结构体分形维数研究

【目的】研究不同生境条件下土壤结构体分形维数及其与主要土壤特性的关系。【方法】根据植被和土壤类型,从黄土高原不同地域分别采集22个0~20 cm土层土壤样品,利用干筛法测定其结构体组成,分析土壤结构体分形维数及其影响因子。【结果】黄土高原22个土壤样品结构体的分形维数为2.267~2.843。土壤类型不同,其土壤结构体的分形维数具有明显的差异,分形维数表现为干润砂质新成土>黄土正常新成土>简育干润均腐土>土垫旱耕人为土。回归分析发现,土壤结构体分形维数与土壤有机质、全氮含量具有极显著的负相关关系,相关系数分别为-0.591 9和-0.640 7(n=22)。对黄土正常新成土,除5~10 mm结构体外,土壤结构体分形维数与各粒径含量均呈现出明显的线性关系,正负相关性以0.25 mm为界,即其分形维数与>0.25 mm的结构体含量呈负相关,与<0.25 mm的结构体含量呈正相关。多元线性回归分析表明,结构体分形维数与0~0.25,1~2,2~5,5~10 mm结构体含量的偏相关关系达到显著水平,而与0.25~1 mm结构体含量的偏相关系数不显著。【结论】在黄土高原地区,土壤结构体分形维数随纬度增加而增加,土垫旱耕人为土结构体分形维数最低,干润砂质新成土结构体分形维数最高,同时土壤结构体的分形也受土地利用方式的影响,分形维数表现为人工林地>农地>自然林地>裸地。     

汽车起重机动力加压落幅系统研究

【目的】汽车起重机重力落幅系统存在落幅速度不均匀和操控性差等问题,而动力落幅系统存在起重臂易抖动等问题.针对上述系统存在的两个问题,结合重力落幅系统和动力落幅系统的优点,提出一种动力加压落幅方案,即向变幅油缸有杆腔加压,增加了起重臂大角度的落幅速度;同时改变变幅平衡阀的控制方式,由控制手柄直接控制,避免有杆腔油压对变幅平衡阀的影响.【方法】通过理论研究和MATLAB仿真研究,定性分析了平衡阀的流量饱和特性.【结果】平衡阀阀芯节流槽通流面积越大,达到饱和的流量越大,而压差越小.将研究结果应用于汽车起重机的动力加压落幅系统,通过变更平衡阀的阀芯结构,以限制起重臂小角度的落幅速度.【结论】通过试验测试,动力加压落幅系统的落幅均匀性提高,最大流量差减少约61%,全程落幅时间缩短约38%.     

青花椒种植对土壤颗粒组成及分形维数的影响

【目的】为青花椒林土壤管理及退耕还林中经济林树种选择提供参考。【方法】以农耕地退耕形成的弃耕地和青花椒林为研究对象,研究不同退耕方式(青花椒地、弃耕地)以及青花椒种植年限(2、5、9、14 a)对土壤颗粒组成、分形维数(D)、理化性质和微生物数量的影响,探讨了分形维数与土壤肥力之间的关系。【结果】青花椒林和弃耕地土壤中粉粒(0.02~0.002 mm)和黏粒(0.002 mm)含量、0.02 mm与0.02 mm粒级含量的比值(RPC)、分形维数、孔隙度、持水量、养分含量(弃耕地有效磷和速效钾除外)和微生物数量均高于对照农耕地;随着青花椒种植年限的延长,以上各指标均增加,且相同年限的青花椒林高于弃耕地。土壤颗粒分形维数和0.02 mm与0.02 mm粒级含量的比值与土壤物理性质、养分含量和微生物数量显著相关(P0.05)。【结论】坡地退耕种植青花椒对提高小粒级土壤颗粒含量和改善土壤肥力状况的效果优于弃耕地;土壤颗粒分形维数和0.02 mm与0.02 mm粒级含量的比值均可表征坡地退耕后土壤肥力的变化状况。     

黄土高原典型流域次降雨径流侵蚀产沙规律研究

【目的】研究黄土高原地区小流域次降雨径流侵蚀产沙规律,建立适宜于该地区的侵蚀产沙预报模型。【方法】根据岔巴沟流域32年实测的水沙资料,采用径流侵蚀功率、地貌分形信息维数的计算模型及多元非线性回归方法,分析了黄土高原地区岔巴沟流域的次降雨径流侵蚀产沙规律。【结果】岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙模数Ms与径流侵蚀功率E、地貌形态分形信息维数Di有很好的相关性,模型具有较高的精度和一定的适用性。【结论】基于流域径流侵蚀功率与地貌形态分形信息维数的岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙预报模型,能够近似反映不同尺度流域次降雨径流侵蚀产沙特性及水沙传递的关系,为建立具有广泛适用性和较高预报精度的黄土高原流域次降雨径流侵蚀产沙预报模型提供了理论依据。     

不同丹参种植区土壤水稳性团粒分形维数与基本特性的关系

[目的]研究土壤水稳性团粒分形维数及其与团粒基本特征之间的关系,为防止土壤退化、减少土壤侵蚀提供理论指导。[方法]利用分形理论对山东、河南和四川等丹参主要种植区根际、根间和空白土壤水稳性团粒的分形特征进行分析。[结果]河南栾川土壤根际、根间土壤水稳性团粒分形维数最小,四川集凤空白土壤水稳性团粒分形维数最小,河南栾川次之;根际土壤水稳性团粒的分形维数为2.569 0～2.937 7,根际土壤分形维数与<0.25 mm粒级团粒含量呈0.01水平显著正相关;根间土壤团粒的分形维数为2.694 0～2.942 8,根间土土壤团粒分形维数与1.00～0.50、<0.25 mm粒级团粒含量呈0.01水平显著相关;空白土壤团粒的分形维数为2.709 6～2.965 1,空白土壤分形维数与<0.25 mm粒级团粒含量呈0.01水平显著正相关。[结论]土壤水稳性团粒分形维数与粒径>0.25 mm土壤水稳性团粒总量、稳定性系数呈负相关。     

水帘过滤负压抽风对兔舍小气候和家兔的影响

[目的]探讨水帘过滤负压纵向通风调节室内小气候的可行性,为标准化兔舍设计提供依据。[方法]选用水帘过滤负压抽风兔舍和室内放置轴流通风机兔舍各一栋,在开启有关设备时测定室内温度、湿度、氨气浓度、空气流速的变化,统计对比母兔的繁殖仔兔数、死亡数、投入产出指标。[结果]试验兔舍与对照兔舍的温度差异显著(P<0.05),氨气浓度差异极显著(P<0.01),母兔的繁殖率明显提高,死亡数、单位生产成本明显降低。[结论]水帘降温纵向抽风可以有效控制室内小气候,是一种能兼顾降温与通风且单位生产成本较低的方法,值得在南方兔舍设计中推广。     

基于分形理论的滨海新区土地利用空间格局变化研究

[目的]探讨基于分形理论的滨海新区土地利用空间格局变化。[方法]利用遥感和地理信息系统技术获取滨海新区1993-2008年城市土地利用现状数据,运用分形理论分别计算了各类用地的边界维数、半径维数、信息维数这3种分维,并对它们所揭示的土地利用空间格局变化特征予以分析。[结果]滨海新区各土地利用类型的空间分布具有明显的分形特征,而各地类3种分维值的大小和变化有效揭示出了研究区土地利用空间格局的复杂性、向心聚集性和均衡性的变化。未利用地、盐田的边界维数不断上升,表明其边界日趋复杂。港口码头、滩涂的边界日趋简单。耕地的半径维数大于2,表明其面积从中心到四周逐步增长;盐田、水域则在距城市中心的不同半径空间中较为均匀的分布;其余地类则从中心向四周分布逐步衰减。林园地、未利用地、滩涂信息维数值较小,呈现较为明显的集中分布;耕地、盐田的空间分布逐渐向外围集中;港口码头则在原有基础上建设面积不断向四方扩展;水域和居民点与工矿用地的空间分布较均匀。[结论]将分形理论运用于城市土地利用空间格局变化研究中能很好地弥补以往城市空间格局研究中定量论证的不足,具有较高的实践价值。     

有机氯农药污染场地地下水抽水试验

伴随城市化进程和产业结构调整,我国出现许多污染场地亟待修复。通过某典型有机氯农药污染场地抽水试验论证抽出-处理修复方案应用于该污染场地地下水修复的可行性及获取抽出-处理工程设计所需要的参数,同时监测了特征污染物的浓度变化特征。该污染场地的地下水渗透系数为8.03m·d-1,抽水井影响半径为117.1m,长期抽水试验获得的单口井抽水量不低于170m3·d-1,回灌速度达到7m3·h-1。结果表明:该污染场地实施抽水是可行的,地下水量满足后续抽出-处理修复工程,可通过自来水回灌减缓修复过程抽水量下降趋势,但此过程也影响地下水的流动方向。同时,抽水过程可抽出大量的污染物,越靠近污染区域,抽提污染物的效果越明显;随着抽水的进行,污染物的浓度总体显现降低的趋势。此外,自来水回灌可稀释地下水中的污染物。     

中小型电力泵站技术改造方案的研究

针对80年代以前建设的电力泵站设备老化严重、自动化水平低,导致泵站效率低、能耗高的现状,提出了对中小型电力泵站包括泵的管路改造、机电设备改造、控制技术改造和无功补偿措施等内容的技术改造方案。重点是控制技术的改造,在文中给出了控制电路硬件设计方案和软件控制模块,从而实现了控制过程的自动化,提高了泵站的效率,降低了灌排水费用,也为电力泵站实现综合自动化系统提供了条件。     

庆铁输油管道泵站工艺流程改造

介绍了大庆－铁岭输油管道（庆铁线）改造前的工艺流程概况及存在的问题,在工艺流程设计原理的基础上,提出了输油泵站工艺改造方案,该方案采用高效患联泵,取消给油泵,简化工艺流程,采用原油／热媒换热器与间接加热系统取代直接式方箱炉,实现“先炉后泵”输油工艺,改造后的工艺流程简单实用,功能齐全,操作方便,并可支持调度与站控端对管道系统实时调节与保护。     

淮阴泵站起动试验研究

现场实测虹吸流道泵系统起动过渡过程电动机定子端电压、泵机组转速、虹吸流道内水位和气压等瞬态值,分析得出计算泵系统起动动态参数数学模型,为大型泵站设计和管理提供科学依据。     

基于分形理论的滨海新区土地利用空间格局变化研究

[目的]探讨基于分形理论的滨海新区土地利用空间格局变化。[方法]利用遥感和地理信息系统技术获取滨海新区1993～2008年城市土地利用现状数据,运用分形理论分别计算了各类用地的边界维数、半径维数、信息维数这3种分维,并对它们所揭示的土地利用空间格局变化特征予以分析。[结果]滨海新区各土地利用类型的空间分布具有明显的分形特征,而各地类3种分维值的大小和变化有效揭示出了研究区土地利用空间格局的复杂性、向心聚集性和均衡性的变化。未利用地、盐田的边界维数不断上升,表明其边界日趋复杂。港口码头、滩涂的边界日趋简单。耕地的半径维数大于2,表明其面积从中心到四周逐步增长;盐田、水域则在距城市中心的不同半径空间中较为均匀的分布;其余地类则从中心向四周分布逐步衰减。林园地、未利用地、滩涂信息维数值较小,呈现较为明显的集中分布;耕地、盐田的空间分布逐渐向外围集中;港口码头则在原有基础上建设面积不断向四方扩展;水域和居民点与工矿用地的空间分布较均匀。[结论]将分形理论运用于城市土地利用空间格局变化研究中能很好地弥补以往城市空间格局研究中定量论证的不足,具有较高的实践价值。     

气力提升泵性能影响因子的初步试验

气力提升泵的水输送量反映了提升管进口的流速情况,而进口流速是衡量吸鱼效果的重要因素。以水槽试验的方法研究了不同因子对水输送性能的影响,共测试了使用6种平板孔喷嘴、2种环状孔喷嘴、5种潜水比3、种喷嘴水下潜没深度和3种管径的水输送量数据,并进行了活鱼抽吸试验。分析结果表明,D2和D3平板孔喷嘴由于合理的孔分散程度而相对提高了水输送量,但与其它喷嘴差异不显著。具备理想的气泡尺寸和分散程度的D6环状孔喷嘴获得了最佳的水输送性能。增加潜水比和喷嘴水下潜没深度或减小提升管管径对水输送性能的提高有决定性影响。当集鱼装置始终维持高鱼水比例时,气力提升泵具有较好的活鱼抽吸能力。     

木糖结晶的热力学特性研究

[目的]研究木糖结晶的溶解度及介稳区。[方法]采用激光法试验考察了木糖在纯水、乙醇-水溶液中的溶解度以及木糖在水中的超溶解度,确定木糖水溶液的结晶介稳区。[结果]木糖在纯水和不同体积配比的乙醇-水溶液中的溶解度随着溶液体系温度降低而明显减小,结晶介稳区的宽度在低温范围内比高温阶段要宽。[结论]为利用农产品废弃物木糖结晶的生产操作提供了理论依据。