基于多孔介质土体分形特征的渗透系数研究

堤坝工程渗流计算中确定土体渗透系数尤为重要。利用分形维数不同尺度域,分析渗透破坏试验土样无标度区,指出土体细颗粒含量是决定土体分形维数的主要因素。基于多孔介质毛管束模型,推导了渗透系数和孔隙率与分形维数之间分形关系解析式,阐释了多孔介质土体渗透系数影响因子包括分形系数、孔径大小、分形维数及流体黏滞系数。利用土体渗透破坏试验结果,进一步论证了渗透系数和孔隙率与分形维数之间的非线性关系。结果表明:当分形维数大于2.83时,孔隙率随着分形维数的增大而减小,但在颗粒吸着水和薄膜水形成的黏聚力影响下,渗透系数随着分形维数增大而减小的规律不明显。研究结果可为渗透破坏形成机制及发展过程分析提供理论依据,减少堤坝渗透破坏致灾隐患。     

河湾平面形态及河湾流路方程研究综述

详细论述了目前河湾流路研究中的主要观点,系统介绍了自然河湾流路平面形态特征的有关研究成果以及河湾流路方程的研究进展.结果表明:虽然河湾形态研究方面已取得了多项突破,但对河流形态的变化规律仍缺乏普遍性的认识;了解和掌握河道形态的影响因素及影响模式,利用河流平面形态变化规律规划河道、整治江河仍将是一个艰苦的过程.     

地貌形态特征分形信息维数与像元尺度关系研究

本文论述了用分形信息维数(兀D)表征流域地貌形态特征的原理和方法;建立了基于GIS平台流域地貌特征分形信息维数的计算模型;并利用Avenue语言开发了基于Arcview环境下流域地貌特征分形信息维数计算软件。以长江弹子溪小流域为例进行地貌分形信息维数的计算,依据计算数据就地貌形态特征分形信息维数与像元尺度关系进行了分析。结果表明：流域地貌分形信息维数可以较好地作为流域复杂地形地貌形态特征综合性、整体性和科学性的量化指标;像元尺度对地貌分形信息维数的无标度区间确定十分关键;跨流域地貌形态特征分形信息维数计算与评估应以统一像元尺度为前提。     

红黏土平面裂纹扩展的分形特征

为了探讨红黏土在失水过程中裂隙的演化规律,进而为确定红黏土的力学参数提供理论支持,通过采集红黏土在失水过程中不同时刻表面裂隙扩展状态的数字图像,并采用MATLAB 软件对图像进行滤波、阈值分割后获得裂纹演化的二值图。在裂纹演化二值图的基础上,计算红黏土表面裂隙的简单分形维数、裂隙率以及多重分形谱与失水量之间的关系。结果表明：裂纹演化二值图的分形维数以及裂隙率与失水量之间有很好的线性关系,其多重分形谱曲线形状以及谱宽表能够很好表述红黏土平面裂纹演化在分形结构上不均匀分布的性质。     

河道形态特征的随机分形模拟

应用随机分形理论中的一维和二维RMD模型,在给定平面区域上生成了不同分形维数、粗糙程度及分辨率的河道剖面轮廓及床面形态。结果表明:不同分形维数的河道剖面轮廓或床面形态具有相似的微观粗糙结构,且随着分形维数的增大,结构复杂程度提高,粗糙度的峰谷位置不变,但各点的幅值将发生不同程度的变化。     

长江中下游河道平面形态指标分析

在作者曾对长江中下游河道平面形态进行统计和河型分类的基础上,本文对不同河型的形态指标作了进一步分析,获得了不同河型的平面形态诸因素之间的关系及河型转换中的形态条件,初步阐述了形态分析在河道整治中的作用。     

黄河源区典型弯曲河流的几何形态特征

黄河源区支流白河和黑河位于青藏高原东北部若尔盖盆地的东部,河道蜿蜒曲折,是典型弯曲型河流,研究其弯曲河道的一般形态规律,有利于认识青藏高原弯曲河流的发育条件和形态特征。基于遥感图像、DEM和野外调查,利用ArcGIS提取了白河和黑河的河网,计算了沿程的纵比降,并测算了河道宽度、弯曲度、河谷宽度和牛轭湖数量。白河和黑河的统计河段平均弯曲度分别为1.68和2.46,黑河平均弯曲度大于白河的主要原因是黑河的多年平均流量和河道纵比降均小于白河。白河单位河长的牛轭湖数量沿程由多变少,黑河单位河长的牛轭湖数量沿程趋于均匀,且牛轭湖数量多于白河,说明黑河沿程保持更高的自然裁弯频率。     

河床形态冲淤调整的分形度量

将河流动力学与数学中的分形理论相结合,以河床冲淤较为剧烈的三峡坝下游典型分汊河段为例,分析了河床表面分形维数（BSD）的变化及其与相应河段平面、纵剖面、横断面冲淤调整特点的关系。结果表明：BSD具有时空变异性,一方面不同类型河段BSD是不同的,其可在一定程度上反映河型,甚至河型亚类的差异;另一方面同一河段BSD随河床冲淤进程亦发生相应变化,其与河床形态调整存在着必然联系。同时,BSD值与典型剖面形态的复杂程度呈正相关性,可从整体上描述河床表面形态冲淤起伏的剧烈程度。BSD作为河床表面形态冲淤起伏程度的定量工具,其在河流动力学领域中的河势量化分析、河型判别及河道形态阻力计算等方面将具有一定的参考价值。     

结构面三维形态测量及表面粗糙度分形分析

针对结构面表面形态各异、难以获得的问题,采用自行研制的结构面三维形态测量装置——变阻式结构面三维形态测量仪,对硬性结构面表面形态进行三维测量,实现了三维曲面形态的图形化。针对结构面粗糙度系数JRC值估测不准,导致结构面精确评价困难的问题,运用分形几何理论进行分析,获取粗糙度系数JRC与分形维数D的函数关系式,并与经典Barton理论相结合,建立了结构面表面三维分形表述的剪切强度模型。实例验证表明,该理论计算模型具有一定应用价值。     

赤峰市新城区半支箭河无资料区历史特大洪水分析

根据半支箭河洪水调查资料,采用多种方法计算半支箭河无资料区历史特大洪水。确定赤峰市新城区防洪是否满足标准。     

基于分形和R/S分析的渭河干流径流变化特征研究

变化环境下日益突出的水资源供需矛盾对流域水资源管理提出更高要求。通过分析流域径流量变化特征,揭示流域水资源演变趋势,为流域水资源合理开发利用提供依据。以渭河流域为研究区域,采用Mann-Kendall非参数检验、分形理论和R/S等方法分析渭河干流6个典型水文站1956—2015年径流时空变化特征、持续性及两者之间的关系。结果表明:渭河干流各站点的月径流量均呈减少趋势,从上游到下游,月径流量减少趋势的显著性越来越弱,呈显著性减少趋势的月份越来越少。渭河干流各站点的月径流深Hurst指数均大于0.5,即未来与历史变化情况呈正相关性,各站点未来月径流量将呈持续减少趋势。汛期分维数大于非汛期,上游月径流分维数小于下游,中游月径流分维数最大。分维数越大,径流过程变化越复杂,河流调节能力越差,表明渭河干流在汛期和中游径流量调节能力相对较差。Hurst指数与分形维数之间有着显著负相关性,即径流量越复杂,分维数越大,Hurst指数越小。研究结果可为流域水资源科学调度提供依据,有利于促进流域内水资源严格管理。     

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。     

长江下游新生洲洲头分流段演变特征及洲头守护措施

洲头分流段的河床演变对河势控制与稳定起着承上启下的关键作用,历来受到工程界的广泛关注。长江新生洲洲头分流段处于苏皖交界,是长江南京河段的门户。通过分析历史及近年上游小黄洲汊道、下游新生洲汊道及新生洲洲头分流段的河床演变特征,揭示了上下两个汊道分流比变化及洲头冲淤、汊道兴衰的内在关联性,论证了洲头控制对汊道水动力变化及主支汊演变的重要性,指出在三峡水库新运行的水沙条件、河势变化及汊道河势稳定性要求下,守护新生洲洲头的治理措施应以恢复近年洲头冲刷后退前的滩势为原则,修建长度、方向、高程合理的洲头导流坝,并辅以护底及洲头两缘的护岸工程,以及对小黄洲洲尾右侧至洲尾滩脊进行局部疏浚。成果可为该河段的全面系统治理提供有益参考。     

基于长序列的黄河下游游荡型河道河势演变

分析黄河下游游荡型河道河势的时空演变规律,为进一步认识黄河下游河道演变特征、开展河道整治提供理论支撑和实践价值。在系统收集、整理1960-2015年黄河下游游荡型河段典型断面的河势观测资料基础上,利用Mann-Kendall趋势检验和Fisher断点检验方法分析1960-2015年黄河下游游荡型河道典型断面多年平均河宽及主流线迁移速率变化情况。结果表明:近60年黄河下游游荡型河道在平面形态上呈藕节状分布,而其主流线调整速率的时空分布规律并不显著;黄河下游于店断面、禅房断面是平面藕节状分布的关键节点,将全河段划分为3段(第一段铁谢至于店断面,河宽均值为1 627m;第二段于店至禅房断面,河宽均值为1 477m;第三段禅房至高村断面,河宽均值为1 074m)。     

Applicability of Geostatistical Tools and Fractal Theory for the Estimation of the Effect of a River on Water Relations in Adjacent Area

The paper presents a new method of estimation of the effect of a river on the ground waters of the adjacent area, different than the one used so far and based on the application of geostatistical methods and the fractal theories. An analysis was performed of a 14‐year series of daily observations of ordinates of water level in the river Oder and ordinates of ground water levels in five piezometers situated at various distances from the riverbed, within the range from 120 to 1000 m. The first stage of the analysis was devoted to evaluation of the applicability of classical statistical measures. It was found that only selected ones display a relation with the distance. Those included maximum value, ranges, coefficients of variation, and variances. The remaining ones proved to be non‐applicable. The next stage was the analysis of correlations between the parameters of semivariograms of ground water levels in the piezometers and the parameters of semivariograms of water levels in river Oder. It was demonstrated that the values of each parameter were related with the distance of a given piezometer from the riverbed. This means that they are useful for the estimation of the effect of the river Oder on the adjacent areas, as are the fractal dimensions. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

渭河干流杨凌段水边线提取及其分维数计算方法研究

利用RGB遥感影像和DEM数据,采用Sobel算子法、人工交互阈值分割法、DEM河网法和面向对象分类法提取渭河干流杨凌段水边线信息和分维数计算。结果表明:不同方法所提取的水边线的盒分维方程的判定系数差别不明显,且具有良好的提取效果;当数据精度较高,研究面积较小时,人工交互阈值分割法具有较高的提取精度,高分辨率RGB遥感影像也能用于提取水边线信息;研究区河流分维数在1. 0～1. 4之间,属于侵蚀发育阶段的幼年期;文中4种方法提取水边线均可行,在缺乏高精度DEM数据的情况下,采用RGB遥感影像也可以较好地提取水边线信息。     

三峡库区重庆主城区河段河床演变分析

三峡工程建成后,重庆主城区河段处于水库变动回水区,水流条件和泥沙运动规律将发生变化,该河段泥沙冲淤变化的分析研究,备受有关方面关注。根据2007年及多年所监测的来水来沙资料及河道观测资料,对重庆主城区河段的泥沙冲淤变化规律进行初步分析,结果表明：重庆主城区河段冲淤量主要与来水来沙条件、河道形态、两江相互顶托等因素有关;2007年重庆主城区河段冲淤主要分布在开阔段的缓流、回流区等部位;主要淤积期为6月中旬至7月中旬、9月中旬至11月中旬,主要冲刷期分别为年初至6月中旬、8月中旬至9月中旬、11月中旬至年末;全年略呈冲刷态势。     

堵汊工程在长江中下游分汊河道整治中的作用

为了控制河势，防害兴利，在长灌中下城陵矶至江阴河段的４１处分汊河道进行堵汊，实施后未对长江河道带来不利影响，而且这工程在防洪、防止崩岸发展、消灭钉螺、稳定河势、航运、洲滩利用等方面发挥了积极的作用。实践证明：对长江中下复杂多汊整治应堵塞分流比较小的支汊，使多汉型河道向两汊型方向转化，对分汊河道的稳定十分有利。     

和田河两支流出山口枯水流量的变化特性分析

利用和田河两支流1957-2010年的逐月实测流量资料,采用滑动平均法、Mann-Kendall秩次相关检验法及小波分析法,分析了和田河出山口枯水流量的变化特征。结果表明:和田河两支流出山口处实测枯水流量在20世纪90年代末之前变化趋势不明显,90年代末之后呈显著增大趋势;但两支流枯水流量均未发生突变现象;两支流枯水流量的周期性均不显著,其中最枯月流量周期性的优势尺度为10¹2 a。分析枯水流量的变化特点,主要与流域气温升高及出山口水库调节有关。