路域生态学及其生态工程技术研究进展

道路建设对陆地和水生生态系统具有广泛的影响,路域生态学为科学阐明人、车、道路及其相连的生态环境系统相互作用关系提供了科学依据。针对不同区域道路建设的生态环境特点,优化调控路域生态系统结构与功能、研发资源节约型和环境友好型路域生态产品、构建路域生态工程技术体系,是推动道路建设绿色发展的重要技术支撑。根据我国全面实施生态文明战略的发展要求,在对路域生态系统结构与功能及研究进展分析的基础上,提出了路域生态工程技术的内涵、产业发展需求和技术发展趋势。     

三明将乐县森林景观异质性及其分形特征

以2010年将乐县林相图为源数据,从2个等级对森林景观类型进行划分,利用分形理论对研究区内各景观斑块类型指标、形状指标和异质性指标进行定量分析,并讨论景观结构的分形特征.结果表明,研究区以有林地和非林地为主,二者面积比重之和高达97.174%,且斑块被边界割裂的程度较高.异质性分析表明,将乐县景观斑块团聚程度较高、结构组成复杂且具有良好的连续性,景观异质性程度较高,但各斑块类型空间分布不均匀.景观要素的分维数及稳定性分析表明,非林地的斑块形状复杂程度较高,灌木林地、其它林地和有林地的空间结构稳定性较好,其稳定性指数值均高于全县的稳定性指数值0.291.有林地中竹混交林的斑块形状最为规则且稳定好,而针叶纯林的斑块形状最为复杂且稳定性差.     

中国震灾的分维及其灾情的分形模型

根据分形理论在相关领域中的研究进展，分析了公元前1831年至公元1979年间中国东北区、华北区、华中区、华南区、西南区、内蒙古区、西北区、青藏区等8大自然区内地震活动的强度-频度关系对长时段中国地震资料的适用性和中国地震活动分维在空间上的变化情况，建立了中国震灾灾情的分形模型.研究结果表明：(1)根据现有长时段统计资料建立起来的中国地震强度-频度关系式是合理的；(2)中国震灾的分维为1.485 8，在中国的8大自然区中，以华中区地震活动分维值相对最大，为1.225 8，华南区地震活动分维值其次，为1.207 2，而以东北区地震活动分维值最小，仅为0.635 2；(3)震灾分维大小与不同区域地震数目之间并不能建立较好的联系，而是在总体上与我国东部地震带、台湾地震带、喜马拉雅地震带与西部地震带的空间分布(这些地震带地震活动较为强烈)是相对应的；(4)中国震灾灾情(死亡人数)的分形模型为lg N=0.632 6 lg r+3.839(式中r为标度，N为标度r之上的灾情出现频次).     

道路生态风险评价方法——以渝宜高速重庆段为例

以渝宜高速重庆段15 km缓冲区为研究对象,选取1986年、2000年和2007年3期遥感影像资料和1∶5万地形图,基于景观结构中的景观干扰度指数和景观脆弱度指数构建景观生态风险指数,利用ArcGIS的空间分析和空间统计学中的空间自相关和插值分析方法,进行路域生态风险空间分布和梯度变化特征分析,得出如下结论:1)1986-2007年的21年中,研究区生态环境质量整体有所下降,生态风险指数较高的地区有所增加;2)研究区内的生态风险度具有明显的集聚特征,生态风险度较高的地区,其相邻区域的生态风险度也较高,反之亦然;3)研究区内的生态风险度呈现出时序上的差异性,1986年生态风险度的高值区分布主要在道路影响域西部地区,与非农建设用地分布集中的区域具有显著的空间相关性;2000年和2007年生态风险度的高值区聚集在东部,这主要与道路修建的时限性有关,此外研究区东部因水位抬升而引起的一系列建设也是导致路域生态环境空间变异的重要原因.     

安徽舒城县土地利用类型斑块分形特征

运用分形理论,对舒城县土地利用类型图斑的周长、斑块边缘密度和斑块形状指数的标度-频度关系进行了定量分析,结果表明:平原区、岗丘区、山区土地利用类型图斑的数目分别为514、222、94,图斑数目逐渐减少,同时景观异质性和景观破碎度逐渐降低.平原区占据优势地位的斑块是耕地,其面积占到平原区斑块总面积80%以上.岗丘区耕地和林地斑块面积百分比分别为31%和61%,占据着优势地位.山区则是林地斑块,其面积百分比为87%.斑块边缘密度普遍较高,土地利用类型斑块边缘趋向复杂化;斑块形状指数大部分小于1.5,斑块形状总体处于比较简单的状态;土地利用类型图斑的周长、斑块边缘密度和斑块形状指数的标度-频度双对数关系显著,相关系数均超过0.9,呈高度负相关,其分形关系客观存在.     

需求系统的分形研究

以关联函数、关联积分为工具,研究了需求系统的分形特征,并对需求系统的时间序列进行了分形分析,寻找出无标度区,计算出分维数,进而发现无标度区的位置,分维数的大小等,可作为反映经济波动的定量指标。     

土石混合体粒度分形特性及其与含石量和强度的关系

利用分形理论论证土石混合体的层次性,建立土石混合体的二维分形结构模型,提出粗、细料无标度区间粒度分维值的概念;通过100组筛分析实验分析土石混合体的粒度分形特征并分析其与含石量的关系;通过大型三轴试验分析土石混合体的粒度分维值与抗剪强度的关系。研究结果表明:土石混合体具有统计意义上的自相似性,一般存在2个粒度无标度区间,具有2个粒度分维值,但对于最优级配土石混合体是一维分形;土石混合体粒度分维值与含石量及强度之间均呈抛物线性关系,对于只具一维分形的土石混合体具有最大的密实度和抗剪强度。     

道路生态风险评价方法 ——以渝宜高速重庆段为例(三峡地区资源环境生态研究)

以渝宜高速重庆段15km缓冲区为研究对象,选取1986年、2000年和2007年3期遥感影像资料和1∶5万地形图,基于景观结构中的景观干扰度指数和景观脆弱度指数构建景观生态风险指数,利用ArcGIS的空间分析和空间统计学中的空间自相关和插值分析方法,进行路域生态风险空间分布和梯度变化特征分析,得出如下结论:1)1986—2007年的21年中,研究区生态环境质量整体有所下降,生态风险指数较高的地区有所增加;2)研究区内的生态风险度具有明显的集聚特征,生态风险度较高的地区,其相邻区域的生态风险度也较高,反之亦然;3)研究区内的生态风险度呈现出时序上的差异性,1986年生态风险度的高值区分布主要在道路影响域西部地区,与非农建设用地分布集中的区域具有显著的空间相关性;2000年和2007年生态风险度的高值区聚集在东部,这主要与道路修建的时限性有关,此外研究区东部因水位抬升而引起的一系列建设也是导致路域生态环境空间变异的重要原因。     

基于植被指数的公路路域界限

基于植被指数的公路路域界限研究对公路建设决策以及生态环境保护有着重要意义。以广昆高速段Landsat 8 OLI遥感影像为基础数据,基于植被指数探讨公路沿线不同缓冲区内植被长势的变化及规律,从而为路域界限确定提供依据。研究结果表明:NDVI、ARVI和IAVI植被指数可以作为实时监测公路路域生态变化的植被指标;公路对临近植被的影响程度随着距离的增加而减小,其在200 m内的影响尤为明显,而在600 m左右开始趋于稳定;路域界限可以动态缩放,在公路选线中,路域界限可以放宽至次要影响区或无影响区,在生态环境评价中,路域界限可以缩至主要影响区。     

岷江上游河谷土壤粒径分形维数及其影响因素

运用土壤体积粒径分维模型计算了岷江上游河谷土壤粒径分形维数,分析了分形维数的空间变化特点及其与粒度组成、粒度参数和铁游离度等之间的关系.土壤粒径分形维数空间分布与气候、植被环境有关.分形维数可以反映粒径大小.分形维数与粒度标准偏差和峰度不存在相关性,样品粒度特征主要受原位母质风化影响.铁游离度(Fed/Fet)与分形维...     

岩石电镜扫描图像的分形特征研究

基于分形和景观生态学的相关理论,开发了岩石电镜扫描图像的分形维数和间隙度指数分析程序.通过对某地下洞库的两种不同岩性的岩石所得到的电镜扫描图片进行分形维数和间隙度指数计算,讨论图像放大倍数和阈值大小对其二者计算结果的影响和规律.研究结果表明:放大倍数和阈值对于电镜扫描图像分形特征参数的计算具有重要的影响,分形维数和间隙度指数可以定量地描述电镜扫描图像的特征,对于揭示岩石的力学机理有着重要的意义.     

重庆市2号线轻轨沿线景观格局空间分异研究

在RS和GIS的支持下,运用景观生态学原理,利用重庆市1986年、2000年Landsat TM遥感影像资料和2007年中心城区用地现状图作为信息源,选取破碎化指数、多样性指数等4项景观指数,对重庆市城市轨道交通2号线沿线2km范围内景观格局变化进行定量分析.同时运用缓冲区分析方法,沿2000年和2007年轨道交通以0～0.5 km,0.5～1 km,1～1.5 km,1.5～2 km建立双侧缓冲区,提取住宅用地、城市水域、商服用地、工业用地、公园绿地5种重要景观要素信息,通过计算各缓冲区内各项要素的景观指数,分析重庆轨道交通2号线沿线景观类型的空间分异状况.结果表明,轻轨2号线建设对住宅用地和工业用地表现出较强的吸引效应,景观破碎化指数趋于减小,空间集聚不断加强;商服用地破碎化指数、景观形状指数和分维数随着缓冲区距离增大呈现降低趋势;公园绿地分维数和形状指数较低且变化不明显;城市水域景观形状较简单,稳定性强.     

Fractals in Spatial Patterns of Vegetation Formations

Introduction The quantification of spatial patterns, a focal subject in ecological research, is used as a foundation for meas-urement and analysis of the quality of habitats and the biodiversity[1]. Historically, the dominant approach has been used to cho…     

DLH油田低渗砂岩孔隙分形定量表征方法研究

针对常规表征方法难以精确表征低渗砂岩储层孔隙空间分布复杂性和不规则性的问题,提出了适用于低渗砂岩储层的分形维数计算方法,实现了低渗砂岩储层孔隙特征的定量表征。基于不同分形维数计算方法差异性的分析,优选采用MIFA方法求解低渗砂岩储层的分形维数(在2.042～2.324),相关性最佳;确定了排驱压力、平均孔喉半径、变异系数以及均值系数作为储层孔喉分布复杂程度和非均质程度的综合表征参数;基于恒速压汞分形维数的求解,发现低渗砂岩储层非均质程度呈中小孔喉大于微小孔喉,喉道分布大于孔隙分布的特点;低渗砂岩储层的分形维数与启动压力梯度和应力敏感性损害率的实验结果均存在一定的相互关系,分形维数越大,孔喉分布的非均质性越强,启动压力梯度越大且应力敏感性的损害程度也将加剧。低渗砂岩储层分形维数的计算可用于室内实验结果的定性预测和判断,也可作为油藏工程中应用相渗曲线时的重要判别标准。     

基于分形理论的河床表面形态量化方法研究

提出以河床表面分形维数从整体上量化河床形态,并依据表面积—尺度法原理,在对现有面分维计算方法的表面积估算、边界处理及无标度区判断等方面进行改进的基础上,给出了适用于具有不规则边界的表面分形维数计算方法,该方法对河床表面分维计算具有较好的适用性.将典型河段的年内冲淤变化、局部河势、河型与河床表面分形维数变化结合起来,说明了河床表面形态具有一定的分形特征,河床表面分形维数可随着河床的冲淤变化而改变,河床形态冲淤起伏愈剧烈,则河床表面分形维数愈大,其能定量反映河床形态的复杂程度,可用于河势量化分析、河型判别以及河道形态阻力计算等相关问题研究.     

喀斯特地区CBERS02植被覆盖度的分形研究——以贵州毕节地区为例

采用分形理论方法计算出了贵州毕节喀斯特区各植被覆盖度的分维值、稳定性指数等,并结合该区的地质地貌特点和不同的坡度级别来分析对应背景条件下植被覆盖度的分布特点,研究结果所表明:(1)自然景观较人为景观中的分维数大,显示了相对较为复杂的镶嵌结构,但同时也显示了较高的稳定性;(2)在喀斯特地区人为景观则显得较为复杂,在非喀斯特区,农田覆盖植被景观镶嵌结构较复杂;(3)从喀斯特、半喀斯特到非喀斯特,自然景观镶嵌结构越来越复杂且越来越不稳定,人为景观在喀斯特地区显得较为复杂;(4)随着坡度的逐渐增大,农田覆盖植被的分维值也越来越大,图斑镶嵌结构越来越复杂。     

基于Hausdroff分形维数的碳酸盐岩酸蚀蚓孔计算模型

在碳酸盐岩基质酸化过程中,一个主要特征是形成蚓孔。欧几里得空间认为蚓孔是无序的、杂乱无章的,采用经典数学的方法进行模拟难度极大。为了能够对酸蚓孔进行精确的定量分析、优化酸液用量、施工排量,以期获得最优酸化效果,需要建立蚓孔计算模型。由于蚓孔的整体与局部具有相似性以及标度不变性,因此利用分数维描述蚓孔,引入“数盒子”计算法对蚓孔的Hausdroff分形维数进行研究,推导了碳酸盐岩基质酸化蚓孔有效作用距离的分形模型。进行了影响参数敏感性分析及现场酸化实例计算,结果表明酸化后表皮系数与计算结果较为一致。对酸化优化设计具有较好的指导意义。     

鄱阳湖生态经济区城镇空间结构分形研究

为了刻画鄱阳湖生态经济区城镇空间结构的特征,运用分形方法,从城镇空间分布的向心性、均衡性和城市要素的相关性3个方面,测算了描述空间结构分形特征的集聚维数、网格维数和关联维数,根据3个维数的地理意义分析了鄱阳湖生态经济区城镇空间结构的分形特征,并提出了强化中心、轴线发展、圈层优化的发展战略.     

分形理论在吉林省交通网络研究中的应用

运用分形理论,对吉林省的交通网络进行了定量分析.通过计算盒子维数和空间关联维数,分析了其网络覆盖形态及空间分布特征.结果表明:吉林省交通网络具有明显的分形特征,发育较为成熟,整体通达性较好,应充分利用发达的交通网络带动经济的发展.