渗流弥散的空间变异性及空间插值方法的比较研究

水质模拟与预测是评价和保护地下水工作中不可或缺的重要程序。由于地下水的储藏与运行特性及实际条件的限制,人们在对其进行观测时往往只能得到有限的监测结果,因此需要借助已知点信息来对未知点水质空间分布特性进行估计。现行的空间变异性估计方法很多,使用何种方法可以获得对渗流污染物运移空间变异性的最优估计,成为研究的重要课题。本研究选取反距离加权法、趋势面法、普通克里格法以及方位-分维法作为研究对象,用其对所渗流弥散实验的监测样本在不同的样本密度下进行空间插值,通过各种方法的估值精度的对比,对其在渗流污染物空间估计中的的估计效果做出评价。     

土壤特性的空间差异及其空间插值方法研究

对土壤养分的空间差异及其空间插值方法进行研究,获得田间土壤养分的连续空间分布,是精准农业技术体系中用GIS管理和分析土壤背景数据的一项基础性工作.本研究对一块面积为28533m2的旱地以30m×30m间隔采样,获36个有关土壤速效钾、速效磷和有机质含量的采样数据.用移动平均、趋势面拟合、点状克立格、逆距离加权等空间插值方法得到各种插值的连续空间分布,与同期用15m×15m采样间隔所得132个实际观察数据进行比较,结果表明几种插值方法并无显著差异,但其中以克立格和逆距离加权插值整体效果最好,尤以克立格指数模型最佳.     

水环境污染物迁移参数空间变异性分析原理与方法

分析了水环境污染物迁移参数空间变化变化的二重性特征,阐述了分析、评价水环境污染物迁移参数空间变异性的原理与方法。     

基于地统计和GIS的河南省降水量和蒸发量空间变异性分析

在分析河南省1950年-2000年气象资料的基础上,采用地统计学与GIS相结合的方法,研究了河南省范围内年降水总量、年蒸发量、年盈亏量的空间变异和分布特征. 结果表明:河南省全年降水量在527.78～650 mm的区域占24.65 %;650～800 mm的区域占39.24 %;800～950 mm的区域占22.34 %;950～1 347.4 mm的区域占13.76 %.全年蒸发量为1 352.51～1 650 mm的区域占研究区总面积的20.15 %;1 650～1 800 mm的区域占33.21 %;1 800～1 950 mm的区域占33.31 %;1 950～2 361 mm的区域占13.32 %.     

下蜀栎林土壤空间变异性及其样本容量的确定

在栎林中多剖面采样测定土壤体积质量、非毛管孔隙度、稳渗率、有机质、pH等土壤因子。结果表明,各因子都具有一定的空间变异性,且垂直方向的变异大于水平方向。这种空间变异性的存在决定了在开展土壤研究中必须根据误差理论确定样本容量,才能保证测定结果具有可比性。统计分析结果显示,测定土壤稳渗率需要大量的样本,而测定其他因子,则仅需要20个以下样本即可以保证95%的可靠性。     

考虑空间变异性的统计产流模型研究

针对控制产流过程的降雨等主要因素在空间分布不均匀的特征,提出了考虑空间变异性的统计产流模型．引入一个新的概率密度函数描述每个时段降雨的空间变化,采用土壤下渗容量曲线描述流域土壤下渗能力的空间变化,利用土壤水蓄水容量曲线表征土壤蓄水容量空间分布不均匀性．采用超渗产流模式根据降雨与下渗能力的联合概率分布计算地表径流的空间统计分布,通过推导得到计算地表产流量的准解析表达式;采用蓄满产流模式根据下渗与土壤蓄水容量曲线计算地下径流．选用黄河支流伊河东湾流域的资料对模型进行了验证,并将其结果与新安江模型产流结果进行对比,表明模型在该半湿润地区具有一定的适用性．     

原位渗水试验数据结果的空间变异性分析

水文地质参数的空间变异性是随机理论研究的基础,而渗透系数是最为重要的水文地质参数。本文将原位渗水试验的数据结果通过ARCGIS平台主要从正态QQPlot分布图、全局趋势性、空间自相关及方向变异三方面进行其空间变异性的分析,结果表明:原位渗水的渗透系数近似服从对数正态分布;原位渗水的渗透由南向北逐渐递减,从东向西变化过程依次为先递减后递增,渗透系数最小的位置偏向东侧;垂向渗透系数K值具有一定的空间相关性,且在西北和东南方向比南北方向更远距离的空间相关性得到的结果对今后确定地下水库人工回灌点的位置具有一定的指导意义。     

基于多重分形理论的农田土壤特性空间变异性分析

土壤性质是影响土壤水分运动和溶质迁移的重要因素,土壤特性的空间变异性研究对于农田土壤质量管理具有重要意义.为定量研究土壤特性空间变异性的复杂程度,本文以再生水灌区农田土壤为研究对象,应用分形和多重分形理论定量分析了农田土壤颗粒含量、土壤容重、饱和含水量、孔隙度等土壤特性的空间变异性.结果表明:土壤容重、孔隙度的分形维数D较大,其空间分布具有较大的随机性,即空间分布的均匀性较好;土壤特性的空间分布具备多重分形特征,多重分形谱的谱宽Δα可以定量表征土壤属性空间分布的不规则特征,饱和含水量的多重分形谱谱宽Δα最大,其空间分布的不规则形最大;大值数据对于砂粒、容重和饱和含水量空间变异性的贡献率较大.因此,多重分形参数可以作为定量反映土壤特性空间变异性的潜在指标.     

考虑土性参数空间变异性的地基承载力可靠性分析

根据Vanmarcke提出的随机场理论描述土性参数的空间变异性,并通过实例采用改进的Monte-carlo方法计算地基承载力可靠性指标,在该过程中考虑土性参数的空间变异性以及土性参数间的互相关性,将计算结果与直接Monte-carlo法及JC法进行了比较,得出了一些有价值的结论.     

宁夏引黄灌区灌淤土土壤养分空间变异性研究

采用规则网格取样、土壤养分状况系统研究法,应用一般统计学和地统计学理论研究宁夏灵武良繁场灌淤土耕层土壤有机质和速效Ca、Mg、K、P、S、NH4+-N含量空间变异性.结果表明,研究区土壤NH4+-N、速效K、P含量普遍较低,其低于临界值的比例分别为100%、61%和53%;速效P的变异系数最大,为66.6%,其它养分变异系数在19.1～34.8%之间.地统计学分析表明,NH4+-N和速效S在该采样尺度下不具备空间自相关性,而有机质、Ca、Mg、K、P具有较强的空间自相关性,块金效应在(0～20)%之间.在此基础上,利用普通克里格插值方法绘制了土壤速效Ca、Mg、K、P含量分布图.基于土壤养分状况和空间分布特征,目前仅需要考虑对该村土壤K,P进行分区管理.     

滨海平原区土壤电导率的空间变异规律研究

为了确定滨海平原海涂围垦对土壤盐分的影响,本研究借助于常规统计与地统计相结合的方法,对比分析了纵跨慈溪滨海平原的不同围垦区的电导率数值,分析其空间结构,并进行空间预测。研究表明:1)海涂围垦区电导率呈强空间自相关性,相关距离与七塘位置密切相关;2)通过一维空间插值发现,从山前平原到海岸带呈现有规律的增加趋势,在七塘位置附近发生突变;3)根据土壤电导率与盐分含量的线性相关方程,确定研究区土壤含盐量的数值,并对土壤含盐量进行等级划分,七塘是盐土与非盐土的主要分界限。围垦是制约土壤电导率与土壤盐分空间分布的主导因子,在围垦历史的影响下,土壤类型与土地利用类型也随之发生变化。了解土壤盐分的分布规律,可以为作物种植、施肥灌溉等精确农业措施的实施提供数据基础与科学依据。     

考虑土性参数空间变异性对堤防安全性的影响

采用基于谱表示法的蒙特卡洛模拟,建立了不排水抗剪强度的随机场模型,并与二维平面应变模型结合探讨了考虑土体参数空间变异性对堤防安全性的影响.结果表明,堤防边坡的安全系数受土体参数(不排水抗剪强度)的空间变异性影响,若不考虑堤防土体参数空间变异性时,会高估堤防边坡的安全性.堤防滑动面位置与土体参数的空间分布有关,滑动面的位置具有不确定性,但滑动面往往会经过土体不排水抗剪强度较薄弱的区域,导致堤防的破坏.     

小尺度温室土壤含水率空间变异性及水分迁移研究

为探究土壤含水率的空间分布特征,分析土壤水分迁移特征,以日光温室中8 m×8 m地块为研究对象,布设1 m×1 m采样网格,将0～50 cm深度土壤分为5个水平层,且标记4个垂直剖面.以土钻取样,采用烘干法测定各层土样含水率,运用地统计学方法分析土壤含水率在水平和垂直方向的空间变异性,并分析土壤水分迁移特征.结果表明,土壤含水率在0～50 cm深度中呈现先升高后降低的趋势,各深度土层土壤含水率存在着较强的空间相关性(块金系数≤13. 2),试验中随机因素对空间变异贡献较低(块金值≤0. 54).通过分析观测土层剖面及试验数据发现土壤含水率空间变异性和水分迁移受土壤孔隙结构、翻耕深度、蒸发强度、植物根系生长和土壤生物活动等因素影响均较大.重力势对垂直方向上的水分迁移作用大于水平方向,且供试地块最佳保水层为20～30 cm.     

闽东南土壤重金属空间分布特征及污染评价

基于ArcGIS和地统计学方法分析了闽东南区域土壤砷、镉、铜、汞、铅、锌6种重金属元素含量的空间变异特征,同时采用单项污染指数、内罗梅综合污染指数进行区域土壤污染评价.研究结果表明:该区域土壤铜、铅元素块金效应介于25%～75%之间,其空间变异是由随机因素与结构因素共同作用的结果;砷、镉、汞、锌元素的块金效应均大于75%,其空间变异主要是人为等随机因素引起.以土壤环境质量二级标准值为参考,汞、铜、镉元素超标率分别为8.2%、4.19%、3.16%,为主要污染物,而砷、铅、锌的超标率均低于1%,单项污染程度依次为:汞>铜>镉>砷>锌>铅;土壤中属于清洁与尚清洁的点位占该区域的91.36%,轻度污染的占8.11%,中度污染的占0.53%,没有出现重度污染.     

膜上灌土壤水分特性空间变异性的概率统计分析

用经典的概率统计方法研究了膜上灌条件下土壤水分某些要素的空间变异性。分析结果表明，土壤水分各特性值近似为正态分布，其合理取样数不大于４０。     

二种灌溉方式下磷在土壤中空间运移的研究

采用Surfer软件分析的方法,研究棉花膜下滴灌和膜下软管二种灌溉方式下磷在土壤中的分布特点以及棉花生长状况。结果表明,在土壤中下渗(0～30cm),膜下滴灌磷的浓度与膜下软管磷的浓度分别为25～30 mg/kg和22～26 mg/kg;膜下滴灌条件下磷在土壤中侧渗范围为0～10cm,磷的浓度为9～25mg/kg;膜下软管条件下磷在土壤中侧渗范围为0～20cm,磷的浓度为12～26mg/kg;棉花膜下滴灌平均单产(籽棉)比棉花膜下软管灌平均单产(籽棉)多127.5kg/666.7m2。膜下滴灌磷在土壤中分布集中,浓度相对较高,分布均匀,利于棉花根系的吸收,提高了磷的利用率;而膜下软管灌磷在土壤中分布分散,浓度较低,均匀性差,磷利用率较低。因此,棉花膜下滴灌磷的效果比棉花膜下软管磷的效果好,同时膜下滴灌磷通过随水施入土壤中可以满足棉花整个生育期需要。     

土体物理参数及空间构形的分形研究

土是由土的颗粒组成,存在着大量的孔隙.研究表明,土体中的颗粒和孔隙表现出分形特征.本文从两个方面介绍了土体物理性质的分形研究:(1)分形用于定量描述土体的的密度,孔隙表面积等物理参数;(2)分形用于定量描述土体的构形,如土体微观结构,孔隙尺寸分布,颗粒尺寸分布等物理性质.