Optimal Scale Selection for DEM Based Slope Segmentation in the Loess Plateau

Optimal scale selection is the key step of the slope segmentation. Taking three geomorphological units in different parts of the loess as test areas and 5 m-resolution DEMs as original test date, this paper employed the changed ROC-LV (Lucian, 2010) in judging the optimal scales in the slope segmentation process. The experiment results showed that this method is effective in determining the optimal scale in the slope segmentation. The results also showed that the slope segmentation of the different geomorphological units require different optimal scales because the landform complexity is varied. The three test areas require the same scale which could distinguish the small gully because all the test areas have many gullies of the same size, however, when come to distinguish the basins, since the complexity of the three areas is different, the test areas require different scales.

Parameterizations of the Daytime Friction Velocity, Temperature Scale, and Upslope Flow over Gently Inclined Terrain in Calm Synoptic Conditions

A set of new parameterizations for the friction velocity and temperature scale over gently sloped terrain and in calm synoptic conditions are theoretically derived. The friction velocity is found to be proportional to the product of the square root of the total accumulated heating in the boundary layer and the sinusoidal function of the slope angle, while the temperature scale is proportional to the product of the boundary layer depth, the sinusoidal function of the slope angle and the potential temperature gradient in the free atmosphere. Using the new friction velocity parameterization, together with a parameterization of eddy diffusivity and an initial potential temperature profile around sunrise, an improved parameterization for the thermally induced upslope flow profile is derived by solving the Prandtl equations. The upslope flow profile is found to be simply proportional to the friction velocity.

天山北坡经济带城乡聚落格局变化与影响因素分析

以天山北坡经济带城乡聚落为研究对象,采用景观格局指数、地理信息系统(GIS)空间分析、位序-规模法等分析1980-2020年间城乡聚落格局的变化,结合地理探测器从自然、区位及社会经济因素探究城乡聚落格局的影响因素。结果表明:1980-2020年间,城乡聚落数量、规模持续扩张且趋于集聚,前20 a扩张以耕地、草地为主,后20 a以未利用地为主;城乡聚落密度变化显著,高密度区主要集中在各绿洲呈现“多核集中分布”特征,中密度区沿高密度区周围扩张,低密度区沿绿洲边缘分布并在非绿洲区有扩张;首位聚落规模发展较好,趋于位序-规模曲线,中型聚落略微发育,小型聚落数量持续减少;交通等区位因素是天山北坡城乡聚落格局的首位影响因素,社会经济因素次之,自然地理因素影响较小,各影响因素差异显著。

降雨诱发斜坡失稳风险的气象预警

采用基准阈值和阈值调整方案构建斜坡尺度的降雨诱发斜坡失稳风险的气象预警模型,开展精细化滑坡风险管理.采用降雨强度-持续时间模型确定基准阈值;分析斜坡地质环境特征,从斜坡几何结构、岩土抗剪强度、水文地质条件、植被等方面选取调整因子,并确定基准斜坡;针对降雨入渗过程分析地质环境变化造成的斜坡稳定性变化,得出阈值调整方案.以浙江省平阳县为研究区,提出当地阈值计算公式,并根据各斜坡的地质环境形成各自不同等级的预警判据,综合预警有效率达到72%,效果良好.提出斜坡尺度的风险预警模型,实现了斜坡单元级别的精准预警,能够为“一区一阈值”精细化滑坡气象预警与风险管控提供新思路和参考.

宁夏黄土区典型坡面表层土壤有机碳含量的空间变化特征及尺度效应

【目的】定量认识土壤有机碳(SOC)含量在坡面上的空间异质性及尺度效应,探索“由点及面”估算坡面平均SOC含量的精确便捷途径,为细致刻画坡面土壤资源状况、全面理解生态系统碳循环、制定土壤高质量管理方案提供科学基础。【方法】在宁夏半干旱黄土丘陵区,选择3个相邻的由退耕还林工程形成的典型坡面,从坡顶向坡脚设置连续样点,调查各样点的土地利用、植被特征、立地条件及表层(0^20 cm)SOC含量,分析其坡向差异、坡位变化;以“离坡顶的水平距离或相对距离”为自变量,以表层SOC含量的顺坡滑动平均值为因变量,定量描述坡面尺度效应;再以坡面上任一样点表层SOC含量与坡面平均值的比值为因变量,实现由“点”到“面”的尺度上推。【结果】研究区表层SOC含量存在明显的坡向差异、坡位变化、尺度效应。表层SOC含量的坡面平均值在南坡(7.60 g·kg^(-1))最高,东坡(6.42 g·kg^(-1))次之,西坡(5.65 g·kg^(-1))最低,其坡位间变幅在东坡(15.95 g·kg^(-1))最大,其次为西坡(11.34 g·kg^(-1)),最小为南坡(9.72 g·kg^(-1)),说明东坡的坡面效应最强,其次为西坡,南坡最弱。东坡、西坡、南坡表层SOC含量的坡位变化大致相同,均由坡顶向下逐渐减小,至离坡顶水平距离200、150、280 m(相对距离0.73、0.45、0.76)后趋于稳定,主要与坡面“上部为自然状态的坡地+林草植被+恢复年限长、下部为人工梯田+林农植被+扰动频繁”的空间格局有关。在东坡、西坡、南坡上,距坡顶水平距离每增加100 m,SOC含量的滑动平均值分别变化-3.40、-2.50、-1.51 g·kg^(-1);距坡顶相对距离每增加0.1,SOC含量的滑动平均值分别变化-0.96、-0.75、-0.55 g·kg^(-1)。构建3个坡向不同坡位样点表层SOC含量与坡面平均值的比值随离坡顶水平距离或相对距离增加而变化的数量关系(R^(2)>0.7,P<0.001),籍此可由坡面上任一样点表层SOC含量精确便捷地估算坡面平均值。将所有位点数据融合得出,离坡顶相对距离0.4的位点表层SOC含量最接近坡面平均值。【结论】半干旱黄土丘陵区坡面表层SOC含量沿坡从上至下基本呈先减小后稳定的变化,与土地利用类型、植被类型、恢复年限的坡面分布格局有关。以顺坡(相对)水平坡长增加为尺度变量可较好地定量刻画表层SOC含量的坡面变化特征及尺度效应,藉此可实现坡面表层SOC含量平均值的精确便捷推算。

Modelling the flexural buckling failure of stratified rock slopes based on the multilayer beam model

The buckling failure of stratified rock slopes intersected by a set of steep discontinuities that are approximately parallel to the slope surface is frequently encountered while constructing railways and roadways in mountainous areas. In this study, an analytical approach based on the energy equilibrium principle is presented to solve the flexural buckling stability of stratified rock slopes within the framework of multilayer beam theory. The generalized HoekBrown failure criterion is introduced to reflect the influences of slope size(scale effects) on the buckling stability. Subsequently, numerical and physical modellings from previous literatures are employed to validate the proposed approach. Furthermore, a practical case of Bawang Mountain landslide is also used for the comparative analysis. The study shows that the present analytical approach is capable to provide a more reasonable assessment for the buckling failure of stratified rock slopes, compared with several existing analytical approaches. Finally, a detailed parametric study is implemented, and the results indicate that the effects of rock strength, rock deformation modulus, geological strength index, layer thickness and disturbance degree of rock mass on the buckling failure of stratified rock slopes are more significant than that of rock type and slope angle.

An analysis of oasis stability in arid areas:a case study in the northern slope areas of the Tianshan Mountains

This paper discusses oasis stability at regional scale with a case study in the northern slope areas of the Tianshan Mountains (NSTM). The results showed certain significant aspects. (1) As long as water resources in the oasis keep stable and their utilization efficiency can be maintained or gradually increased, the primary productivity could be continuously increased and the natural primary productivity keeped relatively stable. In this case, it is considered that the oasis is stable and its sustainable development can be achieved at regional scale. (2) Considering the availability of water resources in the oases, the oases on the alluvial-diluvial fans are highly stable. In the alluvial plain downstream of the groundwater overflowing zones the oases are moderately stable and in the lacustrine deltas or dry lacustrine deltas the oases are lowly stable. (3) Enlargement of oases and the increase of water resources and vegetation coverage in the oasis will certainly enhance the 'cold-island effect' of the oasis and increase the stability of oases.

Pre-stressed anchoring beam technique applicable in the reinforcement of high-steep slopes

During the construction of some large-scale rock engineering,high-steep slopes and insufficient slope stability induced by unloading fissures are often encountered.For the reinforcement of these slopes,some techniques(including conventional pre-stressed anchoring cable and unconventional anchoring hole)are usually utilized,however,having several obvious defects.Thus,it is very difficult for a designer to design an efficient reinforcement scheme for the high-steep slopes.For this reason,the authors develop the pre-stressed anchoring beam technique,in which tensile capacity of pre-stressed structures are fully utilized.It is analyzed that the new technique is characterized by multi-functions,including engineering investigation,efficient reinforcement,drainage,monitoring and urgent strength supplement,and hoped to be extensively applicable in the reinforcement of high-steep slopes.

Low-Frequency Waves Forced by Large-scale Topography in the Barotropic Model

A barotropic model containing large-scale topography and zonal mean flow is established to discuss the effects of large-scale topography on the low-frequency waves. The results show that what affects low-frequency waves mostly is maximal height of topography and topographic slope. The former makes frequency of topographic Rossby waves decrease, the latter makes Rossby waves instable. Moreover, when topographic slope is appropriate, it can also make Rossby waves turn into low-frequency waves.

基于多尺度分割方法的斜坡单元划分及滑坡易发性预测

滑坡易发性预测可以有效预测潜在滑坡的空间位置,是滑坡危险性和风险性评价的基础。由于斜坡单元依据真实地形地貌划分和具有明确的地质特征意义,更多的学者尝试利用斜坡单元进行区域滑坡易发性预测。但是,如何高效准确地划分斜坡单元并考虑其内部环境因子的非均质性是制约斜坡单元应用的关键因素,也是目前研究中的难点。本文以江西省崇义县为例,首先,提取研究区域坡向和山体阴影图作为基础数据,采用多尺度分割(MSS)方法划分斜坡单元,并结合试错法和研究区域历史滑坡形态特征确定MSS方法的最优参数组合。然后,基于斜坡单元提取高程、坡度、剖面曲率等环境因子,分别导入支持向量机(SVM)和逻辑回归(LR)模型,构建Slope–SVM/LR易发性预测模型。通过变化值和标准差表征斜坡单元内部环境因子的非均质性,进而构建Variant Slope–SVM/LR易发性预测模型。最后,采用ROC曲线和频率比精度分析上述模型的预测精度。结果表明:1)当尺度、形状特征权重和紧致度权重参数分别取20、0.8和0.8时,研究区域斜坡单元的划分效果最好;2)Slope–SVM、Variant slope–SVM、Slope–LR和Variant slope–LR模型的ROC精度分别为0.812、0.876、0.818和0.839,相应的频率比精度分别为0.780、0.866、0.792和0.865,说明Variant slope–SVM/LR模型的预测精度高于Slope–SVM/LR模型。因此,MSS方法可以实现高效准确地自动划分斜坡单元,考虑斜坡单元内部环境因子的非均质性可以提高易发性预测结果的准确性。

胫骨平台后倾角与前交叉韧带灰度、体积和横截面积的相关性分析

目的探讨胫骨平台后倾角(posterior tibial slope,PTS)大小与健康人群前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)灰度、体积及横截面积的关系。方法2020年1~8月招募健康受试者212例,男、女各106例。年龄30~60岁,(39.3±7.3)岁。BMI 17.7~36.3,(24.3±3.3)。通过磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)及3D重建模型测量胫骨平台内、外侧后倾角及ACL灰度、体积和横截面积。对比男、女性测量结果,分析胫骨平台内、外侧后倾角与ACL灰度、体积和横截面积的相关性。结果女性胫骨平台外侧后倾角大于男性[(8.0±3.8)°vs.(6.3±4.1)°,t=-3.068,P=0.002],ACL体积和横截面积小于男性[(1339.4±458.4)mm 3 vs.(1699.6±468.6)mm 3,t=5.658,P=0.000;(36.4±13.0)mm 2 vs.(45.2±14.8)mm 2,t=4.614,P=0.000],男、女性内侧后倾角和ACL灰度无统计学差异(P>0.05)。男、女性健康受试者内、外侧后倾角与ACL灰度、体积和横截面积的相关性均无统计学意义(P>0.05)。结论在健康人群中,胫骨平台后倾角与前交叉韧带的灰度、体积和横截面积均无相关性。健康女性的外侧后倾角大于男性。

基于尺度-频率的小波微幅构造识别方法与应用——以南美厄瓜多尔X区块为例

针对构造幅度小于10 m的微幅构造精细识别,受地震资料品质及解释精度限制,常规成图与分析方法面临着难以有效突出微幅构造细节与提高识别效率的问题。以南美厄瓜多尔X区块微幅构造研究为目标,探索以小波构造分解的方法,实现对目标层3 m左右微幅构造快速有效的精细识别。目标层受安第斯造山运动弱挤压作用影响,大部分微幅构造幅度小于5 m。采用小波构造分解方法,将等深或等T0构造数据进行等间距采样,建立尺度随频率变化的“尺度-频率”小波函数,通过该函数多尺度地分解微幅构造起伏特征。利用阈值函数控制优选低频、中频、高频构造起伏等信息,根据相应小波系数对构造低频、中频、高频成分进行多尺度重组,提高相应高频成分对微幅构造的识别权重,从而降低构造低频成分对微幅构造识别的遮蔽作用。基于小波变换的微幅构造识别方法,可以有效识别幅度小于3 m的微幅构造,极大提高了斜坡区小型微幅构造油藏预测精度与分析效率,应用该成果相继部署完钻一系列评价井,均获得成功及良好油气显示,取得了良好实钻效果。

提升识别河道倾斜流凌图像准确度的理论基础与实践

针对黄河什四份子弯道远程监测视频中流凌图像存在倾斜变形问题,基于摄影测量学原理对倾斜变形图像进行校正,建立一种考虑相机安装高度、相机倾斜角度及河道水位变动影响的图像像点比例尺校正方法。以2021—2022年凌汛期什四份子弯道监测图像为例,结合现场测量数据与雷达数据,拟合水平比例尺和竖直比例尺表达式,根据图像信息和水位信息实时计算流凌真实位置信息,公式拟合图像比例尺的相对误差在±6%以内;采用比例尺表达式对图像进行校正,获得校正后流凌密集度、流速等参数,统计流凌密集度与流速关系,证明了倾斜流凌图像校正的必要性。

指数分布型根系根-土复合体强度特性研究

指数分布型是排土场护坡植物根系中十分常见的根型,为进一步揭示根-土复合体固土护坡的内在机理,针对现有数值模拟方法不易还原自然条件下根系真实形态的问题,结合土工试验,优化数值模拟方法,研究了细观尺度下指数分布型根系根-土复合体的力学强度特性,结果表明:根-土复合体试样表现出与素土不同的颗粒位移特征,根系的存在能够显著提高土体的整体性,根的张拉作用限制了土体的侧向变形;构建的根-土复合体离散元模型可以较好地反映含根系土壤的力学效应,根系内部应力主要集中于剪切平面附近的根系部,各垂直荷载下未发现根系整体贯通断裂,断裂整体上呈现出在剪切平面集中、土体内零星分布的特点;素土试样的剪应力-剪切位移曲线呈现出带有波峰的应变软化趋势,而根-土复合体试样呈现出无波峰的应变硬化趋势;草本植物根系主要增大了根-土复合体的黏聚力,对内摩擦角的影响不明显。研究成果对于深入了解根土相互作用加固土壤的机理和推进根-土复合体的数值模拟研究具有重要的参考意义。

科尔沁沙地流动沙丘优势物种的点格局分析

植被恢复与重建在保护水土资源、防止生态退化和荒漠化扩大等方面发挥着重要作用,成为防治荒漠化的主要措施和方法。一定尺度内优势物种的格局反映了植被恢复的过程。通过在科尔沁沙地流动沙丘迎风坡底部建立了20 m×20 m样方,调查了流动沙丘3种优势物种的位置和高度信息,采用点格局分析的方法,对优势物种格局、过程与尺度的关系进行分析。经研究发现:沙蓬在该样方内,r<5 cm尺度上均匀分布,5 cm<r<50 cm尺度上表现为均匀分布与聚集分布交替出现的格局;狗尾草和差巴嘎蒿在0<r<50 cm尺度上表现为随机分布,但狗尾草在r=10 cm尺度上聚集分布和r=18 cm尺度上均匀分布。在r<5 cm尺度内,沙蓬和狗尾草表现为负相关,随着尺度的增大,出现正相关,但整体尺度以正相关为主且随着尺度增加相关性减弱。同质性条件下种子扩散模型不能解释沙蓬与狗尾草的空间格局,由于流动沙丘异质性较强,推测环境异质性是导致优势物种格局的主要原因。

深埋混凝土抗剪结构加固设计方法及其在大型边坡工程治理中的应用

传统边坡治理技术均采用坡面加固,即使采用抗滑桩、锚索等加固措施的治理深度大多小于80 m,对于存在主控结构面埋深大、强度低的大型潜在滑体的边坡工程,其加固治理尚无成熟方法,一般采用避让和减载等被动方法。以锦屏I级水电站左岸边坡为例,系统阐述在大型边坡工程治理中,深埋混凝土抗剪结构的加固原理及运用条件、洞线设计及洞型选择、开挖方式及施工程序设计、回填混凝土结构及灌浆设计。三维数值分析与现场实践表明,在具有深埋滑裂面的岩石边坡治理工程中,这种结构措施具有置换、补强及抗剪等综合作用,是行之有效的加固治理方法。研究成果可对类似边坡工程问题提供经验和借鉴。

基于局部强度折减法的大型边坡安全度分区

针对大型边坡可能具有多个滑动方向和多级滑动面的特点,提出安全度分区的方法。这种方法以强度折减理论为基础,首先选取典型边坡地质剖面建立二维数值模型,通过局部折减搜索不同深度的潜在滑动面,确定边坡的多种破坏模式,运用极限平衡法进行各个潜在滑动面的稳定性计算,即可得到边坡不同深度处的稳定性系数。然后,建立三维数值模型,并对三维模型进行各种破坏形式的局部强度折减,分析各种破坏形式下的影响范围。最后,综合分析各种破坏形式的稳定性系数及其变形破坏影响范围,对边坡进行安全度分区。以龙江特大桥基础边坡的安全度分区为例,证明这种方法对于全面刻画大型边坡的稳定状态是有效的,并可为边坡的监测设计、治理设计及施工提供指导。

澜沧江某水电工程大型倾倒变形体边坡成因机制

在现场调查资料的基础上,结合倾倒变形体边坡地形地貌特征、地层岩性特征、结构面发育特征、河谷地应力以及岩体力学性能的差异等方面对澜沧江某水电工程大型倾倒变形体边坡的成因机制进行了综合分析。结果表明:该大型倾倒变形体边坡地形上呈单薄、突出、三面临空的山梁;地层以薄层陡倾状岩体为主,并且在河谷下切过程中,砂岩和板岩将会出现差异卸荷回弹;边坡岩体中发育与倾倒变形体变形方向一致或相反的裂隙,有利于倾倒变形体的初始变形;河谷下切之前现今地面线附近岩体原始积累的地应力较高,当河谷下切至现今地面线时岩体卸荷强烈;在上述原因的共同作用下,倾倒变形体边坡向临空面发生大规模的倾倒变形。

基于田块尺度的丹江上游坡改梯土壤养分空间变异性研究

通过对丹江上游流域的梯田和坡耕地样地进行网格法分层（0～10和10—20cm）取样，采用经典统计学与地统计学相结合的方法，研究了田块尺度上坡改梯土壤养分的空间变异性特征。结果表明，梯田土壤的养分含量变异系数整体小于坡耕地；全氮、全磷在梯田土壤中均具有强烈的空间相关性，空间变异程度微弱，且主要受结构因素影响。土壤有机碳空间相关性在梯田和坡耕地中均较强，更多受到成土过程影响。Kriging插值绘制的养分含量空间分布图显示出，梯田全氮、有机碳养分受梯田坎梗影响而呈阶梯状分布。梯田全磷养分分布较为连续，显示出相对较好的空间同质性特征。坡耕地田块的养分分布多呈层状和块状分布，养分含量不连续、不稳定，表现出一定的空间异质性特征。

寒旱环境草本植物根系护坡的时间尺度效应

为研究植物护坡效应的可持续性,选取芨芨草、细茎冰草、垂穗披碱草、赖草4种草本植物,分别对生长时间为1-4年的上述草本进行了野外现场拉拔试验。试验结果表明：4种草本其平均抗拔力、平均须根数、平均根径和平均根长随生长时间的增加,均呈增加趋势。芨芨草的平均抗拔力与生长时间之间存在显著幂函数关系,垂穗披碱草、细茎冰草和赖草之间均存在指数函数关系;4种草本的平均须根数与生长时间之间均存在较显著的对数函数关系;芨芨草的平均根径与生长时间之间呈显著的幂函数关系,垂穗披碱草和细茎冰草之间均呈指数函数关系,赖草的根径与生长时间之间呈对数函数关系;芨芨草的平均根长与生长时间之间呈显著的对数函数关系,细茎冰草和赖草之间均呈线性函数关系,垂穗披碱草的平均根长与生长时间之间呈幂函数关系。