Features of fractal dimension anomaly of radon content in underground water in North China before and after the 1976 Tangshan earthquake

Based on the fractal theory, proceeding from the observed data of the radon content of underground water, thefractal dimension of the sequence of sudden changes of the radon content of 27 wells (springs) in North Chinabefore and after the Tangshan earthquake has been calculated using a month-by-month sliding method. Thevariation of fractal dimensions anomalies before and after the main shock in time and space was studied. The following phenomena were discovered: The fractal dimension of the radon content changed distinctly before theearthquake;the stations where the fractal dimension anomalies of the radon content appeared are within 300 kmfrom the epicenter;the increase and decrease areas of the fractal dimensions of the radon cogtent appeared clearly; just before the earthquake, the increase area filled the whole of North China except the epicentral area,where the fractal dimensions are decreasing.

新疆三工河流域地下水矿化度的时空变异及其分形特征

对面积约670km2的新疆三工河流域地下水矿化度进行了取样检测,应用地质统计学方法对取得的数据进行了半方差函数分析,计算了平均值、方差、标准差、变异系数等传统统计特征值,并指出了用该方法表示地下水矿化度所存在的不足。在此基础上,将分形理论与地质统计学原理相结合,计算了三工河流域在1998、2002年地下水矿化度的分维值,分别为1.75,1.59;其变异系数分别为0.51,0.54,即2002年地下水矿化度的均匀性要比1998年的稍差。研究结果表明,地下水矿化度并不是具有理想分形特征的介质,它只是在一定的空间尺度内才具有分形特征。通过对1998年及2002年地下水样品的分析,得出该地区地下水矿化度在时间与空间上皆存在明显的变异性。在空间尺度上,地下水矿化度在研究区的北部大于中部,中部大于南部;在时间尺度上,随着时间的推移研究区北部的地下水水质正向矿化度加重的方向发展。

地震前兆观测资料的分形处理方法

本文从自仿射分形的角度探讨地震前兆观测资料的分形处理方法。在对自仿射分形的分维量测方法进行对比分析的基础上，给出了处理地震前兆观测资料较为适用的分形方法和满足计算需要的样本点数。从对部分水氡和地电阻率资料进行的处理分析中，得到了有益的启示：地震前兆时序观测资料可用分形方法处理分析，分维值（或Ｈ值）可反映观测资料的结构变化特征，其作为一个无量纲量为综合对比分析各类前兆现象，探讨地震前兆场的复杂性特征提供了有效的途径。

天山北麓地下水与自然植被的空间变异及其分形特征

对面积约670km2的具有干旱气候特征的新疆三工河流域地下水埋深和自然植被盖度进行取样检测,应用地质统计学方法对取得数据进行半方差函数分析,计算均值、方差、标准差、变异系数等传统统计特征值,指出用该方法表示地下水埋深和自然植被盖度引起的困惑。在此基础上,将分形理论与地质统计学原理相结合,计算了三工河流域地下水埋深和自然植被盖度的分形维数,分别为1 3154、1 3677;而它们的变异系数分别为0 537、0 368。该地区地下水埋深和自然植被盖度在空间上存在显著的变异性,而且它们具有相似的变异特征,即随着地下水埋深的递增(或递减),自然植被盖度有所减少(或增加),说明干旱区自然植被盖度对地下水埋深有很大的依赖性。这暗示着在干旱地区影响自然植被盖度的众多因素中最具有决定性的因素是地下水埋深。

基于连续小波变换与分形理论的三江平原井灌区地下水埋深序列复杂性研究

为揭示三江平原井灌区地下水埋深序列复杂性特征,以建三江分局为例,采用基于连续小波变换的水文序列分维估计方法对建三江分局7个生产队的地下水埋深序列复杂性进行了测度分析。结果表明:小波分维估计方法稳健、可行,各地下水埋深序列的复杂性排序为:七星农场69队>前进农场22队>前进农场4队>八五九农场1队>前进农场11队>八五九农场26队>八五九农场21队,地下水开采是地下水埋深复杂性的关键驱动因素。研究成果揭示了当地地下水资源复杂系统的特征,为建三江分局乃至整个三江平原地下水资源科学管理提供了决策依据。

分维理论在水氡分析中的应用

利用重建动力学相空间的方法,通过对水氡时间序列计算其关联维数,处理了北京管庄井1974—1978年,四川姑咱泉1974—1978年及云南洱源井1978—1982年水氡日均值资料。结果表明水氡时间序列具有分数维结构,在正常情况下,其吸引子维数在5.50左右。并且发现在地震前有降维变化。显然这种降维变化对地震预报是有意义的。

基于分形理论的地下水位时间序列特征分析

通过R/S分析法和q阶矩结构分割函数法对柳园口灌区地下水位时间序列特征进行了研究。结果表明,地下水位时间序列存在着分形特征,分形维数处于1.054～1.311之间,并且地下水位具有长程相关性,对初始条件较为敏感;同时地下水位时间序列也具有多重分形特征,但多重分形特征较弱。

基于变异函数的活性炭测氡法监测CO_2的分布特征

针对煤层气开采前期注入CO2会使波及部位地层压力增大,从而阻碍氡气垂直向上运移的问题,研究了煤层注气(CO2)对相应区域地表氡气浓度造成的影响与活性炭测氡法在监测CO2分布特征方面的可行性。在对试验区氡气浓度的变化进行逐年监测后,运用变异函数分维值分析的方法来处理所采集的原始数据。研究结果表明:煤层注气(CO2)使得CO2波及区域相应地表的氡气分布趋于均衡,且氡气在不同方向的浓度变化有明显差异。活性炭测氡法可以有效监测驱替甲烷的CO2在煤层中的分布特征。

长期高温下铀尾矿库覆土层控氡性能研究

为掌握长期高温作用下铀尾矿库滩面非饱和覆土层控氡性能的变化特征,以铀尾矿库为对象,自制模拟滩面覆土层氡析出试验装置,选用黄土和我国南方铀尾矿库1. 5 m深处的尾矿砂为样品,试验研究长期高温条件下氡析出率与覆土层含水率、表面裂隙发育程度的关系。结果表明:氡析出率变化分为线性增长、线性下降、台阶式增长以及趋于稳定4个阶段;氡析出率随覆土层裂隙率的增大而增大,达到缩限时裂隙不再发育,氡析出率变化趋于平稳状态;覆土层裂隙的分形维数越大,土体龟裂程度越明显,氡析出率越大。

基于多尺度拉东变换的图像感知质量评价

[目的]量化图像退化程度,提出了一种基于多尺度拉东变换的部分参考型图像质量评价方法。[方法]首先利用小波变换获得图像不同方向频率成分的小波子带,然后计算小波子带投影谱及投影谱的分形维数,并将这些分形维数组成向量作为图像的特征表示,最后计算原始图像与失真图像特征向量的1范数预测图像质量。[结果]该方法在LIVE标准图像库上进行测试,线性相关系数PLCC为0.949 1,等级相关系数SROCC为0.951 9,优于传统方法。[结论]该方法得到的客观质量评价与人的主观质量评价之间具有较好的一致性。

裂隙介质氡迁移的分形离散裂隙网络模型

为更有效地开展氡污染防治、氡示踪研究,根据分形理论与离散裂隙网络(DFN)建立裂隙介质氡迁移模型;采用双幂律模型描述裂隙位置与长度,多级联乘方法获得裂隙中心点位置,von Mises-Fisher分布函数确定裂隙方向,对数正态分布方法确定裂隙开度分布;采用自研试验装置验证理论模型,并使用理论模型分析某天然裂隙岩体氡迁移特征。结果表明:理论模型计算氡活度浓度与试验结果相差最大不超过4%,该裂隙岩体的平均氡析出率为0.00258 Bq/(m^(2)·s),岩体内连通裂隙构成氡迁移的主要通道,裂隙密集处的最大氡通量比裂隙稀疏处的大约3个数量级。裂隙介质平均氡析出率随分形维数的增加而增大,随长度指数的增加而减小,与对流速度呈非线性增加关系。

含水率和粒度分形分布对铀尾矿库覆土层氡析出规律的影响研究

为了探究覆土层含水率和粒度分形分布对氡析出规律的影响,制备不同粒度分维值和含水率的覆土试样进行氡析出试验。根据氡产生的机理,设计一套氡测量装置并用局部静态法以测定相应覆土层表面的氡析出率。采用相关分析方法研究覆土层氡析出规律与含水率和分维值的关系,构建氡析出率与含水率和分维值之间的分段线性函数。结果表明:在相同含水率、不同粒度分形分布时,氡析出率随分维值增大而减小,并且当分维值增加到一定值时,氡析出率开始趋于稳定;在相同粒度分形分布、不同含水率时,氡析出率先是随着含水率增大而增大,但是当含水率增加到一定值时,氡析出率却开始减小。氡析出率会受到含水率和粒度分形分布的综合影响。

长期施肥与地下水位对红壤性水稻土微团聚体及其分形特征的影响

以1982年开始的长期定位试验红壤性水稻土为材料,采用野外采样与室内分析的方法,对耕层土壤微团聚体组成进行分析,以探究长期施肥(高量有机肥+化肥(2/3 OM)、常量有机肥+化肥(1/3 OM)、单施化肥(NPK))和地下水位(20 cm、80cm)对红壤性水稻土微团聚体分布、分形维数及特征微团聚体的影响。结果表明:长期施肥土壤2～0.25 mm团聚体含量表现为2/3 OM> 1/3 OM> NPK,而微团聚体含量均表现为2/3 OM <1/3 OM <NPK;且有机肥处理的土壤团聚状况和团聚度均高于NPK处理,分散系数、分散率、RMD(<0.02 mm/(2～0.02) mm微团聚体比值)和微团聚体分形维数则表现相反。不同地下水位的2～0.25 mm团聚体含量表现为20 cm地下水位高于80 cm地下水位,而<0.25 mm微团聚体含量相反;同时团聚状况、团聚度表现为20 cm地下水位高于80 cm地下水位,分散率、分散系数、RMD和微团聚体分形维数则相反。相关分析表明,2～0.25mm团聚体含量与总有机碳、易氧化有机碳、轻组有机碳、络合态铁和络合态铝含量极显著正相关,与游离氧化铁含量极显著负相关,而0.05～0.02 mm、0.02～0.002 mm和<0.002 mm微团聚体含量与以上指标的相关关系相反。微团聚体分形维数和RMD均与2～0.25 mm团聚体、全N、总有机碳、易氧化有机碳、轻组有机碳、络合态铁、络合态铝的含量呈显著或极显著负相关,与<0.05 mm各粒级微团聚体和游离氧化铁含量呈极显著正相关;表明RMD可作为评价红壤性水稻土肥力的综合指标。