黄土区露天煤矿排土场重构土壤孔隙三维分布的多重分形表征

发布时间：2017-07-08 16:25

  本文关键词：黄土区露天煤矿排土场重构土壤孔隙三维分布的多重分形表征

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【摘要】：土壤孔隙对水分、养分的运移起着重要作用,矿区重构土壤孔隙状况反映着复垦土壤质量的高低。本研究通过对安太堡露天煤矿不同复垦年限排土场重构土壤(23年、20年、0年)以及原地貌土壤进行CT扫描,获取土壤孔隙信息,基于Matlab平台对土壤孔隙分布进行三维重建,搜索土壤孔隙团的个数及每个孔隙团的体积大小,计算土壤孔隙度,并对土壤孔隙分布进行三维多重分形定量表征,以探讨重构土壤孔隙空间分布规律,进而分析排土与复垦对重构土壤孔隙状况的影响。结果表明:(1)CT扫描技术能够无损获取土壤孔隙信息,通过三维重建可以得到土壤孔隙三维分布,并能搜索到土壤孔隙团的个数及体积,使土壤孔隙的研究更加简单、直接。(2)随着复垦年限的增加,重构土壤孔隙度、连通性得到显著性提高,其中复垦23年土壤孔隙状况最好,最接近原地貌,其次为复垦20年土壤,未复垦土壤孔隙状况最差;(3)土壤孔隙三维分布在特定尺度上具有多重分形特征,复垦土壤中,重构23年、20年土壤D1、△D值较大,孔径分布离散度较小,土壤孔隙变异程度大,未复垦土壤广义维数谱曲线较为平缓,土壤各项指标较差,孔隙分布均一。(4)土壤孔隙三维分布奇异谱曲线呈左钩状,土壤孔隙分布不均匀,随着复垦年限增加,奇异谱宽度△α逐渐增大,土壤孔隙分布越趋于复杂,变异程度增高,土壤孔隙状况得到改善。(5)多重分形参数D1、D0-D1、△D、△α、△f之间具有较好的相关性,相关系数在0.599~1.000之间,可以从不同的角度反映重构土壤孔隙三维分布的空间特征与非均匀性,以反映重构土壤孔隙的变异规律。本研究可为黄土区露天煤矿排土场的土壤重构工作提供指导与依据。
【关键词】：CT扫描 土地复垦 重构土壤 土壤孔隙 三维重建 多重分形
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD824.8;TD88
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究目的与意义11-12
• 1.3 国内外研究进展12-18
• 1.3.1 露天煤矿土壤重构研究12-14
• 1.3.2 土壤孔隙结构获取方法研究14-15
• 1.3.3 分形理论在土壤学中的应用15-17
• 1.3.4 三维重建在土壤孔隙研究中的应用17
• 1.3.5 当前研究中存在的问题与不足17-18
• 1.4 研究内容及技术路线18-20
• 1.4.1 研究内容18
• 1.4.2 技术路线18-20
• 2 研究区概况与土壤样品采集20-27
• 2.1 研究区概况20-23
• 2.1.1 地理位置20
• 2.1.2 地形地貌20-22
• 2.1.3 土壤状况22
• 2.1.4 植被状况22-23
• 2.2 土壤样品采集23-24
• 2.3 样品CT扫描24-27
• 3 重构土壤孔隙三维重建及多重分形方法27-33
• 3.1 三维重建27-29
• 3.1.1 重构土壤孔隙三维分布的重建27-28
• 3.1.2 孔隙团体积搜索28-29
• 3.2 多重分形方法29-32
• 3.2.1 分形原理29
• 3.2.2 分形维数29-30
• 3.2.3 多重分形原理30
• 3.2.4 重构土壤孔隙多重分形算法30-32
• 3.3 统计分析方法32-33
• 4 不同复垦年限重构土壤孔隙三维分布特征33-40
• 4.1 土壤孔隙三维重建结果33
• 4.2 孔隙团搜索结果33-37
• 4.3 孔隙团体积分布37-38
• 4.4 孔隙团个数、最大孔隙团体积与孔隙度之间的关系38-39
• 4.5 小结39-40
• 5 不同复垦年限重构土壤孔隙三维分布多重分形特征40-50
• 5.1 多重分形尺度40-42
• 5.2 多重分形广义维数谱42-46
• 5.2.1 土壤孔隙多重分形广义维数谱曲线q-Dq42-44
• 5.2.2 容量维D044
• 5.2.3 信息熵维数D144-45
• 5.2.4 ΔD45
• 5.2.5 容量维数与信息熵维数的差值45-46
• 5.3 多重分形奇异谱46-48
• 5.4 重构土壤孔隙分布多重分形参数间的关系48
• 5.5 小结48-50
• 6 排土与复垦对土壤孔隙变化的影响50-54
• 6.1 采矿与排土对土壤孔隙变化的影响50-51
• 6.2 复垦对土壤孔隙变化的影响51-52
• 6.3 压实土壤孔隙改良措施52-54
• 6.3.1 改善排土工艺52
• 6.3.2 植被恢复52-53
• 6.3.3 深耕法53
• 6.3.4 施肥法53-54
• 7 结论与展望54-56
• 7.1 主要研究结论54
• 7.2 研究展望54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-69
• 个人简介69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：535373