【摘要】：草炭土是一種由植物殘?bào)w不完全分解堆積而成的特殊腐殖質(zhì)土壤,由于土壤中含有大量的有機(jī)質(zhì),尤其是未分解的植物殘?bào)w,在工程上表現(xiàn)出高有機(jī)質(zhì)、高含水率、高空隙比、高壓縮性、低抗剪強(qiáng)度等一系列的不良工程地質(zhì)性質(zhì)。近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,諸多線(xiàn)路工程的修建,難免要穿越草炭土,而草炭土盆地一般形成于沼澤環(huán)境,對(duì)于在草炭土盆地中間穿過(guò)的線(xiàn)路工程,不可避免地就要對(duì)草炭土地基進(jìn)行處理。隨著線(xiàn)路工程的修建,必然影響草炭土盆地的演化,甚至導(dǎo)致草炭土沼澤的退化和消亡。因此,分析線(xiàn)路工程對(duì)草炭土的影響,一方面,可以對(duì)修建于草炭土盆地的線(xiàn)路工程的施工提供必要的理論依據(jù),同時(shí)也有利于保護(hù)草炭土沼澤,而草炭土沼澤是濕地環(huán)境的重要組成部分,兼具經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益。草炭土盆地分布廣泛而零散,若利用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,一方面,這是一個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的大工程,非大團(tuán)隊(duì)經(jīng)年累月難以完成,而且,現(xiàn)場(chǎng)也很難做到全面調(diào)查;另一方面,考慮到草炭土的成因機(jī)制和形成環(huán)境,對(duì)于形成于沼澤盆地的草炭土而言,很多草炭土點(diǎn)是無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的。結(jié)合歷年遙感影像和高程數(shù)據(jù),在草炭土現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和濕地調(diào)查的基礎(chǔ)上,建立由已知到未知的草炭土識(shí)別模式,分析草炭土的分布規(guī)律及演化模式,結(jié)合有代表性線(xiàn)路工程的草炭土盆地,分析線(xiàn)路工程對(duì)草炭土的環(huán)境效應(yīng),是針對(duì)草炭土盆地特殊的形成條件及經(jīng)濟(jì)生態(tài)雙重效益建立的有效模式�；谏鲜鲈�,本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“線(xiàn)路工程對(duì)季凍區(qū)草炭土濕地的環(huán)境效應(yīng)研究”、“季凍區(qū)沼澤草炭土結(jié)構(gòu)特性及本構(gòu)關(guān)系研究”、“季凍區(qū)沼澤草炭土凍脹機(jī)理研究”等多個(gè)相關(guān)課題,在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合Google Earth三維可視功能,定性分析草炭土的遙感特性,設(shè)計(jì)草炭土現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查路線(xiàn),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的結(jié)果,分析草炭土的分布規(guī)律、成因機(jī)制和遙感特性,并應(yīng)用支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種非線(xiàn)性分類(lèi)方法,分析草炭土識(shí)別效果。結(jié)合模糊數(shù)學(xué),根據(jù)草炭土的形成演化機(jī)制,確立了針對(duì)草炭土的模糊識(shí)別模式,利用MATLAB編譯相應(yīng)的程序語(yǔ)言,建立草炭土識(shí)別模式界面,實(shí)現(xiàn)了草炭土的自動(dòng)識(shí)別,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例,對(duì)識(shí)別效果進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)兩個(gè)特殊的草炭土盆地,以模糊隸屬度,結(jié)合相應(yīng)的鉆探物探結(jié)果,分別分析了草炭土的自然演化規(guī)律及其在人類(lèi)工程影響下的演化規(guī)律。選取具有代表性的草炭土盆地,在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、取樣、測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,確立線(xiàn)路工程對(duì)草炭土環(huán)境影響的理化參數(shù),同時(shí)結(jié)合遙感光譜數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù),進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)和遙感參數(shù)的相關(guān)性分析,實(shí)現(xiàn)參數(shù)的反演;利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及遙感數(shù)據(jù)的空間連續(xù)性,實(shí)例分析線(xiàn)路工程對(duì)草炭土盆地的影響,進(jìn)而建立線(xiàn)路工程對(duì)草炭土影響的概率模型,結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù),確立線(xiàn)路工程對(duì)草炭土的影響效應(yīng)的二級(jí)層次分析評(píng)價(jià)方法。以L(fǎng)andsat 4-5遙感影像為數(shù)據(jù)源,對(duì)吉林省東部草炭土分布規(guī)律進(jìn)行整體識(shí)別和預(yù)測(cè),并結(jié)合歷年遙感影像,分析草炭土盆地的演化規(guī)律。利用CA-Marcov模型,分析草炭土的演化機(jī)制,并以此預(yù)測(cè)未來(lái)草炭土盆地的演化趨勢(shì)。結(jié)合Google Earth,建立草炭土的地理信息數(shù)據(jù)集成系統(tǒng),利用草炭土的調(diào)查結(jié)果、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及草炭土現(xiàn)場(chǎng)照片等數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。主要得出如下結(jié)論:1.通過(guò)草炭土現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和草炭土分類(lèi)識(shí)別,發(fā)現(xiàn):(1)在草炭土現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上,分析了草炭土的成因機(jī)制和遙感特性,發(fā)現(xiàn)草炭土的形成、分布和演化都是有跡可循的。草炭土盆地的積水條件和植被條件,都可以用遙感光譜定量描述,因此,結(jié)合不同光譜的遙感影像可以實(shí)現(xiàn)草炭土的分布識(shí)別。(2)通過(guò)不同方法識(shí)別草炭土發(fā)現(xiàn),雖然這些方法基本可以實(shí)現(xiàn)草炭土的識(shí)別,但是對(duì)于部分由草炭土演化而來(lái)的農(nóng)田,識(shí)別效果仍不夠精確,需要結(jié)合草炭土的成因機(jī)制,建立草炭土的特殊的識(shí)別模式。2.通過(guò)建立基于模糊數(shù)學(xué)的草炭土識(shí)別模式,得出:(1)在草炭土定性識(shí)別和閾值提取的基礎(chǔ)上,結(jié)合正態(tài)擬合、元胞矩陣和模糊評(píng)價(jià),能夠比較有效地識(shí)別草炭土,現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證過(guò)的草炭土識(shí)別結(jié)果,可以作為新的已知草炭土數(shù)據(jù)源,進(jìn)而優(yōu)化識(shí)別效果。(2)基于模糊評(píng)價(jià)的草炭土識(shí)別模式,是建立在草炭土成因機(jī)制和演化過(guò)程的基礎(chǔ)上的,以模糊隸屬度描述像元?dú)w屬及草炭土演化規(guī)律,實(shí)現(xiàn)了模型參數(shù)和草炭土的物理意義上的聯(lián)系。(3)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果證明了草炭土識(shí)別模型的精確性,同時(shí)鉆探和物探結(jié)果也驗(yàn)證了隸屬度結(jié)果的準(zhǔn)確性;以模糊隸屬度分析了草炭土的自然演化及人類(lèi)工程影響下草炭土的演化模式,對(duì)保護(hù)草炭土沼澤,也就是濕地保護(hù),具有重大的環(huán)境生態(tài)效益。3.室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)試驗(yàn)結(jié)果從分解度、水土綜合評(píng)價(jià)、熱學(xué)性能三個(gè)層次,綜合比較了黃松甸、江源、靖宇三個(gè)不同草炭土盆地不同深度、路邊與本底值等多方面的分布規(guī)律,揭示了草炭土盆地中草炭土的分布規(guī)律及線(xiàn)路工程對(duì)草炭土的環(huán)境效應(yīng)影響。(2)試驗(yàn)結(jié)果表明,草炭土的熱學(xué)效應(yīng)、草炭土盆地的高程數(shù)據(jù)與草炭土理化參數(shù)都存在較大的相關(guān)性。這意味著,利用試驗(yàn)參數(shù)和遙感數(shù)據(jù),可以反演出整個(gè)草炭土盆地各個(gè)像元的理化參數(shù),這既應(yīng)用了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,也通過(guò)遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)點(diǎn)在空間上的連續(xù)性,同時(shí)克服了剖面取樣存在的偶然性。4.結(jié)合層次分析法及概率分布建立的草炭土綜合評(píng)價(jià)模式表明:(1)草炭土的概率模型是建立在極坐標(biāo)下的。該方法把草炭土盆地像元點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y),以及距離線(xiàn)路工程的距離,用r和θ兩個(gè)參數(shù)代替,一方面簡(jiǎn)化了模型參數(shù),另一面也實(shí)現(xiàn)了參數(shù)在物理意義上的獨(dú)立。(2)在結(jié)合層次分析法和草炭土概率模型的基礎(chǔ)上,對(duì)草炭土盆地的每一個(gè)像元進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),從三維立體角度,可以直觀地顯示出草炭土盆地的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,也可以從極坐標(biāo)系的角度,在數(shù)學(xué)模型上直觀看出線(xiàn)路工程對(duì)草炭土的環(huán)境效應(yīng)。5.草炭土?xí)r空演化方面,發(fā)現(xiàn):(1)以L(fǎng)andsat 4-5為數(shù)據(jù)源,通過(guò)影像的校正、拼接和裁剪,利用支持向量機(jī)分類(lèi)法確定了吉林省東部整個(gè)區(qū)域的草炭土分布情況,并選取有代表性的草炭土區(qū)域,結(jié)合歷年遙感影像,分析線(xiàn)路工程對(duì)草炭土演化的影響。(2)結(jié)合CA-Marcov模型,通過(guò)不同時(shí)間草炭土的分布情況,確定了相應(yīng)的土壤轉(zhuǎn)移矩陣,并以此預(yù)測(cè)草炭土未來(lái)的演化情況。以Google Earth為平臺(tái),把草炭土的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及遙感識(shí)別結(jié)果分別顯示,建立草炭土地理信息集成系統(tǒng)。
【圖文】：

第一章 緒論1.1 選題的依據(jù)及意義草炭土是一種由地表沼澤環(huán)境的植物遺體，經(jīng)過(guò)氧化和部分分解作用，堆積形成的特殊腐殖質(zhì)土壤。它廣泛分布于我國(guó)的青藏高原、大小興安嶺、長(zhǎng)白山區(qū)及其它高寒山區(qū)和山前盆地。同其他軟土一樣，草炭土也具有高孔隙比、高壓縮性、高含水率、低抗剪強(qiáng)度等不良工程地質(zhì)性質(zhì)，如圖 1.1 所示，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路鐵路穿過(guò)草炭土區(qū)域不可避免，分析草炭土的分布規(guī)律，對(duì)草炭土分布區(qū)域的工程施工路線(xiàn)選擇和處理設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。

圖 1.3 草炭土的研究現(xiàn)狀所示，鑒于草炭土的特殊的理化特性，學(xué)者們測(cè)試了草炭本參數(shù)，為施工提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)參考；同時(shí)對(duì)草炭土路基研究草炭土特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)對(duì)工程的影響，進(jìn)而研究間效應(yīng)。草炭土的工程地質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，由于草炭土特殊的工程地質(zhì)，線(xiàn)路工程難免要穿越草炭土，學(xué)者們?cè)谘芯坎萏客翆?duì)線(xiàn)時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了線(xiàn)路工程的修建，同樣會(huì)對(duì)草炭土盆地的形作用。因此，分析草炭土的分布規(guī)律及其在線(xiàn)路工程影響草炭土的特殊工程地質(zhì)性質(zhì)同樣迫切，是同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)效因此，本文在分析草炭土的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，，結(jié)合歷年識(shí)別評(píng)價(jià)模式，并以此分析草炭土的分布和演化規(guī)律以及
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：P237

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2660069