發(fā)布時間：2020-05-12 10:22

【摘要】：草炭土是一種由植物殘體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質(zhì),尤其是未分解的植物殘體,在工程上表現(xiàn)出高有機質(zhì)、高含水率、高空隙比、高壓縮性、低抗剪強度等一系列的不良工程地質(zhì)性質(zhì)。近年來,隨著經(jīng)濟的發(fā)展,諸多線路工程的修建,難免要穿越草炭土,而草炭土盆地一般形成于沼澤環(huán)境,對于在草炭土盆地中間穿過的線路工程,不可避免地就要對草炭土地基進行處理。隨著線路工程的修建,必然影響草炭土盆地的演化,甚至導致草炭土沼澤的退化和消亡。因此,分析線路工程對草炭土的影響,一方面,可以對修建于草炭土盆地的線路工程的施工提供必要的理論依據(jù),同時也有利于保護草炭土沼澤,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)場調(diào)查,一方面,這是一個費時費力的大工程,非大團隊經(jīng)年累月難以完成,而且,現(xiàn)場也很難做到全面調(diào)查;另一方面,考慮到草炭土的成因機制和形成環(huán)境,對于形成于沼澤盆地的草炭土而言,很多草炭土點是無法現(xiàn)場調(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)場經(jīng)驗和濕地調(diào)查的基礎上,建立由已知到未知的草炭土識別模式,分析草炭土的分布規(guī)律及演化模式,結(jié)合有代表性線路工程的草炭土盆地,分析線路工程對草炭土的環(huán)境效應,是針對草炭土盆地特殊的形成條件及經(jīng)濟生態(tài)雙重效益建立的有效模式�；谏鲜鲈�,本文依托國家自然科學基金項目“線路工程對季凍區(qū)草炭土濕地的環(huán)境效應研究”、“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)沼澤草炭土凍脹機理研究”等多個相關(guān)課題,在現(xiàn)場經(jīng)驗的基礎上,結(jié)合Google Earth三維可視功能,定性分析草炭土的遙感特性,設計草炭土現(xiàn)場調(diào)查路線,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果,分析草炭土的分布規(guī)律、成因機制和遙感特性,并應用支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡等多種非線性分類方法,分析草炭土識別效果。結(jié)合模糊數(shù)學,根據(jù)草炭土的形成演化機制,確立了針對草炭土的模糊識別模式,利用MATLAB編譯相應的程序語言,建立草炭土識別模式界面,實現(xiàn)了草炭土的自動識別,并結(jié)合現(xiàn)場實例,對識別效果進行驗證。通過兩個特殊的草炭土盆地,以模糊隸屬度,結(jié)合相應的鉆探物探結(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)場調(diào)查、取樣、測試及室內(nèi)試驗的基礎上,確立線路工程對草炭土環(huán)境影響的理化參數(shù),同時結(jié)合遙感光譜數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù),進行試驗參數(shù)和遙感參數(shù)的相關(guān)性分析,實現(xiàn)參數(shù)的反演;利用試驗數(shù)據(jù)的準確性及遙感數(shù)據(jù)的空間連續(xù)性,實例分析線路工程對草炭土盆地的影響,進而建立線路工程對草炭土影響的概率模型,結(jié)合試驗數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù),確立線路工程對草炭土的影響效應的二級層次分析評價方法。以Landsat 4-5遙感影像為數(shù)據(jù)源,對吉林省東部草炭土分布規(guī)律進行整體識別和預測,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制,并以此預測未來草炭土盆地的演化趨勢。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、試驗數(shù)據(jù)及草炭土現(xiàn)場照片等數(shù)據(jù)建立相應的數(shù)據(jù)庫。主要得出如下結(jié)論:1.通過草炭土現(xiàn)場調(diào)查和草炭土分類識別,發(fā)現(xiàn):(1)在草炭土現(xiàn)場調(diào)查的基礎上,分析了草炭土的成因機制和遙感特性,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現(xiàn)草炭土的分布識別。(2)通過不同方法識別草炭土發(fā)現(xiàn),雖然這些方法基本可以實現(xiàn)草炭土的識別,但是對于部分由草炭土演化而來的農(nóng)田,識別效果仍不夠精確,需要結(jié)合草炭土的成因機制,建立草炭土的特殊的識別模式。2.通過建立基于模糊數(shù)學的草炭土識別模式,得出:(1)在草炭土定性識別和閾值提取的基礎上,結(jié)合正態(tài)擬合、元胞矩陣和模糊評價,能夠比較有效地識別草炭土,現(xiàn)場驗證過的草炭土識別結(jié)果,可以作為新的已知草炭土數(shù)據(jù)源,進而優(yōu)化識別效果。(2)基于模糊評價的草炭土識別模式,是建立在草炭土成因機制和演化過程的基礎上的,以模糊隸屬度描述像元歸屬及草炭土演化規(guī)律,實現(xiàn)了模型參數(shù)和草炭土的物理意義上的聯(lián)系。(3)現(xiàn)場驗證結(jié)果證明了草炭土識別模型的精確性,同時鉆探和物探結(jié)果也驗證了隸屬度結(jié)果的準確性;以模糊隸屬度分析了草炭土的自然演化及人類工程影響下草炭土的演化模式,對保護草炭土沼澤,也就是濕地保護,具有重大的環(huán)境生態(tài)效益。3.室內(nèi)試驗結(jié)果表明:(1)試驗結(jié)果從分解度、水土綜合評價、熱學性能三個層次,綜合比較了黃松甸、江源、靖宇三個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)律及線路工程對草炭土的環(huán)境效應影響。(2)試驗結(jié)果表明,草炭土的熱學效應、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,利用試驗參數(shù)和遙感數(shù)據(jù),可以反演出整個草炭土盆地各個像元的理化參數(shù),這既應用了試驗數(shù)據(jù)的準確性,也通過遙感數(shù)據(jù)實現(xiàn)了試驗點在空間上的連續(xù)性,同時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價模式表明:(1)草炭土的概率模型是建立在極坐標下的。該方法把草炭土盆地像元點的坐標(x,y),以及距離線路工程的距離,用r和θ兩個參數(shù)代替,一方面簡化了模型參數(shù),另一面也實現(xiàn)了參數(shù)在物理意義上的獨立。(2)在結(jié)合層次分析法和草炭土概率模型的基礎上,對草炭土盆地的每一個像元進行綜合評價,從三維立體角度,可以直觀地顯示出草炭土盆地的綜合評價結(jié)果,也可以從極坐標系的角度,在數(shù)學模型上直觀看出線路工程對草炭土的環(huán)境效應。5.草炭土時空演化方面,發(fā)現(xiàn):(1)以Landsat 4-5為數(shù)據(jù)源,通過影像的校正、拼接和裁剪,利用支持向量機分類法確定了吉林省東部整個區(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,分析線路工程對草炭土演化的影響。(2)結(jié)合CA-Marcov模型,通過不同時間草炭土的分布情況,確定了相應的土壤轉(zhuǎn)移矩陣,并以此預測草炭土未來的演化情況。以Google Earth為平臺,把草炭土的現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)及遙感識別結(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。它廣泛分布于我國的青藏高原、大小興安嶺、長白山區(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、低抗剪強度等不良工程地質(zhì)性質(zhì)，如圖 1.1 所示，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，公路鐵路穿過草炭土區(qū)域不可避免，分析草炭土的分布規(guī)律，對草炭土分布區(qū)域的工程施工路線選擇和處理設計具有參考價值。

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，學者們測試了草炭本參數(shù)，為施工提供相應的設計參考；同時對草炭土路基研究草炭土特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)對工程的影響，進而研究間效應。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)，線路工程難免要穿越草炭土，學者們在研究草炭土對線時，也發(fā)現(xiàn)了線路工程的修建，同樣會對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，是同時具有經(jīng)濟效因此，本文在分析草炭土的現(xiàn)場經(jīng)驗的基礎上，，結(jié)合歷年識別評價模式，并以此分析草炭土的分布和演化規(guī)律以及
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P237

【參考文獻】

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本文編號：2660069