Earth Sciences Research Journal

Shear-wave velocity structure of Australia from Rayleigh-wave analysis

The elastic structure beneath Australia is shown by means of S-velocity maps for depths ranging from zero to 400 km, determined by the regionalization and inversion of Rayleigh-wave dispersion. The traces of 233 earthquakes, occurred from 1990 to 2010, have been used to obtain Rayleigh-wave dispersion data. These earthquakes were registered by 65 seismic station located in Australia and the surrounding area. The dispersion curves were obtained for periods between 5 and 250 s, by digital filtering with a combination of MFT (Multiple Filter Technique) and TVF (Time Variable Filtering), filtering techniques. Later, all seismic events (and some stations) were grouped to obtain a dispersion curve for each source-station path. These dispersion curves were regionalized and inverted according to the generalized inversion theory, to obtain shear-wave velocity models for a rectangular grid of 2.5°×2.5° mesh size. The shear-velocity structure obtained through this procedure is shown in the S-velocity maps plotted for several depths. These results agree well with the geology and other geophysical results previously obtained. The obtained S-velocity models suggest the existence of lateral and vertical heterogeneity. The zones with consolidated and old structures present greater S-velocity values than those in the other zones, although this difference can be very little or negligible in some case. Nevertheless, in the depth range of 15 to 50 km, the different Moho depths present in the study area generate the principal variation of S-velocity. A similar behaviour is found for the depth range from 65 to 180 km, in which the lithosphere-asthenosphere boundary generates the principal variations of S-velocity. Finally, it should be highlighted a new and interesting feature was obtained in this study: the definition of the base of the asthenosphere, for depths ranging from 155 to 280 km, in Australia and the surrounding area. This feature is also present in the continents: South America, Antarctica and Africa, which were part of the same super-continent Gondwanaland, in the early Mesozoic before fragmentation.

La estructura elástica bajo Australia es mostrada por medio de mapas de velocidad de onda S, para profundidades que varían desde cero a 400 km, determinada por regionalización e inversión de dispersión de ondas Rayleigh. Las trazas de 233 terremotos, ocurridos desde 1990 hasta 2010, han sido usadas para obtener datos de dispersión de ondas Rayleigh. Estos terremotos fueron registrados por 65 estaciones sísmicas localizadas en Australia y el área circundante. Las curvas de dispersión fueron obtenidas para periodos entre 5 y 250 s, por filtrado digital con una combinación de las técnicas de filtrado: MFT (técnica del filtro múltiple) y TVF (filtrado en tiempo variable). Luego, todos los eventos sísmicos (y algunas estaciones) fueron agrupados para obtener una curva de dispersión para cada trayecto fuente-estación. Estas curvas de dispersión fueron regionalizadas e invertidas de acuerdo con la teoría de la inversión generalizada, para obtener modelos de velocidad de onda de cizalla para una rejilla regular de tamaño de celda de 2.5°×2.5°. La estructura de velocidad de cizalla obtenida a través de este procedimiento es mostrada en los mapas de velocidad de onda S representados para diversas profundidades. Estos resultados concuerdan bien con la geología y otros resultados geológicos y geofísicos previamente obtenidos. Los modelos de velocidad de onda S obtenidos sugieren la existencia de heterogeneidad lateral y vertical. Las zonas con estructuras antiguas y bien consolidadas presentan mayores valores de velocidad de onda S que los correspondientes a otras zonas, aunque esta diferencia puede ser muy pequeña o despreciable en algún caso. No obstante, en el rango de profundidad de 15 a 50 km, las diferentes profundidades del Moho presentes en el área de estudio generan la principal variación de velocidad de onda S. Un comportamiento similar es encontrado par el rango de profundidad desde 65 a 180 km, en el cual la frontera litosfera-astenosfera genera la principal variación de velocidad de onda S. Finalmente, debería ser notado que una nueva e interesante característica fue obtenida en este estudio: la definición de la base de la astenosfera, para profundidades que varían desde 155 a 280 km, en Australia y el área circundante. Esta característica está también presente en los continentes: América del Sur, Antártida y África, los cuales fueron parte del mismo súper-continente: Gondwana, en el Mesozoico temprano antes de fragmentarse.

Estimating shear wave velocity using acceleration data in Antakya (Turkey)

This manuscript presents a site response analysis and an estimation of S-wave velocity that are dependent on acceleration data. First, existing data, such as density, seismic wave velocity, and soil cross-sections, are obtained from previous seismic microzonation studies and used to prepare input data for a suite of MATLAB routines, which are referred to as SUA software. Acceleration data are obtained from four free-field strong-motion stations of the SERAMAR project, which was conducted between 2006 and 2009 in conjunction with a Turkish-German joint research project, and inputted into the software as basic data. The results include a 1D velocity cross-section versus depth and an amplification model of the site. Three different depth levels can be determined for the ranges of 0-5 m, 5-15 m and 15-25 m. The seismic velocities vary between 380 and 470 m s-1 for the first 5 m; 320 and 480 m s-1 for 5-15 m; and 470 and 750 m s-1 for 15-25 m. These results are comparable with the amplification values from the microtremor data from previous studies. The 1D velocity models are appropriate for the soil conditions.

Este trabajo presenta el análisis a una respuesta de sitio y una estimación de la velocidad de la onda de corte que son dependientes de la información de aceleración. Los datos adicionales como la densidad, la velocidad de onda sísmica y los cortes transversales de suelo, se obtuvieron de estudios previos de microzonificación sísmica y se utilizaron para preparar el registro de datos en una plataforma de rutinas MATLAB, que se refieren al software SUA. Los datos de información de la aceleración se tomaron de cuatro estaciones de monitoreo de movimientos fuertes a campo abierto del proyecto SERAMAR, que se realizó entre 2006 y 2009 en una investigación conjunta turco-alemana, y se ingresaron en el programa como la información básica. Los resultados incluyen una sección cruzada de velocidad 1D versus profundidad y el modelo amplificado del sitio. Se pudieron determinar tres niveles diferentes a partir de los rangos de 0-5 m, 5-15 m y 15-25 m. Las velocidades sísmicas pueden variar entre 380 y 470 m s-1 para los primeros 5 metros; 320 y 480 m s-1 para el rango 5-15 m, y 450 y 750 m s-1 para el rango 15-25 m. Estos resultados son comparables con los valores de amplificación del perfil Microtemor de estudios previos. Los modelos de velocidad 1D son apropiados para las condiciones del suelo.

A Semi-Automatic Approach to Identify First Arrival Time: the Cross-Correlation Technique (CCT)

The high-quality interpretation of seismic refraction data depends on the accurate and reliable identification of the first arrival times. First arrivals can be identified on a graphic or image by conventional picking, but this process depends on external factors, such as the scale and quality of the imaging data, amplitude ratio, sensitivity of the picking cursor and user experience. Under these considerations, identifying first arrivals in noisy data becomes more complex and unstable. In this study, the Cross-Correlation Technique (CCT), which is widely used in the process of analyzing reflection data, has been used to pick the first arrival times in noisy or noiseless seismic refraction data by a semi-automatic process. The CCT has reduced the dependence on user and decreased incorrect picking caused by environmental noise, displaying characteristics and scaling factors. The CCT has been tested with synthetic models with different noise contents and various field data. The Chi-square error criterion was used to assess the performance of the pickings. In addition, effects of small-time differences between the conventional picking process and the CCT have been demonstrated on a refraction tomography velocity section. Therefore, we believe that our proposed method is a useful contribution to the existing methods of first arrival picking.

La buena interpretación de datos estadísticos de refracción sísmica depende de la identificación acertada y confiable de los tiempos de llegada. Los primeros tiempos de llegada se pueden identificar en un gráfico o imagen por picado convencional, pero este proceso depende de factores externos como la escala y la calidad de información de la imagen, el índice de amplitud, la sensibilidad del cursor de recolección y la experiencia del usuario. Bajo estas consideraciones, la identificación de los tiempos de llegada bajo información ruidosa se vuelve más compleja e inestable. En este estudio, la técnica de Correlación Cruzada (CCT, en inglés), que es ampliamente trabajada en el proceso de análisis de datos de reflexión, se utilizó para seleccionar los primeros tiempos de llegada en información sísmica ruidosa o no ruidosa con un proceso semiautomático. La CCT redujo la dependencia en el usuario y bajó el nivel de selección incorrecta causada por el ruido ambiental al desplegar características y factores de escala. La CCT se ha probado en modelos sintéticos con diferentes contenidos de ruidos y diversa información de campo. El error de la norma Chi-cuadrado se utilizó para evaluar el desempeño de las selecciones. En adición, los efectos de las pequeñas diferencias de tiempo entre el proceso convencional de selección y la CCT se han demostrado en una tomografía reflexiva de velocidad. Además, se estima que el método propuesto es una contribución útil a los métodos existentes de la recolección de los primeros tiempos de llegada.

Severity Classification of a Seismic Event based on the Magnitude-Distance Ratio Using Only One Seismological Station

Seismic event characterization is often accomplished using algorithms based only on information received at seismological stations located closest to the particular event, while ignoring historical data received at those stations. These historical data are stored and unseen at this stage. This characterization process can delay the emergency response, costing valuable time in the mitigation of the adverse effects on the affected population. Seismological stations have recorded data during many events that have been characterized by classical methods, and these data can be used as previous "knowledge" to train such stations to recognize patterns. This knowledge can be used to make faster characterizations using only one three-component broadband station by applying bio-inspired algorithms or recently developed stochastic methods, such as kernel methods. We trained a Support Vector Machine (SVM) algorithm with seismograph data recorded by INGEOMINAS's National Seismological Network at a three-component station located near Bogota, Colombia. As input model descriptors, we used the following: (1) the integral of the Fourier transform/power spectrum for each component, divided into 7 windows of 2 seconds and beginning at the P onset time, and (2) the ratio between the calculated logarithm of magnitude (Mb) and epicentral distance. We used 986 events with magnitudes greater than 3 recorded from late 2003 to 2008. The algorithm classifies events with magnitude-distance ratios (a measure of the severity of possible damage caused by an earthquake) greater than a background value. This value can be used to estimate the magnitude based on a known epicentral distance, which is calculated from the difference between P and S onset times. This rapid (< 20 seconds) magnitude estimate can be used for rapid response strategies. The results obtained in this work confirm that many hypocentral parameters and a rapid location of a seismic event can be obtained using a few seconds of signal registered at a single station. A cascade scheme of SVMs or other appropriate algorithms can be used to completely classify an event in a very short time with acceptable accuracy using data from only one station.

Los algoritmos de determinación de parámetros hipocentrales empleados en la actualidad, se basan específicamente en la información recibida en las estaciones de monitoreo mas cercanas al epicentro y no tienen en cuenta la valiosa información histórica registrada a lo largo del tiempo en dichas estaciones. Es por esto que los procesos de caracterización toman varios minutos, tiempo precioso que podría ser de gran utilidad en la generación de alertas tempranas que permitan una oportuna reacción ante el evento. El registro de información, a lo largo el tiempo, de sismos ocurridos en los alrededores de la estación, puede ser empleada para dotarla de algún grado de experiencia que le permita, mediante detección y clasificación de patrones, realizar una caracterización previa mucho mas rápida, mediante el empleo de técnicas modernas las cuales pueden ser algoritmos bio-inspirados o métodos estocásticos mas recientes conocidos como métodos Kernel. En el presente trabajo se emplea un método conocido como Maquinas de Soporte Vectorial (MSV), entrenando dicho algoritmo con información de la relación del área bajo la curva de la potencia de la transformada de Fourier de las componentes N-S, E-W y Vertical, calculada para 5 ventanas de 2 segundos, desde la onda p, de 123 sismos de magnitud superior a 3, desde 2004 hasta 2008, alrededor de la estación El Rosal, de la Red Sismológica Nacional de Ingeominas. El Algoritmo clasifica sismos que superen un umbral predeterminado de la relación entre el Logaritmo de la magnitud y la distancia, que refleja, de alguna manera, la intensidad del sismo. Con la obtención de este parámetroá posible conocer la magnitud del evento, debido a que la distancia puede ser calculada, con base en picado de la onda S, y de esta manera establecer una aproximación rápida de la magnitud en un tiempo aproximado de 20 segundos después del evento. Los resultados obtenidos permiten confirmar que con poco tiempo se señal en una sola estación sismológica es posible obtener información confiable para ser empleada en alertas tempranas.

Study of the mineralization potential of the intrusives around Valis (Tarom-Iran)

The study area is located in northwestern Iran in the central Iran zone, specifically the western Alborz sub-zone south of the Tarom-Hashtjin metallogenic zone. The exposed rock units in this area generally include Eocene volcanic rocks (lava flows and pyroclasts belonging to the Karaj formation) and Oligocene granitoid intrusive bodies. The intrusive bodies in the area have a petrographic composition of granite, syenite and monzonite and are mostly metaluminous. The dual characteristics of these intrusives (for example, the behavior of elements such as Rb, P, Ga/Al, Y/Nb, K/Na, and FeO/Fe2O3, the Rb/Nb ratios, the A/CNK molar ratios and the ACF and A/CNK-Fe2O3+FeO diagrams), some of which are consistent with the I nature and others with the S and A natures, show that the rocks are among hybrid granitoids and, in terms of the tectonic setting, lie within the WPG range. According to the Rb/Sr, Zr/Hf, K/Rb ratios, the granite melts that form the aforementioned bodies are not extremely evolved and have not undergone post magmatic activity, which would lead to mineralization. The Sm/Eu and Rb/Ba ratios and the behavior of Rb, Ba and Sr within the aforementioned granitoids show that the rocks are similar to average granitoids unrelated to Li, Be, Sn, W and Ta deposits; they fall within the range of barren granitoids but are partially fertile in Cu.

El área de este estudioá localizada en el noroeste de la zona centrán, específicamente en el oeste de la subzona de Alborz y al sur de la zona metalogénica de Tarom-Hashtjin. Las unidades de roca expuesta en esta área se clasifican generalmente como rocas ánicas del Eoceno (flujos de lava y piroclastos pertenecientes a la formación Karaj) y como cuerpos granitoides intrusivos del Oligoceno. Los cuerpos intrusivos en el área tienen una composición petrográfica de granito, sienita y monzonita mayormente metaluminosa. Las características duales de estas intrusiones (por ejemplo, el comportamiento de de elementos como Rb, P, Ga/Al, Y/Nb, K/Na, y Feo/Fe2O3, los índice de Rb/Nb, la proporción molar de los A/CNK y los diagramas ACF y A/CNK-Fe2O3+FeO), algunas de las cuales son consistentes con la índole I y otras con las índoles S y A, muestran que las rocas son granitoides híbridos y, en términos de orden tectónico, subyacen en la cadena WPG. De acuerdo con los índices Rb/Sr, Zr/Hf, K/Rb, los granitos fundieron la forma de los cuerpos sin desarrollarse completamente y sin registrar actividad magmática posterior, lo que llevó a la mineralización. Los índices Sm/Eu y Rb/Ba y el comportamiento del Rb, Ba y Sr al interior de los granitoides mencionados muestran que las rocas son similares al promedio de los granitoides no relacionados con los depósitos de Li, Be, Sn, W y Ta; estos se incluyen en el rango de granitoides estériles, pero son parcialemente fértiles en Cu.

Sand dunes of the Gaza Strip (southwestern Palestine): morphology, textural characteristics and associated environmental impacts

Sand dunes are wide spread in the Gaza Strip and are present in its northern, central and southern regions. Thirty sand samples were collected at seven locations along the middle region of the Strip. The coordinates for each sampling site were positioned using GPS and processed with ArcGIS software. Mechanical and chemical properties were examined to determine the textural characteristics and carbonate contents of the dune sands. The mean grain size is fine to medium, and the sands range from moderate- to well-sorting. The skewness is fine to very fine, and the kurtosis ranges from mesokurtic to very leptokurtic. Additionally, the results show that the carbonate content ranges from 1.5% to 5%. The high permeability, good porosity, and low carbonate content of the sand dunes in the Gaza Strip have led to more groundwater pollution via leachates percolating from the solid waste landfills and basins from wastewater treatments constructed above the sand dunes. Sand quarries have also changed the natural landscape of the Gaza Strip. These quarries were excavated randomly, used for a short period and then disused. This random and unregulated excavation has led to the destruction of natural habitats for flora and fauna.

Las dunas de arena se extienden ampliamente en la Franja de Gaza y hacen presencia en las regiones del norte, centro y sur. Para este trabajo se recolectaron treinta muestras de arena en siete puntos a lo largo de la región media de la Franja. Las coordenadas de cada muestra se marcaron con el GPS y se procesaron con el programa ArcGIS. Se examinaron las propiedades químicas y mecánicas para determinar las características de textura y los contenidos de carbonato de las dunas de arena. El tamaño del grano está entre fino y medio y las arenas oscilan entre moderadas y bien definidas. La asimetría estadística va desde fina hasta muy fina y la variedad de la curtosis se ubica entre mesocúrtica y muy leptocúrtica. Adicionalmente, los resultados muestran que los rangos de contenido de carbonato están entre 1,5 % y 5 %. La alta permeabilidad, la buena porosidad y el bajo contenido de carbonato en las dunas de arena de la Franja de Gaza han permitido una mayor contaminación a través de lixiviados que se filtran desde vertederos de desechos sólidos y desde estaciones de tratamiento de aguas residuales construidas sobre las dunas de arena. Las canteras de arena, además, han cambiado el paisaje natural de la Franja de Gaza. Estas canteras fueron excavadas de manera aleatoria, utilizadas por un tiempo corto y luego cayeron en desuso. Estas excavaciones aleatorias y sin regulación han llevado a la destrucción de hábitats naturales de flora y fauna.

Geostatistical Analysis for delineating sterile inclusions in Sidi Chennane' phosphatic series, Morrocco

The anomalies detected in phosphatic series of Sidi Chennane, one of phosphatic basins in Morocco, hinder the proper exploitation of phosphate levels and the assessing phosphate reserves seems incorrect. The purpose of this study was the evaluation of geostatistical methods for delimitation of these disturbances. To cover all the zones being able to be disturbed, we carried out, during the geophysical prospection in a parcel of 50 ha, 5151 resistivity measurements as horizontal profiling using the well-known Schlumberger array, in order to map the spatial distribution of the sterile hardpan inclusions. Geostatistical tools were used to quantify the spatial correlation between apparent resistivity data. Semivariograms were obtained using a classical Matheron semivariogram estimator and fit to the experimental semivariograms obtained. We have selected those with the best fit in terms of sum of squared residuals (SSR). Geostatistical analysis was performed using the software VESPER 1.63. Spatial distribution maps were made by ordinary kriging, the qualitative interpretation of these maps reflects that the exponential model is found to be the best model representing the spatial variability of our geoelectric data. The qualitative interpretation of the kriged resistivity maps allows defining resistivity contrast, consequently we have delimited the crossing dominate area from a "normal" into a "disturbed" area. Models of the geology were successfully obtained from geostatical method, which help mapping the phosphate deposit inclusions and the estimations of phosphate reserves were improved and better constrained.

Las anomalías detectadas en las series fosfóricas de Sidi Chennane, una de las cuencas fosfóricas de Marruecos, dificultan la explotación apropiada de los niveles de fosfato y hacen parecer incorrectos los cálculos de las reservas. El propósito de este estudio es la evaluación de los métodos geoestadísticos para la delimitación de estas anomalías. Para cubrir todas las zonas donde se pueden presentar estas alteraciones se llevaron a cabo, durante la exploración geofísica en una parcela de 50 hectáreas, 5151 medidas de resistividad con perfiles horizontales a través del conocido sondeo Schlumberger, con el fin de mapear la distribución espacial de las inclusiones estériles de la capa sólida. Se utilizaron herramientas geoestadísticas para cuantificar la correlación espacial entre los datos de resistividad. Se obtuvieron semivariogramas a través del tradicional estimador de semivariogramas Matheron y se adecuaron a los semivariogramas experimentales obtenidos. La selección se basó en aquellos que mejor se acoplaban en términos de la suma de cuadrados residuales (SCE). Los análisis geoestadísticos se realizaron con el programa VESPER 1.63. Los mapas de distribución espacial se hicieron por Kriging regular, y la interpretación cualitativa de estos mapas refleja que el modelo exponencial es el que mejor representa la variablilidad espacial de estos datos geoeléctricos. La interpretación cualitativa de los mapas de resistividad obtenidos por la técnica del Kriging permite definir el contraste de resistencia, lo que fija el área entre losándares de "normal" y "Con Alteraciones". Los modelos geológicos fueron obtenidos del método geoestadístico, lo que ayudó a mapear los depósitos de inclusiones de fosfato y mejoró las estimaciones de las reservas a través de una mejor definición de estas.

Critical undrained shear strength of sand-silt mixtures under monotonic loading

This study uses experimental triaxial tests with monotonic loading to develop empirical relationships to estimate undrained critical shear strength. The effect of the fines content on undrained shear strength is analyzed for different density states. The parametric analysis indicates that, based on the soil void ratio and fine content properties, the undrained critical shear strength first increases and then decreases as the proportion of fines increases, which demonstrates the influence of fine content on a soil's vulnerability to liquefaction. A series of monotonic undrained triaxial tests were performed on reconstituted saturated sand-silt mixtures. Beyond 30% fines content, a fraction of the silt participates in the soil's skeleton chain force. In this context, the concept of the equivalent intergranular void ratio may be an appropriate parameter to express the critical shear strength of the studied soil. This parameter is able to control the undrained shear strength of non-plastic silt and sand mixtures with different densities.

Este estudio utiliza evaluaciones experimentales triaxiales con cargas repetitivas para desarrollar relaciones empíricas y estimar la tensión crítica de corte bajo condiciones no drenadas. El efecto de contenido de finos en la tensión de corte sin drenar se analizó en diferentes estados de densidad. El análisis paramétrico indica que, basado en la porosidad del suelo y las propiedades del material de finos, la tensión de corte sin drenar primero se incrementa y luego decrece mientras la proporción de finos aumenta, lo que demuestra la influencia de contenido de finos en la vulnerabilidad del suelo a la licuación. Una serie de las evaluaciones se realizó en mezclas rehidratadas y saturadas de arena y cieno. Másá del 30 % de los contenidos finos, una fracción del cieno hace parte principal de la cadena de fuerza del suelo. En este contexto, el concepto de porosidad equivalente intergranular puede ser un parámetro apropiado para expresar la tensión crítica de corte del suelo estudiado. Este parámetro nos permite controlar la tensión de corte sin drenar de cieno no plástico y mezclas de arena de densidades diferentes.

Caving Depth Classification by Feature Extraction in Cuttings Images

The estimation of caving depth is of particular interest in the oil industry. During the drilling process, the rock classification problem is studied to analyze the concentration of cuttings at the vibrating shale shakers through the classification of caving images. To date, depth estimation based on caving rock images has not been treated in the literature. This paper presents a new depth caving estimation system based on the classification of caving images through feature extraction. To extract the texture descriptors, the cutting images are first mapped on a common space where they can be easily compared. Then, textural features are obtained by applying a multi-scale and multi-orientation approach through the use of Gabor transformations. Two different depth classifiers are developed; the first separates the textural features by using a soft decision based on the Euclidean distance, and the second performs a hard decision classification by applying a thresholding procedure. A detailed mathematical formulation of the developed classifiers is presented. The developed estimation system is verified using real data from rock cutting images in petroleum wells. Several simulations illustrate the performance of the proposed model using real images from a wellbore in a Colombian basin. The correct classification rate of a database containing 17 depth estimates is 91.2%.

La estimación de la profundidad de la que provienen los derrumbes que usualmente se presentan en las caras del pozo o también llamados cavings es de gran interés en la industria petrolera. Durante el proceso de perforación de un pozo, el problema de clasificación de rocas ha sido estudiado con el fin de analizar la concentración de recortes o ripios de perforación en las zarandas vibratorias a través de la clasificación de imágenes de cavings. Sin embargo, la estimación de la profundidad de los derrumbes basada en la utilización de imágenes de los mismos no ha sido tratada en la literatura. Este artículo presenta un nuevo modelo para la estimación de la profundidad de derrumbes a través de extracción de características. Para la extracción de estas características o descriptores de textura, imágenes de recortes son transformadas en un espacio común, el cual permite su comparación. Luego, las características se obtienen aplicando la transformación de Gabor, un enfoque que se caracteriza por proporcionar un análisis multi-escala y multi-orientación. Se desarrollaron dos clasificadores, el primero separa las características de textura usando un enfoque basado en la norma Euclideana y el segundo basado en decisiones por umbral. La formulación matemática detallada de los clasificadores desarrollados se presenta en este artículo. El sistema de estimación desarrollado se evalúa usando datos reales de imágenes de derrumbes pertenecientes a un pozo petrolero. Simulaciones muestran el rendimiento del modelo propuesto usandágenes reales de un pozo perteneciente a una cuenca Colombiana. La correcta clasificación para una base de datos de imágenes que contiene 17 clases o profundidades es de 91.2%.

Compression ratio of municipal solid waste simulation using artificial neural network and adaptive neurofuzzy system

The compression ratio of Municipal Solid Waste (MSW) is an essential parameter for evaluation of waste settlement. Since it is relatively time-consuming to determine compression ratio from oedometer tests and there exist difficulties associated with working on waste materials, it will be useful to develop models based on waste physical properties. Therefore, present research attempts to develop proper prediction models using ANFIS and ANN models. The compression ratio was modeled as a function of the physical properties of waste including dry unit weight, water content, and biodegradable organic content. A reliable experimental database of oedometer tests, taken from the literature, was employed to train and test the ANN and ANFIS models. The performance of the developed models was investigated according to different statistical criteria (i.e. correlation coefficient, root mean squared error, and mean absolute error) recommended by researchers. The final models have demonstrated the correlation coefficients higher than 90% and low error values; so, they have capability for acceptable prediction of municipal solid waste compression ratio. Furthermore, the values of performance measures obtained for ANN and ANFIS models indicate that the ANFIS model performs better than ANN model.

El índice de compresión de residuos sólidos es un parámetro esencial para la evaluación del asentamiento de un basurero municipal. Debido al desgaste de tiempo para determinar el índice de compresión a partir de pruebas edométricas y debido a las dificultades asociadas al trabajo con materiales desechados es necesario desarrollar modelos basados en las propiedades físicas de los desechos solidos. Además, la presente investigación pretende desarrollar modelos de predicción apropiados a partir de los esquemas ANFIS y ANN. El índice de comprensión se modeló como una función de propiedades físicas de desechos que incluyen el peso seco de una unidad, el contenido de agua y el contenido orgánico biodegradable. De la literatura se tomó una base de datos confiable de pruebas edométricas experimentales que fue empleada para preparar y evaluar los modelos ANFIS y ANN. El desempeño de los modelos desarrollados fue investigado de acuerdo con diferentes criterios estadísticos (por ejemplo, el coeficiente de correlación, el error cuadrático medio y el error medio absoluto) recomendados por investigadores. Los modelos finales han demostrado coeficientes de correlación mayores al 90 por ciento y valores bajos de error. Esto significa que estos modelos tienen una capacidad de predicción aceptable para el índice de comprensión del basurero municipal. Además, los valores de las medidas de desempeño obtenidos para los modelos ANFIS y ANN indican que el modelo ANFIS tiene una mayor asertividad que el modelo ANN.

Spatial distribution of sediment pollution in the Khajeh Kory River using Kriging and GIS

The aim of this research was to study of sediment pollution conditions in the river bed of Khajeh Kory, which passes from the southern border of the Caspian Sea in Astara City. To determine the pollution of river bed sediment along the route, from the river source in the heights to estuary in the Caspian sea, sampling was conducted at 10 stations. Afterward, each sample was divided into two groups based on size (>63 µm and <63 µm). The concentration of heavy metals Cu, Cd, Co, Zn, Pb, Ni, Fe, and Mn in each group was measured using ICP-OES. In the next stage, the enrichment of samples was determined by normalization with aluminum. The data were then interpolated using the Kriging method and various models (including spherical, circular, exponential, Gaussian) were fitted to the data, and the best method was selected using the Cross Validation method. Using the obtained enrichment outcomes, an information layer was produced for each element in the GIS environment utilizing the Kriging method. The layers were aggregated and the compiled layer was classified into 4 layers again. Using this method, the length of the river from its source to the sea estuary was characterized based on the contamination of heavy metals, and contaminated and unpolluted areas in river sediments could be observed. The source of this pollution, either natural or manmade, was revealed through this method.

El objeto de esta investigación fue estudiar las condiciones de contaminación sedimentaria en el lecho del río Khajeh Kory, que se extiende desde el borde sur del Mar Caspio en la ciudad de Astara. Para determinar la contaminación del lecho sedimentario, se recolectaron muestras en 10 estaciones establecidas entre la fuente del río en sus partes altas hasta los estuarios en el Mar Caspio. Después, cada muestra fue dividida en dos grupos de acuerdo con el tamaño (>63 µm and <63 µm). La concentración de metales pesados Cu, Cd, Co, Zn, Pb, Ni, Fe y Mn en cada grupo se midió con la técnica ICP-OES. En la siguiente etapa, se determinó el enriquecimiento de las muestras por la normalización con aluminio. Los datos se interpolaron luego con el método Kriging y varios modelos (incluidos el esférico, el circular, el exponencial, el gaussiano) se ajustaron a la información y se seleccionó el mejor método a través de la Validación Cruzada. Con los resultados obtenidos del enriquecimiento se produjo una capa de información para cada elemento en el ambiente GIS a través del método Kriging. Las capas fueron agregadas y la compilación de estas se clasificó nuevamente en otras cuatro capas. De esta forma se caracterizó el río a lo largo, desde su nacimiento hasta el estuario marino, con base en la contaminación de metales pesados y se pudo distinguir entre las zonas contaminadas y las áreas limpias en sedimentos. Las fuentes de esta contaminación, sean naturales o humanas, también se identificaron con este método.

Land ecological security assessment for Yancheng city based on catastrophe theory

Based on actual land use in Yancheng city, this paper establishes the ecological security of the land index system from the perspectives of economy, society and ecological environment. Using the catastrophe theory and pressure-state-response (PSR) model, the purpose of the research was to judge the degree of land ecological security in Yancheng city from 2002 to 2011 and determine the requirements to ensure the sustainable development of this region. The results showed that over the ten years, the pressure, state, response and synthetic values of the land ecological security were evaluated as safe in 2003 and 2007 and at middle level in 2002 and for 2004 to 2006 and then dropped to insecure for 2008 to 2009 and very insecure for 2011 to 2012. The ecological security level and circumstance of land use in Yancheng city has generally declined. During this period, the land use pattern of Yancheng city was under tremendous pressure from the conflict between rapid urbanization and economic development, as well as conservation and rehabilitation of the eco-environment. This research shows that conditions for the land ecosystems of Yancheng city are not optimistic and, as such, should draw the attention of responsible government departments. Future policy options should aim to mitigate these problems through the control of population growth and the improvement to quality of life, protection of wetland and forest land, application of scientific concepts of development, coordination of economic development and land utility, and strengthening the control functions of land-use planning.

De acuerdo con el uso actual del suelo en la ciudad de Yancheng, en el este de China, este artículo establece la seguridad ecológica del sistema de tierras desde las perspectivas económica, social y ecológica. A partir de la Teoría de las Catástrofes y el modelo ambiental de presión-estado-respuesta (PSR), el propósito de esta investigación fue determinar el grado de seguridad ecológica del suelo en la localidad de Yancheng entre 2002 y 2011 y determinar las condiciones para asegurar el desarrollo sustentable de la región. Los resultados muestran que sobre estos diez años los valores de presión, estado, respuesta y sintéticos fueron evaluados como seguros en 2003 y 2007, como nivel medio en 2002, entre 2004 y 2006, cayeron a inseguros en 2008 y 2009, y muy inseguros para 2011 y 2012. El nivel de seguridad y las condiciones de suelo en Yancheng se han disminuido generalmente. Durante este período, el patrón de uso de la tierra en la ciudad de Yancheng estuvo bajo una gran presión por el conflicto entre la rápida urbanización y el desarrollo económico y la conservación y la rehabilitación ecoambiental. Esta investigación muestra que las condiciones para los ecosistemas terrestres no son óptimas y que por lo tanto es necesario llamar la atención de los departamentos de Gobierno responsables. Las posibles políticas futuras deben enfocarse en mitigar estos problemas a través del control al crecimiento urbano y el mejoramiento de la calidad de vida, la protección de los humedales y los bosques, la aplicación de conceptos científicos al desarrollo, la coordinación del avance económico y el suelo, y el fortalecimiento de las funciones de control en la planeación del uso de la tierra.