应用遥感方法研究黄河三角洲地表蒸发及其与下垫面关系

文中主要应用遥感方法计算了黄河三角洲地表蒸发量及其地表特征参数。地表特征参数及其合理组合揭示出黄河三角洲下垫面的基本特征:农田植被指数和天然植被的植被指数有不同的变化规律,下垫面覆盖度低,裸地较多,地表较湿润,蒸发量较大。蒸发量时空分布主要受下垫面条件控制,滨海裸地和受人类活动影响较大的农田等地蒸发量较大,年际平均蒸发量在570~860 mm之间。     

鄂尔多斯盆地海流兔河流域地表蒸散发研究

基于陆地表面能量平衡系统对鄂尔多斯盆地北部海流兔河流域2012年蒸发量进行了反演,对蒸散发量的空间分布进行了分析并讨论了地下水位埋深对蒸发量的影响。结果表明:在枯水期海流兔河流域地表蒸散发的主要影响因素是地表土壤的含水率程度,而在丰水期的主要影响因素是植被覆盖状况和地表土壤的湿润程度;根据计算,海流兔河流域2012年总蒸散发量约为8.76×108 m3。     

宁东北部 NDVI 时空变化及其影响因素

为探究宁东北部植被指数的变化及其影响因素,明确NDVI的时空变化规律及其与地下水位埋深、气温、降水量和蒸发量等水文气象因素之间的响应关系,应用MODIS NDVI数据结合同时期气象和区域地下水位埋深数据进行统计分析。结果表明：2000—2019年宁东北部植被指数整体呈现增长趋势（68.41%增长率）;区域内植被指数由东南向西北逐渐变大,西北部NDVI大于0.3的面积增加了15.63%;NDVI与气温和降水量呈正相关关系,与地下水位埋深和蒸发量呈负相关关系,在地下水位埋深为3～4 m时,植被指数达到最大。研究区植被指数变化受地下水位埋深和气候因素的共同影响,各因素对NDVI的影响程度表现为蒸发量>地下水位埋深>降水量>气温。     

半干旱地区地表-地下水系统水热运移与裸土蒸发研究

地表-地下水系统水、热迁移转化与裸土蒸发机理研究对于水量平衡以及地表能量转化具有重要意义。以鄂尔多斯盆地风沙滩地区为研究区,基于原位蒸渗仪长期观测,结合数值模拟,选择2种地下水位初始埋深分别为80 cm（浅埋深）和290 cm（深埋深）的情景,研究了变饱和带水热迁移转化的动力学过程以及对裸土蒸发的影响。结果表明:变饱和带土壤水的运动规律受水头梯度和温度梯度的共同驱动,且在不同水位埋深条件下呈现不同的运动方式;浅埋深条件下,受水头梯度的作用,土壤的毛细上升高度能够到达地表,蒸发条件下土壤水在毛细力驱动下向上运移,土壤内部不存在零通量面,温度对水分运动的影响较小,发现当地下水位埋深小于毛细上升高度时,地下水在毛细力作用下直接贡献土壤蒸发;深埋深条件下,水头和温度是土壤水运动过程的关键因素,位于地表以下18 cm以浅土壤内部出现孤立的零通量面,阻止了土壤水的向上运移,导致蒸发量减小。当地下水位埋深大于毛细上升高度的1.6倍时,地下水不再直接参与土壤蒸发,但会间接地影响包气带的水分转化;因此模拟期间浅埋深的裸土累积蒸发量约为深埋深累积蒸发量的4倍。     

黄河三角洲地表特征参数的遥感研究

地表特征参数与下垫面特征密切相关,它是研究地表物质平衡和能量平衡的基础,因而应用遥感方法反演区域地表特征参数日益受到重视。本文主要应用现有的地表特征参数遥感反演模型,利用AVHRR和TM数据反演了黄河三角洲的地表特征参数:地表反照率、地面温度和植被指数等,并根据反演结果研究了地表特征参数及其合理组合所反映的地表特征。农田植被和天然植被的植被指数变化规律不同;在植被全覆盖区域,植被指数与反照率成幂函数关系,在极干或极湿情况下,地表温度与反照率成线性关系;地表特征参数的合理组合反映出黄河三角洲下垫面覆盖度低,裸地较多,地表较湿润,蒸发量较大。     

地下水开采下的植被生态风险评价——以鄂尔多斯乌兰淖地区为例

当地下水开采引起地下水位埋深超过当地原生植被的适宜水位时就会诱发植被生态风险,对植被生态风险进行定量评价可以为保护生态环境和地下水资源可持续开采提供指导.以鄂尔多斯乌兰淖水源地为例,以大量的现状植被样方调查和水文地质调查成果为基础,选取高斯模型(基于植被数量生态学的生态关系模型)回归分析方法对乌兰淖水源地的地下水位埋深和植被数据进行分析,得到植被多度同地下水位埋深的数学模型并确定乌兰淖地区适宜生态水位,在此基础上建立以地下水位埋深为变量的植被生态风险评价指标.建立研究区地下水流数值模型对拟选开采方案开采时段的流场进行预报,依据未来开采条件下地下水位的变化程度,对植被生态风险进行计算并分区.从评价结果来看,乌兰淖地区在规划开采条件下植被生态安全区和低风险区占70%以上,对于高中风险区依据各种植被的适宜生态水位提出保护建议.     

柴达木盆地植被对气候与地下水变化的响应研究

应用2000—2013年的MODIS NDVI数据计算了柴达木盆地的植被覆盖率,分析了其动态变化规律。结果表明:盆地内裸土和低覆盖率植被的面积随着时间的变化是逐渐减小的;而中等覆盖率、较高覆盖率和高覆盖率植被的面积都是逐年增加的;气象因素、高程、地下水位埋深及地下水矿化度是植被变化的主要影响因素。植被指数的变化与气温和降水的变化呈正相关关系,同时,植被对地下水位埋深的依赖性较为复杂:芦苇、沙蒿和红柳对水位埋深的变化较为敏感,当水位埋深小于2 m时,植被生长较好;而白刺则对地下水位埋深的依赖性较小。当地下水溶解性总固体小于3 g/L时,植被长势较好。     

格尔木河流域植被指数时空分布及其影响因素研究

格尔木河流域气候干旱少雨,生态环境较脆弱,植被动态对其生态环境保护具有重要意义。基于连续序列的MODIS NDVI数据,分析了格尔木河流域植被指数时空分布及其影响因素。结果表明:研究区NDVI平均值总体较小,主要在0.10～0.12间波动,但呈增大趋势。区内植被改善区分布在格尔木市东、西两侧,基本不变区为荒漠地区,植被退化区分布在北部盐湖区。区内裸土的面积逐渐减小,低覆盖率和高覆盖率植被的面积逐渐增加。研究区植被生长与气象、土壤水分和地下水位埋深都有关系。气温与植被指数相关关系较好,相关系数为0.822,而降水对植被的生长也有一定的作用。植被指数与表观热惯量是正相关关系,相关系数为0.979。区内植被的地下水位埋深范围为0～12 m,在水位埋深约为6.5 m的地方,植被长势最好。     

露天煤矿草原区植被指数与气象水文要素关系

内蒙古东部草原区某露天煤矿在长期疏排水条件下造成地下水位持续下降，为研究矿区周边植被生长是否受地下水位下降的影响，采用归一化植被指数法（NDVI）分析了研究区2013—2019年植被盖度变化趋势，选择气温、降水量和地下水位埋深3个气象水文要素，基于联合熵理论计算NDVI与不同要素之间的互信息，得出植被生长的主要影响因素。研究结果表明:研究区植被盖度呈逐年好转趋势，植被指数由2013年的0.10逐渐增加至2019年的0.33，年均增长约为0.03；植被生长与当地气温和降水量关系密切，与地下水位埋深相关性弱；研究区气候变暖和稳定的降水量造成植被返青期提前和生长期延长；在矿区目前疏排水强度下引起的地下水位下降不会造成周边草原植被干枯死亡。研究成果丰富了内蒙古东部草原区植被生长与地下水关系的研究内容，为类似分析评价工作提供技术支撑。      

地下水对银川平原植被生长的影响

植被是反映区域性生态环境状况的重要指标之一,而地下水对植被的生长有着重要的影响。结合MODIS-NDVI遥感数据与地下水位观测数据,从大尺度上研究了银川平原地下水与植被的关系,并结合实测的数据,利用最小二乘法拟合出地下水位埋深与NDVI变化率的关系曲线,定量分析了地下水位埋深对植被生长的影响,并对适宜植被生长的地下水位埋深进行了探讨。研究结果表明：地下水位埋深在3 m时,植被长势最好;而适宜植被生长的地下水位埋深范围是1~5 m;当地下水位埋深超过5 m时,地下水位埋深对植被的影响逐渐减弱;当水位埋深超过8 m时,地下水位埋深对植被的生长没有影响。     

Impact of Vegetation on Main Hydrological Processes：A Field Study and Its Implication for Water Quality

The impact of vegetation cover on groundwater table was assessed with the observed water level fluctuations at two monitored wells in stalled on a bare ground and a vegetated land,respectively．Substantial differences in water table behavior were observed under two land cover scenarios．Ingeneral,the water level in the east grass (EG） well was lower and had much less response to rainfall events than the WNG well mainly due to the difference in the land cover．The effect of vegetation was to lower the water level in the EG well through ET and thus reduce groundwater recharge,which in turn reduced the chemical loads to the creek．The daily and accumulative ET values were estimated with both the Penman-Monteith method and a water table recession model．It is suggested that while the Penman-Monteith method closely modeled hourly ET cycles during the day,it underestimated actual ET during an intensive mid-summer growing period,and especially underestimated actual ET when the water table was close to the landsurface．With the water table recession model,the amount of ET was estimated at its maximum ET of 7．6 mm when the water table was near the groundsurface and then decreases exponentially to zero around day 33 during a dry period with the accumulative ET of 93．9 mm,or 2．84 mm／day．The results from this study clearly demonstrate that landuse and vegetation coverage have significant effects on ET,groundwater recharge and implications for a basin-scale water cycle and chemical loads to rivers and streams．     

毛乌素沙地裸地与植被覆盖下非冻结期土壤水分时空分布特征

在水资源短缺的沙地生态系统中,土壤水分是植被恢复和水资源管理的主要控制因子,正确认识沙地土壤水分的分布特征及时空变化规律是促进沙地水资源可持续发展的基础。以毛乌素沙地为研究区,利用原位试验观测、经典统计学分析和聚类分析相结合的方法,揭示了有无植被覆盖下的土壤剖面水分时空变化特征,探讨了植物生长对土壤水分布的影响。结果表明：在2016年非冻结期内,地下水水位埋深较浅时,裸地与植被覆盖情况下土壤平均含水率均随土壤深度的增加而增大,可将0～350 cm土层划分为气候影响层、过渡层与地下水影响层。裸地剖面平均含水率为23.59%,变异系数为4.24%,属于弱变异,剖面含水率在观测期间明显上升,并在8月中旬强降雨时上升速率达到最大;植被覆盖下土壤剖面平均含水率为17.74%,变异系数为15.61%,属于中等变异,剖面含水率在观测期间显著下降,在8月沙柳发育成熟后剖面含水率下降最快。在垂向深度上,植被对土壤剖面含水率的影响近似呈高斯曲线变化,对过渡层含水率的影响最大,占总影响的50%以上,对气候影响层与地下水影响层的影响相对较小,且随着植物生长,气候影响层受到的相对影响逐渐减弱,地下水影响层受到的...     

Monitoring land use/land cover change using multi-temporal Landsat satellite images in an arid environment: a case study of El-Arish,Egypt

Environment in arid conditions is dynamic and needs more investigation to understand the complexity of change. This spatiotemporal study will help to assess and monitor the land use and land cover change in the arid region of El-Arish area, where the climate and human activities are the major threats to rural development. In the past 11 years, dramatic changes of environment have been recorded in case studies. The post-classification comparison method was used to observe the changes using multi-temporal satellite images which were captured in the years 1999, 2001, 2005, and 2010. The overall accuracy of the produced thematic images was assessed regarding to the quantity and allocation disagreements. Five classes were defined in this investigation: bare soil, vegetation, urban, sand dunes, and fertile soil. From the year 1999 to 2010, fertile soil was increased by 13 %. Bare soil class occupied more than 50 % of land in the case study during for over a decade. From year 1999 to 2010, vegetation cover witnessed a dramatic increase. Soil and water management are the keys of land development and positive land use and land cover dynamics. Changing agricultural policies of using the available water resources are needed in the case study to prevent severe food shortage in the future.     

干旱区植被盖度增加对降水入渗补给地下水的影响——试验研究与数值模拟

随着西北旱区生态恢复工程的实施,该区生态环境持续改善,植被盖度不断增加。但植被冠层截留与蒸腾耗水加剧了包气带水分的亏空程度,减小了降雨对地下水的补给。采用原位试验方法,分析了植被覆盖区和裸土区不同深度土壤水势的变化规律。结果表明,受蒸发和蒸腾的共同作用,植被覆盖区平均土壤水势(-74k Pa)远低于裸土区(-16k Pa),且变化剧烈,土壤水以向上运动为主。而裸土区土壤水势高,变化小,40cm以下土壤水向下运移,因此可以持续补给地下水。采用Hydrus-1D软件进行了长序列土壤水数值模拟,定量分析了植被盖度增加与地下水补给的关系。数值模拟结果表明,在裸土条件下,降雨对地下水的补给量介于82~333mm/a之间,平均值为197mm/a,平均降水入渗补给系数为0.53。而在植被覆盖的情况下,地下水的补给量几乎为0。最后,从植被蒸腾耗水和冠层降水截留2个方面讨论了旱区植被盖度增加对降雨入渗补给地下水的影响,提出了旱区水与生态和谐发展的建议。     

植被影响下坡面侵蚀临界水流能量试验研究

坡面侵蚀临界水流能量是反映土壤抗蚀作用强弱的重要特征值.利用人工模拟降雨试验,定量研究了在45mm/h、87 mm/h和127 mm/h降雨强度下、20°陡坡面裸地、草地和灌木地的坡面侵蚀临界水流能量.结果表明,不同植被条件下坡面输沙率随径流切应力、单位水流功率和断面比能的增大而增大,有良好的响应关系.裸地、草地和灌木...     

青藏高原多年冻土区活动层土壤入渗特征及机理分析

青藏高原多年冻土区活动层土壤的入渗规律研究是高寒区土壤水循环过程研究的主要内容。以青藏高原多年冻土区高寒沼泽草甸、高寒草甸和高寒草原的活动层土壤为研究对象,裸地为参照对象,分析了不同植被类型土壤的入渗规律及其主要影响因子。结果表明：不同植被类型土壤的入渗能力排序为高寒草原>裸地>高寒草甸>高寒沼泽草甸。高寒草甸土壤中致密的根系对土壤水分的运移具有强烈的阻滞作用,降低了土壤的入渗性能,而高寒草原土壤层根系较为稀疏,对土壤入渗的阻滞作用较弱,土壤水分向深层的渗漏速率较大。通过对比4种土壤入渗模型的模拟结果,发现Horton模型更适用于描述高寒草地土壤水分的入渗过程。另外,不同入渗模型对裸地入渗过程的模拟均优于其他植被类型草地,说明植被类型及植物的生长状况影响土壤入渗过程的模拟效果。全球变暖条件下,多年冻土区土壤入渗研究将为青藏高原多年冻土区陆地水文过程模型提供参数支持,为未来水资源变化研究提供基础数据。     

贵州龙里典型喀斯特地区绿水资源耗用研究

以贵州龙里典型喀斯特地区为例,通过集成RS /GIS技术,利用生态水文评估工具中模块化生态水文综合管理系统( EcoHAT)对研究区绿水资源进行定量模拟,模拟出该区2005年10月- 2006年10月像元尺度上绿水资源量,并分析了其绿水资源消耗效用。结果表明: 研究区林地、草地、灌丛和农用地单位面积土壤蓄变量月均值分别为5. 6mm、6. 3 mm、6. 9 mm、7. 7 mm;林地、草地、灌丛和农用地绿水资源单位面积年有效消耗量分别为: 423. 0mm、344. 2 mm、386. 7 mm、407. 5 m m,其中低消耗量分别为相应植被类型条件下总有效消耗量的47. 0%、48. 3%、52. 7%、61. 3%。在有效消耗量中,农用地低消耗量占较大比重,林地和草地的高效和低效消耗量相近,但草地的低消耗量大于林地。据此,认为贵州龙里典型喀斯特地区绿水资源具有较大的利用潜力。但是在今后的绿水资源利用中,必须加强调控绿水资源消耗效用,增加植被盖度,减少裸地面积,以减少绿水资源的无效消耗量;与此同时,还应调整植被结构,以减少植被棵间土壤的低效消耗量。      

Multi-temporal landsat images based on eco-environmental change analysis in and around Chah Nimeh reservoir,Balochestan (Iran)

Chah Nimeh reservoirs have served as a water storage facility, especially during droughts over the last three decades. It is also an important wintering site for migratory birds. In this study, thematic mapper time-series data were derived from Landsat images for prolonged droughts that occurred in two satellite images (2002 and 2011). The data derived from these images were used for the detection of changes in land cover and water storage in the reservoirs. First, a vegetation cover map was produced using soil-adjusted vegetation index and field sampling. Subsequently, land use/cover maps were generated using supervised and hybrid image classification method. Using the spatial change detector (SCD v1.0) software extension, the layers were combined and the change map was generated. The overall accuracy of the produced thematic images was assessed in regards to quantity and allocation disagreements. A total of five classes were defined in this investigation: deep water, shallow water, vegetation, salt land and bare land. The results showed that during the period of study, water volume reduced and vegetation cover increased, especially around the reservoirs that are important as shelter for wintering migratory birds. Comparison of land use/cover maps showed the increase in total available surface of shallow water, which indicated an increase in the habitats for surface feeding and diving birds.     

Modeling coupled unsaturated and saturated nitrate distribution of the aquifer Westliches Leibnitzer Feld, Austria

The aquifer Westliches Leibnitzer Feld, Austria, is a significant resource for regional and supraregional drinking water supply for more than 100,000 inhabitants, but the region also provides excellent agricultural conditions. This dual use implicates conflicts (e.g., non-point source groundwater pollution by nitrogen leaching), which have to be harmonized for a sustainable coexistence. At the aquifer scale, numerical models are state-of-the-art tools to simulate the behavior of groundwater quantity and quality and serve as decision support system for implementing groundwater protecting measures. While fully and iteratively coupled simulation models consider feedback between the saturated and unsaturated zone, sandy soil conditions and groundwater depths beneath the root zone allow the use of a unidirectional sequential coupling of the unsaturated water flow and nitrate transport model SIMWASER/STOTRASIM with FEFLOW for the investigation area. Considering separated inputs of water and nitrogen into groundwater out of surface water bodies, agricultural, residential and forested areas, first simulation results match observed groundwater tables, but underestimate nitrate concentrations in general. Thus, multiple scenarios assuming higher nitrogen inputs at the surface are simulated to converge with measured nitrate concentrations. Preliminary results indicate that N-input into the groundwater is strongly dominated by contributions of agricultural land.     

基于地下水陆面过程耦合模型的黑河干流中游耗水分析

耗水分析能够直接揭示水资源利用的本质, 蒸散发是流域尺度耗水的主体. 将一个典型的陆面过程模型和一个地下水模型紧密耦合, 从而在地下水模型中增加具有物理机理的蒸散发描述, 同时改进陆面过程模型中地下水的动力过程, 由此在发挥这两类模型各自优势的基础上, 构建了一个地下水-陆面过程耦合模型. 利用该模型模拟了黑河干流中游2008年逐小时的蒸散发过程. 结果表明: 黑河干流中游2008年总耗水量约为35.7×10⁸ m³, 耗水最大的地表类型是农作物为19.3×10⁸ m³、 裸地和戈壁为7.2×10⁸ m³、 草地为6.0×10⁸ m³、 稀疏植被为3.1×10⁸ m³, 其中, 不同地表类型的年蒸腾量分别为8.8×10⁸ m³、 0.02×10⁸ m³、 2.2×10⁸ m³以及0.4×10⁸ m³, 对应它们的年蒸散发强度分别为: 580 mm、 117 mm、 331 mm以及202 mm. 通过耗水平衡分析也得到2008年黑河干流中游地下水呈负平衡状态, 全年地下水超采约0.9×10⁸ m³, 其中区内地下水储量在7—11月间呈增加趋势, 其他各月呈减少趋势.