本文關鍵詞： 生態(tài)水(層) 遙感定量反演 中長期徑流預測 岷江上游　出處：《成都理工大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：水資源是支撐地球上一切生命和人類社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展不可替代的物質(zhì)基礎。徑流變化對整個水文水資源系統(tǒng)的演化起著主導作用,并深刻影響區(qū)域資源環(huán)境和社會經(jīng)濟發(fā)展。對徑流演變規(guī)律的研究是區(qū)域水資源合理開發(fā)與有效利用的前提和基礎。中長期徑流預測因其預見期較長,有利于為相關部門盡早開展水利調(diào)度及水資源優(yōu)化配置等統(tǒng)籌規(guī)劃提供依據(jù)。但是,受大氣環(huán)流、太陽活動、水文氣象要素、自然地理等諸多不確定因素的綜合影響,河川徑流的時空演變特征紛繁復雜,中長期徑流預測相對短期徑流預測而言難度較大,嚴重滯后于生產(chǎn)實際的需要。然而,我國洪旱等自然災害頻繁發(fā)生,如何提高中長期徑流預測精度成為一個亟待解決的問題。中長期徑流驅(qū)動成因在時間和空間上的統(tǒng)計特性比較復雜,成因預測模型的實際應用具有一定的困難。但是,建立在堅實物理成因基礎上的徑流預測模型,被公認為中長期徑流預測的重要發(fā)展方向。隨著現(xiàn)代科學技術發(fā)展,高效率大面積范圍收集水文數(shù)據(jù)已成為可能,通過建立水文遙感遙測系統(tǒng),借助衛(wèi)星、雷達等空間信息技術,使得以現(xiàn)代科學技術和計算機為工具的水循環(huán)系統(tǒng)理論方法應運而生,成為當前中長期徑流預測研究的熱點之一。眾所周知,河川徑流變化不僅與氣候因子(降水,氣溫等)有關,而且受陸表森林植被的影響。森林生態(tài)系統(tǒng)通過林冠層、枯落物層和土壤層攔截滯蓄降水,從而有效涵養(yǎng)土壤水分和調(diào)節(jié)河川徑流。森林水源涵養(yǎng)功能是河川徑流變化的重要驅(qū)動成因之一。傳統(tǒng)水文研究通常對林冠層、枯落物層和土壤層三者獨立進行典型樣區(qū)實驗來分析各自的水文效應。但是,這種方法操作復雜繁瑣精度不高,而且以點代面的方法不能夠全面、具體、真實地反應整個流域森林植被的涵養(yǎng)蓄水狀況。森林植被對徑流驅(qū)動作用的研究,迫切需要現(xiàn)代科學技術支撐。為解決森林植被水源涵養(yǎng)量難以采集與量化的難題,論文將本科研團隊提出的植被生態(tài)水(層)遙感定量反演理論及方法引入中長期河川徑流預測研究中。生態(tài)水(層)簡稱生態(tài)水層或生態(tài)水,是指與地球表層植物體緊密相關的水體,具體來說為地球表面植被層,包括葉面、腐殖層、表層植被根系土壤層中及植物體本身所能截留(滯留)或涵養(yǎng)的水量。這部分水圍繞植被層形成水循環(huán)的一個特殊轉(zhuǎn)換帶或過渡帶,主要作用為蒸發(fā)與蒸騰、調(diào)劑補給地表與地下水。已有研究成果表明,在原始森林區(qū),生態(tài)水層所截取的水量可占降水量的30%-40%,有的高達60%,其量不可低估。在水文循環(huán)過程中,生態(tài)水的多寡,直接影響各水資源量的分配與在其儲存體中滯留的時間,從而影響著河川流量的變化:在雨季對暴雨截流緩沖,避免形成洪水與洪峰;在旱季補充地表水與地下水,避免河谷迅速干早或斷流。由于生態(tài)水(層)富水特征較為特殊,用常規(guī)方法難以提取和量化,論文采用以遙感定量反演技術為中心的陸表植被生態(tài)水量化方法。由于生態(tài)水(層)研究理論和技術的先進性,使其能夠更加綜合、宏觀、定量地反映森林涵養(yǎng)水源功能,進而為研究森林植被對徑流變化的影響,為建立中長期徑流預測成因模型提供了有力的支撐。論文以岷江上游為例,利用遙感方法反演出研究區(qū)生態(tài)水資源量,結合同期氣溫、降水、徑流等氣象水文數(shù)據(jù),建立生態(tài)水驅(qū)動徑流預測模型。論文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下:(1)在項目組前期研究成果的基礎上,進一步完善了生態(tài)水(層)涵養(yǎng)模數(shù)模型,以岷江上游為研究區(qū),建立了該流域1992-2005年間生態(tài)水遙感反演數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)了森林植被水源涵養(yǎng)能力的量化。(2)在生態(tài)水遙感反演數(shù)據(jù)庫建立的基礎上,定量分析了研究區(qū)生態(tài)水變化趨勢:生態(tài)水整體呈減少趨勢,其中1992-1998年間減少較為明顯,1998-2005年間減少有所放緩。生態(tài)水資源量變化與森林植被面積變化呈顯著正相關關系。森林砍伐是1992-1998年間生態(tài)水資源量持續(xù)減少最主要的原因,而1998-2005年間生態(tài)水資源量減少趨勢放緩得益于退耕還林還草、植樹造林政策的實施,以及植被的自然修復。(3)建立了生態(tài)水驅(qū)動徑流預測模型。從驅(qū)動角度分析徑流成因,以降水、氣溫、生態(tài)水作為徑流產(chǎn)生的三大驅(qū)動因子,建立岷江上游徑流驅(qū)動因子數(shù)據(jù)庫,研究并分析驅(qū)動因子與徑流變化的相關關系,建立岷江上游生態(tài)水驅(qū)動徑流預測模型。通過對預測模型進行驗證、精度分析與顯著性檢驗,證明了模型的有效性和實用性,研究結果表明年徑流量主要由年降水量主導,而枯水期徑流量的大小則與生態(tài)水資源量的大小密切相關。
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【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P332;TP79

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