發(fā)布時間：2020-04-10 13:39

【摘要】： 黑河流域是我國西北干旱區(qū)第二大內(nèi)陸河流域。水資源是該區(qū)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素。隨著經(jīng)濟發(fā)展和人口增加,該區(qū)水資源需求越來越大。原有的中游經(jīng)濟發(fā)展用水與下游生態(tài)環(huán)境需水間的矛盾進一步惡化。水資源短缺引發(fā)的嚴重生態(tài)環(huán)境問題已威脅到整個黑河下游,乃至我國西北、華北地區(qū)的生態(tài)安全。因此,下游區(qū)域的生態(tài)恢復問題已迫在眉睫。盡管黑河下游地下水位下降已引起該區(qū)河岸生態(tài)系統(tǒng)的迅速退化,但河岸生態(tài)系統(tǒng)仍是該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重要支柱。為恢復區(qū)域河岸生態(tài)系統(tǒng)基本功能,我國實施了黑河下游應急生態(tài)輸水工程。隨著該工程的實施,黑河下游河流來水量增加,依賴于河水補給的區(qū)域地下水水位及其輻射范圍都發(fā)生了明顯變化�！昂诤酉掠蔚叵滤▌訋А彪S之形成。黑河下游地下水波動帶是整個黑河下游植被重建及生態(tài)恢復的重點區(qū)域。地下水是影響區(qū)域植被生長及分布的關(guān)鍵性因素。黑河下游,特別是黑河下游地下水波動帶植被恢復規(guī)模和地下水位間的關(guān)系問題也因此成為人們關(guān)注的焦點。而植被需水正是體現(xiàn)這二者關(guān)系的紐帶。因此,本文針對體現(xiàn)該區(qū)生態(tài)問題癥結(jié)所在的環(huán)境要素——水與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)核心要素——植被的關(guān)系的生態(tài)需水問題進行了深入探討。旨在為平衡該區(qū)人類需水與自然需水及確定流域生態(tài)保護目標、措施與方案提供科學支撐。 首先,本文對黑河下游地下水波動帶的范圍進行了界定;然后借助遙感和GIS技術(shù),結(jié)合研究區(qū)遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、野外調(diào)查數(shù)據(jù)等對區(qū)域地表參數(shù)(地表反照率、植被指數(shù)、植被蓋度、植被高度、地表比輻射率、地表溫度)及區(qū)域地表能量通量(地表凈輻射、土壤熱通量、顯熱通量、潛熱通量)進行了反演,進而獲取區(qū)域蒸散發(fā)量;并以此為依據(jù)結(jié)合區(qū)域植被遙感分類結(jié)果中提取出的植被分布面積數(shù)據(jù)直接從“面”尺度計算了區(qū)域各類植被的生態(tài)需水量。該方法打破了生態(tài)需水研究中尺度轉(zhuǎn)換問題的“瓶頸”制約,為區(qū)域(植被)生態(tài)需水量研究提供了新思路和新方法,對區(qū)域生態(tài)需水研究中尺度轉(zhuǎn)換科學問題的解決進行了有益嘗試,以期通過本研究提出的植被生態(tài)需水量計算方法對區(qū)域生態(tài)需水量研究中的尺度轉(zhuǎn)換問題有所突破。主要研究結(jié)論如下: (1)黑河下游地下水波動帶是在黑河下游應急生態(tài)輸水工程實施背景下產(chǎn)生的地下水水位及其輻射范圍變化明顯的特殊區(qū)域。該區(qū)是整個黑河下游天然植被豐度最大的區(qū)域,因而成為黑河下游植被重建及生態(tài)恢復的重點區(qū)域。其植被類型、長勢等生態(tài)要素對地下水的依賴極強,這使得地下水位及其輻射范圍變化成為其生態(tài)環(huán)境演變的主要驅(qū)動因素。通過對黑河下游1990年與2006年地下水位空間分布及其變化的分析,結(jié)合2006年7月地下水位野外調(diào)查資料,提取黑河下游狼心山以下黑河干流(東河和西河)河道兩側(cè)20km范圍作為研究區(qū),面積約1.15454×10~4km~2。 (2)區(qū)域地表參數(shù)反演是進行區(qū)域地表蒸散發(fā)估算的基礎(chǔ)。研究區(qū)各地表參數(shù)反演結(jié)果如下:地表反照率分布在0.08～0.42間,其分布直方圖呈單峰型;受研究區(qū)大面積分布的沙漠戈壁區(qū)影響,全區(qū)NDVI均值僅為-0.0686;通過對研究區(qū)實測LAI與反演得到的各植被指數(shù)(RVI、DVI、GVI、NDVI、SAVI、MSAVI)的相關(guān)分析,選取模擬精度高達0.9419的GVI三階多項式模型對研究區(qū)LAI進行反演,反演LAI與實測LAI間的相關(guān)系數(shù)為0.66;利用相關(guān)模型反演出的研究區(qū)植被蓋度和植被高度結(jié)果與野外實測數(shù)據(jù)的模擬精度分別為84.39%和88.88%;地表比輻射率在裸土區(qū)最低而水域最高,均值為0.9744;地表溫度是地表熱量平衡的結(jié)果,對植被生態(tài)需水研究至關(guān)重要,反演出的衛(wèi)星過境時刻的地表溫度分布在291.03～319.39K間,均值達311.05K。 (3)地表蒸散發(fā)是影響區(qū)域土壤-植被-大氣系統(tǒng)水熱平衡的關(guān)鍵環(huán)節(jié),可近似理解為植物生態(tài)需水量。研究區(qū)地表蒸散發(fā)參數(shù)估算結(jié)果如下:地表凈輻射在254.08～860.73W/m~2間,均值為553.94W/m~2,最低值在西居延海及東、西河下游局部區(qū)域,最高值出現(xiàn)在水域;土壤熱通量集中在100～170W/m~2間,均值為142.55W/m~2,低值區(qū)為植被蓋度最大的綠洲區(qū)及西居延海和西河中下游地區(qū),高值區(qū)為北部低山區(qū)及東部礫漠區(qū);顯熱通量集中分布在100～300W/m~2,均值為220W/m~2;潛熱通量高值區(qū)(＞500W/m~2)為水體及其周圍水分條件極好的河岸植被帶和綠洲,其次為高蓋度植被區(qū),西居延海湖盆區(qū)局部潛熱通量在-95.67～0W/m~2間。研究區(qū)2003年9月12日的蒸散發(fā)量集中在1～2mm內(nèi),均值為1.61mm。經(jīng)驗證,以上估算結(jié)果均達到研究精度要求,能滿足后續(xù)區(qū)域生態(tài)需水量估算要求。 (4)利用本研究提出的區(qū)域(植被)生態(tài)需水量估算方法計算出的研究區(qū)2003年9月胡楊、檉柳、草地三種植被類型的生態(tài)需水量分別為1.32×10~7m~3、2.13×10~7m~3和13.5×10~7m~3,區(qū)域植被總生態(tài)需水量為1.695×10~8m~3。但利用遙感數(shù)據(jù)獲得的研究區(qū)植被分布面積在像元尺度上是被擴大的,因而本研究嘗試通過引入各像元植被蓋度來解決該問題。引入像元植被蓋度后估算出的研究區(qū)胡楊、檉柳、草地分布區(qū)的月生態(tài)需水量分別為11.37×10~7m~3、0.45×10~7m~3和3.24×10~7m~3,區(qū)域植被總生態(tài)需水量為1.506×10~8m~3,估算結(jié)果略有降低。 (5)利用遙感和GIS技術(shù)反演區(qū)域蒸散發(fā)進而估算區(qū)域生態(tài)需水量的研究方法打破了區(qū)域生態(tài)需水研究中尺度轉(zhuǎn)換問題的“瓶頸”制約,為區(qū)域生態(tài)需水量估算提供了新思路和新方法,是對該研究尺度轉(zhuǎn)換問題的一次有益嘗試。通過與黑河下游現(xiàn)有生態(tài)需水研究成果的比較及分析發(fā)現(xiàn),研究中還存在很多關(guān)鍵性的問題需要解決。首先,高分辨率遙感影像的引入是提高區(qū)域植被分布面積估算精度的有效途徑;其次,許多生態(tài)地理學參數(shù)都需要建立大量的觀測站點并實時獲取數(shù)據(jù)以驗證遙感反演出的主要參數(shù),如地表能量通量和蒸散發(fā)量等。
【圖文】：

2002040k址嬰翌)40023‘N圖1一黑河下游地下水波動帶相對位置示意圖Figurel一 TheLoeationofthelowerreachesofHeiheRiver本研究以黑河下游地下水波動帶這一特殊區(qū)域作為研究單元，在多學科理論指導下，借助遙感、GIS技術(shù)對研究區(qū)蒸散發(fā)量及生態(tài)需水量空間分布進行了研究。目的是為區(qū)域生態(tài)需水量估算方法研究的發(fā)展進行探索和嘗試，同時也為干旱區(qū)、特別是受地下水約束明顯的黑河下游的植被重建及生態(tài)恢復工作提供參考依據(jù)。1.3.2研究內(nèi)容

頤頤頤 頤瞬舉舉rrr了一 一圖1一3額濟納盆地含水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(引自《西北黑河下游額濟納盆地地下水系統(tǒng)研究》修改)Figurel一 3AquiferSysteminEjinaBasin圖例-~一河流流域邊界緩沖42042區(qū)邊界，N 2002040k址嬰翌)40023‘N圖1一黑河下游地下水波動帶相對位置示意圖Figurel一 TheLoeationofthelowerreachesofHeiheRiver本研究以黑河下游地下水波動帶這一特殊區(qū)域作為研究單元，在多學科理論指導下，，借助遙感、GIS技術(shù)對研究區(qū)蒸散發(fā)量及生態(tài)需水量空間分布進行了研究。目的是為區(qū)域生態(tài)需水量估算方法研究的發(fā)展進行探索和嘗試，同時也為干旱區(qū)、特別是受地下水約束明顯的黑河下游的植被重建及生態(tài)恢復工作提供參考依據(jù)。1.3.2研究內(nèi)容
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：X171.1

【參考文獻】

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本文編號：2622295