【摘要】： 黑河流域是我國(guó)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(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增加,該區(qū)水資源需求越來(lái)越大。原有的中游經(jīng)濟(jì)發(fā)展用水與下游生態(tài)環(huán)境需水間的矛盾進(jìn)一步惡化。水資源短缺引發(fā)的嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已威脅到整個(gè)黑河下游,乃至我國(guó)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(fù)問(wèn)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(fù)區(qū)域河岸生態(tài)系統(tǒng)基本功能,我國(guó)實(shí)施了黑河下游應(yīng)急生態(tài)輸水工程。隨著該工程的實(shí)施,黑河下游河流來(lái)水量增加,依賴于河水補(bǔ)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▌�(dòng)帶”隨之形成。黑河下游地下水波動(dòng)帶是整個(gè)黑河下游植被重建及生態(tài)恢復(fù)的重點(diǎn)區(qū)域。地下水是影響區(qū)域植被生長(zhǎng)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(dòng)帶植被恢復(fù)規(guī)模和地下水位間的關(guān)系問(wèn)題也因此成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。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(duì)體現(xiàn)該區(qū)生態(tài)問(wèn)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(wèn)題進(jìn)行了深入探討。旨在為平衡該區(qū)人類(lèi)需水與自然需水及確定流域生態(tài)保護(hù)目標(biāo)、措施與方案提供科學(xué)支撐。 首先,本文對(duì)黑河下游地下水波動(dòng)帶的范圍進(jìn)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(duì)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(jìn)行了反演,進(jìn)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(lèi)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(jì)算了區(qū)域各類(lèi)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(wèn)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(duì)區(qū)域生態(tài)需水研究中尺度轉(zhuǎn)換科學(xué)問(wèn)題的解決進(jìn)行了有益嘗試,以期通過(guò)本研究提出的植被生態(tài)需水量計(jì)算方法對(duì)區(qū)域生態(tài)需水量研究中的尺度轉(zhuǎn)換問(wèn)題有所突破。主要研究結(jié)論如下: (1)黑河下游地下水波動(dòng)帶是在黑河下游應(yīng)急生態(tài)輸水工程實(shí)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(gè)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(fù)的重點(diǎn)區(qū)域。其植被類(lèi)型、長(zhǎng)勢(shì)等生態(tài)要素對(duì)地下水的依賴極強(qiáng),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(dòng)因素。通過(guò)對(duì)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(jìn)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(guò)對(duì)研究區(qū)實(shí)測(cè)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(dá)0.9419的GVI三階多項(xiàng)式模型對(duì)研究區(qū)LAI進(jìn)行反演,反演LAI與實(shí)測(cè)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(shí)測(cè)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(duì)植被生態(tài)需水研究至關(guān)重要,反演出的衛(wèi)星過(guò)境時(shí)刻的地表溫度分布在291.03～319.39K間,均值達(dá)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?chē)謼l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(yàn)證,以上估算結(jié)果均達(dá)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(jì)算出的研究區(qū)2003年9月胡楊、檉柳、草地三種植被類(lèi)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(kuò)大的,因而本研究嘗試通過(guò)引入各像元植被蓋度來(lái)解決該問(wèn)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(jìn)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(wèn)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(duì)該研究尺度轉(zhuǎn)換問(wèn)題的一次有益嘗試。通過(guò)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(wèn)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(xué)參數(shù)都需要建立大量的觀測(cè)站點(diǎn)并實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)以驗(yàn)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(dòng)帶相對(duì)位置示意圖Figurel一 TheLoeationofthelowerreachesofHeiheRiver本研究以黑河下游地下水波動(dòng)帶這一特殊區(qū)域作為研究單元，在多學(xué)科理論指導(dǎo)下，借助遙感、GIS技術(shù)對(duì)研究區(qū)蒸散發(fā)量及生態(tài)需水量空間分布進(jìn)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(jìn)行探索和嘗試，同時(shí)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(fù)工作提供參考依據(jù)。1.3.2研究?jī)?nèi)容
頤頤頤 頤瞬舉舉rrr了一 一圖1一3額濟(jì)納盆地含水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(引自《西北黑河下游額濟(jì)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(dòng)帶相對(duì)位置示意圖Figurel一 TheLoeationofthelowerreachesofHeiheRiver本研究以黑河下游地下水波動(dòng)帶這一特殊區(qū)域作為研究單元，在多學(xué)科理論指導(dǎo)下，，借助遙感、GIS技術(shù)對(duì)研究區(qū)蒸散發(fā)量及生態(tài)需水量空間分布進(jìn)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(jìn)行探索和嘗試，同時(shí)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(fù)工作提供參考依據(jù)。1.3.2研究?jī)?nèi)容
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：X171.1
【參考文獻(xiàn)】
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本文編號(hào)：
2622295
