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基于RS/GIS的西辽河平原地下水位埋深变化与植被生态的响应研究

作　者: 陈志云
导　师: 林学钰
学　校: 吉林大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: RS/GIS 地下水位埋深植被生态西辽河平原
分类号: P641.8
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

植被是陆地生态系统的重要组成部分，是生态系统中物质循环与能量流动的中枢，对人类社会经济活动有重要贡献。在干旱半干旱地区，植被是生态环境好坏的参照物，植被生长状态与土壤水分状况和地下水状态有直接关系。研究干旱地区植被生长与地下水之间的依存关系，对合理利用水资源，改善区域生态环境具有非常重要的意义。定量研究干旱地区植物生长与地下水位埋深的关系，不仅可以为植被生态系统的可持续维持，而且可以为退化植被生态系统的恢复重建提供科学依据，从而为我国广大干旱区实现经济、社会和生态环境协调可持续发展提供决策依据。近年来，随着遥感技术的发展，遥感数据以其数据量大、覆盖范围广、时间序列性强等优势，已经被广泛应用于大尺度的生态环境研究中。将遥感与地下水信息相结合，可以在宏观尺度上定量研究地下水与植被之间的相互作用。西辽河流域地处东北平原西部农牧交错带的东缘，是全球变化的敏感区，也是国家实施西部大开发战略的重点地区之一。本论文首先通过对气象、水文、地下水水位埋深等资料的统计和评价，确定了研究区的地下水动态类型，并根据实际情况将研究区分成降水入渗型、降水入渗开采型、降水入渗蒸发型、降水入渗径流型四个地下水动态类型，然后采用数理统计方法和GIS空间分析技术，结合遥感数据，进行了西辽河平原植被覆盖度与地下水位埋深之间关系的挖掘研究。通过以上研究，本文得到以下结论：（1）西辽河平原地区的地下水位埋深受人为开采影响较大，在内蒙古自治区通辽市科尔沁区、科尔沁左翼后旗以及奈曼旗的中部等地下水集中开采的地区出现较明显的降落漏斗。（2）本文利用1989、1994、1999、2006、2010年的Landsat-5影像（TM、ETM+影像），运用GIS和RS技术，基于宏观以及微观尺度对西辽河流域的植被信息进行了提取。其中宏观尺度方面，分别采用植被指数及监督分类方法进行植被信息提取。采用归一化植被指数（NDVI），对西辽河5个时期植被覆盖的变化情况进行了分析，结果表明，100m是最适合植被生长的高程值；5个时期西辽河流域植被覆盖度均值变化情况是1989>2010>2006>1999>1994。采用监督分类中的最大似然法对植被进行分类，最终得到耕地、草地、林地这三种植被类型的年际变化情况是：从1989年到2010年，耕地、草地的面积都在不断增大，而林地总体趋势是减少。在微观尺度上，利用野外考察采集到的植被光谱信息，基于面向对象的方法，将草地进一步提取为中生偏旱与中生偏湿两类，结果表明，研究区中生偏旱草地的总面积明显大于中生偏湿草地的总面积；在分类精度上较监督分类有所提高。（3）研究区植被覆盖度受地貌类型影响，在微起伏平地、河漫滩及黄土台地等地势平坦、河水补给较好的地貌地区，植被长势普遍较好，在沙丘、沙地及坡洪积扇等干旱、地下水补给较少的地区，植被覆盖度明显下降。（4）研究区植被覆盖度受降雨影响较为显著，尤其在沙地区域具有明显的相关性，呈正相关，相关系数为0.76，植被覆盖度值随降水量的增大而增大。（5）研究区地下水位埋深与植被生态具有一定的响应关系，结合地下水位埋深与植被覆盖度均值研究发现，在西辽河平原草地区，地下水位埋深平均值小于4m时，对植被覆盖度有明显的影响，当埋深在0.5-2.7m之间时较适宜草地植被生长，而当地下水位埋深大于4m时，埋深对草地地区的植被不再为主要的影响因素。本论文的创新点：1）采用GIS空间分析技术，进行了西辽河平原植被覆盖度与地下水位埋深之间关系的挖掘研究。2）在对西辽河平原地下水动态与植被宏观变化响应关系分析的基础上，采用数理统计和空间分析技术相结合的方法，首次对研究区的植被演化趋势进行了预测分析。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-22
  1.1 选题依据  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 地下水位埋深与植被响应关系研究现状  13-15
    1.2.2 基于遥感技术的植被信息提取研究现状  15-17
  1.3 研究内容、技术路线及创新点  17-22
    1.3.1 总体思路  17-18
    1.3.2 研究内容  18
    1.3.3 技术路线  18-21
    1.3.4 创新点  21-22
第2章研究区概况  22-31
  2.1 研究区位置及社会经济概况  22-23
    2.1.1 研究区位置  22-23
    2.1.2 社会经济概况  23
  2.2 自然地理概况  23-26
    2.2.1 气象  23-24
    2.2.2 水文  24
    2.2.3 地形地貌  24-26
  2.3 地质与水文地质概况  26-31
    2.3.1 地质条件  26-28
    2.3.2 水文地质概况  28-30
    2.3.3 地下水系统划分  30-31
第3章地下水水位动态变化特征分析  31-35
  3.1 影响地下水水位变化的因素  31-32
  3.2 地下水位变化特征  32-35
    3.2.1 地下水动态年内变化  32-34
    3.2.2 地下水位年际变化特征  34-35
第4章植被生态的遥感解译  35-76
  4.1 数据源  35-37
  4.2 植被宏观信息提取与分析  37-59
    4.2.1 植被指数  37-40
    4.2.2 植被覆盖度  40-50
    4.2.3 基于 TM 影像的植被信息提取  50-59
  4.3 植被微观信息提取  59-76
    4.3.1 野外光谱测量  59-64
    4.3.2 植被光谱特征  64-68
    4.3.3 基于面向对象的植被信息提取  68-76
第5章地下水位埋深变化与植被的响应关系研究  76-108
  5.1 地下水位埋深数据的插值  76-79
  5.2 不同条件下地下水位埋深变化与植被覆盖度的响应  79-96
    5.2.1 不同地貌类型与植被覆盖度的关系  79-84
    5.2.2 不同地貌类型条件下地下水位埋深变化与植被覆盖度的响应  84-89
    5.2.3 降水量与植被覆盖度的关系  89-93
    5.2.4 不同降水、不同地貌类型影响条件下地下水位埋深与植被覆盖度的响应  93-96
  5.3 西辽河流域平原区地下水位埋深预测  96-105
    5.3.1 时间序列法基础理论  97
    5.3.2 应用时间序列模型对地下水位埋深的预测  97-105
  5.4 植被覆盖度预测  105-108
第6章结论与建议  108-110
  6.1 主要结论  108-109
  6.2 存在的不足与建议  109-110
参考文献  110-119
攻博期间发表的学术论文及其它成果  119-120
致谢  120

基于RS/GIS的西辽河平原地下水位埋深变化与植被生态的响应研究

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