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石羊河流域蒸散发遥感反演及生态需水研究

作　者: 马宏伟
导　师: 王乃昂；钱鞠
学　校: 兰州大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: MODIS影像 TM影像 SEBAL模型蒸散发生态需水量石羊河流域
分类号: P332.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

石羊河流域地处西北内陆干旱区,水资源十分短缺。由于经济发展及人口增长,水资源需求量不断增加,大量挤用生态环境用水,加之地下水的大量超采,引起了水土流失、植被退化、土地荒漠化等一系列生态环境问题,流域水资源问题十分突出。研究本流域的生态需水,是确定流域植被结构最优组合,确定生态缺水区和植被潜在退化区,进行生态环境保护与修复,确定适宜的生态规模等问题的基础,对流域水资源规划配置,水资源可持续管理有一定的参考价值。本文以遥感为主要的技术手段,以2004年为现状年,利用时间分辨率较高的MODIS影像产品数据,结合气象观测数据和地形资料,基于SEBAL模型计算了流域地表通量和实际蒸散发,对石羊河流域蒸散发的时空分布规律进行了研究。定量分析了蒸散发与不同地表参数之间的关系,并对实际蒸散发与流域参考作物蒸散发进行对比分析。在此基础上,以基于ET的水资源管理理论为理念,采用蒸散发法尝试计算了石羊河流域现状生态需水量,进而基于土地利用/覆被数据计算了不同植被类型的现状生态需水,研究了石羊河流域的生态需水规律。主要研究内容及结论如下：(1)利用MODIS遥感数据,基于SEBAL模型计算了石羊河流域的蒸散发,分析了流域内蒸散发的空间分布规律及年内不同时期的变化特征。研究表明石羊河流域的蒸散发存在明显的垂直地带性和区域地带性,上游山区蒸散发为全年最大,从上游到下游呈减少趋势,并且蒸散发具有非常明显的区域界线,植被覆盖区的蒸散发明显大于裸地及荒漠区。夏季上游山区全天蒸散发达5mm以上,下游荒漠区基本处于1.0-2.5mm之间,部分区域春、冬季处于0.5mmm以下。(2)利用TM影像解译得到了石羊河流域的土地利用/覆被数据,并对土地利用现状进行了统计分析。统计结果表明,石羊河流域近50%的土地为荒漠化、戈壁滩等未利用土地,耕地为主要的土地利用类型。草地覆盖面积也较大,但主要为低覆盖草地,占总草地覆盖面积的50%以上。各种林地的总覆盖面积仅占全流域的6.55%,远远小于我国森林覆盖率20.36%。(3)结合土地利用/覆被数据,以耕地、林地和草地为主要生态类型,计算得出2004年植被生长期耕地、林地、高覆盖草地、中覆盖草地和低覆盖草地的生态需水分别为632.74 mm、787.27 mm、749.21 mm、704.24 mm和580.80mm。各生态类型的月需水量,在一年中不同时期的大小顺序大致相同,且呈“双峰”形式分布。(4)基于蒸散发法计算了石羊河流域各种土地利用类型的现状生态需水量。结果表明,2004年植被生长期流域现状生态需水量为133.26×108m3。其中耕地耗水量最大,为44.60×108m3,占流域总耗水量的33%,林地、高覆盖草地、中覆盖草地、低覆盖草地的耗水量分别为20.33×108m3、12.56×108m3、23.20×108m3、32.57×108m3。(5)根据流域植被空间分布格局及生态需水分析,提出了流域生态保护及修复的政策建议及“民勤绿洲”的发展方针。在现有基础上恢复流域生态,须在上、中游适宜地区扩大需水较少的灌木林地及中覆盖草地,不宜追求高覆盖草地和种植乔木等其他需水较多的林地；“民勤绿洲”应以沿河天然植被为主,不建议在地下水位很低的其他地区进行人工植树种草工程,维持“民勤绿洲”的关键是保证下游民勤地区的来水量,保持一定的河道流量,并减少地下水的开采,使地下水位逐步得到恢复,以便沿河绿洲逐年自然恢复扩大。

全文目录

中文摘要  6-8
Abstract  8-12
第一章绪论  12-19
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 国内外研究进展  13-15
  1.3 研究内容与技术路线  15-19
第二章石羊河流域概况  19-23
  2.1 自然地理概况  19
  2.2 社会经济概况  19-20
  2.3 流域水资源概况  20-21
  2.4 流域水资源开发利用现状  21-23
第三章 SEBAL模型与MODIS数据  23-31
  3.1 SEBAL模型应用概况  23-24
  3.2 SEBAL模型原理及计算过程  24
  3.3 地表净辐射通量  24-25
  3.4 土壤热通量  25
  3.5 感热通量  25-28
  3.6 潜热通量与蒸散发  28-29
  3.7 MODIS数据  29-31
第四章石羊河流域实际蒸散发遥感反演  31-43
  4.1 地表参数分析  31-36
  4.2 地表能量通量  36-39
  4.3 石羊河流域蒸散发计算  39-43
第五章石羊河流域蒸散发研究  43-55
  5.1 石羊河流域蒸散发时空分布规律研究  43-45
  5.2 SEBAL模型的灵敏度分析  45-47
  5.3 蒸散发与地表参数的相关性分析  47-50
  5.4 实际蒸散发与参考作物蒸散发对比分析  50-55
第六章石羊河流域现状生态需水研究  55-69
  6.1 流域土地利用现状统计分析  55-58
  6.2 不同土地利用类型现状生态需水计算  58-60
  6.3 不同行政区现状生态需水计算  60-68
  6.4 土地利用变化对现状生态需水的影响分析  68-69
第七章结论及建议  69-72
  7.1 结论  69-70
  7.2 建议  70
  7.3 不足之处  70-71
  7.4 展望  71-72
参考文献  72-75
在学期间研究成果  75-76
图录  76-77
表录  77-78
致谢  78

石羊河流域蒸散发遥感反演及生态需水研究

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