基于遥感技术的干旱灌区水盐平衡及生态需水研究

论文摘要

内蒙古河套灌区是内蒙古沿黄河地区的最大用水户,占内蒙古黄河水量配额的85%左右,然而,随着黄河来水与水资源统一调度,使河套灌区的引黄水量受到限制,不仅灌区的农业生产受到严重影响,也阻碍了当地的国民经济发展,加强灌区地下水盐动态的观测和生态需水的研究,对指导当前的灌区管理和生态建设都具有十分重要的意义。本文在对降水、地表水和地下水分析的基础上,基于遥感技术（RS）对河套灌区生态系统进行分类,对河套灌区的蒸散量进行反演;在水盐平衡理论的支撑下,在充分掌握和分析河套灌区水盐相关资料的基础上,分析并定量计算灌区合理排水量。通过两者结合,对河套灌区各类生态耗水要素的适宜需水量进行计算,确定不同生态系统的生态需水量。本文得出以下结论:（1）通过遥感数据分析,确定了TM影像的最佳波段组合,经过几何校正采用非监督分类对影像进行分类,最终得到灌区土地分类及作物种植结构。利用高分辨率IKONOS影像对分类结果作了精度评估,精度分析证明多时相中分辨率TM影像用于灌区尺度土地利用分类有很高的精度。（2）运用MODIS高频度多时相数据提取作物种植结构,其能有效克服人为因素的影响,较为准确地提取灌区作物种植面积及其空间分布。（3）利用地表能量平衡原理的SEBAL模型与SEBS模型对蒸散发进行反演,反演结果与实测值误差在允许范围内,为河套灌区研究区域用水量提供新的方法。（4）基于灌区土地分类,结合由CIAT-CSI SRTM网站提供的DEM数据,通过采样分析,得到河套灌区盐碱地主要分布在灌区中游1030m地面高程线以上的灌溉渠道及排水沟道两侧。（5）通过对灌区盐分的分析,灌溉水与排水的盐量和组分含量存在显著差异。积累在灌区的有害阳离子量为31.85×104t/年,河套灌区每年灌溉水带入的盐分并没有在荒地中积聚,采用有害盐量引排比可以较为合理的评价灌区的排水效果,为内蒙古河套灌区合理评价灌区排水量提供新的方法。（6）利用水量平衡原理对灌区的生态需水量进行理论的计算,得到河套灌区维持现状生态所需水量为53.053亿m3。河套灌区总补给量大于灌区所需水量,但剩余水量为1.556亿m3,量较小,进一步节水的潜力不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 遥感技术在灌区的应用
• 1.2.1 作物种植结构调查
• 1.2.2 遥感在土壤水分监测中的应用
• 1.2.3 作物遥感估产
• 1.2.4 灌区水土资源遥感调查
• 1.3 国内外研究进展
• 1.3.1 生态需水研究进展
• 1.3.2 区域蒸散发国外研究进展
• 1.3.3 干旱灌区水盐均衡研究进展
• 1.3.4 小结
• 1.4 论文主要内容
• 1.5 论文技术路线
• 2 研究区概况
• 2.1 自然概况
• 2.1.1 土壤
• 2.1.2 气象
• 2.1.3 降水
• 2.2 工程地质及水文地质条件
• 2.2.1 区域地质概况
• 2.2.2 区域水文地质条件
• 3 遥感影像解译
• 3.1 数据预处理
• 3.1.1 遥感影像校正
• 3.1.2 波段选择
• 3.2 基于TM 影像进行灌区土地利用分类
• 3.2.1 分类精度
• 3.2.2 分类方法
• 3.3 基于MODIS 影像的种植结构提取
• 3.3.1 MODIS 数据特性及应用范围
• 3.3.2 基于MODIS NDVI 的种植结构提取
• 3.4 小结
• 4 蒸散量反演
• 4.1 基本原理
• 4.1.1 地面特征参数确定
• 4.1.2 模型参数确定
• 4.2 MODIS 蒸散量反演
• 4.2.1 MODIS 蒸散量反演流程
• 4.2.2 地表物理参数计算
• 4.2.3 建立热传导粗糙度模型
• 4.3 参考作物腾发量计算
• 4.4 蒸散量验证与比较
• 4.5 灌区盐碱地分布规律
• 4.5.1 盐碱地形成原因
• 4.5.2 河套灌区盐渍化土地分布
• 4.5.3 对盐碱地的认识及控制措施分析
• 4.6 小结
• 5 灌区水盐平衡及合理引排比研究
• 5.1 河套灌区地下水概况
• 5.1.1 地下水的补给条件
• 5.1.2 地下水的径流条件
• 5.1.3 地下水的排泄条件
• 5.2 地下水化学条件及基本特征
• 5.3 灌区水盐均衡研究
• 5.3.1 采样点的选取及测定方法
• 5.3.2 灌区灌溉水、地下水及排水盐分分析
• 5.3.3 灌溉水、排水水质分析
• 5.3.4 灌区水体钠吸附比（SAR）分析
• 5.3.5 EC 与各阳离子的相关关系
• 5.4 盐分在土壤中的分布规律
• 5.4.1 灌区上、中、下游土壤中盐分分布规律
• 5.4.2 耕地与荒地中的盐分分布规律
• 5.5 灌区合理引排比
• 5.5.1 灌区盐量引排比
• 5.5.2 灌区去除有害盐量引排比
• NA与L_EC的评估'>5.5.3 L_NA与L_EC的评估
• 5.6 小结
• 6 灌区现状生态需水分析
• 6.1 生态需水的界定
• 6.1.1 基本概念
• 6.1.2 概念辨析
• 6.1.3 生态需水的界定
• 6.2 灌区引水量
• 6.3 灌区节水改造对地下水位的影响
• 6.4 节水改造后盐分变化
• 6.5 灌区现状生态需水
• 6.5.1 生态需水的计算方法
• 6.5.2 灌区生态需水计算
• 6.6 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介