黑河流域中游地區(qū)生態(tài)水文過程及其分布式模擬

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 主要研究內(nèi)容 2
1.2.1 黑河流域上中游地區(qū)水文過程演變規(guī)律及其生態(tài)效應(yīng) 3
1.2.2 黑河中游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律及其對水循環(huán)的影響 3
1.2.3 水文過程和生態(tài)-水文耦合模擬研究 4
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5
1.3.1 流域水文過程模擬研究 5
1.3.2 地表水和地下水轉(zhuǎn)化規(guī)律研究 8
1.3.3 生態(tài)-水文過程耦合研究 10
1.3.4 黑河流域研究現(xiàn)狀概述 13
1.4 主要技術(shù)路線 15
參考文獻(xiàn) 17
第2章 研究區(qū)概況 22
2.1 自然地理概況 22
2.2 氣象水文 23
2.3 地質(zhì)構(gòu)造 24
2.3.1 前第四系地質(zhì) 24
2.3.2 第四系地質(zhì) 25
2.4 水文地質(zhì)條件 26
2.4.1 地下水的埋藏與分布 26
2.4.2 含水巖層（組）的劃分 27
2.4.3 含水層的導(dǎo)水性 27
2.4.4 地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄條件 27
2.4.5 地表水和地下水的相互轉(zhuǎn)化 28
2.5 水利工程概況 30
2.6 水生態(tài)環(huán)境狀況 31
2.7 經(jīng)濟(jì)社會概況 32
參考文獻(xiàn) 33
第3章 上游山區(qū)徑流變化及其對中游地區(qū)水資源的影響 34
3.1 中上游流域劃分及數(shù)據(jù)資料 34
3.2 上游山區(qū)徑流過程模擬與不確定性分析 35
3.2.1 研究方法 35
3.2.2 上游降雨徑流過程模擬不確定性分析 36
3.3 上游山區(qū)徑流變化及其對中游徑流變化的影響 39
3.3.1 上游和中游徑流雙累積曲線及相關(guān)關(guān)系 39
3.3.2 水文變異診斷 40
3.4 小結(jié) 45
參考文獻(xiàn) 45
第4章 中上游降水徑流變化與水循環(huán)演變規(guī)律實(shí)證分析 46
4.1 降水徑流變化趨勢與變點(diǎn) 46
4.2 黑河中上游流域水文要素時(shí)空變化 52
4.2.1 水文要素的空間變化 52
4.2.2 水文要素的時(shí)間變化 53
4.3 黑河中上游流域水文演變驅(qū)動(dòng)力評估 55
4.3.1 評估方法 55
4.3.2 水文模擬法可信度分析 58
4.3.3 累積徑流量、累積降水量與累積蒸發(fā)量和年份之間的關(guān)系 60
4.3.4 中上游流域氣候變化與人類活動(dòng)對水文過程的影響評估 62
4.3.5 上游和中游流域氣候變化與人類活動(dòng)對水文過程的影響評估 63
4.3.6 各子流域氣候變化與人類活動(dòng)對水文過程的影響評估 65
4.4 小結(jié) 67
參考文獻(xiàn) 68
第5章 黑河中游典型生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)水文調(diào)查研究 69
5.1 河岸帶植被土壤特征空間變異 69
5.1.1 研究方法 69
5.1.2 植被的空間分布 71
5.1.3 土壤含水量的空間變異 73
5.1.4 植被土壤相關(guān)關(guān)系分析 76
5.2 荒漠、綠洲-荒漠過渡帶植被土壤特征空間變異 79
5.2.1 研究方法 79
5.2.2 土壤屬性空間分布特征 80
5.2.3 荒漠植被空間分布特征 89
5.2.4 荒漠植被與土壤屬性關(guān)系 91
5.3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤特征空間變異 95
5.3.1 引言 95
5.3.2 土壤質(zhì)地變化特征 95
5.3.3 土壤水分變化特征 102
5.3.4 土壤鹽分變化特征 105
5.3.5 土壤有機(jī)質(zhì)變化特征 117
5.4 小結(jié) 120
參考文獻(xiàn) 122
第6章 黑河流域中游蒸散發(fā)劃分及其驅(qū)動(dòng)要素研究 124
6.1 基于雙源模型的蒸散發(fā)劃分 124
6.1.1 數(shù)據(jù)來源 124
6.1.2 基于能量平衡的蒸散發(fā)模型 129
6.1.3 潛熱通量分割 133
6.2 基于水分利用效率的蒸散發(fā)劃分 135
6.2.1 基于水分利用效率的方法 136
6.2.2 數(shù)據(jù)處理 139
6.2.3 結(jié)果分析 139
6.3 下墊面條件對蒸散發(fā)劃分的影響 144
6.3.1 典型下墊面的蒸散發(fā)劃分特征對比 144
6.3.2 植被對蒸散發(fā)劃分的控制作用 146
6.4 小結(jié) 147
參考文獻(xiàn) 148
第7章 黑河中游水循環(huán)演變對生態(tài)系統(tǒng)的影響 151
7.1 黑河中游水循環(huán)演變與干旱指數(shù)的關(guān)系 151
7.2 黑河中上游水文過程演變與下墊面變化的關(guān)系 151
7.2.1 基于下墊面指數(shù)的彈性系數(shù)法 151
7.2.2 流域下墊面變化對水文過程的影響評估 153
7.3 水文過程對植被等驅(qū)動(dòng)因素的響應(yīng)關(guān)系 155
7.3.1 月ET 模型 155
7.3.2 實(shí)際蒸散發(fā)模型構(gòu)建 157
7.3.3 植被變化等驅(qū)動(dòng)因素對蒸散發(fā)過程的影響評估 166
7.4 小結(jié) 179
參考文獻(xiàn) 180
第8章 黑河中游地區(qū)植被覆蓋和景觀格局變化研究 181
8.1 黑河中游地區(qū)NDVI 變化 181
8.1.1 數(shù)據(jù)源與處理 181
8.1.2 研究方法 183
8.1.3 黑河流域NDVI 變化分析 184
8.1.4 黑河中游實(shí)際蒸散發(fā)與NDVI 的關(guān)系 188
8.2 黑河中游地區(qū)土地利用變化 190
8.2.1 土地利用現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化 190
8.2.2 土地利用空間變化模擬 193
8.3 黑河中游地區(qū)景觀格局變化 196
8.3.1 景觀格局指數(shù)的選取與年際變化 196
8.3.2 景觀格局的年際變化 197
8.3.3 景觀格局變化的空間分析 199
8.4 小結(jié) 203
參考文獻(xiàn) 204
第9章 黑河中游土壤植被高光譜反演方法 206
9.1 研究方法 206
9.1.1 人工模擬降水試驗(yàn)及土壤制備 206
9.1.2 土壤及植被光譜測試 208
9.2 土壤水蝕過程機(jī)理研究 212
9.2.1 土壤侵蝕過程研究 212
9.2.2 土壤可蝕性因子分析 215
9.3 影響水蝕過程的關(guān)鍵土壤理化參數(shù) 221
9.3.1 降水前后土壤理化參數(shù)的變化 221
9.3.2 影響水蝕過程的關(guān)鍵土壤理化參數(shù)的篩選 222
9.3.3 土壤有機(jī)質(zhì)對水蝕過程的影響 224
9.3.4 土壤團(tuán)聚體對水蝕過程的影響 225
9.4 基于土壤理化參數(shù)的定量反演研究 227
9.4.1 土壤Vis-NIR 光譜特征曲線分析 228
9.4.2 土壤水分的光譜預(yù)測 231
9.4.3 土壤有機(jī)質(zhì)的光譜分析預(yù)測 235
9.5 基于生物量的定量反演研究 236
9.5.1 生物量的高光譜曲線分析 236
9.5.2 反射光譜與生物量的相關(guān)分析 236
9.5.3 生物量與高光譜變量的相關(guān)關(guān)系 238
9.5.4 生物量的高光譜估算模型 242
9.6 小結(jié) 244
參考文獻(xiàn) 244
第10章 分布式生態(tài)水文模型原理和框架 247
10.1 模型框架 247
10.2 一維明渠匯流模型 247
10.2.1 模型結(jié)構(gòu) 248
10.2.2 空間離散 250
10.2.3 模型的求解 251
10.3 土壤水入滲模型 251
10.4 三維地下水流運(yùn)動(dòng)模型 252
10.5 生態(tài)過程模擬模型 255
10.6 模型代碼驗(yàn)證 257
10.6.1 地下水中三維連續(xù)點(diǎn)源模型 258
10.6.2 地下一維飽和非飽和流問題 259
10.6.3 一維地表水流問題 260
10.7 小結(jié) 261
參考文獻(xiàn) 261
第11章 分布式生態(tài)水文模型率定與驗(yàn)證 264
11.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 264
11.1.1 水文參數(shù) 264
11.1.2 土壤水分參數(shù) 267
11.1.3 水文地質(zhì)參數(shù) 274
11.1.4 監(jiān)測數(shù)據(jù) 276
11.1.5 遙感數(shù)據(jù) 281
11.2 基于NDVI 的植被時(shí)空演變規(guī)律分析 285
11.2.1 Mann-Kendall 算法 285
11.2.2 植被物候特征變化規(guī)律分析 286
11.2.3 研究區(qū)植被多年變化趨勢 288
11.3 水文過程的參數(shù)反演和驗(yàn)證 295
11.3.1 地表水模型中參數(shù)反演和驗(yàn)證 295
11.3.2 地下水和黑河水力關(guān)系的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化 296
11.3.3 水文地質(zhì)參數(shù)率定 299
11.3.4 潛水位動(dòng)態(tài)和地下水均衡分析 304
11.4 生態(tài)模型的建立與校核 308
11.4.1 農(nóng)田與荒漠地區(qū)模型的建立與校核 308
11.4.2 河岸岸邊帶和過渡帶模型的建立與校核 314
11.5 小結(jié) 320
參考文獻(xiàn) 321
第12章 分布式生態(tài)水文模型綜合集成與預(yù)測 323
12.1 流域水文和生態(tài)耦合系統(tǒng) 323
12.2 現(xiàn)狀條件下地表水與地下水動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律 324
12.2.1 地表水和地下水轉(zhuǎn)化現(xiàn)狀分析 324
12.2.2 地表水和地下水轉(zhuǎn)化預(yù)測分析 324
12.3 氣候變化和人類活動(dòng)影響下生態(tài)水文過程演化分析 328
12.3.1 基于GCMs 未來氣候變化情景 328
12.3.2 研究區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)未來生態(tài)演化分析 330
12.4 小結(jié) 337
參考文獻(xiàn) 337
第13章 結(jié)論與建議 338
13.1 結(jié)論 338
13.2 建議 341