毛乌素沙区地下水对植被盖度空间格局影响分析

通过在榆溪河流域沿地下水埋深增大方向设置植被调查样带,基于植被盖度、地下水埋深及土壤含水量等数据,利用多元经验模态分解(MEMD)获取植被盖度及其影响因子所表征的空间尺度,结构方程解析植被盖度空间分布的驱动因素,并结合聚类分析划分了植被群落自然恢复演替空间格局状态变化特征。结果表明：(1)MEMD将空间多元数据分解为3个本征模态函数,经希尔伯特转换得到各模态函数相应的空间尺度分别为14,27,38 km;(2)结构方程模型和MEMD分解后的最大表征尺度相关分析表明,地下水埋深与植被盖度在整个样带尺度上呈显著负相关(R²=-0.95,p<0.001);土壤含水量与植被盖度以地下水埋深5 m空间尺度为分界点,<5 m的区域呈显著正相关(路径系数为0.68,p<0.001),>5 m的区域呈显著负相关(路径系数为-0.43,P<0.01);(3)在此基础上,结合系统聚类分类结果将植被盖度划分为核心区(地下水埋深0～3 m)、过渡区(地下水埋深3～4 m)、稳定区(地下水埋深4～5 m)、外围区(地下水埋深5～10 m)及边缘区(地下水埋深1...     

浅层地下水埋深、矿化度及硝酸盐污染的空间分布特征

对银川平原101个观测井取样分析,测定了其浅层地下水位埋深、矿化度及硝酸盐含量。应用地统计学方法结合GIS技术对数据进行了分析。结果表明,地下水埋深服从正态分布,而矿化度和硝酸盐服从对数正态分布。银川平原地下水位埋深、矿化度和硝酸盐含量的平均值分别为1.78m,1.81g/L和3.17mg/L。三者在一定范围内均存在空间相关性,它们的空间相关距离分别为23.7、13.3和12.6km。运用Kriging方法对未测点进行了估值,绘制了三者的空间分布图。银川平原地下水埋深总体较浅,研究区约有75.1%的地区地下水埋深为1.5～2.0m,发现在平原中部的银川地区一带形成了以新旧城区为中心的地下水位降落漏斗区。地下水矿化度在整个平原内自西南向东北呈逐渐升高的趋势,其中66.4%的区域达到了农田灌溉水质标准。仅有3.7%的局部地区的地下水硝酸盐含量超过了饮用水水质标准。     

沈乌灌域深度节水改造前后地下水环境时空变化规律

为探究河套灌区沈乌灌域在深度节水改造前后地下水环境的演变规律，针对地下水埋深、矿化度以及二者关系，通过区域布井、定位长期监测方式，采用经典地统计学理论，分析地下水埋深和矿化度的时空变化规律。结果表明：(1)深度节水改造后，沈乌灌域地下水埋深呈增大趋势，平均地下水埋深由节水改造前1.83 m增大到节水改造后3.36 m,增长率为83.9%。灌域中心和南部埋深偏大，局部产生漏斗，最大埋深至9.37 m,灌域北部埋深变化为0.6 m以下。(2)节水改造工程实施，使地下水矿化度显著增高，由节水改造前的1 296 mg/L增长为节水改造后的2 634 mg/L,增长103.47%。沈乌灌域地下水矿化度在东南、西北地区表现较高，而在中部地区则表现较低，随着节水改造工程的实施，淡水面积逐渐减少，微咸水面积逐渐增大。(3)研究区内地下水埋深和矿化度的变化呈指数关系，地下水矿化度随着地下水埋深的增大而减小，二者的决定系数为0.170 8。从空间上看，地下水埋深较小的地区，对应地下水矿化度大，地下水埋深大的区域对应矿化度小，摸清灌区地下水水位和水质变化规律，为土壤盐渍化防治提供科学依据。     

伊犁河流域地下水埋深与TDS时空变异及水化学特征分析

采用地统计学经典理论分析了伊犁河谷典型区域在不同时期地下水TDS和埋深在时间和空间上的变异特征,对研究区浅层地下水TDS不同时期(2008—2009年)的实测数据进行了半方差函数分析,地下水埋深和TDS服从都对数正态分布。地下水TDS和埋深在时间和空间上存在明显的变异性,地下水TDS在研究区中部和北部有增加的趋势;地下水随时间从南到北盐渍化加重方向发展;地下水各项离子浓度都在积聚。利用统计软件DPS7.5,Surfer8.0和Arcgis9.2等软件绘制了地下水TDS和埋深空间分布格局图,为该地区地下水资源的管理以及防止盐渍化提供理论依据。     

淮北平原地下水埋深变化对气候变化的响应及预测

分析气候变化下的地下水埋深变化对区域未来的水资源利用和长期规划有着重要的意义。该研究利用五道沟水文实验站实测资料，分析淮北平原地下水埋深历史变化，在评估考虑了潜水蒸发的地下水埋深迭代算法在淮北平原的适用性的基础上，以CMIP5中三种气候模式的未来降水为主要影响因子，通过多模式集成方法，预估未来气候变化下淮北平原地下水埋深变化。结果表明：淮北平原地下水埋深年际变化波动较大，多年平均地下水埋深在季节上表现为春季（2.52 m）>冬季（2.49 m）>秋季（2.21 m）>夏季（2.17 m），空间上整体呈由北向南逐渐变浅的变化趋势；考虑了潜水蒸发的地下水埋深迭代算法对淮北平原地下水埋深变化趋势的模拟结果与实际变化趋势基本一致；在RCP4.5情景下，未来降水量将持续增加的影响，地下水埋深年内月变化先降低后增加，7月最浅为0.73 m，1月最深为4.22 m；季节变化夏季最浅0.94 m，冬季最深为3.98 m，但年变化整体呈下降趋势，起伏相对较小。研究结果对合理调控区域水资源及水环境保护具有重要的借鉴和指导意义。     

灌区土壤盐分空间变异及多因素响应关系

[目的]研究土壤含盐量空间特征和分布格局,分析土壤盐分空间格局与地下水、土壤物理特性参数间的空间响应关系,为灌区盐渍化防控提供理论依据。[方法]以黄河南岸灌区吉格斯太灌域为例,网格化布点,分层采样测定土壤含盐量、表层土壤含水量、颗粒组成、干容重并换算热容量及导热率,同步监测地下水埋深及含盐量,采用经典统计方法和地统计方法分析土壤含盐量空间分布特征及其与物理特性和地下水等因素间的空间相关性。[结果]灌域处于非盐化—轻度盐化状态,土壤含盐量呈中等空间变异程度,总体呈现相对独立的随机分布,空间结构特征可以用高斯模型和指数模型描述。土壤含盐量与地下水埋深呈显著负相关,与地下水含盐量呈显著正相关,地下水埋深1.6 m区域发生轻度盐渍化风险较高。0—20 cm土壤含盐量与黏粒含量、容重、含水量、导热率及热容量显著空间正相关,相关范围约2～6 km;与砂粒含量呈显著空间负相关,相关范围约2～4 km。20—60 cm土壤盐分与0—20 cm土壤黏粒、砂粒含量、导热率、热容量及含水量呈显著相关,相关范围与土壤表层略有差异。[结论]黏粒含量较高,含水率较大,地下水埋深1.6 m的区域是灌域盐渍化防控的重点区域。     

河套灌区解放闸灌域植被指数与地下水埋深的定量关系

干旱荒漠地区地下水补给是地表植被水分消耗的主要补给源,地下水埋深与植被指数(NDVI)关系密切。针对植被指数与地下水埋深响应关系研究的不足,分析了基于河套灌区解放闸灌域植被指数(NDVI)与地下水埋深(H)的定量关系。采用2016年3—9月的10个时相的landsat8遥感影像数据与同时期的57眼地下水埋深观测数据,经NDVI遥感提取与地下水埋深(H)的地统计分析,建立NDVI与H的时空相关关系,并做显著性检验与密切程度的划分,进一步分析不同地下水埋深分区下H与NDVI的关系。结果表明:NDVI与地下水埋深(H)存在显著线性关系,二者的密切程度以中度和高度相关为主,负相关区域在地下水浅埋区居多,正相关区域在地下水深埋区居多。从空间上看,具有统计学意义的线性关系约占灌域总面积的40%。当H≤2.5 m时,不同的埋深分区对灌域的NDVI均值的影响为埋深(H)越小,NDVI均值越大,呈负相关关系变化;当H>2.5 m时,NDVI均值较大,地下水不再对作物生长进行水分补给,此时NDVI均值的增大与埋深(H)分区的变化关系不大。从空间上进行NDVI与地下水埋深(H)的点对点的相关性分析,增强了二者相关性的空间可视性,为灌区灌溉管理提供理论支撑,有助于节水增产措施的深入规划与落实。     

克拉玛依地区减排林地下水动态变化及合理生态水位分析

基于对克拉玛依地区减排林地下水水位及水质的监测结果,分析了减排林地下水动态变化特征,探讨了减排林地下水的合理生态水位.结果表明,减排林区地下水埋深出现了规律性分布,减排林区地下水埋深已由2005年的7.8 m减小为2009年的4.6 m,呈减小趋势.减排林地下水的矿化度由2005年的22.67 g/L变化为2009年的5.35 g/L.并统计了减排林地下水理化性质特征,表明地下水的水溶性盐的空间变化明显.根据减排林区主要植被生长状况与地下水埋深关系,得出减排林区地下水合理生态水位为2.5～5.0 m.     

呼图壁县地下水位动态对土地利用变化响应

研究干旱缺水地区地下水位(埋深)时空动态特征及对土地利用变化的响应,对于加强农业地区土地利用和地下水资源管理具有重要意义。以呼图壁县平原灌区为研究区,基于地统计学和GIS结合技术,应用普通克里金插值拟合研究区2000年、2010年及2018年地下水埋深时空分布,并且利用同期遥感数据解译生成了土地利用类型图,叠加分析不同时期地下水埋深变化与对应时期的土地利用类型转移之间的响应关系。结果表明:呼图壁县地下水埋深的空间变化主要是由地形地貌、气候等结构性自然因素引起的,空间相关性逐年增强,空间异质性逐渐减弱;地下水埋深在空间上主要表现为从南向北逐渐变浅,时间动态上为2000—2010年地下水埋深值10 m的面积减小比例高达86.61%,2010年后控制耕地面积的大幅扩张,但由于耕地本身基数较大,地下水开采量在2014年达到最大值后开始减少,局部地区地下水位开始恢复;研究区主要土地利用类型为耕地,地下水中农业用水占比高达84.68%,地下水埋深动态变化与耕地面积变化高度相关。     

鲁西北黄河冲积平原盐渍化灌区地下水动态变化

区域土壤盐渍化状况研究是进行区域地下水资源合理开发和盐碱化土壤防治的依据。以山东省德州市齐河县为研究区,采用ENVI,GIS和统计学方法,分析研究区土壤盐渍化状况及地下水埋深的时空变化规律。研究表明：(1)研究区全境均有不同程度盐渍土分布,在整体空间分布上,盐渍化呈现出由东向西,由南向北,逐步减轻的趋势。(2)该区地下水位较高,埋深最浅的晏城镇(2005年年均埋深仅为0.76m),埋深最深的仁里集镇西高村(观测点2005年年均埋深达到了5.12m)。齐河县2000,2005和2009年3a地下水位埋深分布格局相似,埋深年际变化总体波动较小。分析该区丰水年(2005年)、枯水年(2009年)年内地下水位变化发现灌溉后地下水位普遍升高。(3)研究区在2000-2009年10a间地下水位空间变异明显,距离黄河越近,埋深越浅。黄河通过影响研究区的灌溉模式和地下水位埋深间接影响着当地次生盐渍化的发生。     

2000-2020年昌吉州东部平原区地下水位埋深对土地利用及干旱时空演变的动态响应

联合土地利用与覆被变化及气象干旱综合分析区域地下水位埋深变化及其动态响应关系,明晰地下水位埋深变化的阶段性主导因素,对地下水超采地区综合治理和地下水资源有效管控具有现实意义。选取昌吉州东部平原区2000-2020年78眼地下水监测井月尺度地下水位埋深数据资料及5期遥感影像数据并结合同期多尺度标准化降水蒸散发指数SPEI,分析不同时空尺度地下水位埋深对土地利用/覆被变化及SPEI的动态响应规律,探讨研究区土地利用变化与干旱变化趋势对地下水埋深变化的综合影响。结果表明:研究区21年间地下水位埋深表现出不显著变化(2000-2005年)-显著增大(2005-2014年)-变缓(2014-2017年)-持续增大(2017-2020年)的变化特征,整体呈持续增大动态趋势,空间分布呈北向南逐渐增大特征;同期土地利用类型面积发生了显著变化,耕地为其主要的土地利用类型,面积呈持续增加趋势,分形维数呈现出先降低(2000-2005年)后升高(2005-2010年)再降低(2010-2020年)的变化特征;SPEI年际动态变化呈显著干旱趋势变化特征,年尺度序列在2012年、2017年发生突变,2016年开始气象干旱发生频次增加;2000-2015年研究区地下水位埋深动态变化对土地利用变化尤其是耕地变化响应显著,2016-2020年地下水位埋深动态变化是对土地利用变化与气候干旱因素的联合响应。     

基于地形因子的鄱阳湖地区土地利用格局变化分析

为研究土地利用空间格局变化地形特征,采用1990年、2000年、2010年、2013年4期鄱阳湖地区Landsat TM解译数据及DEM数据,借助地形位、分布指数、地学信息图谱方法,深入探讨了1990—2013年鄱阳湖地区不同地形下土地利用格局的变化特征。结果表明:(1)1990—2013年,鄱阳湖地区土地利用类型以耕地、林地、水域为主,三种类型面积占比均在90%以上,建设用地快速增长,由1990年的1 387.42km~2增加到2013年的2 413.98km~2,增加了1 026.56km~2,耕地、未利用土地、林地面积分别减少513.39km~2,399.04km2,123.75km~2;(2)1990—2013年,土地利用格局变化具有地形效应,低地形范围优势分布耕地、建设用地、水域,高地形范围林地优势分布,未利用土地、草地零散分布对地形变化适宜性较强;(3)1990—2013年,研究区土地利图谱以稳定型和中期型为主,面积分别为48 457.44km~2,2 014.56km~2,稳定型图谱的优势区域位于高、低地形范围,耕地、林地、建设用地变化稳定;低、中高地形范围是中期变换型的优势分布区,主要表现为未利用土地—未利用土地—水域—水域、耕地—耕地—建设用地—建设用地。     

祁连山国家公园产水量时空变化及驱动因素分析

为准确表征祁连山国家公园产水量时空差异性，探究产水量影响因素和驱动机制。基于降水量、参考作物蒸散量、土壤深度、根系深度和土地利用类型等参数，利用InVEST模型可视化祁连山国家公园1990—2018年产水量时空格局，使用地理探测器并结合情景模拟方法，评估和量化气候、土地利用、植被、地形等因子对祁连山国家公园产水量空间异质性和产水量变化的影响。结果表明：(1)1990—2018年研究区产水量以0.56×10⁸ m³/a的速度显著增加，在空间上呈自西向东递增趋势；(2)耕地和林地产水深度最大，未利用土地和草地是研究区产水量的主要贡献者，且产水深度高值区位于3 200～4 600 m高海拔处；(3)降水量是产水量空间异质性的第一驱动因素，与实际蒸散量以及土地利用类型的交互作用占主导地位；(4)1990—2018年，气候变化是产水量变化的主要驱动因子，对总产水量影响为正向作用，其次为土地利用变化，主要影响产水量变化的空间分布，对总产水量影响不大。研究成果可进一步为祁连山国家公园水资源管理和可持续发展提供基础理论依据。     

基于网格单元的乌鲁木齐市土地覆被/利用时空变化

随着城市化进程在全球范围内的快速推进,对城市区域土地覆被/土地利用变化产生影响。采用1990、2000和2011年3期Landsat TM5遥感数据,提取乌鲁木齐市土地覆被/土地利用信息,并将各期用地分类数据分别转入250 m×250 m的矢量网格单元,计算每个网格单元内各类用地面积占网格单元面积比例的变化,探讨乌鲁木齐市1990—2011年土地覆被/土地利用时空变化特征及驱动因素,并通过相关和回归分析,研究1990—2011年各用地类型之间相互转移和替代的关系。结果表明:1)1990—2011年乌鲁木齐市城市快速扩展,大面积裸地和绿地转化为建设用地,建设用地持续增加,从1990年157.37 km~2增加到2011年的444.89 km~2,裸地持续减少,绿地先减少后增加,水体则呈现缓慢增长的趋势。2)研究区内不同区域和方向由于受到地形条件、政策、城市规划以及道路交通网络等因素的影响,土地覆被/土地利用呈现出不同的时空变化趋势,建成区老城区内部呈现挖潜的集约式增长,外围则是蔓延式扩展。该研究对该地区城市建设和发展具有借鉴意义。     

新疆焉耆盆地平原区地下水溶解性总固体时空演化

为研究新疆焉耆盆地平原区地下水污染现状,2014年在焉耆盆地平原区设置42个采样点,采集42组地下水样本,测定样本中溶解性总固体(total dissolved solids,TDS)及阴阳离子含量,并利用SPSS软件及MAPGIS地理信息系统分析其时空动态。结果表明,1999年与2014年地下水TDS总体存在显著差异性;对地下水中TDS与宏量阴、阳离子组分及p H值之间的关系进行分析,地下水TDS与SO42-、Cl-、K++Na+、Mg2+、Ca2+具有显著相关,相关系数在0.717~0.964之间,与宏量阴离子SO42-、Cl-相关性明显大于阳离子,相关系数分别为0.963及0.964。在时间尺度上,1983-2014年地下水TDS均值整体呈现先升高再有所降低而后又升高再降低的趋势,均值由1983年305.0 mg/L上升至1999年1773.1 mg/L后又降低至2014年589.44 mg/L;在空间尺度上,1999-2014年地下水TDS1 g/L区域面积变化呈增加的趋势,面积由1999年2 011.7 km2增加至2014年2 229.3 km2,与1999-2014年地下水TDS均值呈下降趋势相对应。研究区地下水TDS变化主要原因有2方面:一是地下水水位由2000年4.98 m下降至2014年7.34 m,地下水水位下降促使土壤及其下层沉积物中的钙、镁易溶盐、难溶盐及交换性钙镁由固相向水中转移使更多的钙镁离子进入地下水中,使地下水TDS增高,同时地下水位下降导致水中溶质浓缩也会造成TDS增高;二是生活及工业污水的排放导致大量Cl-、SO42-和部分Mg2+、Ca2+进入地下水中,造成TDS升高,这与TDS中Cl-和SO42-占主导地位相吻合。     

1990－2013年东北地区耕地时空变化遥感分析

为揭示1990－2013年东北地区耕地变化规律,以Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像为数据源,采用面向对象与目视解译相结合的分类方法,提取东北地区1990年、2000年和2013年耕地信息,辅以气候、地形、社会经济等数据,分析耕地时空变化特征及其驱动因素。结果表明：面向对象分类与目视解译相结合的方法能够快速、准确地完成耕地空间分布信息提取,总体分类精度达93%以上;2013年东北地区现有耕地4.17×105 km2,占东北地区土地总面积的33.51%,其中旱田比例为86.24%;1990－2013年耕地总量增加,2000－2013年比1990－2000年耕地增加速度减小,空间上,耕地呈现南减北增的趋势,新增耕地重心逐渐北移,建设用地侵占耕地速度加快,以省会城市为中心,向东北部蔓延;对湿地、林地、草地开垦减弱,对裸地和海面的农业开发增强,退耕还湿、还草、还林效果明显,耕地变化活跃区处于年降水量在500～700 mm、年均气温在2～4℃、坡度小于3°、高程小于200 m的地理环境中;旱田改为水田规模扩大,旱田质心变化不显著,水田质心向东北移207.41 km。23 a间,虽然气候变化对东北地区耕地变化有一定影响,但政策调控、经济发展、科技进步、人口增长、城市扩张等人文因素仍然是耕地变化和时空分异特征的主要驱动因素。农业发展转型、提高单位面积产量和劳动生产效率,将是未来东北地区耕地发展的必由之路。     

基于3S的地下水位埋深与土地盐渍化时空动态变化关系研究——以山东省德州市齐河县为例

分析研究盐渍地产生原因、空间分布及发展变化趋势,将为优化配置水资源,改善农田土地利用现状,改良盐渍化土地具有重要意义。选取山东省德州市齐河县作为研究区,利用ERDAS对该区2002年10月、2006年10月、2009年10月和2003年4月Landsat 5卫星TM遥感影像进行处理,提取盐渍地等相关土地利用信息;采用ArcGIS生成2002-2006年、2006-2009年及2002年10月至2003年4月土地类型转移矩阵,分析该区盐渍地的来源、去向、变化速率和产生原因;运用ArcGIS空间分析模块对研究区2000-2009年及2009年播种期前后地下水位埋深数据进行分析,研究该区埋深时空变化规律;利用ArcGIS邻域统计和分类区统计分析方法对该区埋深和盐渍地时空分布进行联合分析,研究该区盐渍地变化趋势和主导因素。结果表明：该研究区盐渍地时空分布年度、季节差异明显,全县地下水位埋深较浅,大部分地区埋深2m左右,极少量地区年均最大埋深达到5m。盐渍地多分布在相对浅埋区或埋深变化波动性较强地区,埋深是该区控制盐渍地变化的主要因素。     

渠井用水比对灌区降水响应及其环境效应分析

渠井结合灌区适宜渠井用水比例关系灌区地下水环境和区域农业可持续发展。该文以人民胜利渠灌区为例,集合了灌区1954-2014年农业用水量及降水量、研究区域2008-2014年渠井用水比、地下水埋深、地下水水化学特征数据,分析了降雨量、地下水动态特征与渠井用水比例的相关性,以期探明渠井结合灌区渠井用水比对降雨的响应及其对土壤和地下水环境的影响。结果表明,典型渠井结合灌区渠井用水比与年降水量呈线性正相关;渠系上游地下水水位变化较下游更为剧烈,在用水水平、用水方式一致条件下,渠井用水比例越大,地下水埋深超过11 m区域增幅越小,较大的渠井用水比例对于上游地下水位下降减缓效果明显;平水期、枯水期,由于渠井用水比例不合理,地下水无序开采且超采严重,区域地下水碱化趋势明显;受气候变化影响,近5 a渠灌水量仅为多年均值的75.52%,未来区域降水量具有减小趋势,这势必进一步加剧农业水资源紧缺的形式。为了满足农业的正常生产,增加灌区地下水开采成为唯一解决途径,这势必加剧地下水的碱化趋势及地下水超采区的扩大。因此,确定灌区适宜的渠井用水比例对于灌区水资源的科学利用与农业的可持续发展具有重要意义。