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。     

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。     

基于指示Kriging法的土壤盐渍化与地下水埋深关系研究

在北方干旱、半干旱的地下水浅埋区,土壤盐渍化是土地资源退化的主要原因,防治土壤盐渍化是农业和生态环境可持续发展的重要保障。该文以内蒙古河套灌区解放闸灌域为例,运用指示Kriging法绘制并比较了不同阈值下地下水位埋深和土壤表层含盐量的概率分布图,从概率空间分布的角度分析研究了土壤盐渍化与地下水位埋深之间的关系,从而将这方面的研究从通常的农田尺度扩大到灌域尺度。结果表明:1)土壤盐分和地下水位埋深空间变异强度均为中等,且具有中等的空间自相关性,球状模型拟合变异函数的效果较好;2)在灌域尺度上,解放闸灌域4月底土壤表层发生中度、轻度盐渍化时地下水位临界埋深分别为2.0、2.5m,西南及中东部地下水位埋深小于临界埋深的概率较大,是土壤返盐的高风险区;3)3月底地下水位埋深对土壤返盐的影响比4月底更大一些,这表明地下水位埋深对土壤返盐的影响具有一定滞后效应,只有地下水位埋深小于临界深度的状态维持一段时间,才会造成土壤中度或轻度盐渍化。     

节水改造对沈乌灌域不同地貌浅层地下水埋深的影响

为了揭示节水改造对区域地下水埋深的影响,以沈乌灌域44眼地下水观测井资料为基础,研究节水改造下地下水动态演变趋势。结果表明:整个灌域地下水埋深受灌溉影响明显,夏灌和秋浇后整个灌域地下水埋深都有上升趋势,秋浇后灌域大部分地区地下水埋深处于最浅值,有一定的周期性变化规律,但灌域中心地区存在深埋区,对于地下水资源要加强管控;节水改造后,各渠系下游耕地区平均埋深降幅(12.46%)大于上游耕地区平均埋深降幅(7.13%),最大埋深平均降幅(16.54%)大于最小埋深平均降幅(15.78%);荒地区、湖泊旁地区和林地区的地下水平均埋深分别下降0.33、0.24 m和0.36 m。研究表明,节水改造对耕地区、荒地区、湖泊旁和林地区影响较明显,对盐碱区和渠道旁地区影响较微弱。     

盐渍化灌区土壤水盐时空变异特征分析及地下水埋深对盐分的影响

针对盐渍化灌区土壤盐渍化问题,以河套灌区下游乌拉特灌域为研究区,通过野外实测与室内试验分析结合,采用统计学方法地质统计学原理分析表层土壤(0-20,20-40 cm)及深层土壤(40-100 cm)含水率与盐分(EC值)时空分布和变异规律,以及探求地下水埋深对土壤盐分的影响。结果表明:(1)除6月0-20 cm(9.779%)外,表层土壤含水率变异系数均在12.384%~19.667%,属于中等变异性,深层土壤含水率变异系数较小,在3.513%~9.757%,属于弱变异性;表层土壤盐分(EC值)变异系数在100.845%~129.279%,属于强变异性,深层土壤盐分变异系数均在83.685%~98.853%,属于中等变异性;随着土壤深度的增加,含水率和盐分的变异性都相对减弱。(2)不同时期土壤含水率和盐分在一定范围内具有空间结构特征,均可用高斯模型模拟,各层土壤含水率空间相关度在0.038%~20.408%,各层土壤盐分空间相关度在0.043%~8.374%,均小于25%,说明具有强烈的空间相关性,可以认为主要是受结构性因素的影响,其自相关引起的空间变异性较强。(3)试验区土壤盐分主要集中在北侧盐荒地,由于蒸发强烈,包气带毛细水上升,把深层土壤以及地下水中的可溶性盐类带到土壤表层,致使盐分升高,属于典型的盐分表聚型土壤,需及时防治与治理,同时土壤盐分受地下水埋深的影响较大,随着地下水埋深减小而增大,荒地地下水埋深与土壤盐分满足线性关系,耕地地下水埋深与土壤盐分满足指数关系。荒地0-20 cm土壤盐分含量随地下水埋深变化趋势较大,20-40,40-100 cm土壤盐分含量随地下水埋深变化趋势较小,耕地地下水埋深在1~1.6 m时,土壤盐分含量随着地下水埋深变化趋势较大,当地下水埋深大于1.6 m时,土壤盐分含量随着地下水埋深变化趋势较小。研究结果为河套灌区下游盐渍化土壤的防治与改良提供了重要的理论基础和参考依据。     

河套灌区年内地下水埋深与矿化度的时空变化

该文以内蒙古河套灌区为研究区域,应用统计学方法、普通Kriging、Arc GIS9.0和GS+等工具,分析2003年3个不同特征季节的地下水位埋深和矿化度的时空分布规律。分析表明：在3月份灌区浅层地下水埋深平均为2.5 m,且绝大部分区域地下水矿化度＜4 000 mg/L;随着夏灌、秋灌、秋浇后,在11月时浅层地下水埋深减小为1.0 m,且大部分区域地下水矿化度＞5 000 mg/L。灌区浅层地下水埋深由灌区西南向东逐渐递减,且自南向北逐渐递增。灌区西北和东南部的地下水矿化度相对较高,中间部分相对较低。浅层地下水埋深与矿化度之间线性关系不明显,但是在特定地区浅层地下水埋深的时空分布规律能够定性地反映出矿化度的时空分布规律,即浅层地下水埋深较大时,相应的矿化度较小;浅层地下水埋深较浅时,相应的矿化度较大。     

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。     

高分辨率遥感影像中冬小麦长势空间异质性特征分析

遥感影像可以同时获取地物波谱及空间位置信息,为作物长势的空间变异研究提供新的技术手段,该文利用高空间分辨率遥感影像开展了冬小麦地块内长势空间异质性特征的提取及分析。研究基于小麦挑旗期QuickBird遥感影像,选取不同长势冬小麦地块,计算地块内冬小麦归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)的经验半方差函数,采用最小二乘算法进行模型拟合,得到冬小麦地块NDVI最优半方差模型及参数(基台值、变程、块金值)。结果表明,不同冬小麦地块NDVI经验半方差图呈现明显的有基台模式,冬小麦NDVI表现出明显的带状异向性特征。在垂直及平行垄向上,基台值与地块内NDVI纹理值域范围、纹理方差均极显著正相关(P0.01),且受方向影响不大;变程在垂直垄向上与地块内部作物NDVI均值呈极显著负相关(P0.01),与变异系数及NDVI小于0.40的像元覆盖度极显著正相关(P0.01);块金值垂直垄向上与作物NDVI均值、变异系数、小于0.40的像元覆盖度有极显著关系(P0.01),变程、块金值在平行垄向与各个因子无相关性。该研究为利用遥感影像揭示作物长势的空间变异提供了参考。     

基于多变量时间序列CAR模型的地下水埋深预测

为准确估计内蒙古河套灌区地下水埋深的变化规律,根据河套灌区沙壕渠灌域1988－2007年实测的地下水埋深、降雨、蒸发及引水量资料,基于多变量时间序列CAR（Controlled Auto-regressive）模型建立了地下水埋深的预测模型,并对模型进行了验证,并将模型在不同方案条件下进行了地下水埋深预测的应用。结果表明：河套灌区地下水埋深受到气候条件、引水量的影响较大。CAR模型预测效果良好,模型在沙壕渠灌域具有较好的适用性。预测方案显示,当区域蒸发量增加25%,降雨量减少34%,年引水量减少18%时,地下水埋深将达到2.21 m。提出的研究方法和结果可为灌区灌溉用水管理提供参考。     

黄河三角洲地区浅层地下水与耕层土壤积盐空间分异规律定量分析

为研究黄河三角洲地区地下水作用条件下耕层土壤的积盐规律，运用GIS和地统计学的原理与方法，结合地下水埋深的空间分布以及临界埋深的划分标准对研究区域进行分区，并从空间尺度对各分区地下水矿化度与耕层土壤积盐规律进行了定量分析。结果表明：地下水埋深、矿化度和耕层土壤盐分均属于中等变异强度，在东西方向和南北方向上均具有2阶的趋势效应；受结构性因素和随机性因素的共同作用，地下水埋深呈中等的空间自相关性，地下水矿化度与耕层土壤盐分呈弱空间自相关性；耕层土壤盐分与地下水矿化度的空间分布具有一定的相关性，与地下水埋深呈负相关性。对空间尺度上的地下水矿化度与耕层土壤盐分定量分析结果表明，耕层土壤积盐与地下水矿化度呈极显著的相关关系，而地下水埋深增加使其相关性减弱，采用分区研究法使地下水矿化度对耕层土壤积盐规律分析更加客观准确。该结果对研究黄河三角洲地区土壤盐渍化的发生机理以及预测与评估该地区土壤盐渍化的发生发展具有重要意义。     

沂河流域植被覆盖时空演变及其与径流的关系研究

为探求沂河流域植被覆盖时空演变特征及其与地表径流的关系,基于MOD13Q1 NDVI遥感影像数据,利用趋势分析方法,分析了2000—2020年沂河流域植被覆盖时空演变特征,并利用SCS模型模拟地表径流深,使用相关分析在像元尺度上分析了植被NDVI变化与径流的关系。结果表明：(1)沂河流域20年间植被NDVI呈波动增加趋势,流域内NDVI空间分布差异较大,NDVI增加的区域主要分布在流域北部,NDVI减少的区域主要分布在流域东部和南部及各城镇建成区内;(2)沂河流域不同时期径流深均呈现出不同程度的由西北向东南逐渐增加趋势,径流深出现较大幅度波动,径流存在明显的丰枯变化;(3)流域NDVI和地表径流之间呈正相关和负相关共存的相关关系,以不显著正相关为主,呈显著正相关的区域主要集中在流域北部,显著负相关区域主要集中在流域南部兰山区境内。研究表明,沂河流域整体植被覆盖得到了改善,但流域内部植被变化存在分异,植被保护与修复主要集中在北部,而南部与东部地区随着人类活动的增加,NDVI出现一定程度减少。随着流域内不同空间位置NDVI的增加及减少,径流主要呈增加趋势且两者相关关系在小空间尺度下存在明显...     

基于归一化植被指数的流域植被覆盖分形维数研究

量化和表征植被覆盖空间分布的复杂性是研究植被与地表物质迁移关系的重要问题。为研究植被覆盖分形维数的表征特点及其在不同尺度上的变化特征,该文基于地理信息系统平台,利用分形布朗运动理论,结合像元归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)的空间分布,提出并计算了植被覆盖分形布朗运动(fractional brownian motion,FBM)分形维数。结果显示,流域植被覆盖的空间分布具有统计自相似性,可用分形维数表征,其值在2.5~3之间,越接近2.5,表示植被覆盖空间分布越复杂。植被覆盖FBM分形维数与流域内均值化NDVI值和NDVI值的变异系数无直接关系,与单位面积不同NDVI值的像元数呈极显著负相关(R=0.66,P0.01)。植被覆盖FBM分形维数具有尺度效应,随流域面积增大而增大,到一定尺度后趋于平稳。流域植被覆盖FBM分形维数能够克服NDVI像元点奇异值等对植被空间分布量化表征计算的干扰,相对传统表征植被覆盖的指数,其在水文、土壤侵蚀等模型中具有更广泛的应用意义。     

滇东南喀斯特地区植被覆盖变化及其影响因素

利用MODIS NDVI数据资料集、标准气象站点的气候数据及社会经济统计数据,辅以叠置分析、空间统计分析和相关分析等方法,探讨了滇东南喀斯特地区植被覆盖的时空变化特征及其与气候因子、人类活动的关系。结果表明:滇东南喀斯特地区植被4月上旬进入生长季而9月中旬结束,2001—2010年植被覆盖呈现出上升的趋势,NDVI增加速率为0.03/10 a;滇东南喀斯特地区植被覆盖呈增加和减少趋势的面积分别占总面积的70.03%和29.97%,植被NDVI减少最为突出的区域主要集中在人口聚集的城镇周围及河流沿线,而增加的区域主要集中在高海拔山区;气候影响因素中的水分类因素即平均相对湿度、最小相对湿度和降水是滇东南喀斯特地区植被NDVI年内变化主要的影响因素,其影响有2个月左右的滞后期,温度类气候因子的滞后期为3个月左右,其他类型的气候因子滞后期约为2个月;滇东南喀斯特地区实施的退耕还林工程,极大地提升了植被覆盖度,而城镇化过程则使得城镇周边的极低、低植被覆盖度区面积增加。     

黄河流域植被变化和产水服务的时空特征分析

[目的]黄河流域是我国重要的生态保护屏障,但其生态环境脆弱,研究黄河流域植被变化与产水服务之间的关系,为其生态建设和高质量发展提供保障。[方法]基于NDVI数据和InVEST模型,采用趋势分析和相关分析方法,将植被变化与水源供给服务相结合,对2001—2020年黄河流域NDVI与产水服务的时序变化和空间特征进行分析,研究NDVI与产水服务的趋势变化和相互关系。[结果](1)黄河流域NDVI与产水深度均呈现增加趋势,增速分别为0.05/10,18.215 mm/10 a, NDVI以明显增长为主,产水深度则以不明显增长为主,此外,流域产水量也不断增长。(2)NDVI与产水深度联系紧密,二者在时间上呈显著正相关,相关系数为0.75(p<0.01),空间上表现出东北正相关-西南负相关的空间分化。(3)较高植被覆盖度下产水深度增加速率最高,不同植被覆盖度下NDVI与产水深度均以正相关为主,但随着植被覆盖度增多,NDVI与产水深度的负相关比例不断增加,表明目前各类植被覆盖度下NDVI对产水的影响均是积极的,但随着植被覆盖度增加,其对产水深度的消极影响也不断增加。[结论]黄河流域NDVI与产...     

陕西省植被覆盖时空演变特征及其与气候因子的关系

利用2000-2012年SPOT VGT NDVI数据,通过差值及相关分析法,对陕西省植被覆盖的时空演变进行研究,并对植被指数（NDVI）与气候因子的关系进行分析。结果表明：（1）2000-2012年,陕西省植被覆盖改善区域明显大于退化区域,植被覆盖增加区域主要分布在陕北风沙过渡区和黄土高原地区,减少区域主要分布在关中平原地区和陕南部分地区。（2）月平均NDVI与月平均降水量和气温呈极显著相关关系（P＜0.01）,相关系数分别为0.875、0.885。（3）2000-2012年,陕西全省NDVI增长速率为0.109·10a-1,说明生态恢复建设取得一定成效。（4）陕西NDVI变化具有明显的季节性,夏季和秋季NDVI增加最快,冬季增长最慢,且NDVI对降水、气温的响应存在时滞性。     

中国草地NDVI时空动态对多尺度干旱的响应

草地对干旱的响应较其他植被类型更为敏感,且不同草地类型在不同气候区干旱的响应具有较大差异,因此分气候区探究不同草地类型对干旱的响应机制对草地资源保护具有重大意义。基于植被Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)、草地覆被及标准化蒸散指数(SPEI)数据,分析1982—2015年中国不同气候区不同草地类型植被NDVI的时空动态及其与SPEI的关系,并确定NDVI与SPEI指标最大相关系数所对应的干旱时间尺度,结合气象数据探究气温、降水及水平衡因素对草地干旱响应的影响状况。结果表明:中国草地NDVI呈现出极显著增加趋势(0.004/a)。草地NDVI呈显著增加的比例为15.62%,集中在华北平原地区、四川、云南、广西及西藏的东南部地区。草地SPEI值呈不显著增加趋势(0.05/10 a),其中显著变干的区域集中在内蒙古中部和宁夏地区。草地NDVI与SPEI指数呈显著正相关的区域集中在内蒙古、青海省南部及新疆北部地带。内蒙古、新疆、青海省北部及西藏南部地区的草地NDVI对干旱响应的时间尺度较短,而青海东南部及西藏中部草地NDVI对干旱响应的时间尺度较长。高山亚高山草甸和草甸区域植被NDVI与SPEI的相关性最强,且对干旱的响应时间尺度较长,而荒漠草地对干旱的响应时间尺度较短; 与湿润区域相比,干旱区域草地NDVI与SPEI的相关性更强,且对干旱响应的时间尺度更短。降水是草地响应干旱的最主要因素,水平衡次之,而气温的影响较小。