基于最大似然法的盐碱化发展态势与治理模式探析

为探明宁夏红寺堡灌区土地盐碱化的发展规律、分布特征及主要成因,以灌区1994、2003、2008和2015年的遥感影像为研究资料,利用最大似然理论对灌区土地进行准确分类,并分析了灌区土地次生盐碱化的发展态势与主要成因。结果表明,研究区内盐碱化耕地面积由1994年的13.44%增加到2015年的21.75%,其中轻度盐碱地面积增速最快,中度其次,重度最慢。现场勘查表明,当地高含盐量的土壤母质为土壤盐碱化提供了条件,而当地独特的气候条件和长期粗放的灌溉模式加速了土壤盐碱化的发展。因此,通过综合治理模式以实现对灌区水盐的调控与治理,也可为同类灌区的土地资源的高效利用和盐碱地的治理提供对策。     

地下水埋深空间插值方法比较和空间变异性研究

为准确获取区域内地下水埋深空间分布特征以及在水土环境变迁下其年际动态变化规律。以甘肃景泰川电力提灌灌区为研究区,以2015年的16个监测井测得的地下水埋深数据为基础,采用Arc GIS软件中的空间插值模块分别运用反距离权重法、样条函数法、趋势面法以及普通克里金法对区域内地下水埋深数据进行空间插值,并采用交叉验证法和误差矩阵评价方法选取地下水埋深最优插值方法。运用最优插值方法对研究区1994、2001、2008和2015年的地下水埋深观测数据进行空间插值。结果表明:普通克里金(球面函数)插值精度最高,能准确反映地下水埋深时空变异规律及分布特征。研究区地下水位埋深总体上表现为西南低东北高的特征,呈现由西南到东北逐渐升高的趋势,研究区地下水埋深最小值每年都在减小,浅埋深区域逐年增加,地下水埋深平均值2015年较1994年减小了4.85 m,表明整个研究区地下水埋深都在持续抬升,但研究区内,地下水埋深最大值变化较小。该结果表明在水土环境变迁下研究区地下水埋深呈现出逐年升高的趋势,对研究区盐渍化土壤的水盐调控及地下水资源合理开发利用具有重要意义。     

内陆河流域绿洲灌区盐碱地改良分区及治理模式探究——以新疆焉耆县平原灌区为例

干旱区土壤盐碱化是土地退化的主要问题,并威胁着绿洲农业的可持续发展,而盐碱地改良分区是因地制宜、综合治理盐碱地的前提。通过综合运用地理信息系统的各种空间数据分析功能,以焉耆平原灌区为典型区域,将土地盐碱化现状分为:非盐碱地、轻度盐碱地、中度盐碱地、重度盐碱地、盐土等5个区,并结合地下水、土壤、植被、岩性等调查资料,进行成因分析,建立了内陆河流域绿洲灌区盐碱地改良分区模型。立足土地盐碱化的现状,充分考虑地下水埋深和矿化度,把焉耆平原灌区按改良难易程度分为:易改良区、较难改良区、难改良区、不宜改良区,并针对不同的盐碱地改良分区特征、水盐平衡模型和现状灌排模式,提出了相应的综合治理对策。     

一项浮士德的交易

干旱、半干旱半湿润地区,灌区的土壤盐碱化是一个世界的问题,灌溉渠系和田间灌水的渗漏引起地下水位的上升,地下水通过蒸发从土壤表层散失,地下水和土壤中的盐分将留在土壤中,在地下水位上升和盐分积累到一定程度后,将导致土壤的沼泽化和盐碱化,虽然通过修建完善的排水系统可以降低地下水位,避免土壤根层和灌溉土地表面上积盐,但需要有较大的投资,尽管如此,大部分灌上于排水所带平的盐分小于自灌染引进的盐分,灌区控制仍     

基于多时相遥感反射光谱特征的土壤盐碱化动态变化监测研究

利用遥感技术动态监测土地利用和土地覆盖状况具有快速、准确、及时的特点。土壤反射光谱在近红外和红色波段具有很好的相关性，在遥感影像上形成了土壤特有光谱特征，即土壤线。土壤线特征为在遥感影像上快速准确地选择分类样本训练区提供了一个有效途径。本文基于多时相的TM和IRS影像，通过遥感影像上的土壤线特征选择训练样本，利用最大似然法，对内蒙古河套灌区1988，1996，2001和2006年的的多年遥感影像进行分类，形成了该地区多年土壤动态变化专题图，基于野外土壤调查数据对分类结果进行验证。研究结果表明，河套灌区的盐碱地和沙丘地所占比例在呈下降趋势，非盐碱地呈上升趋势，基本上反映了河套灌区多年来土壤类型动态变化状况与治理土壤盐碱化的初步成果。     

内蒙古河套灌区近30年盐碱化时空演变及驱动因素分析

土壤盐碱化是制约灌区可持续发展的重要因素之一。基于遥感和GIS技术,利用Landsat TM/ETM数据,分析了内蒙古河套灌区1987-2014年土地盐碱化时空演变,并结合区域气象、水文、灌排等资料,对盐碱化驱动因素进行分析。结果表明,近30年来河套灌区盐碱地经历了萎缩(1987-1993)-缓慢扩张(1993-2006)-萎缩(2006-2014)3个阶段,但总体呈现缩减趋势。从空间分布来看,1987-2006年,在灌区西南部-中部大部-东北部形成盐碱地分布集中带,且集中带经历了从萎缩到逐步扩张的过程;2006年以后,大片盐碱地呈现碎片化趋势。多元逐步回归分析表明,灌区盐碱化主要驱动因素为排灌比、平均地下水埋深和蒸发量。     

大安灌区地下水动态特征及灌区实施后的生态环境响应

针对大安灌区存在的水资源短缺、土地退化以及新一轮土地整理可能带来的生态环境问题,在广泛收集该区多年地下水动态资料的基础上,进行了地下水动态特征分析,运用GM（1,1）模型预测了水位埋深。为分析灌区实施后对生态环境的影响,分别计算了灌区建成后引起的地下水位变化回渗量、地下水位上升值,得出了大安灌区水位最高上升1.11m,小于该区地下水位年变幅3.5m,采用计算的水位埋深进行了次生盐碱化发生的可能性分析。     

一项浮土德的交易

[译者的话] 干旱、半干旱半湿润地区,灌区的土壤盐碱化是一个世界性的问题.灌溉渠系和田间灌水的渗漏引起地下水位的上升.地下水通过蒸发从土壤表层散失,地下水和土壤中的盐分将留在土壤中.在地下水位上升和盐分积累到一定程度后,将导致土壤的沼泽化和盐碱化.虽然通过修建完善的排水系统可以降低地下水位,避免土壤根层和灌溉土地表面上积盐,但需要有较大的投资.尽管如此,大部分灌区由于排水所带走的盐分小于自灌渠引进的盐分,灌区控制范围仍将处于积盐状态.灌溉水所带来的盐分,一部分将随灌溉水的渗漏进入深层,导致土壤和地下水含水层矿化度的增加,另一部分将被地下水输送至灌区内的洼地、非耕地和荒地,使盐分在这些地区聚积,在以河流湖泊等水体为容泄区的情况下,高矿化度和含有一定有毒物质的排水将导致水环境的恶化,给野生动物、甚至人类的健康造成不利的影响,也威胁着灌区的持续发展. 目前我国正在进行大规模的以节水为中心的大型灌区改造工作,解决盐碱问题是灌区续建配套和改造的一项重要内容.因此特选译Sandra Postel所著"沙柱-灌溉奇迹能够持久吗?"一书中有关解决盐碱问题的第5章,供有关部门进行灌区改造规划设计时参考.     

灌区种植结构时空变化及其与地下水相关性分析

利用数据融合算法(ESTAFM)对Landsat7 ETM+和MODIS影像进行融合,构建了高时空NDVI数据集;结合地面实体作物NDVI变化特征和光谱耦合技术(SMT),提取了解放闸灌域2000—2015年间种植结构空间信息;在此基础上分析了其时空特征变化以及地下水对种植结构调整的制约性。利用2015年实地调查数据对遥感监测结果进行评价,灌域主要作物类型玉米、向日葵、小麦以及套种的纯像元分类精度分别达到了95%、88%、91%和90%,总体精度达到了91%;多年遥感监测结果与历史统计数据相吻合。研究结果表明:玉米和小麦种植面积不断增加,玉米种植面积增加尤为明显,由2000年的0.83万hm2(占灌溉面积的5.80%)增加到2015年的4.02万hm2(占灌溉面积的28.31%);向日葵种植面积由下降变为上升趋势,其种植规模受市场因素主导;因土地流转、农村劳动力的外流以及套种种植模式劳动力成本高,使得农户转向单一作物种植模式,套种模式种植面积逐年下降,由2000年的4.30万hm2(占灌溉面积的30.32%)减少到2015年的0.41万hm2(占灌溉面积的2.91%)。种植结构空间格局与地下水埋深分布相似,其空间的相对差异并未随时间发生明显变化。向日葵在地下水埋深较浅、盐碱化偏高的区域分布集中,玉米、小麦及套种在地下水埋深大、盐碱化偏弱的区域分布集中,反映出向日葵耐盐性更高,更能适应盐碱化程度高的土壤;作物这一空间分布格局不仅受水土环境影响,而且与作物生理特征密切相关。灌区节水改造以来,在净引水量减小的情况下,农田蒸散发量并未减小,而是表现为稳中有升的趋势,这与高耗水作物玉米种植面积逐年增加有直接关系;地下水位整体下降,由1.76 m下降到2.33 m,土壤盐碱化得到改善,表明大型灌区节水续建配套项目实施以来,节水改造对水循环和水土环境起到了积极的影响。     

干旱寒冷地区冻融期土壤水分和盐分的时空变异分析

在我国西北干旱、寒冷地区,降雨稀少、土壤蒸发强烈、土壤母质含盐、地下水位较高,冻融作用是土壤盐碱化独特的形成机制。利用经典统计分析方法对内蒙古河套灌区1994—2006年度冻融期不同土层(0～200cm)水分、盐分的均值、方差、标准差、峰度、偏度、变异系数等统计特征值进行计算,分析其时间、空间变异特征。     

基于MIKE SHE模型的干旱区节水灌溉对地下水位的影响研究

以新疆干旱区玛纳斯河流域莫索湾灌区150团为例,以2005年为基准年进行模型相关参数率定,以现状年2010年实测地下水数据进行模型验证,以2020年为规划年进行地下水预测,利用具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE模型模拟自然-人工复合水循环过程,并对比现状年与规划年节水灌溉情况及地下水模拟结果。结果表明,由节水灌溉比例的增加引起的地下水位下降值为0.021m,对地下水位下降变化的贡献比例为24.7%。     

利用NDVI指数识别作物及土壤盐碱分布的应用研究

利用监督分类、NDVI指数等遥感影像处理方法,在黄河上游的宁夏青铜峡灌区开展识别作物及土壤盐碱分布的应用研究。基于LANDSAT卫星遥感影像,依据NDVI指数推断作物及土壤盐碱分布,得到灌区作物及土壤盐碱分布状况和相应的估算结果。研究结果表明,灌区上、下游之间在作物长势上存在着较大差异,北部地区明显低于南部,土壤盐碱分布差别是造成该差异的主要原因之一。受盐碱影响的作物面积在年度内随气候条件的改变呈现出明显的季节性变化,灌区年内受土壤盐碱危害的面积约为100000hm2,近1/3的作物面积受到程度不一的土壤盐碱化影响,且灌区下游的盐碱地面积及盐碱化程度均高于上游。     

变化环境下新疆沙湾县灌区地下水动态趋势及驱动因素

根据沙湾县地下水系统与外部环境的关系,结合灌区1998-2017年的地下水位平均埋深资料,采用Pearson、Kendall和Spearman秩次相关检验3种方法,分析了近20 a灌区变化环境的变化趋势及对地下水动态的影响;运用主成分回归分析法确定影响灌区地下水埋深变化的主要驱动因素。结果表明:近20 a来,灌区年均气温呈不显著增加趋势,降水呈不显著减少趋势,近10 a(2008-2017年)在a=0.01水平上地表水灌溉量呈显著减少趋势,灌溉面积、节水灌溉面积及地下水开采量均呈显著增加趋势;地下水动态变化的驱动因子为地下水开采、地表水灌溉、节水灌溉、灌溉面积、气温、降水,影响程度依次降低;人为活动对地下水动态起主导作用,其中以地下水为主要水源的节水灌溉面积的增加是造成地下水位下降的主要原因。研究区在实施退耕还林、机井封填的同时还需要通过调整农业结构,提高农灌效率,节水灌溉结合地表、地下水来实现地下水资源的可持续利用。     

平罗县不同地下水位分布区地下水埋深变化特征分析

【目的】明确平罗县不同水位分布区的地下水埋深变化特征,更好地指导合理用水和防治土壤盐渍化。【方法】选取2007—2017年平罗县不同地下水位分布区内9眼地下水位观测井的月观测数据以及引黄水量、地下水取水量、水稻种植面积、降雨量和年平均气温等数据,分析了平罗县不同地下水位分布区地下水埋深变化特征及其影响因素。【结果】平罗县地下水埋深年内变化幅度大于年际,随月份呈"W"形变化,随年份呈平缓波浪形变化,5—8月和11月—次年1月,各观测点地下水埋深变化曲线呈聚集状态,其他月份则呈离散状态;不同地下水位分布区地下水埋深年际间变异系数表现为:高地下水位中地下水位低地下水位,年内无明显规律。与中、低水位分布区相比,高水位分布区地下水埋深不稳定;从各观测点年均地下水埋深与降雨量、平均气温、水稻种植面积、引黄水量和地下水取水量相关性来看,平罗县高、中水位分布区地下水埋深变化更多地受引黄水量影响,水稻种植面积的增加对降低高水位分布区地下水埋深起到了积极作用。【结论】建议平罗县高、中水位盐碱地的改良应减少引黄水量、利用浅层地下水或农田退水灌溉以降低地下水位。     

基于改进支持向量机的盐碱地信息精确提取方法研究

【目的】探索无人机遥感下可以精确提取盐碱地信息的方法。【方法】以甘肃省景泰川电力提灌灌区一期灌区为研究区,采用Trimble UX5固定机翼无人机采集研究区遥感数据,提出了一种基于Ada Boost算法的改进支持向量机(SVM)分类的新方法,以实现盐碱地信息的精确提取。【结果】与传统SVM分类相比,改进SVM分类精度提升显著,总精度最高达96.55%,Kappa系数为0.957 3。改进前后不同类型盐碱地提取面积与实测面积相比,最大误差为5.4%,平均误差为2.16%。【结论】该文提出的基于改进支持向量机分类方法可有效提高遥感影像的分类精度。     

变化环境下沈乌灌域土地利用/覆盖时空变化分析

为了研究变化环境下内蒙古河套灌区沈乌灌域土地利用/覆盖时空变化,并对今后节水改造和节水规划提供指导依据,以沈乌灌域1995、2005年及2015年Landsat影像为数据源,采用基于CART算法的决策树分类对灌域20 a来5种土地利用/覆盖类型进行了分类,并计算了各土地利用/覆盖类型的单一动态度、双向动态度、变化趋势和状态指数,研究了引黄水量等环境变化因子作用下灌域土地利用/覆盖的时空变化。结果表明,(1)1995—2015年沈乌灌域内沙地和盐碱地分别减少了43.77%和62.54%,植被和荒地分别增加了75.10%和92.32%。(2)沙地、盐碱地和荒地向植被的转化是植被面积增加的主要原因;荒地频繁与沙地、盐碱地发生相互转化,相互转化的位置主要出现在沙地和渠道的周边。(3)引水量和地下水埋深是盐碱地、水体的变化主要因子,工程建设是沙地和植被覆盖区变化的主要因子。为缓解灌域的用水矛盾,今后在制定节水规划时应统筹考虑土地利用类型/覆盖与节水改造的关系。     

基于空间插值的区域尺度土壤全盐量时空变异规律研究

为准确获取区域尺度的土壤全盐量空间分布特征以及其年际动态变化规律。以甘肃景泰川电力提灌灌区为研究区,以2015年的16个监测点测得的土壤全盐量数据为基础,采用ArcGIS软件中的空间插值模块分别运用反距离权重法、样条函数法、趋势面法以及普通克里金法对区域内土壤全盐量数据进行空间插值。分析表明,反距离权重法插值精度最高、与实际监测的结果吻合度高,能准确反映土壤全盐量时空变异规律及分布特征。运用反距离权重法对研究区1994、2001、2008和2015年的土壤全盐量观测数据进行空间插值,结果表明:研究区内的土壤全盐量最大值逐年增大,由1994年的2.2648%增大到2015年的3.2294%,土壤全盐量最小值除个别年份有所降低外,总体亦呈现增大趋势,全盐量平均值持续增高在2015年达到了1.1228%,较1994年总体增长了0.1167%;研究区土壤盐分总体呈现西南低东北高的分布状况,且西南区域土壤全盐量呈现降低趋势而东北区域则呈现增加趋势,该结果可为研究区土壤盐渍化的水盐调控及盐渍化治理提供借鉴。     

基于水平井技术的农田排水数值模拟研究

为了改良盐渍化土壤,合理开发浅层咸水资源,以华北滨海盐渍化土壤及浅层地下水为研究对象,通过建立Hydrus-Modflow耦合模型,利用水平井试验区实测土壤、气象、抽水试验数据等资料,探讨了水平井不同排水方式下地下水位的动态变化特征。结果表明,在天然状态下试验区地下水蒸发深度在2.5 m左右;以降低潜水位至临界深度为控制标准,单条水平井可以控制土地面积约6.67 hm~2;并且控制范围随着年抽水量呈现同步增长;同时,连续型和间歇型排水均能有效降低地下水位,使得包气带水分通量总体向下运行,土壤盐碱化得到有效控制。     

基于农户灌溉用水模型的渠井结合灌区渠井用水比例研究

为应对变化环境下农业用水供需矛盾日益突出的挑战,确定渠井结合灌区适宜的渠井用水比例,实现渠井结合灌区地下水多年动态平衡和生态系统的可持续发展.采用半结构化访谈的方式在典型渠井结合灌区——陕西省宝鸡峡灌区进行了大量田间调查,获取了作物种植类型、产量和种植成本,灌溉水源选择、灌溉用水量等基础数据,并将观察到的农户灌溉行为概念化和程序化,将农户灌溉用水行为与作物根区水文过程进行耦合,开发了一个具有物理机制的农户灌溉用水模型,模拟了不同渠井灌溉用水比例对地下水位动态、作物产量和农户生计的影响.模型在典型区域应用的纳什效率系数为0.58,表明模型可以用来模拟渠井结合灌区的地下水位.结果表明:若要维持灌区地下水位稳定和地下水采补平衡,塬上灌区丰、平、枯水年的渠井用水比例应分别为2:98、28:72、30:70,塬下丰、平、枯水年的渠井用水比例应为全井灌(0)、28:72、29:71.考虑丰蓄枯补原则,丰水年塬上灌区和塬下灌区的渠井用水比例分别为10:90和17:83时,地下水位可上升2 m;枯水年塬上灌区和塬下灌区的渠井用水比例分别为21:79和13:87时,地下水位可下降2 m.仅改变渠井用水比例时作物产量不变,且井灌比例增加时亩均净收入略有下降.开发的农户灌溉用水模型可以用来模拟渠井结合灌区的农户灌溉用水对地下水的影响,并可以量化渠井用水比例对地下水位、作物产量和农户生计的影响,可以确定不同水平年塬上、塬下灌区适宜的渠井用水比例,为灌区地表水地下水联合高效安全利用提供强有力的技术支撑.     

青铜峡灌区地下水埋深演变及驱动要素贡献率解析

【目的】定量分析青铜峡灌区地下水埋深演变规律及影响因素,科学指导灌区合理调控地下水位,维持水系统健康平衡。【方法】采用水量平衡法分析了青铜峡灌区1998—2017年地下水时空演变特征及地下水补排平衡贡献率。【结果】1998—2017年青铜峡灌区地下水埋深增大了0.69 m,增加速率为0.038 m/a,年内地下水埋深呈双峰双谷特征,空间上银川灌区地下水埋深增大明显,银川市区和银北灌区的大武口区形成大漏斗区。年际地下水变化的主要影响要素依次为渠系渗漏补给(39.71%)侧向排泄(28.24%)潜水蒸发(14.16%)田间入渗补给(7.46%);4—8月和11月渠系渗漏补给对地下水变化贡献最大(45.33%),9—10月和12月地下水侧向排泄是地下水变化第一驱动因素(45.6%);空间上,水位变化的第一驱动要素均为渠系渗漏补给,第二驱动要素各有不同,银川、银南和河东灌区为侧向排泄,银北灌区为潜水蒸发。【结论】引黄水量持续减少是青铜峡灌区地下水埋深增大的最主要原因,而合理的地下水埋深对于维持灌区的生态平衡具有重要意义。