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。     

基于GIS空间插值的降水分布模拟方法比较研究

为了获取区域最优插值方案,模拟降水空间分布信息,基于1960-2015年湖南省87个气象站点资料,利用ArcGIS 10.2软件平台,采用克里金法、反距离权重法、样条函数法和趋势面法对研究区近56 a年均降水量进行空间插值,通过比较各插值方法的插值精度获得适合区域的插值方法,并分析了研究区降水空间分布特征。结果表明:湖南省降水空间插值受多因素影响,具有不确定性。交叉验证显示幂值为4的反距离权重法插值精度较高,基于TENSION模型的样条函数法次之,基于三角函数模型的克里金法精度略差,阶为2的趋势面法插值精度最差,然而4种插值方法一定程度上均能反映湖南省年降水量的空间分布特征。此外,不同插值方法插值结果存在差异性,其中,普通克里金法插值面较为粗糙,反距离权重法和样条函数法插值面较为光滑,趋势面法插值结果较为单调。     

基于GIS的地下水矿化度分布特征研究

以德州市武城县为研究区,采用3S技术,布设采样点,于2011年进行两次野外采样,基于室内试验得到地下水矿化度数据,并结合1972年地下水矿化度数据,利用ArcGIS软件进行反距离加权空间插值处理,分析了该地区地下水矿化度时空变化特征。研究结果表明：研究区地下水矿化度空间变异趋势明显,数值为自东南区域的>1～2g/L逐渐增加到西北区域的>4～5g/L。地下水矿化度年内季相变化显著,春季矿化度均值为2.628g/L,冬季为1.748g/L。地下水矿化度较之1972年总体呈现下降趋势,平均降幅为1.52g/L。该结果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。     

基于地下水位插值与遥感解译的盐碱化等级划分

为探明受地下水位影响的干旱荒漠区土地盐碱化形成概率,选取甘肃省景泰川电力提灌工程灌区为研究区,以1994、2001、2015年TM影像数据与年均地下水埋深数据为本底数据,采用Arc GIS监督误差分类法对区域遥感影像进行不同程度盐碱地提取分类,运用克里金空间插值将实测地下水位进行空间转换,在此基础上,将分类结果和插值结果通过重分类消除量纲并进行等权重合并,同时把合并结果等间距分5级来表示受地下水位影响土地盐碱化形成概率。结果表明:1994-2015年灌区盐碱地呈现扩张趋势,增长率为61.87%,年均增长率为2.95%;地下水插值结果显示区域内整体地下水位抬升,年均抬升量为0.125 m,东北部地下水位变化最为剧烈;自西南到东北部土地盐碱化形成概率等级逐渐增加,土地等级转变较为明显,盐碱化等级为1、2级的土地明显增加,水位抬升对土地盐碱化等级增加影响突出。研究可为干旱荒漠区区域地下水利用提供理论依据。     

潍北平原土壤盐渍化特征及其影响因素

了解和掌握沿海地区土壤盐分分布特征、盐渍化程度及其主要影响因素,可为规划区工程桩基防腐措施制定和区域生态环境改良提供科学依据。以潍北平原为研究区,通过野外调查采样与室内测试分析获取土壤盐分数据,采用统计学方法和地理信息系统技术分析了土壤盐分和盐渍化指标的平面分布特征,识别了土壤盐渍化的主要影响因素,并提出了盐渍化的防治建议。结果显示,研究区土壤盐渍化总体处于低-中等水平,约20%的面积处于弱至中等盐渍化等级,土壤盐渍化程度呈现出由东北向西南逐渐降低趋势。土壤盐渍化类型主要为氯盐渍化和亚氯盐渍化,NaCl是盐分存在的主要形态。土壤盐分含量受多种因素的影响,其中土壤固有盐分的含量受沉积相(土壤成因)背景控制,地下水咸化是土壤盐分积聚的最主要影响因素。     

基于阻隔因素的耕地质量分等因素插值方法研究

在山地丘陵区,耕地质量等级调查评价中的分等因素属性值估算受到大、中型山体阻隔影响,造成分等单元各分等因素属性赋值结果的失准。以青海省平安区为研究区,研究基于阻隔因素的分等因素属性值估算方法,并与反距离权重插值、样条函数插值方法进行了交叉验证。结果表明:不同的插值方法对3个分等因素空间分布趋势的模拟基本一致;由于插值原数据的特征与插值原理的不同,导致基于阻隔因素的插值方法对不同的土壤性质表现不一致。土壤有机质和有效土层厚度最适宜的插值方法是基于阻隔因素的样条函数插值,而在土壤pH值插值中,基于阻隔因素的反距离权重插值精度最高;研究区内的土壤有机质含量和有效土层厚度的插值精度比不考虑阻隔因素的样条函数插值的平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差、相对均方根误差分别提高了11. 23%、10. 98%、7. 54%、9. 20%和15. 08%、11. 74%、17. 41%、9. 40%;采用基于阻隔因素的样条函数插值方法对有机质含量和有效土层厚度进行插值,二者实测值与预测值之间的决定系数分别为0. 927和0. 901。     

流域降雨空间插值方法比较

采用反距离权重法和普通克里金方法对流溪河流域范围内32个雨量站2005、2006年逐时降水量进行空间插值试验分析,流域格网分辨率为1 km×1 km,将插值结果与雨量计自记数据进行综合对比分析,研究结果表明:两种插值方法基本能反映流域降水量的空间分布特征,但普通克里金方法更适合流溪河流域降雨空间插值.有效样本点数据的空间分布很大程度上影响插值精度,流域内雨量站的密度对插值结果影响也非常显著.     

基于距离反比法的土壤盐分三维空间插值研究

以新疆兵团一块面积约70 hm2的盐碱地为研究对象,采用EM38与土钻取样相结合的方法得到了126个点不同土层(0~200 cm)的1 386个土壤盐分数据,应用三维距离反比法(3D-IDW)对土壤盐分进行了空间插值,探讨了垂向坐标扩大倍数和搜索点数对插值结果精度的影响。结果表明,研究区0~140 cm土层盐分平均含量较高,为1.84~2.11 g/kg,盐分变异较大,而140~200 cm土层盐分平均含量较低,为1.74~1.79 g/kg。所有土层盐分含量的统计特征值(平均值、标准差和变异系数等)均随土层加深而呈现递减的趋势。土壤盐分实测值和估计值的均方根误差随垂向坐标扩大倍数的增大而减小,随搜索点数的增加而增大,其值在0.1~0.4 g/kg范围内变化,当垂向坐标扩大300倍、搜索点数为6个时,插值效果较优。采用确定的参数对研究区的土壤盐分进行了三维空间插值,结果表明土壤盐分空间分布特征与实测值比较吻合,大部分区域土壤盐分含量小于2.5 g/kg,靠近北部和南部边界区土壤含盐量较低,属于非盐化土区,而大于4 g/kg盐化土主要分布在中间和南部局部区域。研究区80%土壤为非盐化土和轻度盐化土,20%为中度和重度盐化土。影响该区盐化土分布的主要因素有灌溉、局部地形、粘土层位置、地下水埋深和矿化度。当不同方向的取样间距相差很大时,选取合适的垂向坐标扩大倍数和搜索点数对保障3D-IDW法的插值结果精度至关重要。     

渭-库绿洲土壤盐渍化空间分布特征研究

为了研究渭-库绿洲土壤盐渍化空间分布特征,根据野外调查取样土壤数据,应用地统计分析方法中的普通克里格插值完成半变异函数计算以及理论模型的拟合,分析研究区土壤盐分空间分布特征。以土壤中的SO_4~(2-)、Cl~-、HCO~-_3、CO_3~(2-)、Mg~(2+)、Na~+、Ca~(2+)、K~+等盐分离子作为解释变量,以土壤含盐量,电导率,纳吸收比,pH等作为响应变量,对土壤土层进行冗余分析(Redundancy Analysis,RDA),解析解释变量和响应变量的对应关系。最后利用Moran散点图和LISA集聚图,来探索研究区土壤含盐量空间自相关性特征。研究结果表明:研究区随土壤深度的增加,含盐量逐渐减少,呈重盐渍化到非盐渍化趋势;土壤含盐量东部高于西部,各土层盐分分布呈现出一定的区域差异性;Na~++K~+是阳离子中主控离子、SO_4~(2-)-Cl~-是阴离子中主控离子;土壤含盐量较高的区域和土壤含盐量较低的区域呈现出两极集聚。     

基于电磁感应技术的区域三维土壤盐分空间变异研究

以孔雀河流域典型地带为研究区域,利用电磁感应式大地电导率快速测定技术探测获得表观土壤电导率数据,构建了基于电磁感应技术的区域尺度剖面分层土壤盐分精确解译模型,精准解译出研究区剖面土壤盐分含量信息,并以此为数据源采用三维普通克里格法解析并评估了研究区土壤盐分三维空间分布特征。研究表明,不同测量位数据的综合应用能够表征剖面土壤盐分信息,构建出的剖面分层土壤盐分解译模型具有较好的精度;研究区不同区位土壤盐分三维分布呈现明显差异;研究区土壤主体属中度以上盐渍化,局部地带属于重度以上盐渍化土壤,需采取有效治理措施对土壤盐渍化进行可靠防控。     

田块尺度下的苏北滩涂新垦农田土壤盐分空间变异性分析

为了消减盐碱障碍和提升地力,研究了苏北典型滩涂新垦农田土壤盐分的空间变异性。结果表明,农田土壤盐分东低西高,整体上属轻度盐渍化(含盐量1.27～1.98g/kg),但存在着盐斑(含盐量大于2g/kg)。表层及次表层土壤含盐量空间自相关程度强烈,其结构方差比分别为88.88%、80.75%;而其余土层含盐量间自相关程度为中等。垂直方向上,土壤盐分主要集中在犁底层(20～40cm)。     

盐渍化平原区玉米产量空间变异与地形关系研究

选择华北平原中存在盐渍化的禹城市作为典型研究区,在获取全市范围玉米测产、地形数据信息的基础上,利用空间插值技术研究了地形因子对玉米产量的影响.研究发现,禹城市玉米产量沿东北到西南方向逐渐递增,与地形起伏一致.地形起伏虽然较小,但玉米产量仍随着海拔高度的增加而增加,呈极显著正相关(R=0.263,p＜0.01).平面曲率与玉米产量呈显著负相关(R=-0.245,p＜0.05),即田块的平面曲率越大,越易积聚盐分,导致玉米产量越低.地形因子对禹城市玉米产量空间变异起到12.4％的影响作用.     

伊犁察南灌区土壤盐分时空变异特征与运移机理研究

以伊犁河谷察南灌区为研究区,运用磁感式电导率快速获取技术及室内分析相结合手段,通过构建盐分解译模型,获取2015年及2016年秋季0~30 cm、30~60 cm、60~100 cm土壤盐分含量。对土壤各土层进行了盐渍化分级统计和半方差函数分析及空间插值分析。对研究区高程信息进行提取,并通过调查河流影响范围对河流进行缓冲区分析。旨在构建适用于研究区及同类型灌区磁感式盐渍土地快速精量诊断评估与利用规划技术体系,了解干旱、半干旱区灌溉农田土盐时空变异特征,并对土盐时空运移机理进行研究。初步研究表明,相比于2015年秋季,2016年秋季研究区非盐化土面积显著减小,中度盐化土面积显著增加,非盐化土、轻度盐化土呈现向中度盐化土演变的趋势;研究区土壤盐分呈现向中部及东部区域运移的趋势,盐化土面积增加,且盐分含量均值增大;另外,在空间大尺度范围上,河流是影响土盐运移的主要影响因素,在局域小尺度范围内,地势是影响土盐运移的主要影响因素。     

基于Landsat 8的节水改造背景下盐渍化土壤含盐量反演

为探明沈乌灌域节水改造后因渠道衬砌、引排水量减少引起的土壤含盐量时空分布特征及变化规律,采用区域土壤信息定点监测,结合经典统计学、空间插值以及机器学习建模反演等技术手段,利用Landsat 8卫星获取光谱数据,通过对实测土壤含盐量、光谱指数及波段反射率进行处理,运用Adaboost回归、BP神经网络回归、梯度提升树回归、KNN回归、决策树回归、随机森林回归方法构建了沈乌灌域土壤含盐量空间反演模型。采用最优反演模型对沈乌灌域土壤含盐量空间分布特征进行了遥感反演。结果表明： 通过全变量单一回归法筛选出相关系数大于0.55的9个光谱因子,使用SPSS PRO软件构建6种机器学习反演模型,对比6种反演模型精度,验证集决定系数R2由大到小依次为随机森林回归、梯度提升树回归、Adaboost回归、KNN回归、决策树回归、BP神经网络回归。其中随机森林回归模型的拟合精度最佳,训练集与验证集的决定系数R2分别为0.834和0.86,说明随机森林回归模型的反演效果较好。反演结果表明：节水改造后非盐渍土面积增加391.7km2,占灌域总面积的21%,中度盐渍土面积、重度盐渍土面积、盐土面积分别减少95.61、63.37、45.7km2,分别占灌域总面积的5%、3%、2%。综上所述,节水改造工程完成后,沈乌灌域土壤盐渍化程度减轻,作物生长安全区面积增加,但由于渠道衬砌以及引排水量减少,土壤盐分淋洗效果减弱,土壤盐分在灌域内部运移,整体土壤环境得到改善,局部地区出现盐分聚集。     

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。     

四川省参考作物腾发量时空分布特征及成因分析

为探究四川省参考作物腾发量（ET0）的变化,利用1961－2010年四川省12个气象站点的逐日气象观测资料,使用联合国粮农组织（FAO）1998年推荐的Penman-Monteith公式计算各站点ET0,并在此基础上采用GIS的克里金插值、Mann-Kendall趋势检验及相关分析方法分析ET0的的时空变化规律及其原因。结果表明：1961－2010年四川省各站的年ET0总体呈波动性递减趋势,其中ET0在1992年以前显著下降,之后逐渐上升;ET0年内分布不均,呈单峰曲线变化趋势,最大值在6月,达到了3.2 mm?d-1;ET0空间分布基本呈现自东北、西南向中部递减趋势,自西部青藏高原到中部成都平原ET0逐渐减小,再过渡到东部丘陵区ET0又逐渐增大,随地理纬度的增大呈递减趋势,随海拔高度的增大呈递增趋势,时空分布存在较大的区域差异;ET0和气象因子的相关分析结果表明,ET0和日照时数、风速呈显著正相关（α=0.05）,是四川省ET0变化的主要影响因素。     

山区降水空间分布的插值分析

降水空间分布信息是进行区域水资源管理的基础,同时也是区域防洪减灾中所需的重要信息。采用地质统计学方法克里金方法,建立了区域降水插值模型。并以黄河故县以上集水区域为例,进行多年平均月降水插值实验。由于研究区域为地形起伏的山区,因此降水空间分析中又建立了融合地形信息的人工神经网络模型。此外还选取泰森多边形法、距离平方反比法、线性回归法,采用交叉验证法对各方法的插值精度进行对比分析。研究显示,克里金方法和融合地形信息的人工神经网络模型插值精度较高。。