基于GIS平台的地下水埋深与植被盖度响应关系研究

由于我国北方地区多为干旱半干旱气候,降雨稀少、蒸发强烈、生态环境脆弱,因此地下水的水位埋深对区内的植被生态有着重要的影响。本次研究以ARCGIS空间分析技术为平台,以我国通辽地区为典型研究对象,在充分掌握区内地质、水文地质以及生态植被等条件的基础上,从区域尺度上定量分析了植被生长状况与地下水位埋深的相互关系。研究表明:在内蒙古通辽地区,适宜植被生长的最佳地下水埋深为2～2.4m,植被能够生长的地下水埋深范围是1.3～3.8m,不适宜植被生长的地下水埋深范围是3.8～7.5m,当地下水埋深大于7.5m时,地下水埋深与植被覆盖度相关度很小。     

基于IL-HMMs预测模型的地下水埋深预测研究

以西北干旱典型县域磴口县为研究区,基于增量学习的改进隐马尔可夫预测模型(IL-HMMs),对区域地下水埋深进行了预测研究。为检验IL-HMMs模型预测效果,将模型预测结果与2013年长观井的实测数据进行了比较;同时为检验模型的优劣性,与未经增量学习的隐马尔可夫模型(HMMs)、加权马尔可夫链(WMCP)和BP神经网络(BP neural network,BPNN)预测模型的预测结果进行了比较。结果表明:与其他几种预测模型相比,IL-HMMs模型预测精度显著提高,误差更小,有较好的鲁棒性。并使用IL-HMMs模型对2018年地下水埋深进行了预测,预测结果表明,2018年地下水年平均埋深略有增加、局部区域地下水埋深增量加剧。基于IL-HMMs模型的地下水埋深预测具有很好稳定性的同时对新数据加入又有很好的鲁棒性,可为地下水埋深动态预测提供思路与方法补充,为区域地下水资源开发利用和保护提供重要依据。     

浅埋条件下天然羊草群落生育期蒸散量的计算方法

该文以荷兰Wageningen农业大学等单位开发的土壤-水分-大气-作物系统模拟模型(SWAP模型)为基础,模拟计算浑善达克沙地地下水浅埋区天然羊草群落生育期蒸散量。为了确保模拟精度,首先在2003年野外试验以及室内试验所得的土壤水分数据基础上,利用2005年实测气象资料及作物指标,以2005年实测的土层剖面水分数据,对SWAP模型的参数进行率定,得到适合当地条件的模型参数;然后用2006年的数据对选定的模型参数进行检验和确定。结果表明:SWAP模型有良好的精度,可用于模拟地下水浅埋区蒸散量。     

吐鲁番市地下水埋深及水位时空变化规律研究

为了探究吐鲁番市近20年来地下水埋深及水位时空演化规律,依据吐鲁番市1:5万吐鲁番监测区潜水等水位线及等埋深图(1995年和2004年),吐鲁番市地下水动态监测报告(1993年-1995年,2003-2012年)等,运用MAPGIS、SURFER等软件绘制了地下水水位降深图,显示规律为:2004-2014年地下水降深相比于1995-2004年,在0~5及5~10m间的面积均有所减少,而降深在10~15及15~20m的面积均有所增加,其中降深在10~15m的面积增加了23.76%。运用SPSS软件,采用偏相关分析方法研究地下水埋深与开采量之间的相关关系。吐鲁番市地下水埋深和开采量的相关系数达到了0.8,两者密切相关。     

基于CEEMD-BP耦合模型的灌区地下水埋深预测

为了科学预测人民胜利渠灌区地下水埋深,促进灌区水资源的可持续利用,针对灌区地下水埋深具有非线性、非平稳性与预测精度低的特征,基于CEEMD具有非平稳信号平稳化的能力和BP神经网络较强的非线性和不确定性映射能力与预测效果,构建了基于CEEMD-BP的灌区地下水埋深预测耦合模型.将该模型应用于人民胜利渠灌区地下水埋深预测中...     

地下水埋深对作物的影响研究现状

根据国内外的研究成果,对地下水埋深对作物的影响的研究现状进行了分析和总结。地下水埋深影响作物土壤水分吸收和盐分运移,影响作物生长发育、产量。适宜的地下水位能够改善作物的土壤环境,提高根系活力,增加作物产量。最后提出了需要进一步研究的问题。     

地下水埋深与芦苇生长的响应机制研究

由于芦苇各生长阶段需水量不同,对芦苇湿地进行水位的管理会影响芦苇的生长发育和产量。通过为期2年的野外试验,利用桶栽方法,控制地下水埋深分别为0(饱和状态)、10、20、30、40 cm的试验条件,利用SPSS分析软件,得出不同地下水埋深与芦苇苗期各项生长指标的响应状况。结果表明,不同的地下水埋深处理对芦苇的株高生长、茎粗生长和分蘖影响显著,其中10 cm是芦苇苗期生长和出苗的最佳地下水埋深。可见,控制芦苇不同时期生长的地下水埋深状况,能有效提高芦苇产量。     

农田排水条件下降雨补给与地下水埋深关系的试验研究

以室内一维土柱试验和室外水平衡小区观测资料为基础,对农田排水条件下降雨入渗补给与地下水埋深关系进行了分析。根据降雨,蒸发与地下水埋深关系相似的规律,仿照国内外排水计算中较为广泛应用的阿维里扬诺夫经验公式的结构形式,建立起降雨入渗补与地下水埋深的关系,并采用室内外试验资料对该关系进行了验证。     

基于数据同化的地下水埋深插值研究

以西北干旱区典型县域磴口县为研究区,以2015年8月份40个地下水采样点的样品数据为基础,引入集合卡尔曼滤波(En KF)数据同化将其优化作为主变量,以蒸散发量反演结果以及归一化植被指数(NDVI)数据为协变量,进行协同克里金插值,同时与未采用同化的协同克里金插值结果以及经同化采用普通克里金插值结果进行交叉验证。结果表明:三者在较大空间尺度上对地下水埋深空间分布趋势的模拟基本一致,南部沙漠地区整体较高,在空间分布上表现为明显的地理规律性。同化后的数据进行协同克里金插值的结果改善最显著,平均误差、均方根误差、平均标准误差均优于未同化插值结果,其中平均误差仅为0.270 5 m。与普通克里金插值方法相比,协同克里金插值考虑蒸散发与NDVI的协同作用,精度明显提高,平均误差减小0.409 7 m,均方根误差减小0.078 4 m,平均标准误差减小1.016 7 m。     

不同时间尺度下冻融灌区地下水埋深CAR模型优选

为提高冻融灌区地下水埋深的预测精度,探索不同时间尺度数据源对地下水埋深预测的影响,以河套灌区永济灌域为研究区域,针对地下水埋深在时间序列上表现的滞后性和非线性,建立了不同时间尺度(月、季、年) CAR模型,并进行了不同输入变量CAR模型的差异性分析。结果表明:季尺度数据源CAR模型拟合效果明显优于月尺度数据源CAR模型和年尺度数据源CAR模型,拟合效果较好的季尺度数据源CAR模型的决定系数(R~2)、NashSutcliffe系数(E_(ns))和均方根误差(RMSE)分别为0.936、0.934和0.046 m,较拟合效果较差的月尺度数据源CAR模型各项指标分别提高了11.30%、11.86%和降低了32.35%。仅考虑冻融期气温的CAR模型明显优于考虑气温的CAR模型和不考虑气温的CAR模型。冻融灌区最优地下水预测模型为季尺度数据源且仅考虑冻融期气温的CAR模型,其R~2为0.941,E_(ns)为0.940,RMSE为0.044 m,模拟精度较高。     

土体冻胀与地下水关系的研究进展

地下水与冻胀之间的关系在各种工程的施工设计、冻害防治和农业灌溉中起着重要的作用。地下水位的高低直接影响着土体的冻胀。概述了近五十年来我国在这方面取得的成果。包括产生冻胀的地下水位临界深度，受地下水位影响的冻胀带的分布规律和冻胀性分类，冻胀与地下水位之间的定性定量关系以及他们之间的作用机理。今后的研究发展方向是加强冻胀机理的研究，建立健全冻胀预报模型的研究和对冻结过程中地下水位变化的研究。     

银北高水位盐碱地土壤盐分与地下水特征关系分析

根据银北灌区典型高水位盐碱地的土壤盐分与地下水特征的监测数据,运用相关分析法与主成分分析法,对土壤盐分与地下水埋深、地下水水化学特征之间的关系进行了分析。结果表明:(1)研究区土壤盐分垂直分布呈现明显表聚性,0~20 cm土层全盐含量均值为3.34 g/kg,p H均值为8.81;研究区内71%地下水样为微咸水,矿化度TDS均值为2.69 g/L;土壤全盐及盐分组成呈中等强度变异,土壤p H值呈弱变异。(2)耕层全盐含量与土壤中除CO32-和HCO3-的其他离子均呈极显著正相关,其中与Na+、Cl-、SO42-等离子的相关系数大于0.9,与地下水中各指标相关性大小排序为;SO42->矿化度>Cl->Na+>地下水埋深;地下水矿化度与地下水中除CO32-和HCO3-的其他离子均呈极显著正相关,其中与Na+、Cl-的相关系数大于0.9;土壤中的Na+和Cl-与地下水埋深呈显著负相关,与地下水矿化度和地下水中的SO42-呈显著正相关,土壤中的SO42-与地下水埋深呈显著负相关,与地下水矿化度和地下水中的SO42-呈极显著正相关。(3)主成分分析结果表明:影响研究区土壤盐渍化程度的主要因素依次为地下水含盐量及主要盐分离子、土壤中的主要盐分离子、地下水埋深。     

2000—2012年科尔沁沙地植被与气候因子间的响应关系

利用2000—2012年气温、降水量、归一化植被指数（NDVI）数据,对科尔沁沙地气候与植被变化特征及其定性与定量响应关系进行了分析。结果表明,研究区植被长势自东向西逐渐变差有28.56%的面积呈变差趋势,其余呈变好趋势;多年植被长势呈变好趋势,降水呈微弱增加趋势,气温变化趋势不明显。累积2~3个月降水量、当月及平均2~3个月气温对植被影响较大;降水量增多、年内4—11月份气温升高、4—8月份单月年际变化中4月最低气温升高和6—8月份平均、最高气温降低,均促进植被生长;水热同期比单独因子变化对植被影响更大。NDVI在0.03~0.33时受气温影响显著;在0.33~0.43时受降水量影响显著;在0.43~0.62时受水热共同影响显著;在0.53~0.62时气温升高会抑制生长。当降水、气温分别在一定范围内变化,或在一定范围内变化时的水热共同作用下,NDVI响应于一定范围,且部分响应范围间有共同的重叠响应区域。     

时间序列的疏系数季节模型在地下水动态模拟中的应用

由于地下水埋深受气象因素影响呈现年周期变化，且因气候的波动和生态环境的变迁，使地下水埋深在不同年份相同阶段并不相同。将时间序列的季节模型用于人民胜利渠古黄河背河洼区、漫滩区月平均地下水埋深动态建模之中。计算结果表明，模型为疏系数季节模型，模型精度显著高于自回归模型。     

关于地下水位动态预测模型的进一步研究

针对目前建立地下水动态预测模型所存在的问题，通过引入综合因子时间作为预测模型的主因子，用河道补给和降水因素作为修正因子，并利用指数值的大小间接反映其权重，使所建模型物理含义清晰，计算方法简捷，有效提高了模型的拟合及预测精度，并通过实例进行了残差平方和、标准剩余差及相关指数计算比较。     

陕北风沙草滩区包气带含水率、地下水埋深与降雨量的关系研究

以陕北风沙滩地区为研究区域,研究了次降雨及累计降雨对包气带和地下水的补给作用。结果表明,包气带浅表层的无效降雨量约为2.0 mm;对地下水补给的无效降雨量约为16.0 mm;降雨入渗过程中包气带各埋深处的滞后时间自上而下从1 h逐渐增加到15 h。     

基于ELM模型的浅层地下水位埋深时空分布预测

选用石家庄平原区补排因子的多种组合为输入参数,利用28眼水井的实测资料作为预测目标值,首次建立基于极限学习机(Extreme learning machine,ELM)的地下水位埋深时空分布预测模型,讨论补排因子在不同缺失情况下对模型精度的影响;利用Arc GIS分析误差空间分布趋势,并与常用的三隐层BP神经网络模型进行对比。结果表明:基于水均衡理论的ELM地下水位埋深模拟模型能够准确反映人类和自然双重影响下地下水系统的非线性关系,模型输入因子中缺失降水量或开采量的模拟结果均方根误差(RMSE)比缺失其余因子的RMSE高2.00倍及以上,同时模型有效系数(E_(ns))和决定系数(R~2)进一步降低;与BP模型相比,ELM模型可使RMSE减小43.6%,误差区间降低46.4%,Ens和R2提高至0.99,且RMSE在空间相同区域上均明显呈现出ELM模型小于BP模型;ELM模型在南部高误差区的移植精度(RMSE低于1.82 m/a,E_(ns)高于0.95)高于BP模型(RMSE超过3.00 m/a,Ens低于0.85);因此,影响地下水位埋深的主导因素是降水量和开采量,且ELM模型在精度、稳定性和空间均匀性上较优,移植预测效果较好,可利用已知资料推求区域空间内其余未知水井的浅层地下水位埋深;该模型可作为水文地质参数及补排资料缺乏条件下浅层地下水位埋深预测的推荐模型。     

基于植被蒸散发法的孔雀河流域天然植被生态需水估算

【目的】定量天然植被生态需水,为流域有限水资源的合理分配和使用供科学依据和决策参考。【方法】采用FAO56Penman-Monteith公式,结合干旱强度指数DSI,分析新疆孔雀河流域2000-2016年天然植被生态需水时空变化特征,幵计算了丌同干、湿状况下天然植被的生态需水。【结果】①研究区内天然植被生长季多年平均生态需水量为7.575 7×10^8 m^3,天然草地需水量大于天然林地需水量。②从时间上看,2000-2016年天然植被生长季生态需水总量以2006年为分界点整体上呈现出上升-下降波动趋势;在生长季内变化特征上,天然植被的生态需水主要集中在6-8月,占植被主要生长季全部需水量的69.64%;从空间上看,天然植被生态需水主要集中在绿洲区的农区外围及河流中、上游两侧。③丌同干、湿状况下,天然林、草地单位面积生态需水量均表现为:正常年>湿润年>轻度干旱年>极度干旱年,天然植被生态需水总量呈现:极度干旱年>正常年>轻度干旱年>湿润年。【结论】丌同干湿条件下天然植被生态需水存在差异,气候因子和天然植被面积的变化是导致生态需水差异的主要因素。     

堤内地下水受河水位的影响规律及其排水研究

河水位对堤内地下水有重要的影响,且河水向二岸的侧渗常导致堤内排水困难,使农作物遭受渍害。针对汉江中下游典型的二元土壤结构,利用V isualM od flow建立地下水流数学模型,模拟分析堤内地下水位和沿程“向上补给”流量随河水位变化的规律。为了排水降压,将渗流模型简化,导出排水沟深度和间距的计算公式,并用数值法验证了该处理方法的正确性。研究成果可为河岸渍害的防控提供理论依据。