岷江上游生态水遥感定量反演及径流预测模型研究

发布时间：2018-02-25 18:54

本文关键词： 生态水(层) 遥感定量反演中长期径流预测岷江上游　出处：《成都理工大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：水资源是支撑地球上一切生命和人类社会经济可持续发展不可替代的物质基础。径流变化对整个水文水资源系统的演化起着主导作用,并深刻影响区域资源环境和社会经济发展。对径流演变规律的研究是区域水资源合理开发与有效利用的前提和基础。中长期径流预测因其预见期较长,有利于为相关部门尽早开展水利调度及水资源优化配置等统筹规划提供依据。但是,受大气环流、太阳活动、水文气象要素、自然地理等诸多不确定因素的综合影响,河川径流的时空演变特征纷繁复杂,中长期径流预测相对短期径流预测而言难度较大,严重滞后于生产实际的需要。然而,我国洪旱等自然灾害频繁发生,如何提高中长期径流预测精度成为一个亟待解决的问题。中长期径流驱动成因在时间和空间上的统计特性比较复杂,成因预测模型的实际应用具有一定的困难。但是,建立在坚实物理成因基础上的径流预测模型,被公认为中长期径流预测的重要发展方向。随着现代科学技术发展,高效率大面积范围收集水文数据已成为可能,通过建立水文遥感遥测系统,借助卫星、雷达等空间信息技术,使得以现代科学技术和计算机为工具的水循环系统理论方法应运而生,成为当前中长期径流预测研究的热点之一。众所周知,河川径流变化不仅与气候因子(降水,气温等)有关,而且受陆表森林植被的影响。森林生态系统通过林冠层、枯落物层和土壤层拦截滞蓄降水,从而有效涵养土壤水分和调节河川径流。森林水源涵养功能是河川径流变化的重要驱动成因之一。传统水文研究通常对林冠层、枯落物层和土壤层三者独立进行典型样区实验来分析各自的水文效应。但是,这种方法操作复杂繁琐精度不高,而且以点代面的方法不能够全面、具体、真实地反应整个流域森林植被的涵养蓄水状况。森林植被对径流驱动作用的研究,迫切需要现代科学技术支撑。为解决森林植被水源涵养量难以采集与量化的难题,论文将本科研团队提出的植被生态水(层)遥感定量反演理论及方法引入中长期河川径流预测研究中。生态水(层)简称生态水层或生态水,是指与地球表层植物体紧密相关的水体,具体来说为地球表面植被层,包括叶面、腐殖层、表层植被根系土壤层中及植物体本身所能截留(滞留)或涵养的水量。这部分水围绕植被层形成水循环的一个特殊转换带或过渡带,主要作用为蒸发与蒸腾、调剂补给地表与地下水。已有研究成果表明,在原始森林区,生态水层所截取的水量可占降水量的30%-40%,有的高达60%,其量不可低估。在水文循环过程中,生态水的多寡,直接影响各水资源量的分配与在其储存体中滞留的时间,从而影响着河川流量的变化:在雨季对暴雨截流缓冲,避免形成洪水与洪峰;在旱季补充地表水与地下水,避免河谷迅速干早或断流。由于生态水(层)富水特征较为特殊,用常规方法难以提取和量化,论文采用以遥感定量反演技术为中心的陆表植被生态水量化方法。由于生态水(层)研究理论和技术的先进性,使其能够更加综合、宏观、定量地反映森林涵养水源功能,进而为研究森林植被对径流变化的影响,为建立中长期径流预测成因模型提供了有力的支撑。论文以岷江上游为例,利用遥感方法反演出研究区生态水资源量,结合同期气温、降水、径流等气象水文数据,建立生态水驱动径流预测模型。论文主要研究内容和创新成果如下:(1)在项目组前期研究成果的基础上,进一步完善了生态水(层)涵养模数模型,以岷江上游为研究区,建立了该流域1992-2005年间生态水遥感反演数据库,实现了森林植被水源涵养能力的量化。(2)在生态水遥感反演数据库建立的基础上,定量分析了研究区生态水变化趋势:生态水整体呈减少趋势,其中1992-1998年间减少较为明显,1998-2005年间减少有所放缓。生态水资源量变化与森林植被面积变化呈显著正相关关系。森林砍伐是1992-1998年间生态水资源量持续减少最主要的原因,而1998-2005年间生态水资源量减少趋势放缓得益于退耕还林还草、植树造林政策的实施,以及植被的自然修复。(3)建立了生态水驱动径流预测模型。从驱动角度分析径流成因,以降水、气温、生态水作为径流产生的三大驱动因子,建立岷江上游径流驱动因子数据库,研究并分析驱动因子与径流变化的相关关系,建立岷江上游生态水驱动径流预测模型。通过对预测模型进行验证、精度分析与显著性检验,证明了模型的有效性和实用性,研究结果表明年径流量主要由年降水量主导,而枯水期径流量的大小则与生态水资源量的大小密切相关。
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【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P332;TP79

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