基于遥感的区域ET分析及水资源利用效率评价

发布时间：2017-07-20 03:08

  本文关键词：基于遥感的区域ET分析及水资源利用效率评价

  更多相关文章： 蒸散发 SEBS模型 MODIS数据 禹门口灌区

【摘要】：蒸散发(Evapotranspiration,ET)是区域水-热循环的一个重要环节,准确的估算蒸散发量,对区域水资源的优化配置具有重要的意义。随着地表能量平衡系统的研究深入和遥感技术的日趋成熟,利用遥感模型估算蒸散发量成为当前获取区域尺度蒸散发数据的一个快捷、方便、有效的方法。在农业水资源利用中,利用遥感蒸散模型可以较为准确估算灌溉耕地的蒸散发量及作物需水量。因此本文基于水资源“有益消耗”和“无益消耗”的理念,将遥感反演的农田蒸散发量与有效降雨量之差定义为农业水资源的有益消耗量,并以此评价农业灌溉水利用效率。本文选取禹门口引黄灌区2007-2012年MODIS影像及气象站点的气象观测数据,利用ENVI4.8平台实现SEBS(Surface Energy Balance System)模型运算,计算出区域的地表反照率、植被指数等地表参数,进而求得各地表能量通量,最终求得日蒸散发量;将计算成果与气象站实测日蒸散数据对比进行精度验证;同时对地表物理参数、能量平衡分量、日蒸散发量的空间分布、时间变化规律进行了分析。主要研究内容如下:1、数据收集及预处理。收集禹门口灌区2007-2012年的每日遥感数据、气象数据、数字高程模型(DEM)数据以及土地利用等数据,并筛选出研究区域上空无云的遥感数据;对以上数据进行了预处理,包括遥感影像的投影变换、拼接、裁减、坏值处理;DEM数据的重采样、裁减,坡度、坡向数据的计算以及气象数据的整理等。2、遥感蒸散发量的估算及精度分析。利用SEBS模型计算了地表各能量通量,求得禹门口引黄灌区2007-2012年序列的蒸散发数据。同时,利用2011年影像质量较好的20幅遥感计算结果结合稷山、侯马站的实测蒸发数据对模型精度进行验证。结果表明遥感模型的估算精度较好,6年间蒸散发量的年际变化不大,平均值为760.97mm。3、探索遥感蒸散发时空分布规律。由典型日的蒸散发资料分析:在空间分布上,由于典型日地表覆盖类型的不同,种植作物的不同,日蒸散发的空间分布也呈现出不同的形态。但是山地地区的日蒸散发量始终维持在较高的水平。从时间变化来看,七月份蒸散发量最大,四月和九月份次之,十一月份日蒸散发量最小。4、探讨遥感蒸散发与土地覆盖类型的关系。利用GIS软件对地表蒸散发和土地覆盖类型图作空间分析,结果表明地表蒸散发与土地覆盖类型的关系密切,林地覆盖区蒸散发量最大,其次是草地,耕地和城镇用地蒸散发量最小。5、灌溉水利用效率的评价。利用水量平衡模型结合遥感蒸散发、有效降雨和灌区总用水量数据,计算出农业灌溉水资源的利用效率,并评价2007-2012年的灌溉水资源利用效率。结果表明该时段内灌区灌溉水资源利用效率在51.3%-62.7%之间,水资源利用效率现状水平中等。利用遥感模型计算的蒸散发数据,结合水量平衡模型评估水资源利用效率的方法,避免了复杂的作物根系层水量的计算问题,所需数据获取方便、适时、速度快,计算过程简单明了。研究成果应用于禹门口引黄灌区,对灌区的水资源优化配置具有重要的指导意义。
【关键词】：蒸散发 SEBS模型 MODIS数据 禹门口灌区
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S127;S27
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 蒸散发研究现状13-16
• 1.2.2 水资源利用效率评价研究现状16-19
• 1.3 研究内容和技术路线19-22
• 1.3.1 主要研究内容19
• 1.3.2 技术路线19
• 1.3.3 本论文的特色19-22
• 第二章 研究区概况22-28
• 2.1 地理位置22-23
• 2.2 地形地貌23
• 2.3 水文气候23-24
• 2.4 土壤与种植作物24-25
• 2.5 研究区水资源利用存在的问题25-28
• 第三章 SEBS模型原理28-40
• 3.1 SEBS模型简介28-29
• 3.2 地表参数的遥感估算29-31
• 3.2.1 地表反照率29
• 3.2.2 归一化植被指数29-30
• 3.2.3 地表比辐射率30
• 3.2.4 植被覆盖度30
• 3.2.5 叶面积指数(LAI)30-31
• 3.3 净辐射通量31
• 3.4 土壤热通量31-32
• 3.5 感热通量32-37
• 3.5.1 热量和动量传输粗糙度的计算33-34
• 3.5.2 稳定度订正函数34-36
• 3.5.3 极端情况下的感热通量36-37
• 3.6 潜热通量与蒸发比37-40
• 第四章 蒸散发的遥感估算40-68
• 4.1 数据获取及预处理40-47
• 4.1.1 遥感数据简介及获取40-42
• 4.1.2 遥感数据预处理42-43
• 4.1.3 气象数据43-45
• 4.1.4 DEM数据45-46
• 4.1.5 矢量数据46-47
• 4.2 SEBS模型的计算步骤47-49
• 4.3 地表物理参数反演49-55
• 4.4 地表能量平衡分量55-64
• 4.4.1 净辐射通量55
• 4.4.2 土壤热通量55-58
• 4.4.3 感热通量58
• 4.4.4 潜热通量58-61
• 4.4.5 日蒸散发量61-63
• 4.4.6 ET与土地覆盖类型的关系63-64
• 4.5 蒸散发量的精度验证64-68
• 第五章 禹门口灌区水资源利用效率分析68-78
• 5.0 水量平衡模型68-69
• 5.1 有效降雨69-71
• 5.2 年蒸散发量71-72
• 5.3 有效灌溉量72-73
• 5.4 灌溉水资源利用效率计算73
• 5.5 结果分析73-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-86
• 致谢86-88
• 硕士期间所获得的成果88

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本文编号：565986