2000—2016年叶尔羌河中下游植被覆盖动态变化遥感分析

【目的】获取干旱区内陆河流域地表植被覆盖变化信息,探讨和揭示内陆干旱地区地表植被空间演变规律。【方法】以叶尔羌河流域2000—2016年Landsat系列遥感影像数据、水文和气象数据、社会经济数据为主要数据源,基于RS、GIS及GPS等技术,采用空间数据处理、信息提取解译、海量数据建库、图属一体化、数据仓库管理技术等方法,研究分析2000—2016年流域植被覆盖时空动态变化及驱动因素。【结果】①从时间方面看,2000—2016年研究区植被覆盖面积整体呈减少趋势,即由2000年的6 025.9 km^2减少至2016年的5 620.4 km^2,减少了405.5 km^2,年减少率为0.42%,其中,主要为低盖度植被向劣盖度植被转移,研究区植被覆盖趋于退化;②从空间方面看,研究区天然植被主要分布于B段(叶尔羌河与提孜那甫河汇合处至三河汇口处),以劣植被覆盖为主,2000—2016年植被覆盖度减少区域主要集中在A段(卡群以下至叶尔羌河与提孜那甫河汇合处),且减少的植被覆盖多为劣盖度。【结论】研究区生态水平退化主要因素可归结为平原区气温升高造成的蒸散发损失加大及绿洲水土资源开发利用挤占生态用水造成的地下水位下降。

基于SRM模型的金沟河流域融雪径流模拟

金沟河是以融雪为主要补给水源的山区性河流,为了更好地指导流域的水资源分配工作,在借助金沟河流域水文气象数据、DEM数据与MODIS数据的基础上,利用融雪径流模型进行金沟河流域的融雪径流模拟研究。研究结果表明:(1)SRM模型在金沟河流域具有良好的适用性,流域2009年4—9月份的拟合优度确定系数与体积差分别为0.87与2.0%,基本达到模型在其他流域应用的平均水平。(2)模型汛期峰值与峰值出现时间模拟出现偏差,汛期径流补给来源较为复杂。模拟结果可为金沟河流域径流预测提供一定的参考依据。

金沟河流域水文气象要素关系变异诊断

为了研究全球气候变化背景下金沟河流域水文、气象要素变化特征,选取内陆干旱区金沟河流域八家户水文站1964-2016年实测年径流资料和同步实测气象(气温、降水)资料,在采用累积距平法、R/S分析法、M-K趋势检验法分析水文气象要素序列演变规律的基础上,运用Pearson相关系数法分析径流与气温、降水间的相关性,将偏相关系数法与数据滑动窗口技术相结合,分析径流与气象要素(气温、降水)间的相互关系及变异特征,最后采用双累积曲线法对变异点进行验证。结果表明:金沟河流域1964-2016年年径流量以极其微弱的趋势波动增加,增加趋势不显著(0 <U=1. 0 <Uα/2=1. 96),并且未来一段时间内年径流量将继续保持上升趋势(H=0. 68>0. 5);同时段气温具有极显著的增加趋势(U=4. 33> Uα/2=2. 56> 0),未来气温将呈现出明显的持续增加趋势(H=0. 78> 0. 5);同时段降水具有显著的增加趋势(U=2. 13> Uα/2=1. 96> 0),未来降水将持续增加(H=0. 54> 0. 5);相关性分析表明,气温是影响金沟河流域径流的主要气象因子;滑动偏相关系数法分析表明,径流-气温联合序列变异点为1985年,采用双累积曲线法进行验证,结果与其一致。

基于滑动Copula函数的新疆干旱内陆河流水文气象要素变异关系诊断

选取乌伦古河流域源流区出山口二台水文站1959—2015年长系列实测月径流量和同步气象观测资料,采用累积距平法、R/S分析法、Mann-Kendall趋势检验法,在对水文、气象要素序列演变规律分析的基础上,运用Person相关系数法分析径流与降水、气温的相关性,将Copula函数与数据滑动窗口技术相结合分析了径流与气象要素(降水、气温)的内在关系及变异特征。结果表明:(1)乌伦古河源流区年径流量以0.026亿m3/10a的微速率波动减少,减少趋势不显著(Uα/2=-1.96<U=-0.15<0),未来呈增加趋势(Hurst指数H=0.36<0.5);同时段年降水量以7.52mm/10a的微弱增长速率波动增加,且在1990年后,波动较为频繁,未来呈持续增加趋势(Hurst指数H=0.63>0.5),增加趋势显著(U=2.57>Uα/2=1.96);(2)年降水量是影响乌伦古河源流区径流量的最主要因子;(3)将年降水作为气象因子与径流量构成联合序列,进行基于滑动Copula函数对乌伦古河流域源流区长系列径流—降水联合序列进行了变异特征分析与变异点诊断,表明:其径流—降水关系变异点位是1979年,且由第一阶段(1959—1979年)的Clayton-Copula函数分布变异到第二阶段(1980—2015年)的Gauss-Copula函数分布。研究结果与实际相符,造成该研究区径流序列变异的原因主要归结为第一阶段(1959—1979年)降水量和年均气温的显著减小趋势,以及1980年以后由于人类活动强度加大,二台水文站以上干支流先后修建了库容总量约3 000万m3的水库,对流域降水产汇流及河道上下游径流间的自然相关关系的改变。

基于多种水文学方法的干旱区内陆河流健康流量重构

[目的]采用多种水文学方法重构叶尔羌河河流健康过程,以期为基于河流健康的生态调控提供科学依据。[方法]以新疆干旱内陆河流叶尔羌河为研究对象,选取卡群水文站1957—2015年逐月实测流量资料,基于叶尔羌河包括河流形态、水文条件、河流生态系统等河流修复目标,兼顾目标的功能需求性与可达性,将河流保护目标分为保守目标和最优目标,采用改进Tennant法、Texas法、月保证率法、河流输沙需水经验公式等水文学方法,重构叶尔羌河各时段健康流量过程。[结果](1)保守河流保护目标下枯水时段、平水时段和丰水时段的平均健康流量分别为4.93,13.35,80.49m^3/s,折算成水量依次为5.20×10~7,1.41×10~8,8.48×10~8 m^3。考虑输沙需水情况,年健康需水量为1.19×10~9 m^3。(2)最优河流保护目标下枯水时段、平水时段和丰水时段的健康流量分别为14.95,24.14,182.12m^3/s,折算成水量依次为1.56×10~8,2.54×10~8,1.92×10~9 m^3。考虑输沙需水情况,年健康需水量为2.33×10~9 m^3。[结论]通过对比相关文献、资料,认为基于多种水文学方法的干旱区内陆河流健康流量重构成果基本合理,可为后续河流健康的水资源调控界定和生态环境保护等方面提供科学指导。

熵权属性识别模型综合评价灌溉管理模式

针对节水灌溉运行管理模式在优选过程中,各方案中指标的多属性特征,采用熵值法赋权与属性识别理论相结合,建立了熵权属性识别运行管理模式综合评价模型,通过计算各指标属性测度、灰色接近度和评分准则进行排序分析,选出最适宜模式。熵值赋权可减小因主观因素带来的误差,属性识别有效判别指标值属性测度,灰色接近度的计算从客观的角度判断了管理模式的等级。该模型评价思路清晰、便于计算,可为管理者在选用灌溉管理模式方面提供技术参考。

叶尔羌河年径流预测模型研究与应用

为提高叶尔羌河中长期径流预测精度,基于小波分析的基础上建立遗传算法优化BP神经网络的耦合模型,对60年叶尔羌河年径流时间序列进行研究。结果表明:耦合模型综合了两者的优势,在保留神经网络优良非线性拟合能力的同时,又融入遗传算法的容错性和全局搜索能力,提高预测径流时的学习速度和泛化能力。在对年径流进行预测时,其预测平均误差为-2.69%,而采用传统单纯的BP神经网络模型预测的平均误差为-10.25%。从预测误差检验以及模型的对比结果可知此模型合理、可行,因此该算法有助于解决叶尔羌河中长期径流预测问题。

基于协调发展度模型的叶尔羌河健康评价

确定有效指示河流健康状态及其变化的影响因子并进行评价,对于内陆河流生态水文保育与河流适应性管理至关重要。以叶尔羌河卡群—艾里克塔木段为评价河段,基于压力—状态—响应模型建立了包含23项指标的河流健康评价指标体系;提出＂可达最佳状态＂的河流健康评价标准;在此基础上,将协调发展度理论引入河流健康评价,建立了基于协调发展度的河流健康评价模型,并建立协调发展度评价标准等级及河流健康等级划分,对评价河段现状水平——2015年河流健康状态进行了评价与分析。结果表明：叶尔羌河评价河段协调发展D总=0. 495,综合评价指数T总=0. 537,协调发展类型属于＂弱度不协调类＂,健康状况属于＂亚健康＂等级,即健康状况处于健康向不健康过渡的临界状态,河流健康状况受到威胁,在今后河流综合管理方面应考虑提高压力—状态—响应因子三系统要素间的协调发展水平,同时应以恢复响应因子下相应指标水平为主。