海流兔河流域植被分布与地形地貌及地下水位关系研究

干旱区植被与地形地貌及地下水的相互依存关系是揭示植被生态水文过程的关键。由于降水稀少,中国西北地区植被的生长发育与地貌和地下水的关系极为密切,从大尺度上研究地形地貌和地下水变化的生态效应问题对生态环境的保护和恢复具有重要的意义。应用遥感方法,基于地形地貌和地下水位观测数据,在流域尺度上定量地研究了中国鄂尔多斯高原海流兔河流域植被发育与地形地貌和地下水埋深的关系。结果表明:河谷、滩地、沙丘、沙地地貌的植被发育状况是依次变差的,植被在高程1 220m左右处发育最好。地下水位埋深对植被的影响范围为1～5m,当地下水位埋深超过5m时,气候与土壤因素是决定植被的主要因素,地下水位的变化对植被的长生状况影响不大。

物种多样性及生物量与地下水位的关系--以海流兔河流域为例

以3条样带上117块植被群落调查样方为基础资料,研究了海流兔河流域植被物种多样性及生物量与地下水位之间的关系。结果表明:1)地下水位高低及地貌类型均会影响草本层植物群落组成及优势种构成。滩地样地中,随地下水位降低,优势草本的更替方向为寸草,芨芨草,马蔺,狗尾草,碱茅;沙坡样地中,优势草本的更替方向为大针茅,沙鞭,沙蓬,沙打旺。2)地下水位为1.5 m时是草本植物群落生长发育最适宜区域,物种多样性及丰富度达到最大,而灌木层物种多样性及丰富度随地下水位下降呈现波动变化的特征;当地下水位埋深小于5.0 m时,草本层物种多样性及丰富度明显高于灌木层,在地下水位埋深大于5.0 m时,草本层物种多样性指数开始出现低于灌木层的现象。3)草本植物多样性及丰富度和生物量之间关联性不强,滩地样地中,草本层地上生物量及地下生物量在地下水位为1.8 m时具有最大值,但植物群落结构较为单一;沙坡样地中,地上生物量最大值出现在地下水位为5.0 m的区域内,而地下生物量最大值出现在地下水位为3.5 m时。综上,物种多样性、地上及地下生物量与地下水位都不是简单的线性关系,而是有一个最适水位;高于或低于这个最适水位,多样性和生物量都会下降。

鄂尔多斯盆地海流兔河流域地表蒸散发研究

基于陆地表面能量平衡系统对鄂尔多斯盆地北部海流兔河流域2012年蒸发量进行了反演,对蒸散发量的空间分布进行了分析并讨论了地下水位埋深对蒸发量的影响。结果表明:在枯水期海流兔河流域地表蒸散发的主要影响因素是地表土壤的含水率程度,而在丰水期的主要影响因素是植被覆盖状况和地表土壤的湿润程度;根据计算,海流兔河流域2012年总蒸散发量约为8.76×108 m3。

基于时间序列的海流兔河流域降水量模拟预测分析

基于1959—2019年海流兔河流域周边的鄂托克旗站、横山站和榆林站的降水量资料,采用小波分析、DEM分析,holt-winters模型讨论了该区域的降水量周期变化特征及未来趋势预测,并通过泰森多边形法加权,对海流兔河流域的降水量进行了模拟预测分析,明晰了以流域为单位的降水量变化规律及未来降水量演变趋势。结果表明:夏秋季降水集中的海流兔河流域在1959—2019年的61年期间内,干湿周期变化以6年和12年为主,其中未来2~3 a的短期降水量展望呈下降趋势,未来6~12 a以上的长期降水量趋势呈显著增加态势;通过holt-winters模型预测了未来12 a的降水量变化趋势,其预测值的平均相对误差为22.28%,预测多年平均降水量为491.6mm,流域整体降水量预测值呈波动上升态势。该研究可为以流域为单位的水土保持及煤水协调水文模拟提供降水方面的指导。

2000～2014年海流兔河流域植被覆盖度变化及其驱动因素分析

基于MODIS NDVI数据,利用线性回归法分析植被覆盖度的时空变化趋势.研究海流兔河流域2000～2014年间植被覆盖度的变化规律,确定其变化的影响因素.结果表明,研究区96.9％的区域面积NDVI处于不断上升的趋势,区域年平均NDVI增量达到0.0065.通过转移矩阵法研究出该区3个时段4种不同等级植被覆盖度的变化趋势,各等级植被覆盖度均有不同程度的增加.NDVI值＜0.40的区域面积的百分比由88.0％降低到75.8％,尤其是＜0.20的区域变化最为明显,由最初占区域总面积的20.8％下降到3.5％.研究区15年来植被覆盖度不断增加,植被生态呈现良性发展趋势,导致这种变化的主要影响因素是人类活动.

毛乌素沙地海流兔河流域植被净初级生产力估算

采用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,结合TERRA MODIS卫星数据和气象数据,对毛乌素沙地海流兔河流域2015年各月的植被净初级生产力(NPP)进行估算,并对植被NPP月平均值的时空分布规律及其与气象因子和地下水位埋深的关系进行了分析。结果表明:毛乌素沙地海流兔河流域2015年植被NPP总量为2.88×10^(11)g,生长季(4月份至10月份)的植被NPP总量达2.81×10^(11)g,占全年植被NPP总量的97.57%。随着时间推移,植被NPP月平均值和归一化差分植被指数(NDVI)月平均值呈"缓慢增加—急剧增加—急剧下降"的变化趋势。植被NPP月平均值季节变化明显,春季、夏季、秋季和冬季植被NPP月平均值之和分别为20.55、69.39、20.46和0.48 g·m^(-2)。从空间分布上看,中部河谷和滩地的植被NPP月平均值总体上高于东南部、西部和西北部等沙丘荒漠区。月平均气温对植被NPP月平均值变化的影响最大,其次为平均实际日蒸散发量和地表月太阳辐射。植被NPP月平均值随着地下水位埋深的增加而减小,最大值出现在地下水位埋深1~2 m之间。上述研究结果显示:采用CASA模型可以较好地估算毛乌素沙地海流兔河流域植被NPP值,月平均气温和地下水位埋深对该流域植被NPP值的影响较大。

毛乌素沙地海流兔河流域水文地质特征

海流兔河流域是毛乌素沙地的代表性流域,开展以流域为单元的研究,将为毛乌素沙地的流域水资源配置提供科学依据。通过系统分析海流兔河流域的含水层展布和地下水分布特征,创新性地将含水层厚度和地下水埋深的分区进行小波图像融合后,得到了新的水文地质参数分区。结果表明:海流兔河流域的第四系及白垩系为该区域的巨厚含水层系统,其中白垩系含水层由南向北逐渐增厚,整体上该流域地下水资源量丰富。克里金指数模型适用于海流兔河流域的地下水埋深插值,该模型得到的流域地下水埋深为0—43 m,其中地下水埋深3 m以上的区域占流域的主体部分。以Symlets小波函数作为离散小波变换的图像融合技术对海流兔河流域的水文地质参数分区具有较强的适用性。

干旱-半干旱区下垫面变化对地下水位的影响

土地利用格局的变化导致了流域下垫面环境的改变,进而对该地区水文循环的源汇项产生了影响,对地下水位也产生了较大的影响。为研究下垫面变化与地下水位的关系,对不同时期的海流兔河流域遥感影像进行定量化分析,收集了长序列地下水监测数据,通过计算不同土地类型的转移矩阵,绘制地下水位变幅图,在此基础上,对不同土地类型转移量的地下水位及影响因素进行了分析。结果表明:地下水位变化主要受到下垫面变化的影响;土地利用类型时空转换强烈,土地利用类型变化剧烈的地区均是地下水位急剧变化的区域,说明土地利用类型的变化对下垫面影响较大,和地下水位空间分布存在正相关性。