基于RS的晋祠泉域地表蒸散发估算与区域水均衡分析

摘要

晋祠泉域地处干旱-半干旱气候区，降水时空分布不均，地表水水质较差，岩溶地下水是当地主要的供水水源。由于泉域植被覆盖条件较好，地表蒸散发不仅是泉域水资源的主要排泄途径之一，而且是区域水量平衡中的一个重要因子。因此，估算晋祠泉域地表蒸散发，分析其时空变化特征及其影响因素，对于泉域内的水均衡分析、水资源合理开发利用与生态环境保护具有重要意义。
　　本文采用遥感技术(RS)，结合气象站实测资料，基于地表能量平衡原理，应用蒸散发定量反演模型-SEBS模型，对晋祠泉域2008-2012年的地表蒸散发变化进行了估算;分析了研究区地表蒸散发的动态变化特征及空间分布规律，探讨了地表蒸散发与气象因素（降水、气温）、地形因子（高程、坡向、坡度）、土地覆盖类型以及植被覆盖类型(NDVI)的关系。在调查统计泉域水均衡要素的基础上，分析了泉域水均衡结果。
　　晋祠泉域2008～2012年5年间地表蒸散发的时序变化结果表明:(1)泉域内地表蒸散发的年际变化较小;(2)晋祠泉域地表蒸散发的年内分配呈“单峰”型，7～8月份最大，12、1、4月份最小;(3)气象因素对地表蒸散发的影响主要是通过降水和气温的变化而起作用;气温与地表蒸散发的变化基本同步，两者相关性显著。
　　通过对地表蒸散发、DEM高程数据、土地覆盖类型、归一化植被指数(NDVI)进行空间叠加并与GIS复合分析，揭示了晋祠泉域地表蒸散发量与地形因子、土地覆盖类型和NDVI之间的关系:(1)研究区内蒸散发量随着高程的增加呈增大趋势;坡向西的蒸散发比较强烈，坡向北的蒸散发量最小;蒸散发量在40°坡度时达到峰值;(2)地表蒸散发与土地覆盖类型关系密切，林地覆盖区域蒸散发最大，其次是灌丛和草地，城市和耕地最小;(3) NDVI在0～0.32之间时，地表蒸散发随NDVI的增加而增加;当NDVI在0.32～0.6之间时，地表蒸散发随着NDVI的增大而减小;当NDVI大于0.6时，地表蒸散发又随着蒸散发的增加而增加。
　　利用水均衡原理分析了晋祠泉域岩溶水系统的各均衡要素。结果表明，从2008～2012年泉域岩溶水系统为正均衡，地下水位呈上升趋势，这一结论与晋祠泉源区地震台岩溶水长观孔的监测结果相符。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究进展及存在问题

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容和技术路线

第二章 研究概况

2．1 自然地理条件

2．1．1 地理位置

2．1．2 地形地貌

2．1．3 水文气象

2．1．4 土壤与植被

2．2 地质及水文地质条件

2．2．1 地质条件

2．2．2 水文地质条件

2．3 泉域水资源概况

第三章 地表能量平衡原理

3．1 典型的遥感区域蒸散发模型

3．2 SEBS模型原理

3．3 净辐射通量

3．4 土壤热通量

3．5 显热通量

3．5．1 SEBS模型中显热通量的确定

3．5．2 极端情况下显热通量的确定

3．5．3 热传导粗糙度的确定

3．5．4 稳定度订正函数的确定

3．6 潜热通量及蒸发比的确定

3．7 日蒸散量的计算

第四章 晋祠泉域蒸散发量估算及分析

4．1 数据的获取及预处理

4．1．1 边界矢量数据

4．1．2 遥感数据

4．1．3 数字高程数据

4．1．4 气象数据

4．2 SEBS模型计算步骤

4．3 地表参数估算

4．3．1 总辐射

4．3．2 反照率

4．3．3 标准化植被指数(NDVI)

4．4 地表能量平衡要素分析

4．4．1 地表净辐射

4．4．2 土壤热通量

4．4．3 感热通量

4．4．4 潜热通量

4．4．5 蒸发比

4．4．6 日蒸散发量

4．4．7 月总蒸散发量

4．5 精度验证

第五章 晋祠泉域地表蒸散发影响因素分析

5．1 地表蒸散发的时序变化规律

5．1．1 年内变化规律

5．1．2 年际变化规律

5．2 气象因子对地表蒸散发的影响

5．2．1 降雨量对地表蒸散发的影响

5．2．2 气温对地表蒸散发的影响

5．3 地形及地表覆盖特征对蒸散发的影响

5．3．1 地形因子对地表蒸散发的影响

5．3．2 土地覆盖类型对地表蒸散发的影响

5．3．3 植被指数对地表蒸散发的影响

第六章 基于地表蒸散发估算的晋祠泉域水均衡分析

6．1 降雨补给量的计算

6．2 河道渗漏量分析计算

6．3 岩溶水开采量及矿坑排水量计算

6．3．1 岩溶地下水开采量

6．3．2 煤矿矿坑排水量

6．4 侧向排泄量分析

6．4．1 向盆地孔隙水的侧排量

6．4．2 向平泉岩溶水的侧向排泄量

6．5 蒸散发量估算

6．6 水量均衡分析

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况