陕北荒漠区生态水文模型与演化规律研究

摘要

陕北荒漠区地处毛乌素沙漠南缘，属于干旱半干旱地区，地面植被严重缺失，气候条 件严峻，生态环境十分脆弱。因此，研究其生态水文系统的演化过程，可为陕北重要能源 化工基地的经济社会发展提供科学依据，具有重要的理论意义和应用价值。本论文以陕北 荒漠区为研究对象，分析气象、生态、水文的演变规律，构建陕北荒漠区生态水文演化模 型，并对多种未来情景进行模拟，研究陕北荒漠区对变化环境的响应规律。论文取得的主 要研究成果如下： (1)采用统计学和非线性方法揭示了研究区降水量和蒸发量的演变规律，结果表明： 逐年降水呈波动性增加趋势，且未来降水将会延续现阶段的增加趋势，降水存在3、9和 15年的周期，并在2013和2015年发生突变；逐年蒸发量呈波动性减少趋势，且未来蒸 发量将会延续现阶段的减少趋势，蒸发量存在9年的周期，并在2011年发生突变。 (2)采用统计学方法揭示了土壤含水率和植被指数NDVI的演变规律，结果表明： 研究区5cm深度下土壤体积含水率的多年平均值为14.53%，逐年土壤水含量呈现增加趋 势。植被指数NDVI的年际变化整体呈上升趋势，说明植被覆盖度在逐年增加，季节变化 四季分明，总体表现为夏季NDVI＞秋季NDVI＞春季NDVI＞冬季NDVI。 (3)改进了塔里木河下游河岸植被生态水文演化模型，针对陕北荒漠区的特点，考 虑土壤水运动过程、降水对土壤水的补给过程，构建了基于土壤水模拟模块的陕北荒漠区 生态水文演化模型。 (4)模拟了过去陕北荒漠区生态水文演化过程。采用本文建立的模型，模拟了研究 区2001-2016年的生态水文演化过程，并使用遥感数据计算的植被覆盖度和土壤水观测数 据来验证模拟结果。验证结果表明，模型模拟精度基本符合要求，可以反映近十几年间土 壤水和植被覆盖度的演化过程。 (5)模拟了未来陕北荒漠区生态水文演化过程。设置了未来环境变化情景，采用本 文建立的模型，模拟自然环境变化和人工干预环境变化这两种情景下的植被覆盖度和土 壤水变化规律，提出了荒漠区生态环境保护的建议。

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