基于SEBS的黄河三角洲生态需水计算

 2022-01-17 11:01

论文总字数:19379字

目 录

1 绪论 5

1.1 研究背景和意义 5

1.2 国内外研究现状 6

1.3 本文研究内容及技术路线 7

2 研究区和研究方法 9

2.1 研究区域概况 9

2.2 数据及数据处理 9

2.3 SEBS模型原理 11

3 黄河三角洲蒸散量估算 14

3.1 地面参数反演 14

3.2瞬时蒸散的估算 16

3.3日蒸散量的估算 16

3.4长时间尺度的蒸散量的比较分析 16

3.5 黄河三角洲地区年蒸散量估算 16

4 黄河三角洲生态需水量计算 17

4.1植被蒸散需水量 17

4.2 湿地蒸散需水量 17

4.3 土壤需水量 18

4.4 滩涂需水量 18

4.5 湿地补给地下水需水量 18

4.6 河口地区需水量 19

4.7 总生态需水量 19

5 黄河三角洲生态需水量分析 19

5.1黄河三角洲生态需水量空间分布 19

5.2 黄河三角洲生态需水量时间分布 21

6 总结 22

参考文献 22

致谢 24

基于SEBS的黄河三角洲生态需水研究

芮祺杰

,China

Abstract:In recent years, the excessive exploitation of water resources in the Yellow River Delta area is particularly prominent, bringing a series of ecological and environmental problems. The study of ecological water demand in the Yellow River delta is of great significance for maintaining the balance and stability of the ecological environment in this area.

Based on the MODIS data of the region, the observation data of the meteorological station, the calculation of the evapotranspiration by using the land use map and the SEBS model, the daily evapotranspiration of the area in 2017 is estimated, and the method of the dynamic linear regression algorithm (DLR algorithm) is used to carry out the long time scale of the surface daily evapotranspiration under the condition of clear day. The annual evapotranspiration in the the Yellow River delta is obtained from the extended study. On this basis, combined with the land use map of the study area, the ecological water demand of different land use types in this area is calculated, and the spatial and temporal distribution characteristics of ecological water demand in this area are analyzed. The results show that the water requirement of the river ecological environment is the largest in the total ecological water requirement of the the Yellow River Delta area, reaching 86%. In particular, the water demand of the estuarine area is the most prominent, reaching 78% of the total ecological water demand, followed by the water requirement of the land vegetation, reaching 11% of the total water demand and the ecological environment water demand. The annual trend is gradually increasing from spring to summer, and gradually decreasing from summer to winter.

Key words:Yellow River Delta; evapotranspiration; SEBS model; ecological water demand

1 引言

1.1 研究背景和意义

生态需水指的是维持全球或区域生态系统的和谐稳定,恢复脆弱的生态系统形成良性循环,最大限度地发挥其有用功能,提供最大的生态服务,如水热平衡,源汇动态平衡,生态平衡 ,水土平衡,水沙平衡,水盐平衡等生物,化学平衡以及单位生态供水条件下消耗的最小用水量,以提供最大的生态服务条件。而蒸散过程是生态需水研究的重要组成部分。

蒸发蒸腾是指将水从地球表面移动到大气中的过程。它包括从植物的液体或固体表面蒸发水分和通过植物组织的蒸腾作用。蒸散过程是土壤、植被和大气系统中土壤水分迁移转化的重要组成部分。因此,准确估算区域蒸散量可以有效地提高气象预报和水文气象预报的精度。在全球水资源日益匮乏的背景下,为了合理利用和配置水资源,深入了解不同植被覆盖度和土地利用条件下的耗水条件,蒸散发是十分必要的。地表水消耗量的重要组成部分。在水文和农业中,准确估算土壤蒸发量和植被蒸散量对于水资源动态监测和精确农业的实施具有巨大的经济、社会和生态效益。

黄河三角洲特殊的地理环境造成了该地区水资源严重短缺,已成为制约该地区社会经济发展的重要因素。黄河三角洲人均水资源量仅为288立方米,低于山东省人均334立方米的水平,仅为全国水平的七分之一。该地区居民生活用水和工农业生产用水主要依赖黄河水,黄河水逐年减少。黄河水资源短缺已成为制约该地区经济发展的重要因素,甚至起到了决定性作用。黄河水的持续减少和供水的频繁中断,不能满足三角洲地区生活用水、生产用水和生态用水的需要;此外,水资源的严重浪费和水质的恶化也加剧了水资源供需矛盾。这将进一步危及该地区脆弱的生态环境,成为制约该地区社会经济发展的瓶颈。

黄河是黄河三角洲生产和生活的主要水源。近年来,来自黄河下游的水量不断减少,对生态环境产生了严重危害。因此,利用遥感数据MODIS计算黄河三角洲的蒸散量,在此基础上研究该地区的生态需水量,对于黄河三角洲水资源(特别是农业用水)的利用具有重要的指导意义。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 蒸散研究现状

蒸散包括土壤蒸发和植被蒸腾。它是地表水循环的重要组成部分,也是地表能量平衡方程的主要内容。它对地表水和能量平衡过程的模拟和动态监测具有重要的科学和实用价值。上世纪后期,随着遥感技术的发展和地表能量交换和物质迁移过程的研究,基于遥感技术的蒸发量研究已在国内外得到广泛的开展,一些认识并取得了成果。

在20世纪60年代初期,国外对遥感蒸散研究进行了大量研究。随着世界遥感技术的发展,特别是多时间分辨率获取的遥感数据,多光谱和倾角卫星可以客观地反映底层表面结构和热湿条件,并且可以表现出表面和下陷,干湿表面之间的差异表明,遥感地区的蒸散发计算比传统方法更有优势,越来越多的学者从事这项研究工作。中国利用遥感技术测量蒸散发起步较晚。20世纪90年代,中国和日本与日本合作进行了黑河地区陆空相互作用的实验研究,开展了地表参数反演研究和地表能量通量研究的遥感研究,为进一步开展研究奠定了基础。起初的特征参数是用资料推算而得到。

目前国内外对区域蒸散量的研究较多,然而,其中大部分是基于NOAA图像和TM影像的,基于MODIS影像的蒸散计算研究较少。影响蒸散的因素有温度,地温,土壤性质和植被。另外,太阳辐射对蒸散也有重要影响。太阳辐射的总量不仅受地理纬度的影响,而且受地形影响,其对蒸散量的影响程度也随地形因子的大小而变化。可以看出,蒸散量的分布相对复杂,特别是在地形起伏的地区,气候因素的空间差异不能单独反映在气象站的数据上。然而,人们经常使用遥感方法计算蒸散量,并经常忽略太阳辐射造成的空间差异。当人们计算蒸散量时,获得的气象数据是点状的,即如何将点状气象数据扩展到空间。当我们计算区域蒸散量时,我们需要进一步研究。(邓红章,2017年)

1.2.2 生态需水研究现状

国外生态需水研究主要集中在河流生态环境需水方面,主要是针对河道枯水流量和鱼类等所需水量的研究。20世纪40年代,随着水库建设和水资源开发利用程度提高,美国鱼类和野生动物保护协会对河道内流量就行了研究,主要是为了保护鱼类的生长和繁殖及河流流量正常。此期间许多国家地区也就行了许多关于鱼类生长繁殖和河流流量关系的研究。在70年代后,出现了河道内流量法,该方法北美地区被广泛应用,提出了最初的生态需水的概念。1989年,Gore建议在河流规定最小流量,指出生物群落的最小流量需求仅仅是管理决策的一部分。1993年,Covich提出水资源管理中要保证恢复和维持生态健康发现所需的水量。Gleick在1996年提出了生态需水的概念,指出提供一定质量和数量的水给天然环境,以求最小程度的改变天然生态系统的过程,并保护物种多样性和生态整合性,同时要考虑气候季节等因素对生态系统的影响。至今,国外的研究目标不仅仅是关注物种和河道形态,转变成对于河道流量以及河流生态系统整体性的研究。

在生态需水这个方面,我国学者也有不同的理解。董增川在研究西部地区水资源配置时认为,生态环境需水量是指水域生态系统维持正常的生态环境功能所必须消耗的水量。郑红星等从生态系统水循环的角度,较为系统的讨论了生态需水的理论内涵。王芳通过分析生态需水概念的内涵,指出生态需水是维持生态系统稳定,天然生态保护与人工生态建设所消耗的水量。我国20世纪90年代在国家九五科技功关项目,标志我国对于生态需水研究的真正开始。十五国家攻关项目,提出了水循环尺度生态效应及其作用和理论,建立了我国分区域生态需水理论和计算方法体系。

剩余内容已隐藏,请支付后下载全文,论文总字数:19379字

相关图片展示:

您需要先支付 80元 才能查看全部内容!立即支付

该课题毕业论文、开题报告、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找;