基于遥感技术的干旱区地下水监测研究

在分析地下水和土壤水相互补给条件的基础上,综合利用多源地理空间数据,识别基于土壤含水量的地下水遥感监测模型的适用范围,进而利用长时间序列遥感影像反演土壤含水量,并结合地下水埋深实测数据构建干旱区地下水监测模型。基于该方法,在新疆阿克苏河流域的绿洲-荒漠区进行了实例研究,建立了该区基于土壤含水量的地下水监测模型,并分析了地下水埋深的时空变化特征。结果表明:该模型在区域尺度可以较好地模拟地下水埋深,研究区2003—2015年地下水埋深年际波动变化较大,总体呈增大趋势,在空间上表现为西浅东深的分布特征。     

区域土壤水资源评价研究进展

土壤水作为水资源的一种,其研究意义与应用价值逐步得到重视,但土壤水资源评价的研究仍显不足。土壤含水量可通过直接计算或间接反演获得,评价方法应以区域水量平衡为基础,采用循环量或可更新量等指标来表征资源的数量,并区分天然补给和人工灌溉对土壤水分变化的影响。在此基础上,采用分布式水文模型、遥感等工具,耦合土壤水分运动模型,实现尺度转换,结合土壤水资源质量评价获取不同时空尺度土壤水资源的分布。     

不同尺度网格膜下滴灌土壤水盐的空间变异性分析

进行土壤水盐空间变异性的研究对于膜下滴灌取样设计和抑盐效果的评价有实际参考价值。在新疆玛纳斯县进行了0.5m,5m和50m3个尺度网格田间土壤水盐取样,分别采用经典统计、地质统计及分形理论对土壤水盐的空间变异性进行了分析。传统统计分析表明,3个尺度网格下土壤含水量均具有中等偏弱变异特征且服从正态分布,而土壤含盐量具有中等偏强变异特征且服从对数正态分布。地质统计分析表明,在不同尺度和方向上,土壤含水量和含盐量的半方差函数大多可采用球状模型模拟,其变程随尺度增加而增大,土壤含水量显示出更强的块金效应。采用套合模型可精确描述土壤水盐的总体空间结构。0.5m尺度土壤水盐等值线图沿滴灌带分布,但其它2尺度下此趋势消失。基于半方差函数的土壤含水量和含盐量分形维数(D)在3个尺度和5个方向下有所不同但差异不大,表明土壤水盐性质存在一定范围的自相似结构。分形维数D与半方差函数的参数(基底方差与基台值之比)具有较好的线性关系。     

雷达定量降水估算在官山河流域山洪模拟中的应用分析

为了应对水文科技创新、智慧水文提出的新要求,采用科技前沿技术,结合国内外水文科学先进理念,通过雷达遥感资料进行雨量监测,利用遥感影像资料进行土壤含水量和蒸发量反演,在无资料地区开展水文模型研究。研究结果表明:科学使用雷达降水(QPE)可改善山洪模拟的精度,雷达能够反映降雨的空间异质性,雷达定量估测降水可提高降雨测量的准确度,也能较为明显提高洪水模拟的可靠性。     

农田灌溉

1.土壤水与土壤含水量吸附于土壤颗粒上和存在于土壤孔隙中的水,称为土壤水。土壤水有吸湿水、薄膜水、毛管水、重力水等四种类型。土壤水是循环水的一部分,也是作物需水的基本来源。土壤水主要来源于大气降水和灌溉等。大气中的水汽凝结和借毛管力上升的地下水,也可成为土壤水。研究土壤水的变化规律,对农田灌溉、除涝防渍、治理盐碱地和改善生态环境有一定作用。土壤含水量是研究土壤水运动和变化规律的基础数据。土壤含水量常用重量含水量和容积含水量表示。孔隙全部被充满水的田间土壤,经过一定时间排水后所能持留的水量叫田间持水量,通常以该土层内的平均土壤含水量表示。它是有效土壤水范围的上限。在灌溉管理中以田间持水量作为控制灌水定额的允许最大土壤含水量。这种情况下     

青海省鱼卡-大柴旦盆地绿洲地下水位埋深遥感反演

以卫星遥感数据获得鱼卡-大柴旦盆地绿洲地下水位分布状况,利用TM8数据获得归一化植被指数NDVI,利用大气传输方程法反演地表温度TS,构成TS-NDVI特征空间,计算得到温度植被干旱指数TVDI对研究区表层土壤含水量进行估算。干旱区土壤水依赖于地下水,利用表层土壤含水量和TVDI与地下水位埋深的经验方程得到研究区地下水位埋深分布图并进行实地验证。结果表明:研究结果符合实际,用土壤含水量和TVDI反演得到的地下水位埋深与实测地下水位埋深之间的相关系数分别为0.83和0.765。     

宇宙射线中子法在荒漠草原土壤水测量中的应用

选择典型荒漠草原为研究区,开展了宇宙射线中子法在其土壤含水量监测中的适用性分析研究。利用宇宙射线中子传感器(CRS)对典型荒漠草原土壤含水量进行连续监测,将监测结果与时域反射仪(TDR)测量结果进行比对,分析了二者测量结果的一致性,并对比两种土壤水测量方法对降雨响应的灵敏度。结果显示,CRS与TDR测量结果的一致性较高;TDR对降雨事件的反应不够灵敏,而CRS不仅能够快速对降雨做出响应,而且能够清晰显示出不同降雨量条件下土壤含水量的不同变幅。因此,宇宙射线中子法可以较准确地测量荒漠草原的土壤含水量及其动态变化,能够为畜牧管理决策提供依据。     

探地雷达在水利工程中的应用现状及展望

综述探地雷达(GPR)在水利工程勘察、水文地质勘察、地下水及含水量测量、水利工程施工阶段的质量控制、水库坝体和江河堤防隐患的探测、水利工程质量的检测等领域的应用 .根据应用状况 ,指出了探地雷达在水利工程应用中存在的问题与应开展研究的工作     

基于探地雷达法的输水隧洞衬砌混凝土检测分析

主要研究探地雷达法在输水隧洞衬砌混凝土检测中的应用情况。首先分析探地雷达的探测机理与检测特性,以便合理应用探地雷达。然后在工程实践中随机抽取两处等长度输水隧洞衬砌混凝土区段,利用探地雷达法与其它常规方法分别检测,将检测数据对比分析,不仅验证探地雷达法检测的有效性,而且分析出现偏差原因。最后通过数据分析,掌握探地雷达应用条件与优势得到结论:利用探地雷达法获得的水工输水隧洞衬砌混凝土的厚度、内部缺陷区、钢筋数目、钢筋布局与保护层厚度等情况,数据相对精确,能够达到相关规范中规定土木工程质量把控的标准。探地雷达工作可适应能力强且无损伤,擅长于水利工程埋深较大、施工环境较差、大体积混凝土结构内部情况的检测,对于后期施工质量提升与把控十分有利。     

基于遥感和地面测量的多尺度土壤水分产品验证分析

遥感反演是大尺度土壤水分监测的有效手段,但地面验证一直是土壤水分遥感反演的瓶颈。针对地面土壤水分测量,频域反射仪(FDR)和宇宙射线中子法(CRS)在土壤水分测量中展现出较大的应用潜力。本研究选取不同像元尺度的土壤水分遥感反演结果,包括30 m分辨率Landsat土壤水分反演、1 km分辨率MODIS土壤水分反演和SMAP卫星3 km分辨率和9 km分辨率土壤水分反演产品,利用CRS和FDR土壤水分监测数据对不同像元尺度土壤水分结果进行精度验证分析。结果表明:CRS在30 m分辨率、1 km分辨率、3 km分辨率和9 km分辨率土壤水分反演结果中精度均较FDR方法高,其中1 km分辨率中CRS反演值的均方根误差小于3 km分辨率和9 km分辨率的误差。CRS测量方法对小降水事件较敏感,会带来一定误差。     

遥感Penman-Monteith模型中土壤含水量与土壤蒸发的关系

土壤含水量是影响土壤蒸发的重要因素,分析土壤含水量变化对土壤蒸发的影响,对水资源管理有积极作用。遥感Penman-Monteith(P-M)模型是利用遥感手段进行蒸散发模拟的重要方法,且能分别对土壤蒸发和植被散发进行计算。利用遥感P-M模型对望都站的蒸散发进行模拟,并结合地表土壤含水量数据分析了土壤含水量变化对模型参数及土壤蒸发的影响。结果表明:(1)遥感P-M模型对望都站蒸散发取得较好效果,纳什效率系数(NSE)为0.559;(2)土壤含水量变化与遥感P-M模型的土壤蒸发系数间具有不确定性;(3)在本研究的模拟期内,与植被散发相比,土壤含水量变化与土壤蒸发间的一致性更强。     

无人机遥感在水土保持领域的应用

我国水土流失面积大并分布广泛,传统水土保持研究调查方法已不能满足目前水土流失数据的获取需求。无人机遥感技术作为一种新型遥感数据获取手段,非常适合小范围内高分辨率遥感数据的即时获取,在水土保持领域的应用越加广泛。主要介绍了无人机遥感高分辨、高精度、高效率、低成本的应用特点,分析了无人机遥感数据获取和解译过程,总结了其在水土保持方案编制、动态监测、监督执法及设施验收评估等方面的具体应用,论述了该项技术在水土保持领域的重要性和发展前景。     

基于eCognition的土地利用遥感影像自动提取研究

遥感监测是开展区域水土流失动态监测的重要手段。对同一地区不同时期遥感影像进行影像分类,对比分析两期分类结果可以实现对土地利用等水土流失影响因子的动态监测。传统方法通常采用人工目视勾绘法获得土地利用分类结果,耗时耗力且效率不高。以同一地区不同时期的遥感影像为对象,基于eCognition软件平台,采用多尺度分割和面向对象分类方法快速获取了影像分类结果。结果表明,该方法分类精度较高,能有效提高工作效率。     

DEM与遥感相结合的水库水位面积曲线测定方法研究

利用DEM与遥感技术相结合建立水库水位面积曲线测定的技术方法,通过水丰水库水位面积曲线测定的实例,从TM/ETM、CERBS等遥感影像上提取水丰水库部分水位下的水域面积,同时由DEM建立基于等高线插值的水库水位面积关系曲线,由该水位面积曲线建立DEM插值的水位面积与遥感解译的实际水位面积之间的相关关系计算方程,并由该方程计算得到完整的实际水库水位与水面面积关系曲线。DEM与遥感相结合的水库水位面积曲线测定方法快速、准确、省时、省力,体现了DEM与遥感相结合技术在水库水资源测算中的技术优势,为区域水资源的监测评价与可持续利用拓展了更新的技术空间。     

基于CLDAS数据和机器算法模型的大清河流域地表土壤湿度降尺度研究

土壤水分是"四水"转换的纽带,农业生产的基础,传统的野外定点测量土壤水分的方法难以实现空间上的展布,现代微波遥感数据可以得到大尺度的土壤水分,但分辨率低。本文利用CLDAS数据,将机器算法应用到遥感影像指数运算中,开展土壤水分的降尺度研究。论文分别采用OLS算法、Bagging算法、BRT算法和随机森林算法模型建立MODIS光学遥感数据(LST、Albedo、NDVI、ET)与土壤水分的关系模型。研究结果表明:四种算法中随机森林算法的拟合效果更优(R~2=0.961 28,RMSE=0.006 99)。利用该算法算出降尺度后的土壤体积水分,可以得到大尺度且空间分辨率更高的土壤水分数据。大清河流域西北部土壤含水量高于东南部,土壤含水量差异可达0.2 mm~3/mm~3,在流域土壤含水量空间分布的季节变化显著,3月土壤水分低至0.16 mm~3/mm~3,9月土壤水分高达0.33 mm~3/mm~3。     

水土流失遥感调查中植被覆盖度因子提取研究

植被覆盖度是水土流失的主要影响因子,而利用遥感影像判读可以快速有效地获得大范围的植被覆盖度。简要介绍了水土流失遥感调查中植被覆盖度因子提取的方法。基于遥感与实地野外调查数据,采用MODIS时序数据融合高分遥感数据的方法,以湖南省蓝山县为试验区,对植被覆盖度因子进行了提取。结果表明,该方法提取植被覆盖度因子的结果较理想。提出的植被覆盖度因子提取方法对今后的水土流失动态监测研究具有重要的理论意义和实践意义。     

湿地环境质量评价方法研究进展

近年来湿地评价已成为环境科学研究的热点。随着研究内容和评价方法的不断丰富,多种数学方法及模型被广泛应用于湿地环境质量评价。综述了目前国内外湿地中水环境、土壤及生态系统常用的评价方法,重点对水质评价的不确定性模型、土壤风险评价的生物效应方法和生态系统的指标评价法进行了归纳。针对目前湿地水环境和土壤质量评价研究中存在的不足,指出今后应结合遥感技术和地理信息系统自动化获取实时监测数据,优化水环境动态评价模型,加强湿地土壤质量标准的建立,进一步研究多种评价方法的耦合及评价模型的优化。     

与时俱进的水利遥感

本文回顾了随着水利事业发展与时俱进的水利遥感技术应用研究及其实际应用发展的历程。阐述了水利遥感在涉及防灾减灾的洪涝灾害、旱情和涉水地质灾害监测评估、洪水预报预警;涉及水资源监测保护的卫星遥感降水量预报、土壤含水量与蒸散发量遥感估算、地表水体监测、地下水监测、水环境监测和地表水体保护;涉及生态保护的生态环境监测、水土保持和灌溉面积调查、河道与河口变化监测和治理等方面发挥的重大作用。分析了水利遥感应用研究的发展方向,认为水利遥感的发展必须以应用需求为驱动,以实现为业务工作提供服务为发展目标,加强遥感技术在水利业务工作中的推广应用是水利遥感发展的必由之路。     

基于CCI资料与EnKF方法的单点土壤湿度同化

土壤湿度作为天气、农林业、水循环研究中重要的地球物理参数,对气候变化有重要影响。陆面数据同化发展较晚,研究集中在同化土壤/积雪的常规观测与遥感观测来提高土壤湿度廓线/雪水当量的估计精度。卫星遥感资料的同化是一个研究热点,同化遥感数据对提高土壤湿度估计精度有积极的作用。基于CLM4.0(Common Land Model 4.0)陆面过程模式,采用集合卡尔曼滤波(EnKF)同化方法,在美国内布拉斯加州地区的Clay Center、Red Cloud及Grand Island观测站点进行了3个单点同化实验,同化的观测数据是由CDF(Cumulative Distribution Function)技术匹配调整后的卫星遥感资料——CCI(Climate Change Initiative)数据,同化分析实验时间为2008年5月1日至2008年10月31日,利用站点实测数据对0~2cm土壤湿度的同化结果与间接受其同化影响10cm处的土壤湿度估计值进行了验证。结果表明:通过单点同化卫星遥感资料的方法可以提高表层土壤湿度的估计精度,并且受其同化影响,靠近同化层的土壤,其土壤湿度的估计精度也得到提高。     

遥感技术在水土保持监测中的应用

为证实遥感技术在水土保持监测中的实用性,本文介绍了遥感技术的概念并分析其特点和优势,通过实例重点探讨遥感技术在水土保持监测,尤其是在土壤侵蚀监测、水土流失动态监测、开发区建设项目水土流失监测以及水土保持监管中的应用,结果表明遥感技术不仅能够弥补传统水土监测方法的不足,而且其监测范围更广更为精确,应用也更为广泛。本文意在为遥感技术在水土保持监测中的应用开发提供一定的思路。