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黑河流域中游地區生態水文過程及其分布式模擬 版權信息
- ISBN：9787030653871
- 條形碼：9787030653871 ; 978-7-03-065387-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
黑河流域中游地區生態水文過程及其分布式模擬 內容簡介
本書圍繞著水文科學研究中"生態水文過程及模擬方法"這一熱點問題，以黑河流域中游地區為例，從上游山區對中游地區影響、典型生態變化特征、中游地區地表水和地下水轉化規律、生態水文過程耦合模擬方面，闡述了干旱半干旱地區生態水文過程和耦合模擬方法。主要內容包含了黑河流域中游地區氣象水文特征、水文地質條件、上游山區徑流變化及其對中游地區水資源的影響分析、中上游降雨徑流變化與水循環演變規律實證分析、黑河中游典型生態系統生態水文調查與分析、黑河中游水循環演變對生態系統的影響分析、黑河中游地區植被覆蓋和景觀格局變化及其對水循環演變的響應、水循環要素對生態系統的響應、生態水文耦合模型原理和框架、生態水文耦合參數率定和生態水文耦合模型應用。其基本內容皆源于作者五年來的研究成果，并且以國家自然科學基金委重大研究計劃--黑河計劃所涉及的黑河流域為實例研究。
黑河流域中游地區生態水文過程及其分布式模擬 目錄
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 主要研究內容 2
1.2.1 黑河流域上中游地區水文過程演變規律及其生態效應 3
1.2.2 黑河中游地區生態系統演變規律及其對水循環的影響 3
1.2.3 水文過程和生態-水文耦合模擬研究 4
1.3 國內外研究現狀 5
1.3.1 流域水文過程模擬研究 5
1.3.2 地表水和地下水轉化規律研究 8
1.3.3 生態-水文過程耦合研究 10
1.3.4 黑河流域研究現狀概述 13
1.4 主要技術路線 15
參考文獻 17
第2章 研究區概況 22
2.1 自然地理概況 22
2.2 氣象水文 23
2.3 地質構造 24
2.3.1 前第四系地質 24
2.3.2 第四系地質 25
2.4 水文地質條件 26
2.4.1 地下水的埋藏與分布 26
2.4.2 含水巖層（組）的劃分 27
2.4.3 含水層的導水性 27
2.4.4 地下水的補給、徑流與排泄條件 27
2.4.5 地表水和地下水的相互轉化 28
2.5 水利工程概況 30
2.6 水生態環境狀況 31
2.7 經濟社會概況 32
參考文獻 33
第3章 上游山區徑流變化及其對中游地區水資源的影響 34
3.1 中上游流域劃分及數據資料 34
3.2 上游山區徑流過程模擬與不確定性分析 35
3.2.1 研究方法 35
3.2.2 上游降雨徑流過程模擬不確定性分析 36
3.3 上游山區徑流變化及其對中游徑流變化的影響 39
3.3.1 上游和中游徑流雙累積曲線及相關關系 39
3.3.2 水文變異診斷 40
3.4 小結 45
參考文獻 45
第4章 中上游降水徑流變化與水循環演變規律實證分析 46
4.1 降水徑流變化趨勢與變點 46
4.2 黑河中上游流域水文要素時空變化 52
4.2.1 水文要素的空間變化 52
4.2.2 水文要素的時間變化 53
4.3 黑河中上游流域水文演變驅動力評估 55
4.3.1 評估方法 55
4.3.2 水文模擬法可信度分析 58
4.3.3 累積徑流量、累積降水量與累積蒸發量和年份之間的關系 60
4.3.4 中上游流域氣候變化與人類活動對水文過程的影響評估 62
4.3.5 上游和中游流域氣候變化與人類活動對水文過程的影響評估 63
4.3.6 各子流域氣候變化與人類活動對水文過程的影響評估 65
4.4 小結 67
參考文獻 68
第5章 黑河中游典型生態系統生態水文調查研究 69
5.1 河岸帶植被土壤特征空間變異 69
5.1.1 研究方法 69
5.1.2 植被的空間分布 71
5.1.3 土壤含水量的空間變異 73
5.1.4 植被土壤相關關系分析 76
5.2 荒漠、綠洲-荒漠過渡帶植被土壤特征空間變異 79
5.2.1 研究方法 79
5.2.2 土壤屬性空間分布特征 80
5.2.3 荒漠植被空間分布特征 89
5.2.4 荒漠植被與土壤屬性關系 91
5.3 農田生態系統土壤特征空間變異 95
5.3.1 引言 95
5.3.2 土壤質地變化特征 95
5.3.3 土壤水分變化特征 102
5.3.4 土壤鹽分變化特征 105
5.3.5 土壤有機質變化特征 117
5.4 小結 120
參考文獻 122
第6章 黑河流域中游蒸散發劃分及其驅動要素研究 124
6.1 基于雙源模型的蒸散發劃分 124
6.1.1 數據來源 124
6.1.2 基于能量平衡的蒸散發模型 129
6.1.3 潛熱通量分割 133
6.2 基于水分利用效率的蒸散發劃分 135
6.2.1 基于水分利用效率的方法 136
6.2.2 數據處理 139
6.2.3 結果分析 139
6.3 下墊面條件對蒸散發劃分的影響 144
6.3.1 典型下墊面的蒸散發劃分特征對比 144
6.3.2 植被對蒸散發劃分的控制作用 146
6.4 小結 147
參考文獻 148
第7章 黑河中游水循環演變對生態系統的影響 151
7.1 黑河中游水循環演變與干旱指數的關系 151
7.2 黑河中上游水文過程演變與下墊面變化的關系 151
7.2.1 基于下墊面指數的彈性系數法 151
7.2.2 流域下墊面變化對水文過程的影響評估 153
7.3 水文過程對植被等驅動因素的響應關系 155
7.3.1 月ET 模型 155
7.3.2 實際蒸散發模型構建 157
7.3.3 植被變化等驅動因素對蒸散發過程的影響評估 166
7.4 小結 179
參考文獻 180
第8章 黑河中游地區植被覆蓋和景觀格局變化研究 181
8.1 黑河中游地區NDVI 變化 181
8.1.1 數據源與處理 181
8.1.2 研究方法 183
8.1.3 黑河流域NDVI 變化分析 184
8.1.4 黑河中游實際蒸散發與NDVI 的關系 188
8.2 黑河中游地區土地利用變化 190
8.2.1 土地利用現狀及動態變化 190
8.2.2 土地利用空間變化模擬 193
8.3 黑河中游地區景觀格局變化 196
8.3.1 景觀格局指數的選取與年際變化 196
8.3.2 景觀格局的年際變化 197
8.3.3 景觀格局變化的空間分析 199
8.4 小結 203
參考文獻 204
第9章 黑河中游土壤植被高光譜反演方法 206
9.1 研究方法 206
9.1.1 人工模擬降水試驗及土壤制備 206
9.1.2 土壤及植被光譜測試 208
9.2 土壤水蝕過程機理研究 212
9.2.1 土壤侵蝕過程研究 212
9.2.2 土壤可蝕性因子分析 215
9.3 影響水蝕過程的關鍵土壤理化參數 221
9.3.1 降水前后土壤理化參數的變化 221
9.3.2 影響水蝕過程的關鍵土壤理化參數的篩選 222
9.3.3 土壤有機質對水蝕過程的影響 224
9.3.4 土壤團聚體對水蝕過程的影響 225
9.4 基于土壤理化參數的定量反演研究 227
9.4.1 土壤Vis-NIR 光譜特征曲線分析 228
9.4.2 土壤水分的光譜預測 231
9.4.3 土壤有機質的光譜分析預測 235
9.5 基于生物量的定量反演研究 236
9.5.1 生物量的高光譜曲線分析 236
9.5.2 反射光譜與生物量的相關分析 236
9.5.3 生物量與高光譜變量的相關關系 238
9.5.4 生物量的高光譜估算模型 242
9.6 小結 244
參考文獻 244
第10章 分布式生態水文模型原理和框架 247
10.1 模型框架 247
10.2 一維明渠匯流模型 247
10.2.1 模型結構 248
10.2.2 空間離散 250
10.2.3 模型的求解 251
10.3 土壤水入滲模型 251
10.4 三維地下水流運動模型 252
10.5 生態過程模擬模型 255
10.6 模型代碼驗證 257
10.6.1 地下水中三維連續點源模型 258
10.6.2 地下一維飽和非飽和流問題 259
10.6.3 一維地表水流問題 260
10.7 小結 261
參考文獻 261
第11章 分布式生態水文模型率定與驗證 264
11.1 基礎數據 264
11.1.1 水文參數 264
11.1.2 土壤水分參數 267
11.1.3 水文地質參數 274
11.1.4 監測數據 276
11.1.5 遙感數據 281
11.2 基于NDVI 的植被時空演變規律分析 285
11.2.1 Mann-Kendall 算法 285
11.2.2 植被物候特征變化規律分析 286
11.2.3 研究區植被多年變化趨勢 288
11.3 水文過程的參數反演和驗證 295
11.3.1 地表水模型中參數反演和驗證 295
11.3.2 地下水和黑河水力關系的動態轉化 296
11.3.3 水文地質參數率定 299
11.3.4 潛水位動態和地下水均衡分析 304
11.4 生態模型的建立與校核 308
11.4.1 農田與荒漠地區模型的建立與校核 308
11.4.2 河岸岸邊帶和過渡帶模型的建立與校核 314
11.5 小結 320
參考文獻 321
第12章 分布式生態水文模型綜合集成與預測 323
12.1 流域水文和生態耦合系統 323
12.2 現狀條件下地表水與地下水動態轉化規律 324
12.2.1 地表水和地下水轉化現狀分析 324
12.2.2 地表水和地下水轉化預測分析 324
12.3 氣候變化和人類活動影響下生態水文過程演化分析 328
12.3.1 基于GCMs 未來氣候變化情景 328
12.3.2 研究區不同生態系統未來生態演化分析 330
12.4 小結 337
參考文獻 337
第13章 結論與建議 338
13.1 結論 338
13.2 建議 341
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 主要研究內容 2
1.2.1 黑河流域上中游地區水文過程演變規律及其生態效應 3
1.2.2 黑河中游地區生態系統演變規律及其對水循環的影響 3
1.2.3 水文過程和生態-水文耦合模擬研究 4
1.3 國內外研究現狀 5
1.3.1 流域水文過程模擬研究 5
1.3.2 地表水和地下水轉化規律研究 8
1.3.3 生態-水文過程耦合研究 10
1.3.4 黑河流域研究現狀概述 13
1.4 主要技術路線 15
參考文獻 17
第2章 研究區概況 22
2.1 自然地理概況 22
2.2 氣象水文 23
2.3 地質構造 24
2.3.1 前第四系地質 24
2.3.2 第四系地質 25
2.4 水文地質條件 26
2.4.1 地下水的埋藏與分布 26
2.4.2 含水巖層（組）的劃分 27
2.4.3 含水層的導水性 27
2.4.4 地下水的補給、徑流與排泄條件 27
2.4.5 地表水和地下水的相互轉化 28
2.5 水利工程概況 30
2.6 水生態環境狀況 31
2.7 經濟社會概況 32
參考文獻 33
第3章 上游山區徑流變化及其對中游地區水資源的影響 34
3.1 中上游流域劃分及數據資料 34
3.2 上游山區徑流過程模擬與不確定性分析 35
3.2.1 研究方法 35
3.2.2 上游降雨徑流過程模擬不確定性分析 36
3.3 上游山區徑流變化及其對中游徑流變化的影響 39
3.3.1 上游和中游徑流雙累積曲線及相關關系 39
3.3.2 水文變異診斷 40
3.4 小結 45
參考文獻 45
第4章 中上游降水徑流變化與水循環演變規律實證分析 46
4.1 降水徑流變化趨勢與變點 46
4.2 黑河中上游流域水文要素時空變化 52
4.2.1 水文要素的空間變化 52
4.2.2 水文要素的時間變化 53
4.3 黑河中上游流域水文演變驅動力評估 55
4.3.1 評估方法 55
4.3.2 水文模擬法可信度分析 58
4.3.3 累積徑流量、累積降水量與累積蒸發量和年份之間的關系 60
4.3.4 中上游流域氣候變化與人類活動對水文過程的影響評估 62
4.3.5 上游和中游流域氣候變化與人類活動對水文過程的影響評估 63
4.3.6 各子流域氣候變化與人類活動對水文過程的影響評估 65
4.4 小結 67
參考文獻 68
第5章 黑河中游典型生態系統生態水文調查研究 69
5.1 河岸帶植被土壤特征空間變異 69
5.1.1 研究方法 69
5.1.2 植被的空間分布 71
5.1.3 土壤含水量的空間變異 73
5.1.4 植被土壤相關關系分析 76
5.2 荒漠、綠洲-荒漠過渡帶植被土壤特征空間變異 79
5.2.1 研究方法 79
5.2.2 土壤屬性空間分布特征 80
5.2.3 荒漠植被空間分布特征 89
5.2.4 荒漠植被與土壤屬性關系 91
5.3 農田生態系統土壤特征空間變異 95
5.3.1 引言 95
5.3.2 土壤質地變化特征 95
5.3.3 土壤水分變化特征 102
5.3.4 土壤鹽分變化特征 105
5.3.5 土壤有機質變化特征 117
5.4 小結 120
參考文獻 122
第6章 黑河流域中游蒸散發劃分及其驅動要素研究 124
6.1 基于雙源模型的蒸散發劃分 124
6.1.1 數據來源 124
6.1.2 基于能量平衡的蒸散發模型 129
6.1.3 潛熱通量分割 133
6.2 基于水分利用效率的蒸散發劃分 135
6.2.1 基于水分利用效率的方法 136
6.2.2 數據處理 139
6.2.3 結果分析 139
6.3 下墊面條件對蒸散發劃分的影響 144
6.3.1 典型下墊面的蒸散發劃分特征對比 144
6.3.2 植被對蒸散發劃分的控制作用 146
6.4 小結 147
參考文獻 148
第7章 黑河中游水循環演變對生態系統的影響 151
7.1 黑河中游水循環演變與干旱指數的關系 151
7.2 黑河中上游水文過程演變與下墊面變化的關系 151
7.2.1 基于下墊面指數的彈性系數法 151
7.2.2 流域下墊面變化對水文過程的影響評估 153
7.3 水文過程對植被等驅動因素的響應關系 155
7.3.1 月ET 模型 155
7.3.2 實際蒸散發模型構建 157
7.3.3 植被變化等驅動因素對蒸散發過程的影響評估 166
7.4 小結 179
參考文獻 180
第8章 黑河中游地區植被覆蓋和景觀格局變化研究 181
8.1 黑河中游地區NDVI 變化 181
8.1.1 數據源與處理 181
8.1.2 研究方法 183
8.1.3 黑河流域NDVI 變化分析 184
8.1.4 黑河中游實際蒸散發與NDVI 的關系 188
8.2 黑河中游地區土地利用變化 190
8.2.1 土地利用現狀及動態變化 190
8.2.2 土地利用空間變化模擬 193
8.3 黑河中游地區景觀格局變化 196
8.3.1 景觀格局指數的選取與年際變化 196
8.3.2 景觀格局的年際變化 197
8.3.3 景觀格局變化的空間分析 199
8.4 小結 203
參考文獻 204
第9章 黑河中游土壤植被高光譜反演方法 206
9.1 研究方法 206
9.1.1 人工模擬降水試驗及土壤制備 206
9.1.2 土壤及植被光譜測試 208
9.2 土壤水蝕過程機理研究 212
9.2.1 土壤侵蝕過程研究 212
9.2.2 土壤可蝕性因子分析 215
9.3 影響水蝕過程的關鍵土壤理化參數 221
9.3.1 降水前后土壤理化參數的變化 221
9.3.2 影響水蝕過程的關鍵土壤理化參數的篩選 222
9.3.3 土壤有機質對水蝕過程的影響 224
9.3.4 土壤團聚體對水蝕過程的影響 225
9.4 基于土壤理化參數的定量反演研究 227
9.4.1 土壤Vis-NIR 光譜特征曲線分析 228
9.4.2 土壤水分的光譜預測 231
9.4.3 土壤有機質的光譜分析預測 235
9.5 基于生物量的定量反演研究 236
9.5.1 生物量的高光譜曲線分析 236
9.5.2 反射光譜與生物量的相關分析 236
9.5.3 生物量與高光譜變量的相關關系 238
9.5.4 生物量的高光譜估算模型 242
9.6 小結 244
參考文獻 244
第10章 分布式生態水文模型原理和框架 247
10.1 模型框架 247
10.2 一維明渠匯流模型 247
10.2.1 模型結構 248
10.2.2 空間離散 250
10.2.3 模型的求解 251
10.3 土壤水入滲模型 251
10.4 三維地下水流運動模型 252
10.5 生態過程模擬模型 255
10.6 模型代碼驗證 257
10.6.1 地下水中三維連續點源模型 258
10.6.2 地下一維飽和非飽和流問題 259
10.6.3 一維地表水流問題 260
10.7 小結 261
參考文獻 261
第11章 分布式生態水文模型率定與驗證 264
11.1 基礎數據 264
11.1.1 水文參數 264
11.1.2 土壤水分參數 267
11.1.3 水文地質參數 274
11.1.4 監測數據 276
11.1.5 遙感數據 281
11.2 基于NDVI 的植被時空演變規律分析 285
11.2.1 Mann-Kendall 算法 285
11.2.2 植被物候特征變化規律分析 286
11.2.3 研究區植被多年變化趨勢 288
11.3 水文過程的參數反演和驗證 295
11.3.1 地表水模型中參數反演和驗證 295
11.3.2 地下水和黑河水力關系的動態轉化 296
11.3.3 水文地質參數率定 299
11.3.4 潛水位動態和地下水均衡分析 304
11.4 生態模型的建立與校核 308
11.4.1 農田與荒漠地區模型的建立與校核 308
11.4.2 河岸岸邊帶和過渡帶模型的建立與校核 314
11.5 小結 320
參考文獻 321
第12章 分布式生態水文模型綜合集成與預測 323
12.1 流域水文和生態耦合系統 323
12.2 現狀條件下地表水與地下水動態轉化規律 324
12.2.1 地表水和地下水轉化現狀分析 324
12.2.2 地表水和地下水轉化預測分析 324
12.3 氣候變化和人類活動影響下生態水文過程演化分析 328
12.3.1 基于GCMs 未來氣候變化情景 328
12.3.2 研究區不同生態系統未來生態演化分析 330
12.4 小結 337
參考文獻 337
第13章 結論與建議 338
13.1 結論 338
13.2 建議 341
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