植被变化的基流响应研究——以延河流域为例

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植被建设是我国治理水土流失和改善生态环境质量的重要措施。开展植被建设(变化)的基流响应研究对正确评价植被建设的水文效益、合理进行流域生态环境建设、水资源评价等问题都具有实际指导和借鉴意义。  本文以延河流域为研究对象,首先应用基流分割方法估算延河流域的基流量;对GIMMS NDVI、MODIS NDVI和SPOT VGT NDVI三种遥感数据在延河流域植被变化研究应用中的差异性和适用性进行对比分析,提出GIMMS NDVI的修正方法;在此基础上,分析延河流域径流量、基流量、降水量和NDVI的年内分配和年际变化特征,并探讨不同时间尺度下径流量、基流量变化与植被、降水量变化的关系,研究延河流域植被变化的水文效应。本文的主要结论如下:  1.应用滑动最小值法(时间间隔为5天,k=0.9)、时间步长法HYSEP的3种方法(FIXED、SLIDE、LOCALMIN,n=11)、数字滤波法的4种方法(F1、F2、F3、F4)对延河流域甘谷驿水文站1953-1997年的实测日径流资料进行了基流估算,综合考虑8种基流分割方法所得到的基流时间序列的标准偏差、极值比、Nash-Sutclliffe系数、相对误差以及8种方法的基流指数的相关系数,选定数字滤波法的F4法为本文中基流分割方法,其与其他方法得到的基流指数的相关性较高,标准偏差与极值比较小,相对误差较小且Nash-Sutclliffe系数较大。  2.选取GIMMS、SPOT VGT和MODIS NDVI数据重叠期(2000-2006年)的数据,运用一致性检验和相关分析等方法研究了3种NDVI在延河流域植被变化分析中的一致性与差异性。研究表明:SPOT VGT和MODIS NDVI的相关性、一致性较强, GIMMS NDVI则与前两者存在较大差异。考虑到GIMMS NDVI在较长时间植被变化分析中具有不可替代性,利用其与SPOT VGT NDVI在7、9月份存在较好的一致性这一现象,提出了GIMMS NDVI的修正方法,并将该方法应用于延河流域、延河子流域以及流域内的像元尺度。修正结果显示,在植被覆盖度较低的情形下这一方法对于不同空间尺度的GIMMS NDVI均可进行有效的修正,使其与其它两种数据源获取的NDVI具有较好的一致性,然而对于流域植被覆盖较好的地区,修正结果仍然存在较大的误差。利用修正后的GIMMSNDVI与SPOT VGT NDVI和MODIS NDVI的显著相关关系对其进行了时间序列的扩展。  3.植被变化的水文效应研究表明:在年尺度和汛期内,降水量是径流量、基流量的主要影响因素。NDVI对各时间尺度上的径流影响均不显著,汛期和冬季枯水期内,NDVI与基流量、基流指数均呈显著的正相关,说明植被的拦蓄降水作用及土壤的渗透能力增加会使汛期降水更多的转化为地下水,并在冬季枯水期内缓慢释放出来,表现为汛期、冬季枯水期内的基流量随NDVI升高而增加。但春季枯水期内,NDVI与基流量、基流指数则为显著的负相关关系,说明随着春季的到来,植被生长对水分的巨大需求量会使春季枯水期的基流降低。灌溉面积和灌溉用水量的增加导致的地下水开采量增加会导致春季基流量降低。汛期、冬季枯水期和春季枯水期的不同变化趋势导致年尺度上NDVI与基流、基流指数的关系不显著。  
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