塔里木河中游沙漠化地區(qū)地下水位遙感監(jiān)測(cè)

管文軻, 霍艾迪, 吳天忠, 何曉霞, 易 秀, 鐘家驊, 溫軼然

(1.新疆林業(yè)科學(xué)院 造林治沙研究所, 新疆 烏魯木齊 830002; 2.長(zhǎng)安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710054; 3.新疆塔里木胡楊林國家級(jí)自然保護(hù)區(qū), 新疆 庫爾勒841000)

塔里木河中游沙漠化地區(qū)地下水位遙感監(jiān)測(cè)

管文軻1, 霍艾迪2, 吳天忠1, 何曉霞3, 易 秀2, 鐘家驊2, 溫軼然2

(1.新疆林業(yè)科學(xué)院 造林治沙研究所, 新疆 烏魯木齊 830002; 2.長(zhǎng)安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710054; 3.新疆塔里木胡楊林國家級(jí)自然保護(hù)區(qū), 新疆 庫爾勒841000)

[目的] 探討沙漠化地區(qū)地下水位的分布狀況及其對(duì)沙漠植被的影響，為塔里木河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。[方法] 利用MODIS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，采用遙感—數(shù)學(xué)—模型學(xué)融合的研究方法，在實(shí)地考察塔里木河中游區(qū)域的地下水位、土壤水分和其他輔助資料的基礎(chǔ)上，通過建立土壤水分和地下水位的線性方程，提出在土壤中存在毛細(xì)管補(bǔ)給條件時(shí)，簡(jiǎn)便、有效地監(jiān)測(cè)沙漠化地區(qū)地下水埋深的監(jiān)測(cè)模型，并在塔河中游沙漠化地區(qū)進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證。[結(jié)果] 該模型反演地下水位和實(shí)測(cè)地下水位之間的相關(guān)系數(shù)為0.896 9，誤差較小。研究結(jié)果符合實(shí)際。[結(jié)論] 在較大范圍且地下水埋深不大于6 m的沙漠化地區(qū)，利用MODIS多波段遙感模型監(jiān)測(cè)并評(píng)價(jià)地下水位埋深的空間分布是可行的。

沙漠化地區(qū); MODIS數(shù)據(jù); 地下水位; 遙感監(jiān)測(cè)模型

地下水是非常重要的自然資源之一。區(qū)域地下水埋深是了解區(qū)域地下水資源狀況的一個(gè)重要參數(shù)，它與區(qū)域生態(tài)環(huán)境息息相關(guān)。一般來說，常規(guī)的獲取地下水埋深的方法為長(zhǎng)觀法、統(tǒng)測(cè)法等，但實(shí)現(xiàn)這些方法的基礎(chǔ)條件是該區(qū)必須有觀測(cè)井或機(jī)、民井。在沙漠化地區(qū)，尤其是在新疆塔里木河流域，這樣的條件是很難滿足的，這就需要有更先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段。因此，合理利用地下水，探索地下水位監(jiān)測(cè)省錢、省力的科學(xué)方法，對(duì)干旱、半干旱地區(qū)的生態(tài)平衡、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

現(xiàn)階段，利用遙感衛(wèi)星影像進(jìn)行地下水位監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法取得了蓬勃的發(fā)展。如有學(xué)者發(fā)現(xiàn)植被的生長(zhǎng)發(fā)育或退化與地下水位埋深基本呈動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系[1]。另一方面，研究人員運(yùn)用遙感數(shù)據(jù)及PCA間接排序法識(shí)別上海崇明東灘自然保護(hù)區(qū)的鹽沼植被取得了較好效果[2]。也有學(xué)者通過遙感從研究植被、水系、溫度等因素與地下水的依存、制約關(guān)系，推斷出了地下水富集帶[3-5]。20世紀(jì)90年代后期，對(duì)于地下水埋深遙感監(jiān)測(cè)研究發(fā)展到RS，GIS，GPS一體化應(yīng)用研究方向。通過建立多源遙感資料與水文、地質(zhì)和物探資料的擬合關(guān)系曲線，建立由地質(zhì)、地貌、水文因素線形特征圖、土地利用圖，DEM和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)成的地理信息系統(tǒng)，推斷淺層地下水富水區(qū)、地下水位埋深等[6-9]。還有學(xué)者利用雷達(dá)圖像在土壤介電常數(shù)和土壤對(duì)雷達(dá)波段的反射特性，提出了在地下水位3 m以上的高水位區(qū)測(cè)定地下水位的方法[10-11]。以上研究從不同的視角探索了遙感監(jiān)測(cè)地下水位的方法，這些方法有共同的特點(diǎn)，就是通過遙感手段，間接獲取地下水位埋深。也有不少學(xué)者認(rèn)為植被群落能較好地體現(xiàn)淺層地下水位埋深，但是至今為止，尚未有人將兩者直接聯(lián)系起來進(jìn)行較深入的沙漠化區(qū)域淺層地下水埋深空間分布研究。遙感具有宏觀、綜合、動(dòng)態(tài)、快速等特點(diǎn)，為地下水資源調(diào)查和監(jiān)測(cè)提供了新的探測(cè)手段。

塔里木河中游沙漠化地區(qū)光照強(qiáng)烈，在一定程度上可以忽略植被對(duì)反射率的影響，可以把像元反射率看成是純土壤反射率。這使經(jīng)土壤水分的遙感建立有效監(jiān)測(cè)地下水位遙感模型具備了前提條件。本文擬通過遙感技術(shù)建立土壤水分與地下水位之間的關(guān)系，探索滿足一定條件下的地下水位遙感監(jiān)測(cè)的省錢、省力的科學(xué)方法。

1 研究方法

1.1 土壤水分與光譜反射率的關(guān)系

水體在近紅外和中紅外波段內(nèi)的反射能量很少,而植被、土壤在這2個(gè)波段內(nèi)的吸收能量較小,而且有較高的反射特性。沙漠化地區(qū)植被稀疏，因此,這為在忽略植被對(duì)土壤水分遙感影響的情況下,研究土壤水分和光譜反射率的關(guān)系提供了有利條件。

有研究表明隨土壤水分含量的增加而反射率呈下降趨勢(shì),土壤水分含量與遙感影像MODIS的Band7波段的反射率一元線性回歸公式為[12-13]:

M=-0.270 6B7+0.139 6

(1)

式中：M——土壤水分含量;B7——MODIS影像數(shù)據(jù)的Band7波段的反射率。

1.2 地下水位遙感監(jiān)測(cè)模型的建立

在土壤中存在毛管補(bǔ)給作用的沙漠化地區(qū)，地表淺層土壤水分含量是地下水位高低的直接反映。當(dāng)潛水位高時(shí)，淺層土壤得到毛細(xì)管水的補(bǔ)給，使其保持較高的土壤含水量；隨著潛水位的下降，淺層土壤含水量隨毛細(xì)管水的補(bǔ)給減少、中斷而逐漸下降。因此，遙感監(jiān)測(cè)研究區(qū)內(nèi)地下水位的物理基礎(chǔ)是：在地下水位以上的土壤中存在毛細(xì)管，地下水通過毛細(xì)管作用能夠上升到達(dá)淺層土壤；地表土壤的反射光譜特征在一定程度上能夠反映地表淺層土壤的水分含量狀況。

假設(shè)y為從地面往下的垂直坐標(biāo)軸，y=0為土壤—大氣接觸面。水分在毛細(xì)管中的分配可以用下式來描述[14]:

M2(y)=A+By， max(0,H-Hm)≤y≤Hm

(2)

式中：M——土壤水分;H——地下水埋深深度(m);Hm——從地下水—土壤接觸面地下水能上升到毛細(xì)管的高度(m)。Hm和土壤的理化性質(zhì)有關(guān)，同樣土壤類型具有同樣的Hm值，土壤類型不同，地下水能上升到毛細(xì)管的高度也不一樣。常數(shù)A和B由下面的3種邊界條件來定義:

①土壤—地下水接觸面，y=H，土壤水分為最大值Mmax。

②地下水能上升到毛細(xì)管的高度處，y=H-Hm，土壤水分為最小值Mmin。

③在土壤—大氣接觸面，y=0，土壤水分為M0。

通過把①和②邊界條件運(yùn)用到(2) 式可得:

(3)

若條件②被③代替:

(4)

研究區(qū)域年均降水量約為45.2 mm，年均蒸發(fā)量卻高達(dá)1 887～2 910 mm，約是降水量的40倍。土壤為固定、半固定沙丘上發(fā)育的風(fēng)沙土，地表土壤水分M0=0，所以地下水位和地表土壤水分之間基本上沒有相關(guān)關(guān)系，而在此不必考慮(4)式。在常數(shù)Mmax，Mmin和Hm已知，并且遙感監(jiān)測(cè)土壤水分的有效深度被測(cè)定的條件下，公式(2)為遙感監(jiān)測(cè)地下水位提供了基礎(chǔ)條件。不過，由于遙感監(jiān)測(cè)土壤水分有效深度只限于近地表很淺的土層，對(duì)于衛(wèi)星來說，監(jiān)測(cè)土壤水分的有效深度一般為0.10 m[15]，而淺層土壤水分和地下水位之間的相關(guān)關(guān)系不太穩(wěn)定，準(zhǔn)確地反映地下水位不是那么簡(jiǎn)單的事情。下面從3種不同條件分析不同深度土壤水分和相應(yīng)地下水位的關(guān)系。

(1) 地下水溢出地表的情況(H

(2) 毛細(xì)管條件(H?Hm)。 地下水位比第1種情況的地下水位低，但毛細(xì)管作用的表現(xiàn)使土壤淺層土壤水分的遙測(cè)成為了可能。

(3) 地下水位很低的情況(H>Hm)。 因?yàn)榈叵滤缓艿停叵滤荒芡ㄟ^毛細(xì)管作用達(dá)到地面，無法實(shí)現(xiàn)地下水位的遙測(cè)。

由此可知，在第一種情況，地下水溢出地表，淺層土壤過度潮濕，形成沼澤地，地下水在遙感圖像中的表現(xiàn)多為水體。之所以第2種情況很有研究意義，是因?yàn)榈叵滤疀]有溢出地表，埋深深度比較理想。若用d來表示監(jiān)測(cè)土壤水分的有效深度，并y=d，用Md來表示d深處土壤水分，式(3)代入式(2)可以得到土壤水分—地下水位關(guān)系方程，即:

(5)

式中：H——地下水位的埋深(m)；d——監(jiān)測(cè)土壤水分的有效深度(m)；Hm——從地下水—土壤接觸面地下水能上升到毛細(xì)管的高度(m)；Mmax,Mmin——土壤水分的最大值和最小值；Md——d深處土壤水分含量(%)。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.1 研究區(qū)域

新疆塔里木河中游沙漠化區(qū)域地處塔克拉瑪干大沙漠北緣，位于中國最長(zhǎng)的內(nèi)陸河——塔里木河中游，是塔里木盆地內(nèi)陸干旱區(qū)中以胡楊林荒漠生態(tài)系統(tǒng)為保護(hù)對(duì)象的森林類型的主要保護(hù)區(qū)。屬典型的溫帶大陸性平原區(qū)荒漠氣候。區(qū)內(nèi)年平均氣溫9.7～10.8 ℃；多年平均降水量為45.2 mm，蒸發(fā)量卻高達(dá)1 887～2 910 mm。全年盛行東北風(fēng)，其次為西南風(fēng)；總的特征概括為：少雨、干旱、酷熱、多風(fēng)。地貌類型組成為沖積洪積平原和沙漠，地勢(shì)平緩，海拔800～940 m。由于塔里木河彎曲擺動(dòng)形成的河漫灘、階地、洼地、沙丘地等多個(gè)地貌單元，為胡楊林及檉柳等灌叢的生長(zhǎng)及其演替提供了很好的生長(zhǎng)地。“林隨水生”是胡楊林自然分布區(qū)最大特點(diǎn)之一。在荒漠生態(tài)系統(tǒng)中，水是影響胡楊林發(fā)生、發(fā)展的主導(dǎo)因素，可以說河流是根本，地下水是命脈，胡楊林源淵于河流，又受制于河流。

2.2 MODIS影像數(shù)據(jù)

本研究采用的數(shù)據(jù)是Terra MODIS產(chǎn)品MOD09 A1(全球500m地表反射率8 d合成數(shù)據(jù))。Terra衛(wèi)星過境時(shí)間在上午10：30和晚間22：30左右。MOD09 A1數(shù)據(jù)空間分辨率為500 m(實(shí)際上是463.3 m)分辨率的1—7波段8 d合成的地表反射率，去除了云及云影干擾。可以用來監(jiān)測(cè)地球植被的季節(jié)變化和年際變化。這些數(shù)據(jù)是由NASA提供(http:∥wist.echo.nasa.gov/api/)，可以從地球觀測(cè)系統(tǒng)(EOS)計(jì)劃的NASA網(wǎng)站上下載[16]。下載過程中也要盡量選擇研究區(qū)噪音點(diǎn)最少的衛(wèi)星影像，為了使對(duì)原始數(shù)據(jù)的干擾最小化，對(duì)下載的影像沒有進(jìn)行其他處理。

地下水位實(shí)測(cè)是在2008年8月進(jìn)行的，為了與地下水位資料相對(duì)應(yīng)，本研究選取了2008年8月的MODIS數(shù)據(jù)。

2.3 地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

2008年8月份，在塔里木河中游兩岸沙漠化地區(qū)進(jìn)行了實(shí)地考察，確保考察期間及前10 d內(nèi)研究區(qū)無降雨，選擇81個(gè)樣點(diǎn)實(shí)測(cè)了以下數(shù)據(jù)：土壤表面含水量、表層0.10，0.20 m土壤含水量、地下水位。其目的是調(diào)整土壤水分遙感監(jiān)測(cè)模型，建立定量評(píng)價(jià)地下水位的經(jīng)驗(yàn)公式。實(shí)測(cè)值和遙感影像反演值根據(jù)經(jīng)緯度進(jìn)行空間位置精確對(duì)應(yīng)。對(duì)樣方的選擇主要考慮樣方的代表性，盡量選擇面積較大、土壤和植被類型比較均一、垂直于塔河流向且距離塔河不能太遠(yuǎn)的區(qū)域設(shè)立實(shí)測(cè)樣點(diǎn)。

在實(shí)測(cè)的同時(shí)，另外還對(duì)研究區(qū)植被覆蓋率、不同深度的土壤水分、不同深度的土壤溫度、毛細(xì)管特征、地下水位和地表到地下水上升到的土層厚度進(jìn)行了實(shí)地考察，收集了該地區(qū)植被、水、土壤、地質(zhì)地貌等大量資料，同時(shí)還收集了氣象站2008年6—8月的氣象數(shù)據(jù)，以及研究區(qū)內(nèi)機(jī)井的經(jīng)緯度、高程、靜水位埋深及水位等數(shù)據(jù)。在可能的情況下，樣點(diǎn)的位置應(yīng)盡量選擇符合面積較大，分布均勻，具有代表性的要求。其中地下水位的探測(cè)方法為：利用手工鉆由地表向地下鉆取土樣到潛水面為止，每鉆下10 cm取出土樣1次，根據(jù)土樣的土壤含水量判斷是否到潛水面，這樣的方法可以保證地下水水位值的誤差度在10 cm之內(nèi)。使用這種方法測(cè)量的數(shù)據(jù)共81個(gè)，誤差在1 cm以內(nèi)[17]。

2.4 模型部分參數(shù)的測(cè)定

d：遙感傳感器監(jiān)測(cè)土壤水分的有效深度，d=0.10 m[16]。

Mmax：地下水和土壤接觸面土壤水分的最大值；Mmin：沙漠化地區(qū)從地面到地表0.08～0.10 m深處土壤水分含量，幾乎為零，這說明地下水只能達(dá)到此深處或地表蒸發(fā)量高。根據(jù)Mmin的定義，有效最小土壤水分是對(duì)0.10 m深處的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析算出來的。計(jì)算時(shí)首先對(duì)MODIS影像計(jì)算土壤水分含量值，然后利用研究區(qū)域邊界對(duì)生成的土壤水分含量圖進(jìn)行切割，提取每一單元內(nèi)的土壤水分含量值，針對(duì)每個(gè)單元計(jì)算水分含量值的頻率累積值[18-19]。最后根據(jù)頻率累積表，水分含量單元的內(nèi)取頻率為5%的土壤濕度值為Mmin=0.05%；土壤水分含量單元的內(nèi)取頻率為95%的土壤濕度值為Mmax=24.11%。

Hm：地下水通過毛細(xì)管能夠上升的高度，它跟土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)有關(guān)，同一類土壤有相等的Hm值。由于條件的限制，在野外實(shí)地調(diào)查中，我們采用下面的方法確定了Hm=6.00 m：在研究區(qū)選擇81個(gè)比較典型的樣點(diǎn)，根據(jù)野外實(shí)測(cè)的地下水位H，從地表到地下水上升到的土層厚度x，利用公式Hm=H-x估測(cè)，取其平均值。

把以上的參數(shù)值代入(5)式,得

(6)

式中：H——地下水位的高度(m)；Md——d深處土壤水分百分含量(%)。

3 結(jié)果與分析

3.1 地下水位的生成

利用ENVI軟件，將公式(6)輸入波段運(yùn)算工具中，利用波段運(yùn)算工具計(jì)算其地下水位H，然后按地下水位的高低對(duì)圖像進(jìn)行分類，得到地下水位的分布。高值區(qū)主要分布在裸露沙地、戈壁區(qū)域。低值區(qū)分布在土壤濕度比較大，植被較好的區(qū)域。最小值所在區(qū)域?yàn)橐恍┛犹了妗目傮w來看，地下水位的分布情況基本符合實(shí)際。

以野外實(shí)地調(diào)查為佐證,對(duì)塔里木河中游沙漠化區(qū)域的水文變化進(jìn)行綜合分析研究,并綜合地貌、土地利用現(xiàn)狀圖、氣象資料和社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息,對(duì)引起水文要素變化的原因進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明:引起塔里木河中游區(qū)域的水文變化一個(gè)重要原因是人為干擾增強(qiáng)，比如出現(xiàn)在塔河兩岸及河道部分區(qū)域的開荒種田等現(xiàn)象。

3.2 地下水位的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證地下水位遙感定量監(jiān)測(cè)模型，在2008年8月對(duì)研究區(qū)內(nèi)81處的經(jīng)緯度、高程、靜水位埋深及水位等進(jìn)行了調(diào)查，利用這81個(gè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的精度。在盡可能的情況下，樣點(diǎn)位置的選擇符合分布均勻，具有一定代表性的要求。考察期間研究區(qū)天氣情況基本晴朗，無雨無大風(fēng)，因此建立模型時(shí)，沒有考慮降雨和風(fēng)速對(duì)土壤水分的影響。根據(jù)實(shí)測(cè)樣點(diǎn)的經(jīng)緯度值，從反演的結(jié)果圖像中選擇出對(duì)應(yīng)的埋深，制作了實(shí)測(cè)地下水埋深與模型反演結(jié)果比較圖(圖1—2),其相關(guān)系數(shù)為0.896 9。

圖1 實(shí)測(cè)地下水位埋深數(shù)據(jù)與模型反演結(jié)果比較

圖2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型反演結(jié)果比較

通過圖1可知，在接近公式前提假設(shè)的條件下，即地下水埋深不大于6 m的沙漠化地區(qū)，且范圍較大，植被稀疏，Hm=6 m的同一類土壤，根據(jù)氣象資料遙感成像前后和實(shí)測(cè)期間前后無降雨的條件下，遙感反演結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好。地下水埋深不大于6 m，其原因主要是和遙感監(jiān)測(cè)地下水位的物理基礎(chǔ)有關(guān)，也就是說地下水通過毛細(xì)管作用能夠上升到達(dá)淺層土壤的最大距離應(yīng)該是6 m，大于6 m時(shí)毛細(xì)管水不能上升到地表，遙感監(jiān)測(cè)不到土壤濕度的變化，而小于和等于6 m時(shí)，才符合遙感監(jiān)測(cè)地下水位的物理?xiàng)l件。

圖2中可以看出，大部分情況下，遙感反演值低于實(shí)測(cè)值。原因主要是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來源于觀測(cè)孔處的實(shí)測(cè)值，代表的是點(diǎn)上的數(shù)據(jù)。而遙感反演的是象元區(qū)域內(nèi)的一個(gè)平均值，也就是單位象元(500×500 m)面積上的平均值，所以遙感反演值與實(shí)測(cè)值相比偏低。

4 結(jié)論與討論

本文采用遙感—數(shù)學(xué)—模型學(xué)融合的研究方法，從遙感在水利方面應(yīng)用的角度出發(fā)，提出了沙漠化地區(qū)在土壤中存在毛細(xì)管補(bǔ)給條件時(shí)，簡(jiǎn)便、有效地監(jiān)測(cè)地下水埋深的遙感模型。

研究結(jié)果表明，塔里木河中游沙漠化區(qū)域?qū)崪y(cè)與遙感反演地下水埋深數(shù)據(jù)結(jié)果相比較,其相關(guān)系數(shù)為0.896 9。用以上模型把圖像轉(zhuǎn)換成地下水位的分布圖,從模型監(jiān)測(cè)的地下水位分布情況看，研究結(jié)果符合實(shí)際。

在干旱、半干旱地區(qū)，尤其在地下水埋深不大于6 m的沙漠化地區(qū)，且范圍較大，利用MODIS多波段遙感模型監(jiān)測(cè)并評(píng)價(jià)地下水位分布是可行的。

在接近公式前提假設(shè)的條件下遙感反演結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好，因此本模型可以在類似于本研究區(qū)條件下使用，即符合植被稀疏，地下水毛細(xì)管上升高度同本研究區(qū)相同，土壤類型相同，根據(jù)氣象資料遙感成像前后和實(shí)測(cè)期間前后無降雨。

在非沙漠化地區(qū)，中高分辨率的landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)在監(jiān)測(cè)土壤水分方面都有一定的難度，但沙漠化地區(qū)一般面積較大，地表土壤和植被比較均一，氣候干燥少雨。在這樣的條件下，盡管MODIS數(shù)據(jù)分辨率本身較低又是合成圖像，模型計(jì)算本身也存在誤差，但是還是會(huì)取得不錯(cuò)的反演效果。

利用MODIS遙感監(jiān)測(cè)模型可以在宏觀上反演地下水埋深，但是存在的誤差也不能忽視，其來源主要是：

(1) 由于本文所使用的是2008年8月MODIS圖像，實(shí)地調(diào)查也是在2008年8進(jìn)行的，調(diào)查時(shí)間盡量選擇在當(dāng)日天氣晴朗，無風(fēng)，且無前期降雨的條件下進(jìn)行。雖然地面調(diào)查與衛(wèi)星成像時(shí)間在同月，但仍然存在不同天的誤差。

(2) 在模型推導(dǎo)過程中，參數(shù)推算精度對(duì)結(jié)果精度的影響很大。在計(jì)算過程中,觀測(cè)數(shù)據(jù)量小，影響參數(shù)的精確性。

(3) 除了土壤水分以外，反映地下水位變化的因素還有植被類型、植被覆蓋度、土壤溫度，這3種因素隨地下水位的高低而變化。

因此，建立地下水位遙感監(jiān)測(cè)模型時(shí)，綜合考慮植被類型、植被覆蓋度、土壤溫度等因素提供的信息，具有進(jìn)一步的研究?jī)r(jià)值。

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RemoteSensingMonitoringofGroundwaterLevelofDesertificationAreainMiddleReachesofTarimRiver

GUAN Wenke1, HUO Aidi2, WU Tianzhong1, HE Xiaoxia3, YI Xiu2, ZHONG Jiahua2, WEN Yiran2

(1.AfforestationDesertControlResearchInstitute,XinjiangAcademyofForestry,Urumqi,XinjiangUygurAutonomousRegion830000,China; 2.SchoolofEnvironmentalScience&Engineering,Chang’anUniversity,Xi’an,Shaanxi710054,China; 3.XinjiangTarimPopulusEuphraticaNationalNatureReserve,Korla,XinjiangUygurAutonomousRegion, 841000,China)

[Objective] In order to provide the theoretical basis for protecting the ecological environment of Tarim River Basin, the spatial distribution of groundwater level and its effects on vegetation in Aeolian desertification areas was explored. [Methods] MODIS satellite remote sensing image data and combined method of remote sensing-mathematical-model were used. Field investigations of groundwater level, soil moisture, and other relevant information in desertification area in the middle reaches of Tarim River in Xinjiang Uygur Autonomous region were measured. Through the empirical model fitting between the measured soil moisture as independent variable and groundwater level as dependent variable, under the prerequisite condition when there is capillary supply in soil, a simple and effective remote sensing method was proposed, and it was verified that can be used to evaluate the distribution of groundwater level based on the MODIS image data. [Results] The correlation coefficient of the measured groundwater and the remote sensing retrieved water level was 0.896 9, and the error was small. The result proved that the model is applicable. [Conclusion] When groundwater depth is not more than 6 m, it is feasible to use MODIS multi band remote sensing data to monitor and evaluate the groundwater level and its spatial distribution in the desertification area.

aeolianareas;MODISimagedata;groundwaterlevel;RSmonitoringmodel

B

1000-288X(2017)05-0245-05

TP79, P641.8

文獻(xiàn)參數(shù)： 管文軻, 霍艾迪, 吳天忠, 等.塔里木河中游沙漠化地區(qū)地下水位遙感監(jiān)測(cè)[J].水土保持通報(bào)，2017,37(5)：245-249.

10.13961/j.cnki.stbctb.2017.05.041； Guan Wenke, Huo Aidi, Wu Tianzhong, et al. Remote sensing monitoring of groundwater level of desertification area in middle reaches of Tarim River[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(5)：245-249.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.05.041

2016-11-10

2017-02-21

中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范;跨區(qū)域重點(diǎn)推廣(其他推廣)示范項(xiàng)目“塔里木盆地北緣低覆蓋度防沙治沙技術(shù)示范” (新[2016]TG12)

管文軻(1972—),男(漢族),新疆維吾爾自治區(qū)吉木薩爾縣人,碩士,主要從事荒漠化防治與林業(yè)生態(tài)研究和推廣。E-mail:gwk1125@sina.com。

霍艾迪(1971—),男(漢族),陜西省西安市人,博士,主要從事水土保持與荒漠化防治研究。E-mail:huoaidi@163.com。