基于rs的晋祠泉域地表蒸散发估算与区域水均衡分析

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1、基于RS的晋祠泉域地表蒸散发估算与区域水均衡分析第一章绪论1.1研究背景及意义晋祠泉是三晋第一名泉，从春秋时期的智伯渠开始，就开始了悠久的开发、利用和观赏历史，凝聚了丰厚的人文积淀。自上世纪七十年代以来，由于受地下水过度开采、西山煤田大规模开发以及降水减少等多种因素的影响，晋祠泉域地下水位持续下降，甚至造成1994年4月30日三晋名泉断流，2008年泉口地下水位最低低于泉口高程27.76m。针对日趋恶化的泉域水环境，当地政府和科研单位做了大量的工作，以期实现晋祠泉域水生态环境的修复。欲实现晋祠泉域水环境的修复，需对当地陆地水文循环系统的各个要素与环节进行深入研究。受当地干旱-半干旱气候的影

2、响，泉域内的多年平均降雨量较小，仅为462.4mm，而蒸发能力达到1878.8mm，为降雨量的四倍。因此，对泉域内地表蒸散发规律进行研究，对理解区域内的水循环和能量平衡、实现晋祠泉的清水复流和泉域内水资源的补排平衡均具有重要的意义。如今对于地表蒸散发的研究方法较多，但基本上都是建立在单个站点资料的基础上，而在模拟研究大尺度范围内的蒸散发时需考虑下垫面结构特性的不均匀性，故其研究精度也差强人意。近年来，随着遥感技术的出现和发展，对于上述问题的解决有了新的进展与发现[1]。透过多时相、多光谱的遥感图像能够较好的反映出下垫面的各种物理特性与结构信息，更能够综合地反映其湿热状况和地表面热红外温度等

3、，结合其它资料可以较好的反映出土壤含水量的水平非均匀状况。因此，遥感方法的研究精度比传统的研究方法要高出许多，尤其对大尺度范围的蒸散发规律进行研究时，更具其独特与优越性[2]。在充分收集泉域内水文气象、地形地貌、地质和水文地质、土壤、植被等资料的基础上，基于遥感资料、利用SEBS模型对泉域内地表的蒸散发量进行估算，并在此基础上对泉域内的岩溶水做均衡分析，可为实现晋祠泉域内水资源的可持续利用、晋祠泉的复流工程等提供参考。1.2国内外研究进展及存在问题蒸散发主要发生在土壤-植被-大气系统中，连续循环的存在于一个相当复杂的体系内。它是地面热量平衡和水分平衡的组成部分，而天气、气候的变化是受地面热

4、量、水分状况控制的，因此，对地表蒸散发量的研究一直是国内外生态学、气象学、土壤学、水文学、地理学、植物学等学科关心的焦点问题之一[3]。国外对地表蒸散发的研究起步较早，并取得了一系列的重要成果：通过研究温度、湿度和风速对蒸发的影响，Dalton于1802年提出了蒸发公式；Bodash;能量平衡方程[4]；ThornthanA于1994年提出了运用空气动力学来计算蒸散发的方法[5]；Penman于1948年提出了蒸发力公式，因考虑了多个蒸散发的影响因素而得到了极为广泛的应用[6]；Monteih于1963年提出了表面阻力及Penman-Monteith公式，但由于计算过程相对复杂，运用具有局

5、限性[7]。蒸散发研究方法大体上分为模型反演和试验测定两大类，由于区域下垫面的几何结构与物理性质等具有非均匀性，这些方法不仅研究范围较小，而且在区域尺度上的适用性也不强。1970年，随着遥感技术（RS）的快速发展使得蒸散发的研究迈入一个新的阶段。依靠多光谱、多角度的遥感图像可以十分清晰直观的了解土壤、植被及不同下垫面的信息，因此，遥感技术的应用已经成为计算区域尺度非均匀下垫面蒸散发量的主攻方向。随着遥感技术的更新换代，现已衍生出多种估算模型，这些模型也为传统的计算方法增添了新的活力，大大的发展了蒸散发的研究。1973年，Brodash;蒸散发模型[8]。.第二章研究区概况2.1自然地理条件

6、晋祠泉域位于山西省中部、太原盆地西侧。行政区划上包括古交市、清徐县、原南郊区的大部分地区以及尖草坪区、娄烦县、交城县和静乐县的部分地区。泉域岩溶水的集中排泄点晋祠泉是三晋第一名泉，出露于太原西山悬瓮山下，距太原市25km。中国古代地理学名著《水经注》中悬瓮之山，晋水出焉即是对该泉的描述。晋祠泉由难老泉、圣母泉、善利泉组成，出露高程802.59～805.26m[38]。晋祠泉于1994年4月30日断流，2013年泉口水位793.56米，距地表9.03米。根据《山西省泉域边界范围及重点保护区》专著，泉域东边界沿柳林河与狮子河的分水岭向南至王封村，折向三给村沿汾河至汾河二坝；西边界沿娄烦县、古交

7、市、静乐县的交界处往南经牛头山、罗家曲村、白家滩村、康庄村到郭家梁村；南边界从汾河二坝经清徐县西高白村沿古交市与交城县行政分界线至郭家梁村；北边界为古交市与静乐县的行政分界线[39]，总面积为2030km2，详见图2-1。晋祠泉域总体上西北高、东南低，海拔标高在760m~2100m之间。海拔最高处位于泉域西南部边界附近，最低处位于东南部边界附近。泉域西北部碳酸盐岩裸露区的海拔标高基本均在1500m以上；中部石炭-二叠系覆