[发明专利]获得地下水与天然植被系统的关系的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及地球科学技术领域，尤其涉及一种获得干旱、半干旱区地下水与天然植被系统的关系的方法及系统。

背景技术

近些年来，在全球极端气候增多的背景下，干旱和半干旱地区依赖地下水的生态环境问题日趋严重，突出表现为植被退化、湿地萎缩、沙漠化范围扩大及程度加剧等，其核心问题则是地下水潜水埋深和水化学特征对天然植被生长的控制作用，即地下水水位和水质的变化影响了天然植被的生长和发育。

长期以来，研究干旱和半干旱地区的地下水—植被系统的关系问题，均是直接将研究区植被参数与地下水潜水埋深或者矿化度参数直接建立相关关系，研究成果均认为植被覆盖度与潜水埋深或者矿化度呈定量的数学关系模型，如植被覆盖度与潜水埋深之间呈对数函数关系模型。研究过程中，植被参数和地下水参数主要来自于两个方面，一是野外实地调查植被物种、植被覆盖度、地下水潜水埋深，并野外实地采集地下水数据在实验室测量矿化度，二是利用遥感数据定量反演植被覆盖度等。

总体上看，已经公开发表技术方法存在如下不足：（1）从单一学科入手，研究地下水—天然植被系统关系的方法单一，学科交叉研究程度较低，所以难以系统和全面地揭示地下水对天然植被生长的控制作用与规律。（2）所采用的技术方法中，设置的基本研究单元没有考虑包气带在地下水—天然植被系统研究中的重要作用，缺乏明确的水文地质学意义，所以无法给水资源调控与管理提供科学的基础数据，缺乏明确的物理意义，而仅停留在数学意义上。比如在干旱与半干旱地区，由于植被直接吸收利用的多是土壤水，而同样的潜水埋深下，不同的包气带岩性结构可能有着不同的土壤水分分布格局，进而影响植被的生长发育。（3）技术方法中多采用遥感数据和离散的野外调查数据，造成两者间数据的空间尺度不匹配。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中无法较好地获得干旱、半干旱区地下水与天然植被系统的关系的缺陷，提供一种可以有效获得干旱、半干旱区地下水与天然植被系统的关系的方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种获得干旱、半干旱区地下水与天然植被系统的关系的方法，包括以下步骤：

根据预先收集的数据确定研究区的包气带岩性结构边界，所述研究区为干旱或者半干旱区；

利用所述包气带岩性结构边界裁切卫星影像数据，获取研究区的遥感数据；

获取研究区野外测量的植被覆盖度数据，以及地下水潜水埋深和地下水水化学特征数据；

利用研究区的遥感数据，采用“像元二分模型”反演像元尺度下的植被覆盖度并生成植被覆盖度图像，且反演的植被覆盖度数据与对应的所述野外测量的植被覆盖度数据相关系数大于0.80；

根据所述地下水潜水埋深和地下水水化学特征数据，生成与所述植被覆盖度图像具有相同空间分辨率的地下水潜水埋深和地下水水化学特征图像；

利用图像处理工具，对所述像元尺度下的植被覆盖度图像与所述地下水潜水埋深和地下水水化学特征图像进行二维散点图运算，生成像元尺度下的植被覆盖度与地下水潜水埋深和地下水水化学浓度关系的二维散点图；

根据所述二维散点图以及系统科学理论，获得天然植被生长随地下水潜水埋深和水化学浓度变化关系。

本发明所述的获得干旱、半干旱区地下水与天然植被系统的关系的方法中，所述卫星影像数据为RapidEye卫星影像1B级数据，空间分辨率为5m。

本发明所述的获得干旱、半干旱区地下水与天然植被系统的关系的方法中，所述根据预先收集的数据确定研究区的包气带岩性结构边界具体为：通过在研究区获取的土壤钻孔数据和基于RapidEye卫星影像修编的地貌图，确定包气带岩性结构边界。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

提供一种获得干旱、半干旱区地下水与天然植被系统的关系的系统，包括：

包气带岩性结构边界确定模块，用于根据预先收集的数据确定研究区的包气带岩性结构边界，所述研究区为干旱或者半干旱区；

研究区遥感数据获取模块，用于利用所述包气带岩性结构边界裁切卫星影像数据，获取研究区的遥感数据；

植被覆盖度和地下水数据获取模块，用于获取研究区野外测量的植被覆盖度数据，以及地下水潜水埋深和地下水水化学特征数据；

植被覆盖度遥感反演模块，用于利用研究区的遥感数据，采用“像元二分模型”反演像元尺度下的植被覆盖度并生成植被覆盖度图像，且反演的植被覆盖度数据与对应的所述野外测量的植被覆盖度数据相关系数大于0.80；