●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黑河流域上中遊地區水文過程演變規律及其生態效應3
1.2.2黑河中遊地區生態繫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氣像水文23
2.3地質構造24
2.3.1前第四繫地質24
2.3.2第四繫地質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含水岩層（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、徑流與排洩條件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章上遊山區徑流變化及其對中遊地區水資源的影響34
3.1中上遊流域劃分及數據資料34
3.2上遊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上遊降雨徑流過程模擬不確定性分析36
3.3上遊山區徑流變化及其對中遊徑流變化的影響39
3.3.1上遊和中遊徑流雙累積曲線及相關關繫39
3.3.2水文變異診斷40
3.4小結45
參考文獻45
第4章中上遊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黑河中上遊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黑河中上遊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繫60
4.3.4中上遊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上遊和中遊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章黑河中遊典型生態繫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植被土壤相關關繫分析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繫91
5.3農田生態繫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章黑河流域中遊蒸散發劃分及其驅動要素研究124
6.1基於雙源模型的蒸散發劃分124
6.1.1數據來源124
6.1.2基於能量平衡的蒸散發模型129
6.1.3潛熱通量分割133
6.2基於水分利用效率的蒸散發劃分135
6.2.1基於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章黑河中遊水循環演變對生態繫統的影響151
7.1黑河中遊水循環演變與干旱指數的關繫151
7.2黑河中上遊水文過程演變與下墊面變化的關繫151
7.2.1基於下墊面指數的彈性繫數法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繫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章黑河中遊地區植被覆蓋和景觀格局變化研究181
8.1黑河中遊地區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黑河中遊實際蒸散發與NDVI的關繫188
8.2黑河中遊地區土地利用變化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黑河中遊地區景觀格局變化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章黑河中遊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降水前後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基於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基於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繫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
10.2一維明渠彙流模型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基於NDVI的植被時空演變規律分析285
11.2.1Mann-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繫的動態轉化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繫統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基於GCMs未來氣候變化情景328
12.3.2研究區不同生態繫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

本書針對黑河中遊地區水循環與生態繫統關繫及耦合機理，重點開展氣候變化和人類活動影響下黑河流域中遊地區水文過程演變規律及其生態效應、黑河流域中遊地區生態繫統演變規律及其對水循環的影響，以及生態-水文過程耦合模擬相關研究。作者繫統搜集和整理黑河中遊流域生態-水文過程多源數據，開展研究區典型植被土壤樣帶野外調査，釐清上中遊水文過程演變的主要驅動力，辨識流域NDVI時空變化特征及其驅動因素，分析土地利用和景觀格局變化規律，探索利用高光譜遙感反演土壤植被信息的方法，建立中遊地區基於物理機制的生態水文模型。
本書既可以作為研究干旱區生態水文過程及其耦合模擬問題的參考資料，也可以作為水文學及水資源、地理學、資源科學、環境科學、生態科學等相關領域的專家、學考和研究生以及高年級本科生的參考用書。