内陆河流域干旱评估指标计算技术

生态干旱评估指标为NDVI指数和平原区地下水位埋深，两个指标通过遥感和观测数据直接得到，但NDVI数据为栅格数据，地下水埋深数据为点状观测数据，两者均需要在相应的子流域范围内进行空间展布。空间插值方法见章节6.1介绍。

6.2.3.1　潜水埋深

玛河流域冲洪积扇潜水埋深自扇顶向北逐渐变浅，山前断层使玛河在出山口处形成跌水。扇缘顶部潜水埋深一般大于50m；到玛纳斯大桥—园艺场—凉州户六队一带，潜水埋深50m左右；扇中部埋深20～50m，含水层主要由粗大卵石层组成，为扇区最富水地带［226］；河流冲洪积扇缘及冲积平原区，潜水水位埋深大多在2～8m，至溢出带附近潜水埋深5m左右，溢出带以北小于3m。石河子市、143团一带水位埋深15～50m，地表主要由1～5m不等的粉土和粉质黏土组成，渗透性相对较弱；石河子乡、152团一带，水位埋深50～150m，含水层由卵砾石组成［227］。

地下水埋深资料主要参考《玛河流域综合规划》《石河子地区超采区划定说明书》《玛纳斯县地下水超采区划定》《玛纳斯县水资源论证报告》［228］等文字和图片资料，以及生产井主要年份水位调查成果。在资料中尽可能多地搜索平原区生产井和观测井位置，结合Google Earth定位系统，在图中找到各位置的地理坐标，整理输入ArcGIS中，经过投影后做成点状矢量图。然后根据资料情况，把各点相关的起测年份、起测年埋深、井深、各年份地下水埋深等属性数据输入点状矢量图的属性表中。根据天然植被分布和地下水位的关系，本次评估所用数据主要是潜水埋深，对承压井水位埋深不予考虑。共收集到84眼地下水埋深观测井或生产井的位置点，有长系列观测资料的井共64眼，基本能覆盖流域的平原区。各井基本属性统计见表6.3。各井地下水埋深除表6.3中所列年份外，还有2007年和2008年埋深，以及部分观测井2007年1月至2008年6月的逐月地下水埋深数据。

以2005年各井的实测埋深资料为例，利用ArcGIS空间分析模块所提供的数据空间插值方法，选择自然临近插值法、样条函数插值法、Kriging插值法和反距离权重插值（IDW）法四种方法，以流域边界为边界，按照7级划分标准分别得到流域内平原区的地下水位埋深分布图（栅格数据，GRID格式），见图6.2和图6.3。根据上述不同空间插值方法作图效果的比较认为，自然临近插值法覆盖范围小，IDW插值法存在“牛眼”现象，Kriging插值法和样条函数插值法比较理想，选择较常用的Kriging插值法作为点数据空间展布方法。

图6.2　自然临近法和Kriging法插值结果

图6.3　样条法和IDW法插值结果

图6.4　子流域生态干旱指标分级(www.xing528.com)

为得到平原区子流域上的潜水埋深，根据章节6.1.2的介绍，将位于子流域边界内的栅格值进行面积的加权平均，得到整个子流域地下水埋深值。玛河流域内山区和山前带地下水埋深条件和平原区差异较大，本次评估认为山区地下水埋深均在不干旱的范围内，故除观测井覆盖的平原区子流域外，其余各子流域地下水埋深都设为0。根据上述步骤将子流域内潜水埋深分级得到子流域潜水埋深分布，见图6.4（a）。其中除观测井覆盖的平原区子流域外，其余子流域均划为“无旱”级别。

6.2.3.2　NDVI

本书所采用的NDVI数据来自长时间序列中国植被指数数据集［229］。该数据集包含三种遥感数据产品，分别为：SPOT VEGETATION，MODIS和AVHRR。本书采用SPOT VEGETATION和AVHRR的植被NDVI指数数据集，前者是基于1km的从1998年4月1日至今每10天合成的四波段光谱反射率及10天最大化NDVI数据集；后者是基于1°的1981年7月至2006年底NOAA/AVHRR每15天合成的最大化NDVI数据集。

长时间序列中国植被指数数据集需要用遥感软件打开和处理。本书应用ENVI软件，输入大区域内的NDVI影像数据，经过投影和数据格式转换，利用流域边界矢量图层，得到本流域内各期NDVI指数栅格数据（GRID格式），以便进行各子流域内的NDVI提取和计算。年尺度用的是各年份NOAA/AVHRR-NDVI数据集8月上半月的数据，月尺度用的是SPOT VGT-NDVI数据集中5—11月中旬数据。

同潜水埋深一样，NDVI栅格数据需要转化到各子流域上，利用章节6.1.2所述方法，对子流域边界内的栅格面积和栅格值进行统计，并对栅格值进行面积加权平均，得到各子流域的NDVI值，重新划分得到子流域上的NDVI，以NOAA/AVHRR-NDVI数据集2005年8月上半月的数据为例，得到子流域的NDVI，如图6.4（b）所示。

以上干旱指标的计算除生态子系统潜水埋深指标受资料限制外，其余各指标均可计算年、月尺度上的指标值，可用于年过程和月过程的干旱综合评估。限于篇幅，下文在整个流域和各子系统年尺度的干旱评估中以典型年为例，月过程干旱评估以2007年5—11月为例，进行流域内年和月过程干旱状况的评估与分析。