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本书以西北干旱区典型内陆河流域玛纳斯河流域为研究区域，以节水条件为主线，以水循环过程为核心，分析节水条件下流域水土资源开发利用现状基础上，阐明节水条件对流域下垫面变化的影响过程，揭示节水条件下流域水循环要素影响规律，在此基础上构建节水条件下流域水循环过程模拟模型，进行不同节水程度下流域水循环过程模拟。本书的研究内容如下：
（1）节水条件下玛纳斯河流域水土资源开发利用分析。以玛纳斯河流域气候、地形地貌、土壤植被、水文地质和社会经济情况为基础，分析流域水土资源开发利用现状和农田灌溉发展过程；从人工渠系、用水结构和地下水埋深变化分析节水条件对流域水资源开发利用的影响，从灌溉面积、种植结构、产业结构和土壤盐碱等角度分析节水条件对流域土地资源开发利用的影响，分析节水灌溉技术在玛纳斯河流域水土资源开发利用过程中的驱动作用，通过构建“压力-状态-响应”模型综合评价节水条件下流域绿洲稳定性。
（2）节水条件下玛纳斯河流域下垫面变化。以遥感影像数据为基础资料，分析节水措施前后玛纳斯河流域耕地、建工用地、草地和林地等下垫面变化规律；通过土地类型转移矩阵分析得出各下垫面土地类型转移情况；分析节水前后土地利用动态度和结构变化，阐明节水条件下流域下垫面变化影响因素；结合流域节水措施的推广程度，分析节水措施下流域绿洲稳定性，为节水条件下流域水循环模拟提供下垫面基础数据。
（3）节水条件下玛纳斯河流域水循环要素规律分析。分析节水条件下玛纳斯河流域降水、径流变化规律，重点分析节水技术大面积推广后降水、径流变化趋势；通过膜下滴灌试验分析滴灌技术对土壤水分入渗以及土壤水分蒸发的影响；通过遥感解译手段从站点和区域两个方面分析节水条件下流域实际蒸散发（ ET a ）和潜在蒸散发（ ET p ）变化规律，确定不同土地类型蒸散发量，为节水条件下流域水循环过程模拟提供降水、蒸发和入渗参数基础数据。
（4）节水条件下玛纳斯河流域水循环过程模拟。分析节水条件下玛纳斯河流域地表-地下水转化过程；结合流域下垫面及水循环要素变化规律，构建山区径流模拟和绿洲区地下水数值模拟模型，进行模型参数选择及验证；模拟传统灌溉、常规节水灌溉和强化节水灌溉方式下流域地表-地下水转化过程，分析比较不同灌溉方式下地下水水均衡情况，确定不同节水程度下流域地下水位降深，为流域节水灌溉及农业可持续发展提供科学依据。
首先根据本书项目研究的需要，对研究区域已有的遥感数据、DEM、矢量地形图、土地利用图、土壤类型图、水文和气象观测数据等进行系统整理、建库，在流域采集一定数量的水文、气象观测点数据。在此基础上，针对具体的研究目标和研究内容，以节水技术为主线，按照“水土资源开发利用分析-下垫面变化及驱动力分析-水循环要素规律分析-水循环过程模拟”的技术路线开展研究，技术路线如图1.1所示。
其具体研究方法如下：
（1）下垫面变化。在对MSS和TM/ETM影像数据进行几何精纠正、正射投影等预处理基础上，利用eCognition8.7进行土地利用类型分类，得到不同时期土地利用类型及面积；以1999年节水技术大面积推广为界，分析节水前后不同土地利用类型的变化规律；通过主成分分析方法得出下垫面变化的驱动因素，利用模糊综合评判方法进行绿洲稳定性综合评价，为节水条件下流域水循环模拟提供下垫面基础数据支撑。
（2）水循环要素分析。采用统计分析方法分析节水条件下流域径流和降水演变规律；通过室外试验方法分析节水条件对入渗及蒸散发水循环过程的影响；通过MOD16蒸散发影像产品进行解译处理，建立2000—2014年玛纳斯河流域实际蒸散发（ ET a ）和潜在蒸散发（ ET p ）数据集，分析节水条件下玛纳斯河流域蒸散发时空分布规律，确定不同下垫面条件的蒸发量，为节水条件下流域水循环模拟提供依据。
图 1.1 技术路线
（3）水循环过程模拟。山区融雪径流模拟采用MIKE11/NAM模型进行模拟，模型所需的输入数据包括气象数据、流量数据、流域参数和初始条件；绿洲区地下水数值模拟采用Visual-MODF LOW4.2建立地下水三维有限差分数值模拟模型，并对模型进行参数选择及验证。设置不同节水程度方案，计算不同节水程度下流域地下水水均衡及地下水位降深，为区域水资源合理开发及节水技术的持续推广应用提供科学依据。