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摘要：采用经典统计学与GIS相结合的方法分析了以新疆库车县为代表的绿洲-荒漠交错带的土壤水以及地下水埋深的分布情况，在借助遥感手段结合实测数据的基础上，运用TS-VI特征空间（TS-NDVI与TS-MSAVI特征空间）反演了土壤含水量，并以此反演出地下水埋深分布状况，并对2种方法的精度进行比较，寻求适用于研究样区的反演算法。结果表明，地下水埋深与0～10 cm层的土壤相对含水量（SRWC）相关系数最高，高达0.802 4；利用2种方法提取土壤相对含水量的精度均满足研究需求，但TVDIMSAVI反演的SRWC精度高于TVDINDVI，进而使用TVDIMSAVI和0～10 cm层的SRWC反演得到了研究区的地下水埋深分布图；在缺少实测土壤相对含水量数据时，运用此方法反演地下水埋深是可行的。
关键词：地下水埋深；土壤相对含水量；特征空间；相关分析；库车县
中图分类号：TV213.3；X87 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）17-4538-07
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.17.046
Abstract： The distribution of soil and groundwater depth of oasis-desert ecotone was analyzed by classical statistics and GIS methods. Combining of remote sensing and on the basis of the measured data， soil water content was inversely analyzed using TS-VI feature space（TS-NDVI and TS-MSAVI feature space），thus anti-performance distribution of groundwater depth was got，and the accuracy of two kinds of methods were compared to seek suitable inversion algorithms of sample region. The results showed that，groundwater depth and soil relative water content（SRWC） of 0 to 10 cm layer was high correlation，and coefficient was up to 0.802 4. The accuracy of SRWC that extracted by two methods both met research needs，but TVDIMSAVI was better than TVDINDVI，so using TVDIMSAVI and SRWC of 0 to 10 cm layer to inverse and get the distribution map of groundwater depth. In the absence of actual data of soil relative water content，this method was feasible to inverse groundwater depth.
Key words： groundwater depth； soil relative water content； feature space； correlation analysis； Kuqa county
地下水是水资源的重要组成部分，相比于地表水，地下水具有调节性强、可利用性强和空间分布范围广等优点[1]，对生态环境及人类社会经济的可持续发展作用重大。特别是在中国水资源缺乏、生态脆弱的西北干旱半干旱地区，如何有效开发利用地下水资源，保护生态环境尤其重要。对干旱半干旱地区而言，由于蒸发作用强烈，降雨稀少且时空分布不均，生态环境异常脆弱，绿洲是其精华所在，不仅承担着干旱半干旱地区的自然净化与人工调节功能，也是经济、资源和人口综合作用的载体[2]，因此，绿洲在干旱地区的生态调控作用显得尤为重要。干旱半干旱地区绿洲生物生态系统规模较小、稳定性低，生物过程也较为微弱，天然植被作为干旱半干旱地区绿洲生物生态系统中最主要的组成部分和生产者，其生存和长势主要依赖于地表水和地下水[3]。当地下水埋深正好可以满足植被的正常生长时，其他影响植被的生态因子的比例较小[4]。既不可让地下水位过高导致地表反盐，又可维持在干旱地区的绿洲天然的植物生长需求，即合理的生态水位，这就需要研究植被与土壤及地下水的相互作用机制[5]，充分认识植被的群落分布规律与生态特征及植被与地下水的相互响应规律[6]。因此，深入分析地下水位、土壤含水量及天然植被的作用关系，影响着生态系统的构成、发展与稳定，也是干旱地区绿洲化与荒漠化这两个对立过程的决定性因素[7]。
传统的地下水位监测方法需要耗费较长的时间及更多的精力，要想实现大面积动态监测比较困难。遥感技术宏观、动态、综合和快速监测的特点为快速有效地大面积监测地下水位提供了新的探测手段[8]。随着新型卫星的发射及应用，遥感图像的时间分辨率、空间分辨率、辐射分辨率和光谱分辨率的不断提升，以及雷达遥感技术不断成熟，许多学者在可见光、热红外及微波等方面通过定量反演地表生物物理参数，如地表温度、土壤水分、植被覆盖度、热惯量等信息，并结合GIS数据，建立了与地下水位相关的模型[9-12]。Yu等[13]用遥感提取与浅层地下水相关的8个指标，通过层次分析法加权综合，预测了平原孔隙水的富水靶区，验证表明干旱地区浅层地下水有良好的地表指示作用。Tam等[14]在喀斯特地貌区用遥感提取断裂走向和地表径流流向，发现两者与地下径流流向存在相关性，分析地层岩性找到了一条地下溶洞。Murugesan等[15]用遥感提取地形、地貌、水网密度和断裂密度对盆地内的构造裂隙水进行评估，结果表明断裂交汇部位是地下水富集区。Machiwal等[16]用遥感提取与地下水相关的指标，通过主成分变换对干旱地区地下水富集性进行评估，评估结果与实地验证相符，而且还表明年降雨量和海拔高度与地下水分布没有相关性。