文摘

水需求增加随着人口增加导致水资源过度开采。因此,有需要改善水资源管理补充集雨雨水收集。本研究试图评估土地适宜性地表径流收集使用地理空间技术。土地利用/土地覆盖该地区的地图来自陆地卫星图像。土地利用和土壤数据用于生成曲线数字流域的地图。轮廓极大地影响存储取决于存储或地下水径流是表面充电的目的。因此,ArcGIS是用于描述的轮廓流域数字高程模型(DEM)。进一步,利用加权叠加排水分为类别的限制,不适合,比较合适的,合适的,或高度合适。研究发现,森林、农业和组合领域占领了约39.42%,36.32%,和1.35%的排水区,分别。流域的很大一部分被发现曲线数范围82 - 89。 About 50% of the catchment was found to fall within suitable and highly suitable categories. This implied that a great potential exists for rain water harvesting within the catchment.

1。介绍

生活的一个重要要求,经济和社会发展是水(1]。所需的水是人类,植物,动物和生态系统功能。充足的水供应饮用水供应的发展至关重要,农业和工业活动。水的需求随着人口的增加呈线性增加。根据WWO [2全球用水量率翻倍),每20年,是人口增长率的两倍。结果,优化、有效利用和管理与增加人口是最重要的淡水资源萎缩造成的问题观察趋势的水资源。此外,有许多行业面临严重的水资源短缺。例如,大约有超过50%的农村家庭和至少25%的城市家庭无法获得足够的干净的水(3]。在非洲肯尼亚是水稀缺的国家之一,也见过水储存人均恶化随着时间的临界水平。到2003年,可用的淡水供应647米³人均估计,到2025年,人均水资源可用性会下降到235米³由于人口增长(4]。水资源短缺是一个大问题在肯尼亚和紧急措施要求逮捕,扭转这一趋势的国际公认的人均消费1000³。因此加强水资源管理的必要性和可行的选项之一是直接在集雨在雨水收获更多的努力。

应优先考虑为人工集雨面存储或充电,因为这有助于可持续水资源管理(5]。集雨是集中的过程,从大区域流域内径流。径流后可以集中在一个较小的区域(5对各种活动)。雨水收集处理大量的空间数据,可以很容易地使用地理空间技术处理。遥感和GIS领域的广泛应用水文和水资源开发6]。在肯尼亚,做了小的使用地理空间技术来确定雨水收集网站。一个区域,将大大受益于这样的研究是Njoro河流域及周边地区。

多年来,Njoro河流域发生了动态土地利用变化导致水文政权的变化(7]。大量的径流增加了表面造成环境相关灾害洪水和水土流失的形式。然而,过度的径流资源可以利用,供家庭使用,农业和环境改善。农业雨水排水的主要活动是联储最近一直受到降雨变化导致作物失败。虽然雨水收集有很大的潜力,主要存在知识差距有关的选择最合适的地方收获可以练习。因此,有需要健壮的方法,可以使水资源管理者识别和现有潜力集雨地图。

Njoro河流域大约是150公里²。它位于纬度之间0°15′S-0°30′年代和经度35°20′E-36°05′E。集水来源于茂山海拔约3060米的海拔约1750 m.a.s.l (m.a.s.l。)。在口腔它排放到湖泊纳库鲁,一个裂谷苏打湖。这个地区有一个双峰降雨模式,从三月到五月,有时延长到6月和9月到11月,尽管最近气候变化正在经历。根据茶室(7),流域内的平均降雨量记录每年是1020毫米。流域是肥沃的土壤上覆盖的森林地区拥有由灰和其他火山的火山碎屑岩和深井抽干,适度深厚肥沃的砂质粘土(玻璃质的暗色土)。下游是由土壤腐蚀性湖Chemelil报道(8]。

2。材料和方法

2.1。数据使用

陆地卫星图像和数字高程模型(DEM)下载http://earthexplorer.usgs.gov/和两个分辨率约30米。陆地卫星图像被用来生成流域的土地利用,而民主党在面部轮廓描述和斜坡的一代。土壤地图首次从KENSORTER下载网站。地图是地理和验证使用流域内土壤数据从先前的研究[7,9]。每日降雨量数据,1995年到2014年从斯瓦特的全球天气数据下载(http://globalweather.tamu.edu/)。这个数据修正了一个收集身体同一段时间从现有气象站Egerton大学和肯尼亚Njoro的农业和畜牧业研究机构。校正由获得之间的回归方程和现有气象站数据下载。检查的一致性降雨数据,使用了双质量曲线。同质性进行测试数据的任何可能的错误或异常值产生的数据测量。例如,作为质量控制措施,任何突然的变化梯度的双质量曲线与数据不一致,这种不一致是纠正。

2.2。数据处理技术

9.3流域边界划定在ARCGIS空间分析工具。遥感数据和土壤地图是地理和几何纠正。所有数据都将WGS_1984 UTM区。生成流域的土地利用图,图像预处理,运用和整改,是在ERDAS公司想象9.2和Arcmap 9.3执行。使用对比度拉伸进行了图像增强,直方图均衡化在DN 0 - 255的范围。一个3×3过滤器用来过滤的图像,以提高卫星图像和民主党。过滤辅助检测线性特性,如断层、流域和河流。监督分类中使用最大似然分类进行假彩色合成。帮助识别不同的类特别是建筑面积和草原,假的颜色组合乐队4,5和3使用。签名可分性的组合被告知通过使用表明,带5是最有效的带类的分离。图像判读元素,色调,图案,尺寸,协会,形状,和网站,用于土地利用识别。监督分类后,进行验证。

2.3。数量和径流曲线

水土保持服务曲线数(SCS-CN)方法用于估计的体积直接地表径流。风扇等报告的方法。10)在预测和估算地表径流持久ungauged农村排水Njoro河流域。此外,根据作者,土地利用/土地覆盖参数可以很容易地从遥感图像中提取。这些数据帮助餐饮空间分布的径流生成。计算曲线,土壤水文组(HSG),土地覆盖类型,前期土壤湿度以及水文条件因素是非常重要的。HSG集团集水生成的地图通过对土壤中使用信息表1。HSG和流域的土地利用层转换为光栅格式。在ERDAS公司,模型制作是用于匹配的土地覆盖和HSG集团。适当的曲线数值被分配到每个细胞在输出层。HSG分为4组,A, B, C, D,反映了土壤的入渗率(11]。A组最高的渗透和低曲线在D组数量最低渗透和高曲线(表数量1)。

在一项由Raude [9Njoro流域内)、肯尼亚、地表径流和土壤流失在不同降雨强度和选择土地利用实践,这是观察到前期含水量(AMC)二世是有用的在确定流域的地表径流。这些发现是基于使用降雨模拟器研究不同降雨强度的变化。不同的径流小区和测量结果与实际降雨径流过程中收集的数据。在相同的研究中,土壤样本收集和他们的水分含量是决定用重量法。进一步的径流系数的计算和综合径流系数决定。结果被用于理解使用SCS-CN径流值计算模型。因此,本研究采用了AMCII在曲线确定数量。估计的直接径流风暴,降雨径流方程由Balvanshi和女子12使用了)。应用这个方程,假设5天的初始抽象前期水分为代表 在哪里分水岭存储,mm;实际直接径流,mm;总降雨量,毫米。

相关曲线数使用方程(4),按照粉丝et al。10),

2.4。轮廓识别

刘等人。13)报道,民主党在轮廓的研究是有用的;因此,在这项研究中民主党被用于面部轮廓识别。晕渲地貌图像从民主党。在阴影救济图像轮廓识别使用太阳光照的变化。照明与视线角和斜率的变化梯度。八阴影救济图像创建光源从八个不同的方向,也就是说,0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°。前四个阴影救济图像首先被组合成图像在第二个四套组合成第二个形象由阿卜杜勒et al。14]。在GIS环境中轮廓被数字化。轮廓是进一步的缓冲表面蓄水以来的100被认为是在选择一个合适的地点。

2.5。合适的地点

不同的主题层集成在GIS环境中叠加,缓冲和加权操作是由第一个将所有图层转换为光栅格式。表面蓄水以来被认为,轮廓的缓冲距离显示弱的100点,渗透可能很高。接近收获网站水体和道路也缓冲距离300米。为高效径流生成,排水坡度通常是陡峭的。更高的山坡上被认为有积极影响一代存储站点径流,但不良的识别。在评估潜在和雨水径流水的适用性,使用加权叠加指数GIS。几乎相同的方法之后,Sarup et al。15),潜在的地下水补给区网站使用地理空间技术划定。在这项研究中,单个主题层被分配weightage,还他们的类等级取决于参数的影响雨水收获或他们的贡献(表的输出2)。类高值表示最合适的网站。最后的得分是一个产品的级别和weightage网站分类适用性是限制,不适合,比较合适的,合适的,或高度合适。覆盖区域的每个适用性类别使用面积计算工具。此外,适用性比例估计通过考虑每个特定区域和流域总面积;也就是说,

尽管降雨是一个关键因素在评估一个地区的适用性收集站点,在这项研究中不加权自发现研究流域内降雨几乎是均匀分布的。摘要采用的方法呈现在图1。

3所示。结果与讨论

3.1。土地利用/土地覆盖

不同的土地利用/土地覆盖的区域计算被发现在森林和水体范围从39.42%和0.54%,分别为(表3)。水体被发现有最小的面积可能是因为河流分类是困难的因为水是不可见但河河岸植被明显的路线。河岸植被可以添加比例的森林可用自植被反射率接近森林,这不是分开。此外,自然森林,次生林,农业森林不分离在这个研究可以与这一事实有关森林通常有更高的百分比(图2)。

另一方面,农业是主要的经济活动在面积占36.52%。Baldyga et al。16)报道小规模农业和牲畜饲养在流域内的增加。因此,雨水收集在集水可以改善农业。

3.2。土壤

研究区域内的土壤被发现主要是砂质壤土、粘壤土和砂质粘壤土虽然有些部分被发现壤土土。这是发现,流域内水文土壤组B, C, D(图3)为15.40%,37.97%,和46.63%,分别。更高比例的土壤被发现倒在D组,翻译非常低渗透和径流导致曲线高数。因此,流域内的土壤被发现是有用的在地表水收获和一代的径流。

3.3。曲线数

发现曲线数据都高于50表明流域内径流潜力高。曲线的范围数55岁到100岁之间的被发现(图4)在正常时期。曲线最低数量记录在自然森林面积水体中的CN值最高。类似的结果被风扇等报道。10),他们估计复合曲线数字流域在广州,中国。目前的研究发现,人口密集的地方被发现的85年到94年根据土壤类型和不透水面积的比例(表可用4)。

人口密集的地方有更多的不透水表面导致低渗透导致更高的曲线。曲线用于确定数量多少降雨渗入到土壤和多少降雨地表径流。他们所代表的值的范围从0到100和地表捕捉水的能力(1]。根据Balvanshi和女子12]低曲线表明,数量少水容易渗入到土壤引起径流而高曲线数量意味着水不是被地表;因此,更多的径流生成。

3.4。径流

发现101毫米降雨量的径流生成介于13.22和83.55毫米之间的最小值被记录在森林和83.55是构建区域内。这是在协议与曲线数字生成的早些时候。在森林地区植被增加入渗率、拦截损失,因此减少径流的体积和保留。组合区域增加不透水层,从而减少渗透速率,这导致径流增加。数据5和6代表了径流地图和轮廓在研究区,分别。森林中的低径流的地区被发现也不适合雨水收集网站。观察到,在一些地区森林产生的径流相比的主要地区。这可能是由于森林侵犯或树减少非法木炭燃烧猖獗的研究领域。

3.5。轮廓

轮廓映射到提供更多潜在的信息网站的集雨结构取决于网站用于地表水储存或地下水补给。在这项研究中轮廓缓冲,因为他们代表着空间的影响,会导致泄漏或渗漏地表水储存。轮廓影响表面存储、地下水补给和基流,从而起到至关重要的作用在结构的性能效率措施17]。他们有时作为指标的岩石的溶解性,可以与裂缝有关渠道。高渗透性和集中的轮廓显示区域地下水流动(18]。轮廓高度适合当地下水补给和最不适合地表水进行收获,因为他们将鼓励泄漏或渗透。

3.6。坡

最高的集水的面积百分比如表所示5被发现属于平轻轻起伏的类别覆盖52.98%,紧随其后的是一般平面类占据面积29.25%。

这两个边坡分类类别提供有利的雨/径流潜力网站集合。这样平坦区域允许水收集和不流动,因此,自然有助于集中降雨径流从给定风暴。另一方面,陡峭的斜坡有利径流生成和径流生成网站的排名高而对雨水收集平坡排名更高。此外,网站有8%的斜坡被认为适合收集径流条件是侵蚀控制实践根据Tumbo等建议。19]。

3.7。网站的适用性

的适宜性程度是通过灵敏度分析,评估权重分配的因素是多样的开始等于重量分配。发现土壤、土地覆盖和斜坡层最敏感层。也观察到,HSG B区域生成减少径流意味着这些地区的低径流潜在的适用性。流域的径流潜力被发现22.67%,71.61%,5.72%,低,中,高潜力地区,分别呈现在图7。它也发现,中低径流生成属于森林地区。这可能是由于在森林导致更少的降雨入渗率高被转化为径流。径流潜力高地区的特点是低渗透利率组合领域和地区退化的土壤条件。此外,光秃秃的岩石或岩石露头的地区径流代创造有利条件。

禁区包括森林、建筑物密集的地区,水体,河岸带花总流域面积的10.17%。分类面积的限制是根据粮农组织的标准。标准表明,集雨网站不应在自然森林,保护区域或地区的生态重要性和组合区域。确保集雨网站没有在水体河流缓冲,也是可以考虑的,因此添加更多的限制区域,如图8。此外,地区与轮廓呈现在图8被认为是由于他们被归类为不适合地表径流存储。观察到,只有11.92%的排水区高度合适,而在合适的类别比例最高为37.17%(表6)。

因此,它被观察到,几乎50%的排水可以适合雨水收集。如果实现,在Njoro集雨排水可以提高可用性的水用于国内和非本国。还可以提高农业通过灌溉如果集雨依赖美联储雨农业以外的实践。

4所示。结论

Njoro流域内土地利用/土地覆盖被发现主要森林约占39.42%,而农业面积覆盖大约36.52%的排水区被发现。人口密集的地方只有1.35%的流域。曲线从55到100数字Njoro流域范围内。森林地区被发现曲线较低数量特别是水文土壤B组占主导地位,导致低径流生成。径流生成潜在流域内被发现中占据72%的地区,直接径流,可以利用的一项指标。边坡的排水被发现以来,范围从0到35%在径流潜力映射陡坡优惠,而对于收获网站平面斜率是更有利的。民主党证明有用的相貌描述,因为它是不可能划定陆地卫星图像的轮廓,因为该地区种植。同时,流域有不同的其他土地使用,不允许轮廓的识别。灵敏度分析期间进行权重的层选择合适的集雨网站显示,土地利用,土壤,斜率是影响这一过程的关键参数。流域近50%的区域被发现适合雨水收集。 This is a good indicator that availability of water can be improved if the proposed technology was adopted. Though different rain water harvesting techniques have specific requirements, in this study, a general criterion has been used. Further studies can be conducted to narrow down different rainwater harvesting techniques that can be used to identify the most suitable technique for the study area. In addition, the study can further be improved by incorporating the social component where public needs and preference are assessed.

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。