实际灌溉面积遥感监测技术及其在江苏省灌区示范应用分析

总结实际灌溉面积监测技术研究进展,分析了江苏省灌区监测实际灌溉面积面临的问题及难点;介绍了一种灌区多尺度实际灌溉面积遥感监测关键技术方法,并以宿迁灌区、船行灌区为例阐述了这一方法的合理性、适用性,提出应用该方法提高江苏省各地灌区实际灌溉面积监测精度与效率的建议,可为江苏灌区管理提供关键技术支撑。

河西走廊农田灌溉面积阈值分析

明晰区域农业水资源可承载灌溉面积能力,约束农业用水和控制农田灌溉面积扩张是解决河西走廊地区水资源可持续利用问题的战略选择。利用水量平衡原理和逐步回归模型,以当地水资源量、水资源利用情况、灌溉水有效利用系数等资料为基础,计算出河西走廊在不同发展情景下的水资源可开发利用量和可承载灌溉面积阈值。结果表明:(1)在经济优先发展情景下,河西走廊地区可开发利用水资源总量为48.22×10^(8)m^(3),可承载灌溉面积阈值为58.92×10^(4)~67.16×10^(4)hm^(2)。(2)在生态优先发展情景下,可开发利用水资源总量为34.44×10^(8)m^(3),可承载灌溉面积阈值为37.90×10^(4)~43.20×10^(4)hm^(2)。(3)在经济兼顾生态发展情景下,可开发利用水资源总量为41.33×10^(8)m^(3),可承载灌溉面积阈值为48.41×10^(4)~55.18×104hm^(2)。(4)微灌面积占比与灌溉水有效利用系数呈显著正相关关系。研究结果可为河西走廊地区确定合理灌溉面积、优化水土规划和配水制度提供依据。

我国总体灌溉面积超10亿亩

日前,记者从国务院新闻办举行的“推动高质量发展”系列主题新闻发布会上获悉,水利部持续推进大中型灌区建设和改造,不断夯实粮食安全的水利根基。“十四五”期间,安排中央资金达2000亿元,对2500多处大中型灌区进行现代化建设和改造,不断完善灌排工程体系。我国耕地灌溉面积较10年前增加了8700多万亩,相当于8个都江堰灌区,总体灌溉面积达到10.55亿亩,在灌溉面积上生产了我国77%的粮食和90%以上的经济作物。

灌区实际灌溉面积遥感监测方法研究进展

灌区实际灌溉面积信息是灌区用水管理、灌溉产量预估、灌溉效益评估的核心参数,对农情监测与管理尤为重要。目前,灌区主要通过面上调查的方法获取大尺度灌溉数据,时效性较差且耗费人力,而遥感技术为大范围监测灌溉面积及其分布提供了一种经济、准确、快速的途径。为更好地将遥感技术应用于灌溉面积监测工作,详细介绍了国内外灌溉面积遥感监测的3种主要方法,即基于土壤含水量变化的实际灌溉面积监测、基于种植结构与时序遥感植被指数的实际灌溉监测和基于冠层温度的实际灌溉面积监测,分析总结了各类方法的优缺点及技术发展方向。

基于神经网络算法的Sentinel-2数据的灌溉面积提取

在灌区用水管理中,灌溉面积及其空间分布信息非常重要。传统的灌溉面积提取手段耗费大量的人力物力和时间,已经不能满足灌区的现代化管理。自遥感技术应用于灌溉面积提取以来,经过几十年的发展,已经有很多的研究成果。但现今在应用于灌溉面积提取的遥感技术中,前沿的方法多数采用多个传感器数据或长时间序列的数据,且往往针对某一特定的区域,很难具体的应用在实际的灌区工作中。为了在灌区管理的实际应用中准确高效地提取灌溉面积和分布,开展了一种基于光学卫星多时相差值数据的神经网络算法的灌溉面积提取技术研究。以山东省淄博市桓台县的试验田为研究区域,首先利用随机森林对Sentinel-2卫星数据的所有波段以及一些与土壤水含量以及植被相关的指数进行重要性排序,不同地区的地情下重要性排序结果也不同,所以利用重要性排序可以快速的获取适合此地区的波段以及指数的组合。选取重要性较高的波段或指数作为神经网络模型输入层进行灌溉面积提取。然后根据实际样本田的数据对提取结果进行检验,所得到的总体灌溉面积提取精度达到了76.7%。Kappa系数为0.74。此外,对研究区域进行植被覆盖度分级,并分析了在不同植被覆盖度下的灌溉面积提取结果精度变化。其中,在中等和较高的植被覆盖度地区具有更高的精度。研究区大部分地区为农业地区,作物以冬小麦和夏玉米为主,使用数据为3月中下旬卫星影像,研究区此时期植被覆盖度较高,符合在此地情下进行灌溉面积提取在中等和较高植被覆盖度地区具有更高精度的结果。基于神经网络的多时相光学卫星数据差值提取灌溉面积研究可以在不同地区的地情下通过重要性排序获取适合该研究区波段的组合,得到更高的灌溉面积提取结果精度。

辽宁省近20年有效灌溉面积动态变化分析

区域粮食安全重要衡量指标为有效灌溉面积。文章在辽宁省近20年有效灌溉面积动态变化分析的基础上,对全省有效灌溉面积保护措施提出相关建议。结果表明:辽宁省2000—2020年有效灌溉面积总体呈现上升变化,有效灌溉面积年净增和减少量分别为+9.62和-1.26千hm^(2)/年,分别占年均有效灌溉面积的比为5.23%和0.95%。灌溉设施损坏、建设占地和退耕是全省有效灌溉面积减少的主要原因,粮食产量因有效灌溉面积减少年均减少量为1.82万t。

改进垂直干旱指数法在灌溉面积反演中的应用

采用卫星遥感监测手段,以多源多时相遥感数据为基础,以GIS技术为支撑,根据遥感指数对不同土壤土壤湿度响应不同,计算改进的垂直干旱指数,结合现场实际灌溉信息,确定灌溉前后提取阈值,提出一种基于低空间分辨率遥感数据的低成本灌区灌溉面积提取的精确计量技术,补充灌区信息化建设内容,能够快速有效地提高灌区水资源管理的能力。该技术在灌区进行应用,经与地面实测数据对比,精度在0.85左右,可在大中型灌区推广应用。

基于GF-1卫星数据监测灌区灌溉面积方法研究——以东雷二期抽黄灌区为例

由于田块破碎、灌区信息化水平不高、土壤墒情反演困难等原因,在我国开展较高精度灌溉面积遥感监测依然面临很多困难。基于GF-1较高空间分辨率卫星数据,通过光谱匹配方法像元尺度应用,并引入OTSU自适应阈值算法,构建了高分辨率灌溉面积遥感监测新方法。选择我国西北干旱半干旱区典型渠灌灌区即东雷二期抽黄灌区为研究区,对其2018年的主要粮食作物种植强度及其灌溉面积开展了遥感识别提取研究。结果表明,东雷二期抽黄灌区灌溉面积为81 571.58 hm^2,其中双季轮作(小麦与玉米轮作)灌溉面积为40 335.88 hm^2,单季小麦灌溉面积为15 276.94 hm^2,单季玉米灌溉面积为14 059.14 hm^2;各灌溉子系统灌溉面积由大到小排序依次是流曲、孙镇、兴镇、荆姚、刘集、蒲城和大荔;通过野外采样精度验证,结果总体精度为88.27%(Kappa系数为0.8308),与国际水管理研究所灌溉数据产品相比,能更有效识别小田块灌溉分布及建设用地信息,在作物种植强度及其灌溉面积分布方面更符合我国实际情况,可为干旱监测预警、灌溉面积监测、灌溉用水效益评估等提供技术保障。

近20年我国有效灌溉面积动态分析

有效灌溉耕地是我国粮食安全的重要保障。本文在全面分析近20年有效灌溉面积变化情况及其原因的基础上，提出保护有效灌溉面积的相关建议。研究表明。1986年～2004年我国年均已有灌溉面积减少量为81．81×10^4hm^2，占年均有效灌溉面积的1．60％。2000年以后有效灌溉面积减少的主要原因是灌溉设施损坏、建设占地和退耕。我国每年因有效灌溉面积减少至少导致粮食减产48．90×10^8kg。建议水利部门抓住2006年将开展的土地利用总体规划修编前期工作和第二次全国农业普查的机会，会同有关部门开展调研，提出保护有效灌溉面积的具体对蒙。

基于VSWI和TVDI差异的河套灌区沈乌灌域耕地灌溉面积遥感监测

【目的】尝试利用遥感数据实现对河套灌区沈乌灌域灌溉面积的提取,为沈乌灌域现代化管理提供理论依据。【方法】利用Landsat-8数据对研究区域的植被供水指数VSWI、温度干旱指数TVDI进行反演,根据实测数据,构建基于VSWI和TVDI差异的灌溉面积监测模型,对沈乌灌域的灌溉面积进行遥感提取。【结果】2种模型具有较高的一致性,基于VSWI和TVDI的灌溉面积监测模型反演精度分别为85.3%和89.7%。【结论】证明了2种监测模型的可行性,同时发现基于TVDI差异的灌溉面积监测模型精度高于基于VSWI差异的灌溉面积监测模型。

基于光学和雷达遥感信息的灌溉信号分析及灌溉面积提取方法研究—以华北平原灵寿县磁右灌区为例

目前,灌溉面积主要通过调查统计方式获取,时效性和准确性较差,而在灌区用水管理中迫切需要掌握实际灌溉面积及其空间分布和动态变化等信息。为此,本文开展基于雷达遥感信息的灌溉信号探测识别及次灌面积提取方法研究。首先,使用水云模型结合实测土壤水分数据进行模拟,量化灌溉事件导致后向散射系数的变化。然后,提出一种基于时序差值和局部阈值法的实际灌溉面积提取方法,使用高频次的哨兵1号雷达卫星遥感数据开展华北平原灵寿县磁右灌区灌溉面积提取,并结合灌区实地调查资料对提取结果进行验证。结果表明:使用水云模型模拟显示春季小麦地块的灌溉事件可导致C波段的雷达后向散射系数变化超过1 dB,灌溉信号可被绝对辐射精度优于1 dB的雷达卫星探测;基于时序雷达后向散射系数分析显示,灌溉事件导致C波段雷达后向散射系数呈现明显的先增大后减小的时域特征,与降水事件不同,灌溉事件导致雷达后向散射系数呈现明显的局地变化特征。以本文提出的方法提取研究区的灌溉面积,结合实地调查样本检验,结果表明灌溉面积的总体提取精度为76.6%。小麦返青期第一次渠灌面积约为9.20万亩,小麦拔节期第二次渠灌面积约为10.64万亩。此外,由于井灌区和渠灌区存在明显的时差,基于雷达遥感信息可对不同水源的灌溉区进行探测,研究区井灌面积约为3.9万亩。基于高频次的雷达遥感信息可对灌区的灌溉事件进行探测,本文提出的方法可为区域次灌溉面积调查和流域水资源管理等应用提供技术支撑。

21世纪以来我国灌溉面积构成及农业种植结构变化趋势

【目的】揭示我国及各分区灌溉面积构成和农作物种植结构的变化趋势。【方法】基于统计分析和文献调研方法,分析了2000—2014年全国及各大分区灌溉面积及其构成和农作物种植面积及其结构变化情况,并根据我国农产品生产布局及水资源形势对各分区未来耕地灌溉面积发展和农业种植结构调整进行了预判。【结果】(1)一方面,我国耕地灌溉面积及粮食作物播种面积还在继续增加,另一方面,耕地灌溉面积占总灌溉面积的比例由92.7%下降到91.4%,粮食作物播种面积占农作物播种面积的比例由69.4%下降到68.1%;(2)东北和西北耕地灌溉面积增加幅度最大,东北和华中粮食播种面积增加最显著。【结论】我国粮经饲统筹、农林牧渔结合的大农业发展趋势决定了未来耕地灌溉面积和粮食作物播种面积分别在总灌溉面积和农产品播种面积中小幅下降的趋势在未来将持续。东北及华中地区将继续发展灌溉面积保障稻谷和小麦等谷物种植;东北和西南会大力发展油料作物及饲料作物;西北和华北耕地灌溉面积将难以增长;西北将着力发展低耗水的薯类、杂粮及饲草作物;华北将调减小麦播种面积并适当发展油料及饲料作物。

农田有效灌溉面积的预测方法及应用

以归一化处理后的1986-2010年河南省农田有效灌溉面积的统计数据作为样本数据,分别采用BP神经网络和支持向量机回归两种方法建立了农田有效灌溉面积的预测模型。预测结果表明,支持向量机的预测方法具有更高的预测精度和更强的泛化能力,预测误差仅为BP神经网络预测误差的11.8%,更适合进行农田有效灌溉面积的预测。最后采用两种模型分别对河南省"十二五"期间的农田有效灌溉面积进行了预测,指出了其变化趋势。

基于新陈代谢GM(1,1)-Markov链模型的有效灌溉面积预测

采用新陈代谢GM(1,1)模型对全国有效灌溉面积的动态变化进行初次拟合和预测,并根据有效灌溉面积时间序列波动的随机性,利用Markov链模型对新陈代谢GM(1,1)模型的残差进行修正,以概率形式确定出未来全国有效灌溉面积的动态变化区间,并依此模型预测未来10年全国有效灌溉面积的发展趋势。结果表明,该模型预测结果准确可靠,可为区域水资源规划管理及农业发展规划决策提供一定的科学依据。

塔里木河流域最大灌溉面积与超载情况探讨

基于塔里木河流域水资源量及利用水平资料,结合《塔里木河流域工程与非工程措施五年实施方案》,通过Mann-kendall单调趋势检验及未来趋势变化Hurst指数检验分析了近20 a来塔里木河流域耕地面积变化特征,计算探讨了该流域现状水平年(2010年)以及规划年(2020年)可承载的最大灌溉面积、现状水平年灌溉面积超载情况、不同来水频率下规划年规划灌溉面积超载和生态水保证情况。结果表明:(1)1990-2010年流域耕地面积显著增加,且在未来一段时间将持续增加。(2)现状水平年流域可承载最大灌溉面积为129.06万hm^2,除和田河外其它均超载,超载面积共计43.33万hm^2。(3)规划年在25%来水频率下,除了开都-孔雀河流域其他均不超载,但是相等规划灌溉面积在枯(特枯)水期会出现超载现象,规划灌溉面积的制定还要参照枯(特枯)水期流域能承载的最大灌溉面积;在50%、75%及90%来水频率下,流域规划灌溉面积超载严重,管理部门应认识到灌溉面积规划中存在的问题,提出更加科学的规划方案。(4)在25%、50%、75%及90%等4种来水频率下2020年流域生态水分别可保证95.7%、81.2%、61.4%、44.2%,表明在规划年的枯水期生态水供应有一定压力。本研究为遏制塔里木河流域自然生态和环境恶化趋势提供了基础依据,对流域以水资源量来定人工绿洲规模、优化水资源利用规划与配水制度意义重大。

不同水平年塔里木河流域“四源一干”可承载灌溉面积研究

利用水量平衡原理,基于流域水资源量及水资源利用水平、灌溉定额等资料,计算探讨了塔里木河流域"四源一干"现状水平年(2010年)和规划水平年(2020年、2030年)可承载灌溉面积、不同来水频率下规划年灌溉面积超载和生态水保证情况。结果表明:(1)现状水平年,流域可承载灌溉面积为129.06×10~4hm^2,除和田河流域外其它区域均超载,超载面积为41.7×10~4hm^2。(2)2020年,25%来水频率下,除开都—孔雀河流域其他区域均不超载。在50%与75%来水频率下,流域规划灌溉面积超载较大,分别为10.21×10~4hm^2与28.05×10~4hm^2,管理部门应对规划方案进行科学论证。75%来水频率下,流域生态水保证率为76%,表明枯水期生态水供应存在压力。(3)2030年,25%来水频率下,除开都—孔雀河流域其他区域均不超载。在50%与75%来水频率下,流域规划灌溉面积超载较大,分别为7.06×10~4hm^2与24.09×10~4hm^2。75%来水频率下,流域生态水保证率为81%,表明枯水期生态水供应仍然存在压力。研究结果为流域水资源配置及区域可持续发展提供了重要数据支撑与理论依据。

我国大中型灌区有效灌溉面积的灰色预测

为了准确预测有效灌溉面积为灌区水资源规划提供科学依据,以1973～2008年我国大中型灌区有效灌溉面积的统计数据为分析对象,用灰色理论建立有效灌溉面积的GM(1,1)预测模型,并将其应用于有效灌溉面积的预测。经检验该模型具有较高的预测精度和较强的泛化能力,说明采用灰色系统理论预测有效灌溉面积的方法可行。

基于Logistic模型的黑龙江省西部半干旱区有效灌溉面积分析

有效灌溉面积是衡量区域粮食安全的重要指标,对于保障我国粮食生产与安全具有重要意义。通过对影响有效灌溉面积发展的影响因素分析,发现其发展过程主要经历3个阶段即起步期、发展期和成熟期,而这一过程恰好符合Logistic模型曲线趋势。根据齐齐哈尔地区1999-2006年有效灌溉面积建立了Logistic模型,并对其进行预测,在2016年该地区有效灌溉面积43.720万hm2,接近灌溉上限值43.763万hm2。因此,需要采取一定措施,促使影响有效灌溉面积发展的有利因子占主导地位,使得齐齐哈尔地区有效灌溉面积发展进入下一个新的循环。

基于垂直干旱指数(PDI)的灌区实际灌溉面积遥感监测方法

灌溉面积及其分布的准确信息对于灌区的现代化管理非常重要,传统获取灌溉面积的方式并不能满足现在的需要,而卫星遥感技术则为获取灌溉面积和分布提供了新的方法与途径。构建了基于干旱指数差异阈值的灌溉面积遥感监测模型,并以宁夏地区秦汉灌区作为研究区域,进行模型的应用研究。根据实际需要,选取了环境减灾卫星(HJ1A/1BCCD)数据,计算和分析了研究区域内的垂直干旱指数(PDI)的分布和变化,通过实地考察当地情况确定了差异阈值为0.082,计算出灌区春灌第一次灌水时期各阶段的灌溉面积。经与地面监测和统计数据校验,计算结果准确率可以达到75%以上,说明了遥感干旱指数用于灌溉监测的可行性。

基于NDVI时序数据的不同水源灌溉面积分类研究--以人民胜利渠灌区为例

灌溉面积是水土资源利用的重要指标,灌溉面积监测是灌区和农业水资源管理的基础。【目的】探索不同水源的灌溉面积的遥感分类方法。【方法】基于人民胜利渠灌区2017年的Landsat8卫星数据和2012年的MODIS卫星数据,提取了灌区NDVI时序数据曲线,分别采用监督分类和非监督分类方法对灌区不同水源的灌溉面积进行分类,并结合实地调查资料对分类结果进行验证。【结果】非监督分类方法并不适用于灌区尺度的灌溉水源分类;基于MODIS数据的分类效果较差,分类精度为57.14%;基于Landsat8数据的NDVI时序数据和监督分类的结果较好,分类精度达到73.58%。【结论】空间分辨率较高的NDVI时序数据可对灌区灌溉水源进行分类。