摘要：系统分析灌溉管理信息需求、采集现状及遥感技术应用现状。以河套灌区为实例，开展遥感技术在河套灌区灌溉管理系统中的应用研究。应用研究包括：采用支持向量机分类方法提取渠系；基于多时相遥感影像，采用支持向量机分类方法，进行农作物种植结构识别；基于灌溉前后修正的垂直干旱指数变化规律，结合地面少量调查点，提取实际灌溉面积，进而实现灌溉进度监测。结果显示遥感技术可有效弥补灌区管理传统信息获取手段的不足，因此在大型灌區高效灌溉管理中有较好的应用前景。
关键词：灌溉管理；遥感；河套灌区；渠系分布；农作物种植结构；实际灌溉面积；灌溉进度
中图分类号：S15 文献标志码：A 文章编号：
16721683（2014）05016604
Application and research of remote sensing in irrigation management of hetao district
YI Zhenyan1，2，ZHAO Hongli2，3，JIANG Yunzhong2，3，YAN Haowen1
（1.LanZhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China；2.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；3.Ministry of Water Resources and Water Engineering Research Center for Ecological Technology，Beijing 100038，China）
Abstract：Compared with the traditional approaches of data collection，the technology of remote sensing is an effective tool to obtain data in a quick，comprehensive，realtime，and objective fashion.In this paper，the irrigation management information requirements，current data collection status，and application of remote sensing technology were analyzed.The remote sensing technology was applied in the application of irrigation management system of Hetao Irrigation District.The applications included：canal data extraction using the support vector machines classification methods；crop structure identification using the support vector machines classification methods based on the multitemporal remote sensing images；data extraction of actual irrigated area based on the variations of perpendicular drought index before and after irrigation and ground survey locations to realize the monitoring of irrigation progress.The results showed that remote sensing can cover the shortage of the traditional approaches of information collection.Therefore，application of remote sensing in the management of large irrigation districts has a broad prospect.
Key words：irrigation management；remote sensing；Hetao Irrigation District；canal distribution；crop type；actual irrigated area；irrigation progress
农业灌溉用水占全球人类淡水使用量的70%～80%，而灌溉精细化管理是缓解日益紧张的工农业用水矛盾的有效和必要手段。灌溉管理是对灌溉工程设施进行管理和对灌溉水资源进行合理调配和运用，以促进农业稳产高产同时节约水资源为目的科学管理工作。灌溉管理主要工作包括工程管理、用水计划、水量调度与灌溉进度管理、灌溉效果与用水效率评价、组织管理和经营管理等。灌溉管理工作需要大量作物及水土基础数据的支撑，如灌溉渠系工程分布、种植结构、作物长势、作物灌溉定额、作物产量、来水量、灌溉进度、灌溉面积、灌溉水量等，见表1。
从整个灌溉系统来看，总干渠从黄河引水，从西到东贯穿了整个灌区。连接于总干渠上的干渠从南到北将水引进不同片区，然后再经由次级灌溉渠系层层引入，最后通过毛渠流入各个田块内。不同空间分辨率的影像对渠系的识别能力不同。基于中分辨率的Landsat TM（30 m）数据可识别干渠，而识别不足1 m宽的斗渠、农渠和毛渠则需亚米级分辨率影像。将提取的渠系分布结果与河套灌区管理局实际工程渠系规划图叠加，两者在空间分布基本对应。但在渠系走向、长度等细节上，遥感提取的渠系更具表现力，且能实时更新。
3.2 农作物种植结构识别
农作物因具有不同的物候期、群体色调、结构等，在影像上表现出光谱差异。基于这种光谱差异，从作物生长茂盛期遥感影像中有效识别出各农作物类别。首先结合实地调查数据，确定分类的训练样本，然后采用SVM分类法识别出农作物种植结构。
选择2012年6月13日资源三号影像，分类得到小麦、葵花、玉米和其它等四个作物类别。由于葵花和玉米在6月份光谱特征相似，二者容易混淆。小麦在7月下旬进入收割季，另选一景2012年8月9日的天绘一号影像可有效区分玉米和小麦。坝楞村提取农作物面积结果见表2。
秋季浇灌（秋浇）有利于来年开春农田保墒和春播，一次灌溉管两年，是内蒙古河套灌区农业生产中关系农业丰收的一个关键环节。河套灌区秋浇一般从9月中旬持续到11月中旬，其用水量占全年灌水用量的1/3。为保证灌区内农户都能灌上水，往往还会延迟关闸时间，造成水资源的浪费。及时获取灌溉进度，根据秋灌进展情况可及时调整灌水工作安排，可避免浪费。将基于MPDI差异阈值实际灌溉面积遥感监测方法推广应用到秋浇灌溉进度监测中。在2012年秋浇时期内选取出质量较好的4景环境星影像，获取时间分别是：9月15日、 9月28日、10月13日和10月28日，并将9月15日作为灌水前的时间节点。结果显示，至9月28日已灌溉163 3418 hm2，至10月13日已灌溉309 4344 hm2，至10月28日已灌溉726 3018 hm2。这个监测结果对灌区秋浇结束工作起到了一定的指导作用。
4 结语
本文从灌溉管理中信息获取需求出发，结合遥感技术信息获取的优势，对遥感技术可应用于灌溉管理作系统地梳理并进行了部分技术的应用探讨。使用中高分辨率卫星数据源对灌溉渠系进行了分层次提取，显示出遥感技术在灌区渠系调查的能力。相较于传统方法的费时耗力，遥感技术可通过单景或多时相影像并结合少量地面调查数据，简单、快速地获取大范围农作物信息。实际灌溉面积遥感监测方法既可以结合农作物种植结构得到分作物种类的实际灌溉面积，为灌区进一步作物精细化的灌溉监督管理提供信息支撑；也可以运用于整个灌区灌溉进度监测，指导灌溉工作。随着国产卫星数据如HJ1A/B CCD、资源三号、天绘一号的应用，将成为灌溉管理实现现代化一种重要手段。
今后在灌溉管理中，还需要加强遥感估算降雨、蒸散、土壤含水量等水平衡要素等方面技术的应用研究，为灌区合理调整种植结构、农作物需水量、作物有效节水灌溉、水资源合理配置等提供依据，也应加强遥感技术与灌溉管理专业应用模型的链接，提高应用水平。
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