發(fā)布時(shí)間：2021-10-14所屬分類(lèi)：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)是滿足全球人口日益增長(zhǎng)的糧食需求的先決條件。但由于灌溉農(nóng)業(yè)的擴(kuò)張，導(dǎo)致灌區(qū)水資源出現(xiàn)了越來(lái)越多的問(wèn)題，例如，灌溉農(nóng)業(yè)的澇漬和土壤鹽漬化。對(duì)這一雙重威脅，傳統(tǒng)方法是采取減少入流的預(yù)防措施，也可以采取增加水鹽外流的補(bǔ)救措施，
摘要：發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)是滿足全球人口日益增長(zhǎng)的糧食需求的先決條件。但由于灌溉農(nóng)業(yè)的擴(kuò)張，導(dǎo)致灌區(qū)水資源出現(xiàn)了越來(lái)越多的問(wèn)題，例如，灌溉農(nóng)業(yè)的澇漬和土壤鹽漬化。對(duì)這一雙重威脅，傳統(tǒng)方法是采取減少入流的預(yù)防措施，也可以采取增加水鹽外流的補(bǔ)救措施，但效果并不理想。遙感和地理信息系統(tǒng)(GIS)的出現(xiàn)，為灌溉農(nóng)業(yè)的澇漬和鹽堿地監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)技術(shù)提供了一個(gè)良好的技術(shù)支撐。該文闡述了灌溉農(nóng)業(yè)水資源及其研究意義，分析了遙感和地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的背景，概述了遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)在水資源問(wèn)題管理中的綜合應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：遙感和地理信息系統(tǒng)(GIS);農(nóng)業(yè)灌溉;水資源管理;土壤鹽漬化
中國(guó)位于亞洲的東部，受大陸性季風(fēng)氣候的影響，形成了水資源地區(qū)分布不均衡和受季節(jié)變化影響的特點(diǎn)：東多西少、南多北少;夏秋多，冬春少。我國(guó)水資源人均占有量較低，僅占世界平均水平的1/4，是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，農(nóng)業(yè)灌溉是水資源利用的重中之重。為了滿足未來(lái)糧食對(duì)日益稀缺的水資源的需求，必須更好地管理灌溉用水。灌溉用水的管理和規(guī)劃需要可靠的信息，然而目前可利用的水資源信息是有限的，遙感和地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題，它可以為廣大地區(qū)提供關(guān)于陸地表面農(nóng)業(yè)和水文條件的相關(guān)信息。
自20世紀(jì)以來(lái)，灌溉農(nóng)業(yè)的澇漬和鹽堿化成為了干旱和半干旱地區(qū)的生產(chǎn)力發(fā)展的兩大威脅。在我國(guó)，降水量稀少且在分布上極不均勻。我國(guó)的年平均降水量估計(jì)為628mm，在西北和北部地區(qū)，如塔里木盆地，年降水量多在50mm以下，作物需水量主要由補(bǔ)充灌溉提供。相反，長(zhǎng)江中下游平原等地區(qū)，年降水量多在800mm以上。然而，在平均水量可能充足的地區(qū)，由于年平均降水量的75%都在雨季的6—9月，也可能出現(xiàn)水資源過(guò)剩和短缺的時(shí)期。水資源過(guò)剩時(shí)，造成的水澇災(zāi)害也會(huì)導(dǎo)致水資源短缺。澇漬問(wèn)題不僅會(huì)降低肥沃土壤的產(chǎn)量，也會(huì)導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)。
過(guò)去已經(jīng)進(jìn)行了許多試驗(yàn)，研究咸水和非咸水淺層地下水位對(duì)作物用水的影響及其對(duì)漬水和鹽漬化管理的影響。McFarlane和Williamson[1]研究了澳大利亞西南部試驗(yàn)集水區(qū)內(nèi)澇和鹽度的原因。他們得出結(jié)論，即使在低鹽水平下，水澇可能比鹽更嚴(yán)重地抑制植物生長(zhǎng)。Kitamura[2]等分析了日本干旱地區(qū)咸海盆地農(nóng)田鹽堿化的原因。他們建議避免將水稻和旱地作物混作，同一種作物盡量種植在同一個(gè)灌溉區(qū)內(nèi)，這樣可以控制鹽分和地下水位，他們提出通過(guò)引入渠道襯砌和改善土地平整來(lái)減少水在運(yùn)輸過(guò)程中或田間應(yīng)用中的損失。Singh[3]模擬了印度灌溉半干旱地區(qū)不同政策對(duì)內(nèi)澇和鹽堿化問(wèn)題的長(zhǎng)期影響。該研究建議實(shí)施適當(dāng)?shù)乃芾響?zhàn)略，例如改變種植方式，減少水稻面積，減少地下水的使用，增加運(yùn)河水的使用以及運(yùn)河襯砌，以將地下水水位降至安全深度并防止地下水位進(jìn)一步上升，以緩解該地區(qū)的水資源問(wèn)題。
在過(guò)去30年中，研究人員廣泛使用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)解決灌溉農(nóng)業(yè)的水資源問(wèn)題。在最近的一段時(shí)間里，還沒(méi)有對(duì)地理空間技術(shù)在處理水澇和鹽分問(wèn)題方面的應(yīng)用進(jìn)行過(guò)回顧。本文概述了遙感和GIS技術(shù)在灌溉農(nóng)業(yè)水資源管理中的應(yīng)用。
1研究背景
灌溉引起的內(nèi)澇和鹽漬化在世界各地發(fā)生，排水系統(tǒng)不完善、無(wú)襯砌土渠滲水和灌溉田滲水是問(wèn)題的主要原因。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，在2.3億hm2的灌溉土地中，有超過(guò)19%的土地(即4500萬(wàn)hm2)受到鹽分的影響。這些受影響地區(qū)大部分是由于人類(lèi)活動(dòng)和灌溉水管理不善導(dǎo)致的。隨著灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展，其面積預(yù)計(jì)將進(jìn)一步增加。
通常，人們通過(guò)數(shù)值模擬、水文社會(huì)經(jīng)濟(jì)和氣象分析以及洪澇面積估算等常規(guī)技術(shù)來(lái)研究澇漬和鹽漬化問(wèn)題。值得注意的是，這些技術(shù)需要大量的數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)不易獲取，因此，在數(shù)據(jù)觀測(cè)點(diǎn)薄弱的地區(qū)研究洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是困難的。值得慶幸的是，遙感和地理信息系統(tǒng)為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估澇漬地區(qū)的程度提供了一種很好的替代方法——地理信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)可以定義為一個(gè)以高效的方式捕捉、存儲(chǔ)、操作、分析和顯示空間信息的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)報(bào)告子系統(tǒng)是GIS軟件的通用組件。地理信息系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)高度復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，用于匯集和存儲(chǔ)水資源管理中通常需要的大量數(shù)據(jù)。由于地理信息系統(tǒng)軟件能夠?qū)⒏鞣N數(shù)據(jù)組合到一個(gè)易于理解的設(shè)置中，因而可以顯著改變研究人員處理水資源問(wèn)題的方式。
在過(guò)去的幾十年里，一些研究證明了遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)在探測(cè)和監(jiān)測(cè)澇漬地區(qū)方面的有效性，肯定了遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)在描述和確定澇漬地區(qū)的優(yōu)先次序方面的重要作用，這些技術(shù)還可用于確定地下水補(bǔ)給和排泄的時(shí)空分布，能夠捕捉時(shí)間和空間尺度上的信息。因此，遙感和地理信息系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)澇漬和鹽堿化過(guò)程的重要工具。
隨著高速電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)在水資源問(wèn)題管理中的應(yīng)用大大增加。水澇引起的水分脅迫的視覺(jué)癥狀也可以通過(guò)遙感數(shù)據(jù)繪制出來(lái)。水澇引起的視覺(jué)癥狀可能包括葉片顏色、葉片厚度和生理結(jié)構(gòu)。有研究表明，可見(jiàn)光和近紅外多光譜圖像是繪制澇漬地區(qū)、植被格局和干旱土壤的最有用的數(shù)據(jù)來(lái)源。
2遙感與地理信息系統(tǒng)的綜合利用
遙感和地理信息系統(tǒng)的綜合利用是管理和處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的重要工具。鄧非凡[4]利用遙感和GIS技術(shù)對(duì)研究區(qū)地下水富集性進(jìn)行了準(zhǔn)確評(píng)估。鄧正棟[5]認(rèn)識(shí)到遙感在基于地下水補(bǔ)給的研究中的價(jià)值，并認(rèn)為它可以顯著支持傳統(tǒng)的評(píng)估和建模技術(shù)。同樣，徐世俊[6]也對(duì)GIS在地下水研究中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。這些評(píng)論表明，地理信息系統(tǒng)在水管理中的應(yīng)用基本上是在以建模為主導(dǎo)的背景下進(jìn)行的。
遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)有助于建立數(shù)據(jù)庫(kù)、繪制地圖和計(jì)算面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)方法更快、更準(zhǔn)確。付俊娥[7]應(yīng)用支持向量機(jī)回歸方法，建立了西北干旱地區(qū)地下水位遙感監(jiān)測(cè)模型。孫天天[8]等利用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)評(píng)估吐魯番地區(qū)的土地退化，他們使用綜合遙感和地理信息系統(tǒng)方法對(duì)不同退化地區(qū)進(jìn)行了評(píng)估。最近，王江波[9]評(píng)估了各種地形、水文和人為因素對(duì)內(nèi)澇的影響。這項(xiàng)研究深入了解了我國(guó)城市一些地形參數(shù)與內(nèi)澇的相互關(guān)系，而且這些參數(shù)也可能適用于具有類(lèi)似地質(zhì)水文框架的其他流域。
遙感和地理信息系統(tǒng)的綜合使用是分析大量水文地質(zhì)數(shù)據(jù)和模擬飽和和非飽和條件下復(fù)雜地下水流的輸送過(guò)程。為了利用遙感數(shù)據(jù)，必須了解多光譜圖像記錄的場(chǎng)景輻射與地下水位深度、土壤類(lèi)型、植被覆蓋等野外參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。周偉[10]研究了通過(guò)遙感和地表地球物理技術(shù)獲得的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，以評(píng)估甘肅省黃河流域水資源利用現(xiàn)狀。利用基于GIS的聚合方法對(duì)加權(quán)圖進(jìn)行整合，以識(shí)別研究區(qū)域的地下水潛力區(qū)。在地理信息系統(tǒng)中，快速組合不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)的可能性，使得其在水文應(yīng)用中的應(yīng)用顯著增加。地理信息系統(tǒng)是一種相對(duì)較新的技術(shù)，可以為管理復(fù)雜的空間數(shù)據(jù)提供一個(gè)通用的平臺(tái)。地理信息系統(tǒng)的靈活設(shè)計(jì)為分析大規(guī)模水文過(guò)程和評(píng)估土地管理變化對(duì)水質(zhì)的影響提供了工具。王俊[11]針對(duì)目前長(zhǎng)江流域水資源管理方面存在的問(wèn)題，論述了建設(shè)水資源綜合管理決策支持系統(tǒng)的必要性，提出了建設(shè)長(zhǎng)江流域水資源模型是該系統(tǒng)的基礎(chǔ)與核心。同時(shí)指出，構(gòu)建長(zhǎng)江流域水資源模型應(yīng)綜合考慮動(dòng)態(tài)水文循環(huán)、需水預(yù)測(cè)、水資源優(yōu)化配置、應(yīng)急調(diào)水以及不同的氣候變化模式。
地理信息系統(tǒng)具有生成和覆蓋各種數(shù)據(jù)層的能力，以便在空間和時(shí)間上把它們聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)提供了一套強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)工具來(lái)研究參數(shù)的空間變異性。在處理復(fù)雜的水資源管理問(wèn)題的同時(shí)，地理信息系統(tǒng)可以分析運(yùn)河地區(qū)作物、土壤和供水的空間變異性。尹濤對(duì)黃河三角洲地區(qū)植被生長(zhǎng)旺盛期地下水埋深遙感反演。Mercau[12]研究了氣候、作物選擇和地形對(duì)淺層地下水動(dòng)態(tài)的影響。該研究評(píng)估了5年極端降水波動(dòng)期間的參數(shù)效應(yīng)。利用遙感估測(cè)值、每日氣象資料、作物活覆蓋和死覆蓋模擬土壤蒸發(fā)和蒸騰需求。為了準(zhǔn)確獲取區(qū)域內(nèi)地下水埋深空間分布特征以及在水土環(huán)境變遷下其年際動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，徐存東[13]運(yùn)用最優(yōu)插值方法對(duì)研究區(qū)的地下水埋深觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了空間插值，結(jié)果表明，對(duì)研究區(qū)鹽漬化土壤的水鹽調(diào)控及地下水資源合理開(kāi)發(fā)利用具有重要意義。
3結(jié)語(yǔ)
擴(kuò)大灌溉農(nóng)業(yè)對(duì)滿足日益增長(zhǎng)的糧食需求是必要的。然而，灌溉農(nóng)業(yè)的集約化導(dǎo)致了灌溉土地的漬水和土壤鹽漬化。灌溉農(nóng)業(yè)的這2個(gè)威脅可以通過(guò)采取減少流入的預(yù)防措施或采取增加水和鹽流出的補(bǔ)救措施來(lái)加以管理。遙感和地理信息系統(tǒng)是一種非常有用的工具，它為傳統(tǒng)的澇漬鹽堿地監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)提供了一個(gè)很好的選擇，而且這些技術(shù)可以作為一種有效的存儲(chǔ)、分析和顯示空間信息的工具;與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)相比，通過(guò)遙感解譯，可以獲得空間上詳盡但不精確的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。隨著該技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、數(shù)據(jù)匱乏和存在主要水資源問(wèn)題的發(fā)展中國(guó)家而言，顯得尤為重要;而且該技術(shù)在洪澇災(zāi)害地區(qū)的特征描述和排序中有著重要的應(yīng)用。
相關(guān)知識(shí)推薦：農(nóng)業(yè)遙感論文文獻(xiàn)和投稿期刊
研究表明，遙感和地理信息系統(tǒng)的綜合應(yīng)用對(duì)于管理和處理大比例尺度數(shù)據(jù)更為有效，因?yàn)檫@些技術(shù)有助于數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建和地圖的生成。與傳統(tǒng)方法相比，該技術(shù)可以快速組合不同類(lèi)型數(shù)據(jù)，使得這些技術(shù)在水澇和鹽度評(píng)估中的應(yīng)用顯著增加。——論文作者：安霞1張學(xué)東1秦安振2李旭1*孫占海1
