大型灌区作物种植结构与实际灌溉面积遥感监测研究

发布时间：2019-11-01 21:14

【摘要】：我国是一个干旱缺水的国家,人均水资源占有量为2263.2m3,只有世界平均水平的25%,属于全世界人均水资源最为缺乏的国家之一。同时,我国又是一个农业大国,农业始终是耗水大户。全国农业耗水占到了总耗水量的65%之多。在农业用水中,存在严重短缺和浪费的问题,灌区用水的效率较低。因此,加强对农业用水的严格管理,提高水资源的利用效率,推动大中型灌区的现代化管理,就成为建设节水型社会和解决我国水资源短缺问题、实现经济社会可持续发展的必然途径。遥感,作为一项从上世纪六十年代以来发展起来的重要空间探测技术,目前已广泛应用于农业、林业、水利、环境等各个领域。在灌区现代化管理中,卫星遥感技术发挥的作用越来越重要。利用遥感技术监测灌区的作物种植结构以及灌溉面积,可为灌区管理提供有效的时空数据支撑和决策科学依据。本文以宁夏秦汉灌区作为实例,研究了遥感技术在大型灌区作物种植结构和灌溉面积监测方面的应用。在研究构建种植结构和灌溉面积遥感监测模型基础上,利用收集的统计数据以及实地调查数据,对模型运行结果进行了分析和验证。论文的主要成果如下：(1)基于长时间序列环境减灾小卫星影像数据,结合野外调查和统计数据分析,根据不同作物的物候特性,采用植被指数分析法、最大似然法与决策树法,对宁夏秦汉灌区的作物种植结构进行了遥感监测。通过对EVI和NDVI两种植被指数特性的分析,可以看出在玉米与小麦的识别上,EVI值识别植被信息的能力更强,在水稻的识别上,EVI在生长初期的识别能力高于NDVI,后期识别能力差距不大,而在生长后期,NDVI均值更大,更容易趋向饱和。因而选择EVI作为作物分类的依据。通过对不同作物EVI时间过程曲线的分析,对水稻和冬小麦采用最大似然法,对于玉米和春小麦采用决策树法,完成了秦汉灌区作物种植结构的遥感监测。与灌区统计结果的比较证明,遥感反演结果较好,反演精度达到92%以上。(2)通过对基于Nir-Red光谱特征空间的垂直干旱指数PDI的研究,构建了基于干旱指数差异的实际灌溉面积遥感监测模型,并实际提取了秦汉灌区2014年4月—8月的灌溉面积。对灌区Nir-Red光谱特征空间进行分析时,发现随着作物覆盖度不断增加而导致的土壤反射作用不断弱化,该特征空间土壤基线斜率M值存在随月份逐渐减小的现象。对垂直干旱指数(PDI)进行分析时,发现灌区PDI均值的下降与灌区大规模灌溉符合程度良好。利用2014年6月通过GPS实地调查的25个灌溉地块,在对不同阈值监测结果反复对比基础上,确定出识别监测时段是否灌溉的适宜的PDI差的阈值为0.091。(3)遥感提取了秦汉灌区2010年—2014年5年的种植结构情况,对该五年的种植结构情况与变化趋势进行分析,发现秦汉灌区的种植结构2010—2014年始终保持玉米水稻春小麦冬小麦,但是玉米所占比例迅速增长,从43.52%增长到57.88%,水稻从35.84%降低到29.13%,春小麦从15.73%降低到9.02%,冬小麦从4.91%降低到3.96%,玉米在灌区种植结构中的比例越来越高,2013—2014年的变化最为明显,已经成为灌区的主导作物。这说明,玉米由于相对价格走高、产量高、节水效率高、所需劳动力少等原因而受到灌区农民的普遍重视。
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S127

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