基于遥感和模型耦合的人民胜利渠灌区冬小麦土壤墒情研究

发布时间：2020-09-30 11:13

　　本文以人民胜利渠灌区为研究区域,利用Landsat 8遥感影像和实测的土壤水分数据,反演得到研究区冬小麦表层土壤水分,在分析表层水分和深层水分的关系的基础上,构建经验模型和Biswas深层土壤水分估算模型获得冬小麦深层(根区)土壤水分。基于研究区土壤水分状况分析区域土壤水分空间变异性,为人民胜利渠灌区的灌溉抗旱提供决策服务,同时为灌区现代化、信息化和智能化的发展提供基础信息保障。具体成果如下:(1)筛选出适宜表层水分反演的植被指数。分析比较了三种温度植被干旱指数(LST-EVI,LST-MSAVI和LST-NDVI)与不同深度土壤水分的相关关系,分别构建了基于三种温度植被干旱指数的不同深度土壤水分的估算模型。发现三种TVDIs均可以反映研究区浅层的土壤水分情况,但当土层深度等于40 cm时,只有LST-EVI与土壤水分相关关系的决定系数R~2大于0.3;(2)确定了Landsat 8遥感影像监测研究区土壤水分的适宜深度。利用实测的不同深度土壤水分数据,分析了不同土层土壤水分、不同深度土壤水分均值与TVDIs之间的相关关系,结果表明,TVDIs与不同深度土壤水分均值的相关关系比不同土层土壤水分更紧密,最后确定了研究区遥感监测土壤水分适宜的深度为0-20 cm。(3)构建了估算深层土壤水分模型,获得了研究区冬小麦深层(根区)土壤水分空间分布图。分别构建了基于经验统计模型和Biswas深层土壤水分估算模型的冬小麦深层土壤水分估算模型,分析比较了两种模型的反演精度,筛选出适宜于研究区的深层(根区)土壤水分估算模型。获得了研究区冬小麦深层(根区)土壤水分的空间分布图,并参考相关研究成果,获得了研究区的旱情分布图。(4)分析了研究区不同空间尺度的土壤水分空间变异性,获得了研究区遥感反演土壤墒情的适宜遥感影像的空间分辨率。小尺度(S30_1、S30_2、S30_3)的变异系数随着研究幅度的增大而增大,但整个研究区域(L90、L250、L1000)变异系数和块金基台比几乎不变,亦即对整个研究区域来说,采样间距对土壤水分空间变异性影响不大。因此,可用采样空间分辨率低的遥感影像代替空间分辨率高的遥感影像,以提高遥感影像的时间分辨率,从而实现对研究区每天土壤墒情监测的目的。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S152.7;S512.11
【部分图文】：

监测方法,土壤水分

即土壤相对湿度，是指土壤含水率占某一标准（田间持含水率可以说明土壤水分的饱和程度，有效性以及水、水率表示方法。当研究适宜作物生长或适宜耕作的土壤微生物是，用饱和含水率。 = × 100% = × 100% 含水率占田间持水量的百分数，%；θrs为土壤含水率占饱和量，%；ws为土壤饱和含水率，%。用的目的不同时，选择的土壤含水率表示也不一样。土度高；土壤体积含水率常用于土壤水分理论和土壤结构业旱情评价和灌溉指导中（邓英春等，2007）。定方法进行精确的测定不仅有利于作物生长，同时对精确灌溉土壤水分测定方法的研究一直被人们重视。目前研究土法和遥感法（杨涛等，2010）。具体见图 1.1

技术路线图,土壤水分,水分,根区

3）根区土壤水分反演目前对于根区土壤水分的研究大多局限在单点或田间尺度，对于区域尺度下土壤根区土壤的研究较少，本文利用 2016 年 4 月 9 日实测的土壤水分数据采用经验模型和 Biswas 土壤水算模型获得表层土壤水分与深层土壤水分的关系，并利用 2017 年 4 月 12 日实测的土壤水分对两类模型进行精度评价，在此基础上利用遥感获得的区域表层土壤水分获得区域深层（根壤水分。4）区域土壤水分空间变异性分析在获得的区域表层土壤水分和深层（根区）土壤水分的基础上，本文选取同一采样间距不样幅度以及同一采样幅度不同采样间距两种情形下分析研究区表层土壤水分和深层（根区水分的空间变异性，从而获得尺度对表层和深层（根区）土壤水分空间变异的影响。.4 技术路线图在借鉴、参考国内外遥感反演土壤水分的研究成果基础上，通过野外调查和室内实验，本利用遥感影像和实测数据获得了人民胜利渠灌区遥感表层土壤水分模型以及根据表层土壤反演深层（根区）土壤水分模型。在此基础上，分别探讨了遥感反演表层土壤水分的具体深及人民胜利渠灌区土壤水分的空间变异性。研究技术路线图 1.2 所示：

地理位置,人民胜利渠,总长,灌区

第二章数据来源及预处理2.1 研究区概况2.1.1 地理位置人民胜利渠是新中国开发利用黄河中下游水资源的开端，是河南水利的骄傲。人民胜利渠灌区位于黄河北岸，河南省北部，是黄河下游自新中国成立后第一个引用黄河水进行灌溉的大型自流灌区。灌区南起黄河，向北延伸至卫河，西接共产主义渠，向东延伸至丰庄。灌区地理坐标为北纬 34°59′- 35°30′，东经 113°31′- 114°23′之间，全长100 多 km，宽 5-25 km（图 2.1）。本灌区的灌溉工程包括灌溉、排水、沉沙以及机井四项。其中灌溉工程系统包括渠首闸、总干渠和干渠、支渠、斗渠农渠和毛渠五级渠道组成，渠首闸设计流量 85 m3/s；总干渠有 1 条，全长 56.2 km；干渠有 6 条，总长 90.03 km；分干渠有 5 条，总长 79.0 km；支渠有 41 条，总长为 262.4 km；斗渠有 391 条，总长 658.7 km；农渠有 1651 条，总长 675.5 km（张钦武等，2015）。人民胜利渠渠首坐落于河南省黄河北岸武陟县秦厂村，人民胜利渠工程于 1951 年 3 月开工，1952 年 4 月第一期工程竣工，并开灌受益。之后工程经续建、扩建，达到现有规模。自开灌以来，灌区内的旱、涝、碱和沙灾害得到缓解，粮棉产量逐年提高。

【参考文献】