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

作     者：杨永民 顾涛 吴迪 龙爱华 邱建秀 刘宏鑫 YANG Yongmin;GU Tao;WU Di;LONG Aihua;QIU Jianxiu;LIU Hongxin

作者机构：中国水利水电科学研究院北京100038 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心北京100038 中国灌溉排水发展中心北京100054 中山大学地理科学与规划学院广东广州510275 

出 版 物：《水利学报》 (Journal of Hydraulic Engineering)

年 卷 期：2022年第53卷第9期

页      面：1039-1048页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0903[农学-农业资源与环境] 0901[农学-作物学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41501415) 中国水科院重点专项(JZ0145B032017) 高分水利遥感应用示范系统(二期)项目(08-Y30F02-9001-2022) 第三次新疆科学考察伊犁河流域水资源利用及其影响考察评估(2021xjkk0400)。 

主　　题：灌溉面积 雷达遥感 后向散射系数 水云模型 

摘      要：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。