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水 利 学 报

２０２２年 ９月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 ９期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）０９ － １０３９ － １０

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

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杨永民 １，２ ，顾 涛 ，吴 迪 ，龙爱华 ，邱建秀 ，刘宏鑫 １
（１．中国水利水电科学研究院，北京 １０００３８；２．水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心，北京 １０００３８；
３．中国灌溉排水发展中心，北京 １０００５４；４．中山大学 地理科学与规划学院，广东 广州 ５１０２７５）
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 １ｄＢ，灌溉信号可被绝对辐
射精度优于 １ｄＢ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。
关键词：灌溉面积；雷达遥感；后向散射系数；水云模型
文献标识码：Ａ
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ７ ９ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２１１１０４

１ 研究背景

人类活动的水文效应一直是国内外关注的焦点之一，人类活动特别是灌溉用水是影响陆面水文循
环最难刻画的部分 ［１ － ２］ 。目前，绝大部分的水文模型对灌溉事件的刻画仍然采用预设的土壤水分消退
阈值法或灌溉制度进行参数化，存在较大的不确定性 ［１，３］ 。国内外已公布的全球和区域灌溉面积资料
存在较大的不确定性，难以反映灌溉时间和次灌溉区域的分布 ［４ － ５ ］ 。因此，准确的提取区域实际灌溉
面积是进一步深入评估人类取用水活动对区域陆地水循环影响研究的关键前提。灌溉面积是灌区有效
实施用水总量控制和定额管理的重要用水参数之一，科学准确的灌溉面积调查数据是实施农业水资源
管理、农 业 用 水 效 率 评 估、农 业 节 水、 灌 区 现 代 化 管 理、流 域 水 资 源 管 理 等 应 用 领 域 的 重 要 基
础 ［６ － １０］ 。目前，区域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，且调查和统计工作
量较大。因此，传统灌溉面积获取方法已不能满足灌区现代化管理需求，亟需建立更为科学、合理的
技术方法，尤其在基于遥感等多源信息的高分辨率实际灌溉面积快速提取方面亟待加强研究，为农业

收稿日期：２０２１ － １２ － １５；网络首发日期：２０２２ － ０７ － ２９
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０７２９．１０４６．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：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 － ２０?２２）；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）
作者简介：杨永民（１９８６ － ），高级工程师，主要从事遥感水文及应用研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｙａｎｇｙｍ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ
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