遙感技術(shù)在農(nóng)田水利工程建設(shè)及管護中的應(yīng)用研究

陳俊松

（畢節(jié)市逢源工程監(jiān)理有限公司，貴州畢節(jié) 551700）

0 引言

隨著科技的快速發(fā)展和應(yīng)用，使人們意識到遙感技術(shù)在人們生活和工作中扮演的角色越來越重要，合理應(yīng)用遙感技術(shù)，可以大幅度提高作業(yè)效率。目前，遙感技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，成為一種實用性強、成本低、機動性強等的技術(shù)，在農(nóng)田水利工程中應(yīng)用取得了不錯效果。

1 遙感技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢

農(nóng)田水利工程規(guī)模大，而且經(jīng)常會建設(shè)在地質(zhì)惡劣區(qū)域，建設(shè)與管護難度大，采用遙感技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下3 個方面。

（1）探測范圍大，能夠快速獲取資料信息。

（2）受地面條件約束影響小，不受高山等各種惡劣因素影響。

（3）獲取信息方法多，信息量大。具體作業(yè)開展時，工作人員可采用不同遙感儀器和波動得到各項信息。

2 遙感技術(shù)在水利領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用成果

2.1 采用遙感技術(shù)監(jiān)測洪水

洪澇是我國較為頻繁的一種災(zāi)害，監(jiān)測洪澇災(zāi)害是遙感技術(shù)在水利領(lǐng)域內(nèi)最早應(yīng)用的一項內(nèi)容。監(jiān)測洪澇災(zāi)害對時效性的要求較高，而采用航空遙感實時傳輸技術(shù)，能夠及時、準(zhǔn)確監(jiān)測洪澇災(zāi)害信息，能夠?qū)崟r打印顯示洪澇遙感圖像。目前，遙感技術(shù)被合理應(yīng)用在預(yù)報、洪水預(yù)警、監(jiān)測等不同領(lǐng)域內(nèi)，確保發(fā)生洪水后，能夠精準(zhǔn)預(yù)測洪水和徑流過程，一旦發(fā)生洪水后，可以實現(xiàn)對洪水淹沒區(qū)域和影響區(qū)域的動態(tài)監(jiān)測，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對整個過程中的動態(tài)監(jiān)測[1]。抗洪人員在實際作業(yè)開展時，采用遙感技術(shù)，可以精準(zhǔn)預(yù)測受災(zāi)和淹沒區(qū)域，快速救援人員，減少人員傷亡和經(jīng)濟損失。將遙感技術(shù)與水文模型合理結(jié)合在一起，能夠提前精準(zhǔn)預(yù)測洪水發(fā)生范圍，提前轉(zhuǎn)移區(qū)域內(nèi)人員，及時修補水利工程中的薄弱區(qū)域，構(gòu)建臨時防御措施，抵抗洪水[2]。

2.2 采用遙感技術(shù)監(jiān)測旱情

隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，被合理應(yīng)用在了監(jiān)測旱情中。我國構(gòu)建了旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)，通過對該系統(tǒng)進行應(yīng)用，能夠動態(tài)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的重大干旱情況，從而為抗旱工作開展提高大量、精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持。

2.3 采用遙感技術(shù)監(jiān)管水土保持

將遙感技術(shù)應(yīng)用在監(jiān)管水體保持中，能夠?qū)崿F(xiàn)對水土保持情況的精準(zhǔn)判斷，從而為后續(xù)相應(yīng)治理工作提供數(shù)據(jù)支持。監(jiān)管水土?xí)r，可以將遙感技術(shù)推送給相關(guān)部門，這為各地水土保持工作對遙感技術(shù)的應(yīng)用營造了良好條件，也為后續(xù)遙感技術(shù)在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用打下了一個堅持基礎(chǔ)[3]。

3 遙感技術(shù)在農(nóng)田水利工程建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 采用3S 技術(shù)進行農(nóng)田水利灌排渠道線路選擇

RS 技術(shù)在具體應(yīng)用時具有真實、全面、宏觀等特點，可以將其作信息源，通過對這一技術(shù)進行應(yīng)用，能精準(zhǔn)、快速獲取農(nóng)田水利工程所在區(qū)域的土地利用、水文地質(zhì)、人口情況、灌排渠道等各項內(nèi)容。采用GPS 技術(shù)能高效、實時提供高精度定位信息，而且在具體應(yīng)用時，整體操作開展起來較為簡單。目前，該項技術(shù)主要被應(yīng)用在灌排渠道初測、定測，而且能夠及時定位、校正RS 影像，從而為后續(xù)水利灌排渠線路選擇，以及定位提供支持，保證定位精準(zhǔn)[4]。GIS 主要用于渠道選線與分析，采用GIS 可以分層存儲和管理RS、GPS 等各項基礎(chǔ)資料，其具有的強度綜合數(shù)據(jù)、分析空間、模擬地理等功能，實現(xiàn)對各項信息的疊合和分析，完成對各種專題圖像的制作，從而為后續(xù)相應(yīng)工作開展提供支持[5]。

農(nóng)田水利灌排渠道選線時采用3R 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對線路的優(yōu)化，這也就使危險、困難區(qū)域的空間信息獲取起來更加便捷。融合RS 技術(shù)和GIS 技術(shù)，能夠制作高質(zhì)量遙感地質(zhì)工程圖，實現(xiàn)對灌區(qū)和縱橫斷面范圍的分析，全面分析地貌、地形、地質(zhì)之間具體關(guān)系，做好農(nóng)田水利灌排渠道選線與優(yōu)化，避開居民區(qū)、不良地質(zhì)地段。將3S 技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)田水利灌排渠道線路選擇中，為了做好該項工作，應(yīng)當(dāng)從以下兩個方面入手。

（1）快速精準(zhǔn)選定渠系建筑物位置、干支渠最佳路線、各個分支渠數(shù)位等各項信息內(nèi)容，從而為后續(xù)相應(yīng)工作開展提供數(shù)據(jù)支持。

（2）以數(shù)字高程模型（digital elevation model, DEM）和RS 影像為基礎(chǔ)，通過對GIS 中相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)庫進行應(yīng)用，形成仿真三維模型，開展農(nóng)田水利工程建設(shè)時，能夠?qū)崿F(xiàn)對區(qū)域內(nèi)地質(zhì)和地形情況的分析，而且可以采取三維透視方式對選線線路情況進行檢查，通過這一方式能夠確定排渠道線是否順暢，水流是否存在阻礙等，最終選擇一個合理線路。

3.2 監(jiān)測農(nóng)田水利工程建設(shè)進度與輔助驗收

建設(shè)農(nóng)田水利工程期間會不定時獲取工程區(qū)域內(nèi)RS 影像，全面結(jié)合農(nóng)田水利工程規(guī)劃圖，對比分析工程建設(shè)過程。實際作業(yè)開展時，對于建設(shè)進程相對緩慢、問題較多的農(nóng)田水利工程，需要指派專人進入實地，做好相應(yīng)檢查工作，大幅度提高檢查效能，從而保證我國農(nóng)田水利工程建設(shè)作業(yè)順利進行。完成農(nóng)田水利工程建設(shè)后，對比分析最終得到高分辨率RS 影像與農(nóng)田項目水利工程情況，從宏觀入手，控制好農(nóng)田水利工程竣工情況[6]。同時，要在這一基礎(chǔ)上，具有針對性完成相應(yīng)驗收工作，達(dá)到節(jié)約驗收時間，保證工程質(zhì)量的目的。

3.3 水庫建設(shè)作業(yè)中的應(yīng)用

農(nóng)田水利工程由多個部分共同構(gòu)成，水庫建設(shè)是其中重要的一項構(gòu)成內(nèi)容，水庫建設(shè)質(zhì)量對農(nóng)業(yè)灌溉、供水、發(fā)電等各個方面都會產(chǎn)生直接影響，可見，做好該項工作意義重大。水庫建設(shè)中合理應(yīng)用遙感技術(shù)，對水庫移民規(guī)劃，確定淹沒范圍等各個方面都發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)小比例地圖在實際應(yīng)用時，更新周期長，因此，采用傳統(tǒng)小比例地圖無法精準(zhǔn)體現(xiàn)真實地形情況，而且在具體作業(yè)開展時會消耗大量精力、人力[7]。將遙感技術(shù)應(yīng)用在水庫建設(shè)中，可以將紙質(zhì)信息轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C信息，能夠大幅度提高水庫建設(shè)時的規(guī)劃效率。另外，調(diào)查水庫淹沒區(qū)也具有權(quán)威性和宏觀性，可以更好完成水庫建設(shè)，保證最終建設(shè)的水庫能夠滿足應(yīng)用需求。

3.4 治理河流方面的應(yīng)用

治理河流也是農(nóng)田水利工程建設(shè)中一項重要內(nèi)容，治理河流過程中需要工作人員探討的內(nèi)容有很多，做好河流治理工作，一方面可以實現(xiàn)對人們財產(chǎn)安全和生存環(huán)境的保護，另一方面，也能夠?qū)崿F(xiàn)對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的保護，避免由于建設(shè)農(nóng)田水利工程而破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。由此可見，在農(nóng)田水利工程建設(shè)時，水利部門需要穩(wěn)定河床和河灘，保證河岸水底立體性和全方位性，這也是做好河道治理和保證河道排洪排沙，確保河道暢通的關(guān)鍵[8]。采用遙感技術(shù)，可以實現(xiàn)對河道內(nèi)水文、水質(zhì)、河道地貌形態(tài)的觀察，在這一基礎(chǔ)上，利用波段，相應(yīng)處理圖像和計算機處理圖片，對于其中的次要信息，能夠屏蔽掉，甚至可以得到水下泥沙、地形分布信息。對于獲取到圖片信息，采用新進技術(shù)處理后，圖片具有清晰、客觀等特點，治理河流部門在工作開展期間通過對獲取到的圖片進行應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對河流情況的全面治理。

4 遙感技術(shù)在農(nóng)田水利工程管護中的應(yīng)用

農(nóng)田水利工程管護指的就是管理保護農(nóng)田水利工程，調(diào)配與運用灌溉農(nóng)田的水資源，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，避免由于灌溉水源不足而發(fā)生減產(chǎn)等不良現(xiàn)象，同時，也能夠節(jié)約水源，以免發(fā)生浪費水源情況。農(nóng)田水利工程管護工作是一項復(fù)雜工作，該項工作主要包括檢測與保護農(nóng)田水利工程情況、調(diào)度灌水量、農(nóng)田灌溉用水計劃、進度管理等多項內(nèi)容。農(nóng)田水利工程管護期間，為了做好該項工作，需要收集大量農(nóng)田水利、農(nóng)作物信息、水資源信息等各項信息，以此為依據(jù)，做好相應(yīng)管護工作。例如，農(nóng)田水利工程具體分布情況、種植的農(nóng)作物的長勢、灌區(qū)內(nèi)農(nóng)作物結(jié)構(gòu)、灌區(qū)內(nèi)涌水量、灌溉面積等。傳統(tǒng)農(nóng)田水利工程管護相關(guān)信息主要采取人工方式進行測量調(diào)查，或者采取逐級統(tǒng)計匯報等方式，但是，從實際情況來看，傳統(tǒng)方式在具體應(yīng)用期間存在一定缺點，主要體現(xiàn)在耗時費力、監(jiān)測站點少、更新周期長等多個方面。傳統(tǒng)農(nóng)田水利工程管護方法在具體應(yīng)用時，無法及時、準(zhǔn)確得到大范圍土、水、農(nóng)作物等各項信息內(nèi)容，調(diào)度農(nóng)業(yè)灌溉用水主要是依據(jù)經(jīng)驗進行，無法依據(jù)灌區(qū)水情、農(nóng)情變化動態(tài)管理用水情況，這對農(nóng)業(yè)發(fā)展會造成一定阻礙，采用遙感技術(shù)可以解決上述問題。遙感技術(shù)在農(nóng)田水利工程管護中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下3 個方面。

4.1 以遙感技術(shù)為基礎(chǔ)確定農(nóng)田用水計劃

農(nóng)田用水計劃指的就是的依據(jù)灌區(qū)內(nèi)種植的農(nóng)作物的結(jié)構(gòu)、旱澇情況、農(nóng)作物長勢、灌溉定額等各項內(nèi)容，制定農(nóng)田灌溉用水安排計劃。我國多數(shù)地區(qū)農(nóng)作物分布具有廣泛性和多樣性等特點，這就導(dǎo)致信息獲取差異性和空間范圍都較大，如果在實際作業(yè)開展時，采用傳統(tǒng)技術(shù)手段，難以及時、精準(zhǔn)得到灌渠內(nèi)用水信息，在這一背景下，通過對RS 技術(shù)進行應(yīng)用，能夠得到農(nóng)作物種植信息結(jié)構(gòu)、農(nóng)作物生長情況、農(nóng)作物旱澇等各種情況的全面監(jiān)測，從而科學(xué)安排用水計劃，保證農(nóng)作物健康生長，避免發(fā)生嚴(yán)重浪費水資源現(xiàn)象。

4.2 以3S 技術(shù)為基礎(chǔ)優(yōu)化配置灌溉水資源

優(yōu)化配置灌溉水渠通常指的是對灌渠內(nèi)水資源進行空間和時間的優(yōu)化，做好相應(yīng)配置工作。優(yōu)化配置灌溉水資源涉及農(nóng)田水利學(xué)、氣象學(xué)、水文學(xué)、管理學(xué)等不同學(xué)科，優(yōu)化配置灌溉水資源，實現(xiàn)對種植區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物的灌溉，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和水資源利用率，促進農(nóng)業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟發(fā)展。以3S 技術(shù)為基礎(chǔ)優(yōu)化配置灌溉水資源的流程如下。

（1）收集區(qū)域內(nèi)的氣象、水利等各項空間信息和屬性資料，然后進行處理。

（2）全面分析各個灌溉渠道情況，控制好灌渠面積，以及不同級別渠系間的關(guān)聯(lián)與隸屬關(guān)系，同時，還要對影響灌溉增長效益的各項因素進行分析，明確約束條件與優(yōu)化目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建灌溉水量，優(yōu)化分配模型，通過智能算法求解模型，尋求最優(yōu)配水流量和灌溉面積，從而實現(xiàn)對灌溉配水的優(yōu)化。

（3）優(yōu)化配置灌渠尺度灌溉用水量后，應(yīng)當(dāng)依據(jù)灌渠種植農(nóng)作物的具體分布情況，優(yōu)化配送渠系尺度灌溉用水情況。優(yōu)化配置渠系尺度灌溉水資源與輪灌進行結(jié)合，具體作業(yè)開展時，首先，實際情況入手，做好配水和被配渠道清理工作，清洗必須徹底，不得有殘留雜物；其次，依據(jù)灌渠內(nèi)農(nóng)作物分布與渠道系具體情況，在灌渠內(nèi)建設(shè)最佳輪灌模型，采用智能算法，確定選型的渠系灌溉水資源優(yōu)化配置模型；最后，編制灌區(qū)內(nèi)渠系尺度輪灌作業(yè)制度，將其應(yīng)用在后續(xù)工作中。

4.3 利用遙感技術(shù)評價灌溉效果與用水情況

農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展離不開水的支持，尤其是在天然降水量較少，常年干旱區(qū)域，農(nóng)行生產(chǎn)活動主要依賴于灌溉，如果不做好灌溉工作，不僅會導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，而且可能會發(fā)生絕產(chǎn)現(xiàn)象。由此可見，在干旱區(qū)域內(nèi)，灌溉水資源對于這一類區(qū)域十分重要，在農(nóng)業(yè)實際發(fā)展期間，灌溉效果與用水效率評價對于優(yōu)化水資源配置來說意義重大。農(nóng)田灌溉效果與用水效率評價是一項復(fù)雜，且對技術(shù)要求較高的工作，該項工作具體開展時，需要灌溉用水量、農(nóng)作物種植面積、灌溉引水量等各項信息內(nèi)容的支持。從我國農(nóng)業(yè)的整體發(fā)展情況來看，多數(shù)干渠只是針對灌溉渠道內(nèi)的水分情況進行監(jiān)測，而且容易獲取到相應(yīng)監(jiān)測信息，但是針對農(nóng)作物生長情況、農(nóng)作物生產(chǎn)耗水量、實際產(chǎn)量等，無法實現(xiàn)大規(guī)模監(jiān)測，難以獲取到全面、準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。隨著對RS 技術(shù)的應(yīng)用，以及人們對該項技術(shù)研究的不斷深入，使得RS 技術(shù)在區(qū)域內(nèi)蒸散發(fā)計算模型、農(nóng)作物產(chǎn)量估算、農(nóng)作物類型識別等方面得到了廣泛應(yīng)用，且該項技術(shù)的應(yīng)用也越發(fā)成熟，這為灌渠尺度農(nóng)業(yè)灌溉效果和評價水資源利用效率提供了精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持。以RS 技術(shù)為基礎(chǔ)上評價農(nóng)田灌溉效果和農(nóng)作物水分利用的流程如下。

（1）以RS 技術(shù)為基礎(chǔ)，采用蒸散發(fā)模型，實現(xiàn)對灌區(qū)內(nèi)蒸散發(fā)量的精準(zhǔn)估算，利用蒸發(fā)量除去以降水量獲取的灌渠水的有效消耗量，最終能夠估算出灌溉水的有效利用率。

（2）通過對RS 技術(shù)的應(yīng)用，能夠得到灌溉區(qū)域內(nèi)種植的關(guān)鍵農(nóng)作物的空間分布信息，同時，通過對RS技術(shù)進行應(yīng)用，可以精準(zhǔn)制作農(nóng)作物產(chǎn)量估算模型，利用其完成對農(nóng)作物產(chǎn)量的精準(zhǔn)估算，依據(jù)農(nóng)作物產(chǎn)量和蒸散發(fā)量，精準(zhǔn)估算水分的實際利用率。

5 結(jié)語

農(nóng)田水利工程建設(shè)是國民經(jīng)濟建設(shè)的關(guān)鍵構(gòu)成內(nèi)容，其在調(diào)動水源、促進農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展等方面都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在農(nóng)田水利工程建設(shè)與管理中采用遙感技術(shù)，能夠轉(zhuǎn)變原有監(jiān)管模式，從而進一步提高監(jiān)管效率。通過對遙感技術(shù)的應(yīng)用，可以為農(nóng)田水利工程監(jiān)管作業(yè)提供一個空間分布圖，大幅度縮短監(jiān)管時間間隔，為農(nóng)新建農(nóng)田水利工程和管護作業(yè)開展提供支持，使監(jiān)管模式由過去被動方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃臃绞?，做好農(nóng)田水利工程建設(shè)及管護作業(yè)。