CN111507646A - 一种基于遥感et的农业节水规划方法 - Google Patents

一种基于遥感et的农业节水规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于遥感ET的农业节水规划方法，包括以下步骤：S1、确定农作物的农业目标ET；S2、根据农作物的农业目标ET，建立农业节水规划模型，对整个县的农作物种植面积进行规划，得到县级规划方案；S3、将县级规划方案分解至乡级政府，再分解至村级单元，进行执行并监管；本发明解决了区域农业真实耗水量和实际供水量之间的平衡问题。

Description

一种基于遥感ET的农业节水规划方法
技术领域
本发明涉及遥感蒸散发监测技术领域，具体涉及一种基于遥感ET的农业节水规划方法。
背景技术
传统的农业节水发展规划所用的分析方法在区域尺度上基本上能反应地区农业用水的现状和趋势，对地方农业发展也能起到较强的指导作用。但从耗水的角度分析，还存在一些问题：(1)可供水量估算具有不确定性；(2)没有或较少考虑不同用水行业和单元之间的重复利用；(3)以灌溉水利用系数作为评价节水的重要依据，不考虑水的重复利用，可能高估节水潜力；(4)不能从供耗的角度来评价区域是否达到真正的水量平衡；(5)传统农业节水潜力为工程取水量的减少量，通过提高灌溉水利用系数、减少毛管定额来实现，有可能会夸大农业节水潜力；(6)传统的农业需水估算方法一方面高估工程节水的效果，另一方面对农业实际需水量估计不准确，同时因为混淆灌溉回归水的利用和非农业耗水之间的区别，可能少估算其他行业的实际耗水量。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于遥感ET的农业节水规划方法解决了区域农业真实耗水量和实际供水量之间的平衡问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于遥感ET的农业节水规划方法，包括以下步骤：
S1、确定农作物的农业目标ET；
S2、根据农作物的农业目标ET，建立农业节水规划模型，对整个县的农作物种植面积进行规划，得到县级规划方案；
S3、将县级规划方案分解至乡级政府，再分解至村级单元，进行执行并监管。
进一步地，所述步骤S1中确定农作物的农业目标ET的方法为：
S11、根据水资源供耗平衡，计算区域可消耗耗水量；
S12、根据区域可消耗耗水量，计算生产性耗水；
S13、从生产性耗水中扣除生活耗水和工业耗水，得到农业目标ET。
进一步地，所述步骤S11中的区域可消耗耗水量的计算公式为：
ET区域＝R+P-O-CS (1)
其中，ET区域为区域可消耗耗水量，R为入流量，P为有效降水，O为出流量，CS为地下水储量变化量。
进一步地，步骤S12中的生产性耗水的计算公式为：
ET生产性＝ET区域-ET非生产性 (2)
ET非生产性＝ET森林+ET草地+ET水体+ET耕地+ET城镇+ET裸地 (3)
其中，ET生产性为生产性耗水，ET非生产性为非生产性耗水，ET森林为森林耗水，ET草地为草地耗水，ET水体为水体耗水，ET耕地为耕地耗水，ET城镇为城镇耗水，ET裸地为裸地耗水。
进一步地，所述森林耗水ET森林、草地耗水ET草地、水体耗水ET水体和裸地耗水ET裸地均由叠加遥感ET与土地利用数据计算得到；
所述非生产性的耕地耗水ET耕地的计算方法为：
A1、采用未种植耕地提取与识别方法，提取区域的未种植耕地，叠加未种植耕地与遥感ET数据，得到未种植耕地的ET数据；
A2、根据未种植耕地的ET数据，采用地统计空间插值方法计算种植耕地的非生产性的耕地耗水ET耕地。
进一步地，所述步骤S13中农业目标ET的计算公式为：
ET目标＝ET生产性-ET生活-ET工业 (4)
其中，ET目标为农业目标ET，ET生活为生产性生活耗水，ET工业为生产性工业耗水。
进一步地，所述步骤S2中农业节水规划模型为：
max∑iBi(QETi,Ai) (5)
Figure BDA0002530455810000031
∑iAi≤A (7)
其中，i为种植农作物类别，Ai为作为农作物i的种植面积，QETi为农作物i的用水效率，
Figure BDA0002530455810000032
为农作物i推荐的耗水定额，A表示区域可用耕地总面积，Bi为农作物i产量，n为区域种植农作物类别数量。
上述进一步方案的有益效果为：在耗水约束和耕地约束的双重约束条件下，实现农作物的产量最大化。
进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：
S31、将县级规划方案和农业目标ET细化到村级单元，分年度得出每种农作物的村级耗水目标红线、规划种植结构及规划种植规模；
S32、根据村级耗水目标红线作为耗水监测的基本约束目标，并采用5m精度的遥感数据反演得出的遥感ET，得出村级年度实际耗水量；
S33、判断村级年度实际耗水量是否在村级耗水目标红线的范围内，若是，则农作物的耗水值在该年度处于安全范围，结束，若否，则跳转至步骤S34；
S34、将5m精细的遥感ET数据直接和地籍数据进行匹配，得到超村级耗水目标红线的农作物的耗水数据和种植规模；
S35、根据超村级耗水目标红线的农作物的耗水数据和种植规模，得到该农作物的实际亩均耗水量；
S36、判断实际亩均耗水量是否超过该农作物推荐的耗水定额，若是，则在下一年度按该农作物推荐的耗水定额进行供水，跳转至步骤S37，若否，则跳转至步骤S37；
S37、判断该农作物的种植规模是否超过该年度规划种植规模，若是，则在下一年度按该年度规划的种植结构和种植规模进行种植，若否，则结束。
综上，本发明的有益效果为：
(1)、本发明以水资源供耗平衡为基础分析农业水资源平衡、估算农业用水的“真实节水”潜力、评价优选，真正的从耗水的角度来评估区域农业用水平衡对于优化配置农业水资源，实现真正的资源性节水优点显著。
(2)、根据水资源的供耗平衡，从区域空间尺度上分析区域耗水变化规律，有利于从空间上发现区域的耗水规律，在农业发展规划方案制定过程中实现空间上的以丰补缺。
(3)、通过遥感监测ET对区域可消耗耗水量的变化进行监测，准确监控区域实际耗水量。
(4)、通过农业节水规划模型，在耕地面积有限和根据每种农作物的耗水量限定该区域所有农作物的耗水量的情况下，实现农作物产量最大化。
附图说明
图1为一种基于遥感ET的农业节水规划方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种基于遥感ET的农业节水规划方法，包括以下步骤：
S1、确定农作物的农业目标ET；
所述步骤S1中确定农作物的农业目标ET的方法为：
S11、根据水资源供耗平衡，计算区域可消耗耗水量；
步骤S11中的区域可消耗耗水量的计算公式为：
ET区域＝R+P-O-CS (1)
其中，ET区域为区域可消耗耗水量，R为入流量，P为有效降水，O为出流量，CS为地下水储量变化量。
S12、根据区域可消耗耗水量，计算生产性耗水；
步骤S12中的生产性耗水的计算公式为：
ET生产性＝ET区域-ET非生产性 (2)
ET非生产性＝ET森林+ET草地+ET水体+ET耕地+ET城镇+ET裸地 (3)
其中，ET生产性为生产性耗水，ET非生产性为非生产性耗水，ET森林为森林耗水，ET草地为草地耗水，ET水体为水体耗水，ET耕地为耕地耗水，ET城镇为城镇耗水，ET裸地为裸地耗水。
所述森林耗水ET森林、草地耗水ET草地、水体耗水ET水体和裸地耗水ET裸地均由叠加遥感ET与土地利用数据计算得到；
所述非生产性的耕地耗水ET耕地的计算方法为：
A1、采用未种植耕地提取与识别方法，提取区域的未种植耕地，叠加未种植耕地与遥感ET数据，得到未种植耕地的ET数据；
A2、根据未种植耕地的ET数据，采用地统计空间插值方法计算种植耕地的非生产性的耕地耗水ET耕地。
S13、从生产性耗水中扣除生活耗水和工业耗水，得到农业目标ET。
所述步骤S13中农业目标ET的计算公式为：
ET目标＝ET生产性-ET生活-ET工业 (4)
其中，ET目标为农业目标ET，ET生活为生产性生活耗水，ET工业为生产性工业耗水。
S2、根据农作物的农业目标ET，建立农业节水规划模型，对整个县的农作物种植面积进行规划，得到县级规划方案；
所述步骤S2中农业节水规划模型为：
max∑iBi(QETi,Ai) (5)
Figure BDA0002530455810000061
∑iAi≤A (7)
其中，i为种植农作物类别，Ai为作为农作物i的种植面积，QETi为农作物i的用水效率，
Figure BDA0002530455810000062
为农作物i推荐的耗水定额，A表示区域可用耕地总面积，Bi为农作物i产量，n为区域种植农作物类别数量，公式(6)和(7)为公式(5)的约束条件。
农业节水规划模型是在耗水约束和耕地约束的双重约束条件下，实现农作物的产量最大化。
农业耗水红线等于
Figure BDA0002530455810000063
S3、将县级规划方案分解至乡级政府，再分解至村级单元，进行执行并监管。
所述步骤S3包括以下步骤：
S31、将县级规划方案和农业目标ET细化到村级单元，分年度得出每种农作物的村级耗水目标红线、规划种植结构及规划种植规模；
S32、根据村级耗水目标红线作为耗水监测的基本约束目标，并采用5m精度的遥感数据反演得出的遥感ET，得出村级年度实际耗水量；
S33、判断村级年度实际耗水量是否在村级耗水目标红线的范围内，若是，则农作物的耗水值在该年度处于安全范围，结束，若否，则跳转至步骤S34；
S34、将5m精细的遥感ET数据直接和地籍数据进行匹配，得到超村级耗水目标红线的农作物的耗水数据和种植规模；
S35、根据超村级耗水目标红线的农作物的耗水数据和种植规模，得到该农作物的实际亩均耗水量；
S36、判断实际亩均耗水量是否超过该农作物推荐的耗水定额，若是，则在下一年度按该农作物推荐的耗水定额进行供水，跳转至步骤S37，若否，则跳转至步骤S37；
S37、判断该农作物的种植规模是否超过该年度规划种植规模，若是，则在下一年度按该年度规划的种植结构和种植规模进行种植，若否，则结束。
综上，本发明的有益效果为：
(1)、本发明以水资源供耗平衡为基础分析农业水资源平衡、估算农业用水的“真实节水”潜力、评价优选，真正的从耗水的角度来评估区域农业用水平衡对于优化配置农业水资源，实现真正的资源性节水优点显著。
(2)、根据水资源的供耗平衡，从区域空间尺度上分析区域耗水变化规律，有利于从空间上发现区域的耗水规律，在农业发展规划方案制定过程中实现空间上的以丰补缺。
(3)、通过遥感监测ET对区域可消耗耗水量的变化进行监测，准确监控区域实际耗水量。
(4)、通过农业节水规划模型，在耕地面积有限和根据每种农作物的耗水量限定该区域所有农作物的耗水量的情况下，实现农作物产量最大化。

Claims (8)

1.一种基于遥感ET的农业节水规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定农作物的农业目标ET；
S2、根据农作物的农业目标ET，建立农业节水规划模型，对整个县的农作物种植面积进行规划，得到县级规划方案；
S3、将县级规划方案分解至乡级政府，再分解至村级单元，进行执行并监管。
2.根据权利要求1所述的基于遥感ET的农业节水规划方法，其特征在于，所述步骤S1中确定农作物的农业目标ET的方法为：
S11、根据水资源供耗平衡，计算区域可消耗耗水量；
S12、根据区域可消耗耗水量，计算生产性耗水；
S13、从生产性耗水中扣除生活耗水和工业耗水，得到农业目标ET。
3.根据权利要求2所述的基于遥感ET的农业节水规划方法，其特征在于，所述步骤S11中的区域可消耗耗水量的计算公式为：
ET区域＝R+P-O-CS (1)
其中，ET区域为区域可消耗耗水量，R为入流量，P为有效降水，O为出流量，CS为地下水储量变化量。
4.根据权利要求3所述的基于遥感ET的农业节水规划方法，其特征在于，所述步骤S12中的生产性耗水的计算公式为：
ET生产性＝ET区域-ET非生产性 (2)
ET非生产性＝ET森林+ET草地+ET水体+ET耕地+ET城镇+ET裸地 (3)
其中，ET生产性为生产性耗水，ET非生产性为非生产性耗水，ET森林为森林耗水，ET草地为草地耗水，ET水体为水体耗水，ET耕地为耕地耗水，ET城镇为城镇耗水，ET裸地为裸地耗水。
5.根据权利要求3所述的基于遥感ET的农业节水规划方法，其特征在于，所述森林耗水ET森林、草地耗水ET草地、水体耗水ET水体和裸地耗水ET裸地均由叠加遥感ET与土地利用数据计算得到；
所述非生产性的耕地耗水ET耕地的计算方法为：
A1、采用未种植耕地提取与识别方法，提取区域的未种植耕地，叠加未种植耕地与遥感ET数据，得到未种植耕地的ET数据；
A2、根据未种植耕地的ET数据，采用地统计空间插值方法计算种植耕地的非生产性的耕地耗水ET耕地。
6.根据权利要求4所述的基于遥感ET的农业节水规划方法，其特征在于，所述步骤S13中农业目标ET的计算公式为：
ET目标＝ET生产性-ET生活-ET工业 (4)
其中，ET目标为农业目标ET，ET生活为生产性生活耗水，ET工业为生产性工业耗水。
7.根据权利要求1所述的基于遥感ET的农业节水规划方法，其特征在于，所述步骤S2中农业节水规划模型为：
max∑iBi(QETi,Ai) (5)
Figure FDA0002530455800000021
∑iAi≤A (7)
其中，i为种植农作物类别，Ai为作为农作物i的种植面积，QETi为农作物i的用水效率，
Figure FDA0002530455800000022
为农作物i推荐的耗水定额，A表示区域可用耕地总面积，Bi为农作物i产量，n为区域种植农作物类别数量。
8.根据权利要求1所述的基于遥感ET的农业节水规划方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
S31、将县级规划方案和农业目标ET细化到村级单元，分年度得出每种农作物的村级耗水目标红线、规划种植结构和规划种植规模；
S32、根据村级耗水目标红线作为耗水监测的基本约束目标，并采用5m精度的遥感数据反演得出的遥感ET，得出村级年度实际耗水量；
S33、判断村级年度实际耗水量是否在村级耗水目标红线的范围内，若是，则农作物的耗水值在该年度处于安全范围，结束，若否，则跳转至步骤S34；
S34、将5m精细的遥感ET数据直接和地籍数据进行匹配，得到超村级耗水目标红线的农作物的耗水数据和种植规模；
S35、根据超村级耗水目标红线的农作物的耗水数据和种植规模，得到该农作物的实际亩均耗水量；
S36、判断实际亩均耗水量是否超过该农作物推荐的耗水定额，若是，则在下一年度按该农作物推荐的耗水定额进行供水，跳转至步骤S37，若否，则跳转至步骤S37；
S37、判断该农作物的种植规模是否超过该年度规划种植规模，若是，则在下一年度按该年度规划的种植结构和种植规模进行种植，若否，则结束。
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