王敬浪,龐治國(guó),江 威,李根東,張曉紅
?灌溉水源與輸配水系統(tǒng)?
灌區(qū)襯砌工程防鹽效果遙感評(píng)估方法研究
王敬浪1,龐治國(guó)1*,江 威1,李根東2,張曉紅2
(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038;2.內(nèi)蒙古河套灌區(qū)水利發(fā)展中心,內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000)
【目的】河套灌區(qū)實(shí)施了一系列的渠道工程措施來(lái)保護(hù)渠道,防止渠道滲水,抑制土壤鹽漬化,但缺少針對(duì)灌區(qū)襯砌工程防鹽效果的評(píng)估研究。本文旨在探究利用衛(wèi)星遙感技術(shù)開(kāi)展河套灌區(qū)渠道襯砌工程防鹽效果評(píng)估?!痉椒ā渴占鄷r(shí)相的Landsat8多光譜衛(wèi)星遙感影像,采用ISODATA聚類方法自動(dòng)提取河套灌區(qū)內(nèi)的鹽堿地,然后利用空間分析方法生成渠道兩側(cè)寬度為的緩沖區(qū),統(tǒng)計(jì)緩沖區(qū)內(nèi)鹽堿地面積,構(gòu)建鹽堿地密度指標(biāo),得到關(guān)系曲線?!窘Y(jié)果】襯砌后的渠道兩側(cè)鹽堿地面積顯著下降,鹽堿地面積分布曲線呈階梯狀特征。2013—2016年間,襯砌后的渠道兩側(cè)500 m范圍內(nèi)鹽堿地面積下降最低49.63%,最高86.81%;1 000 m范圍內(nèi)鹽堿地面積下降最低47.95%,最高95.06%;1 500 m范圍內(nèi),鹽堿地面積下降幅度最低54.56%,最高95.68%。土壤質(zhì)地會(huì)影響鹽堿地的面積變化,土壤黏粒較低的區(qū)域,鹽堿地的面積減少更快?!窘Y(jié)論】①衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)大范圍渠道工程防鹽效果開(kāi)展評(píng)估是可行的。②鹽堿地的空間分布模式在渠道襯砌后發(fā)生變化,由均勻分布轉(zhuǎn)變?yōu)榫奂苑植?。③渠道襯砌工程有效地抑制了鹽堿地兩側(cè)的土壤鹽堿化過(guò)程。④土壤質(zhì)地間接影響工程襯砌的治理效果,土壤黏粒較低的區(qū)域,襯砌工程的治理效果越明顯。
灌區(qū);渠道襯砌;遙感;鹽堿地
【研究意義】河套灌區(qū)是我國(guó)最大的一首制大型自流灌區(qū),地處干旱和半干旱地區(qū),受地形地勢(shì)、氣候條件和水資源管理利用等因素的影響,區(qū)域內(nèi)存在嚴(yán)重的土壤鹽堿化問(wèn)題[1]。作為我國(guó)西北地區(qū)重要的商品糧生產(chǎn)基地,土壤鹽堿化對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的正常開(kāi)展造成阻礙。關(guān)于鹽堿地的形成發(fā)展及防治等方面的研究一直是該地區(qū)的科研重點(diǎn)[2-3]。但由于鹽堿地形成原因的復(fù)雜性,大多數(shù)研究從地下水位、灌溉水等方面討論大范圍的鹽堿地面積變化[4],將渠道滲水等因素忽略。土壤的鹽堿化過(guò)程和土壤中的水鹽息息相關(guān),渠道滲水會(huì)影響渠道兩側(cè)土壤的含水率,而襯砌工程的目的是防止渠道滲水[5-6]。渠道襯砌工程是否會(huì)間接影響渠道兩側(cè)鹽堿地面積,達(dá)到防治鹽堿地的效果缺少一個(gè)合理有效的評(píng)估方法。
【研究進(jìn)展】隨著遙感技術(shù)的發(fā)展,衛(wèi)星影像的時(shí)間分辨率和空間分辨率都得到極大提升。利用遙感影像來(lái)監(jiān)測(cè)鹽堿地的面積可以大幅節(jié)省人工和資金的投入[7-8]。同時(shí),多光譜衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可以為監(jiān)測(cè)評(píng)估渠道襯砌工程的防鹽效果提供數(shù)據(jù)支撐。鹽堿地的遙感監(jiān)測(cè)相關(guān)研究可追溯至20世紀(jì)70年代,通過(guò)人工目視解譯識(shí)別鹽堿地。20世紀(jì)80年代后,隨著大量光學(xué)衛(wèi)星的投入使用,利用監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類方法提取鹽堿地逐漸成熟[9]。隨著對(duì)土壤鹽堿化各方面研究的不斷深入,提取方法多種多樣,但基本的思路都是尋找真彩色合成影像中的白色高反射區(qū)域[10-12]。劉煥軍等[13]以吉林省西部鹽堿土及其光譜反射率為研究對(duì)象,表明鹽堿土的反射峰集中于可見(jiàn)光和近紅外波段。花錦溪等[14]在反演松嫩平原鹽堿化,孫廣福[15]在基于Landsat/OLI-TIRS數(shù)據(jù)的鹽堿地模式識(shí)別,張俊華等[16]在寧夏銀北地區(qū)鹽堿地鹽分預(yù)測(cè)等研究中也都是基于這一特點(diǎn)構(gòu)建鹽堿地的光譜特征空間,從而將鹽堿地與其他地物相分離?!厩腥朦c(diǎn)】目前,關(guān)于鹽堿地的防治主要集中在大范圍治理方面,如生物防治,化學(xué)防治等。河套灌區(qū)內(nèi)有著龐大數(shù)量的灌排水渠,受制于資金、人力、技術(shù)的限制,針對(duì)大范圍區(qū)域渠道襯砌工程的防鹽效果評(píng)估尚且缺乏一定研究。
【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】因此,本研究旨在探究利用遙感技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)評(píng)估渠道襯砌工程效果的可行性。利用地理信息系統(tǒng)中的空間分析法分析渠道兩側(cè)的鹽堿地面積變化情況,從而分析典型渠道襯砌工程對(duì)鹽堿地時(shí)空分布變化的影響。
河套灌區(qū)(圖1)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部,黃河北岸,灌區(qū)包含巴彥淖爾市的磴口縣、五原縣、臨河區(qū)、杭錦后旗和烏拉特前旗共5個(gè)縣區(qū)旗。灌區(qū)多年平均降水量為160 mm,多年平均蒸發(fā)量2 251 mm,降水量和蒸發(fā)量差距顯著,易發(fā)生土壤鹽堿化,形成鹽堿地。受地下水和地面漬澇積水影響,鹽堿地的面積變化本身呈現(xiàn)周期性變化特征,具有明顯的季節(jié)性積鹽和脫鹽頻繁交替反復(fù)的特點(diǎn)[17]。在灌溉期間,土壤表層的鹽分被水溶解后隨水下滲,鹽堿地的面積隨之減小[18]。夏季,灌溉水分也會(huì)受劇烈的蒸發(fā)影響將土壤中的鹽分向上轉(zhuǎn)運(yùn)反向增加鹽堿地的面積。所以,灌溉活動(dòng)、天氣條件對(duì)鹽堿地的面積變化造成的擾動(dòng)特別顯著。自1998年至今,河套灌區(qū)實(shí)施了一系列的節(jié)水改造工程,通過(guò)改善渠基土滲透性能、設(shè)置防滲層等工程措施[19-20]減少水資源在渠道輸送過(guò)程中的損失。
圖1 河套灌區(qū)位置
義長(zhǎng)灌域是河套灌區(qū)最大的灌域,規(guī)劃灌溉面積32.8萬(wàn)hm2,現(xiàn)灌溉面積19.58萬(wàn)hm2,擔(dān)負(fù)著五原縣、烏拉特中旗、烏拉特前旗共13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和4個(gè)國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)的灌排任務(wù)。豐濟(jì)渠位于五原縣,作為義長(zhǎng)灌域的干渠保障著區(qū)域內(nèi)的灌溉用水,渠道管理維護(hù)措施良好,在2016年以后進(jìn)行了大量續(xù)建配套與節(jié)水改造工程。五原縣的土壤類型主要為鹽土和鹽化灌淤土,二者在質(zhì)地上存在差異。根據(jù)砂粒、粉粒、黏粒量進(jìn)行土壤質(zhì)地劃分,鹽土區(qū)域砂粒占70%,粉粒占19%,黏粒占11%,鹽化灌淤土區(qū)域砂粒占50%,粉粒占32%,黏粒占18%。豐濟(jì)渠橫穿五原縣,渠道兩側(cè)的區(qū)域同時(shí)存在著鹽土和鹽化灌淤土,但是不同位置的空間分布狀態(tài)不同。
2016年3月,豐濟(jì)渠實(shí)施了渠道襯砌工程。根據(jù)內(nèi)蒙古河套灌區(qū)管理局義長(zhǎng)分中心公開(kāi)信息可知(http://www.zghtgq.com/plus/view.php?aid=29231),豐濟(jì)渠的襯砌工程是分段進(jìn)行的,對(duì)滲漏嚴(yán)重區(qū)域先行修繕襯砌,且完工時(shí)間不一致。為保證外部影響因素相對(duì)一致,本研究共選取豐濟(jì)渠上四段4月前完成襯砌的渠道,如圖2所示。4條渠段相對(duì)均勻地分布于豐濟(jì)渠上,相互間影響的可能性較小,起始樁號(hào)分別為:11+373—12+764、18+466—20+368、29+100—31+500、37+241—38+588,高程自南向北遞減,在下文中分別以豐濟(jì)a、豐濟(jì)b、豐濟(jì)c、豐濟(jì)d代替。
圖2 渠道位置
表1 典型渠道屬性
為提高鹽堿地的提取精度,減少天氣、灌溉等因素的影響,同時(shí)保證數(shù)據(jù)在歷年的同一時(shí)期獲取,需要對(duì)遙感影像的時(shí)間進(jìn)行篩選。研究采用的是Landsat8 OLI多光譜數(shù)據(jù),重訪周期為16 d,成像期間河套地區(qū)必須保持低云量,且前后一段時(shí)間沒(méi)有降水。
綜合河套灌區(qū)的灌溉制度、鹽堿地的形成條件以及遙感影像的重訪周期,每年的4月初至4月中旬的Landsat8 OLI影像為最佳的數(shù)據(jù)來(lái)源。在這期間,灌區(qū)的農(nóng)作物尚處于幼苗階段,對(duì)地表覆蓋度有限,不會(huì)遮擋鹽堿地。豐濟(jì)渠襯砌于2016年,為評(píng)估襯砌工程的效果,同時(shí)對(duì)比未襯砌前的鹽堿地變化情況,需要選擇2016年前后2個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)。經(jīng)篩選,滿足條件的數(shù)據(jù)有2013、2016、2020年共6景影像數(shù)據(jù)。
表2 數(shù)據(jù)列表
渠道襯砌效果監(jiān)測(cè)評(píng)估包含3個(gè)步驟:首先是鹽堿地的提取,其次是多重緩沖區(qū)的生成,最后疊加統(tǒng)計(jì)分析得到渠道襯砌防鹽效果的遙感評(píng)估(圖3)。
圖3 評(píng)估方法流程
鹽堿地提取采用ISODATA(Iterative Selforganizing Data Analysis Techniques Algorithm)方法。ISODATA方法是一種非監(jiān)督分類方法,其建立在K-means方法的基礎(chǔ)上,增加了合并和分裂2個(gè)操作。使用時(shí)無(wú)須預(yù)先熟悉分類區(qū)域,但需要有一定的知識(shí)解釋分類結(jié)果。人為誤差機(jī)會(huì)減小,產(chǎn)生的類別比監(jiān)督分類更均質(zhì)。獨(dú)特的、覆蓋量小的類別也可以被識(shí)別出來(lái),不會(huì)像監(jiān)督分類一樣因?yàn)闃颖緞澐謫?wèn)題被分析者丟失[21]。鹽堿地由于鹽堿化程度的差異,在輕度鹽堿化區(qū)域,鹽堿化土壤和裸土的光譜曲線趨于一致,依靠人工劃分樣本區(qū)分二者差異的難度變大。ISODATA方法可以最大限度地劃分地類,然后通過(guò)人工目視解譯對(duì)地類合并分組,減小鹽堿地混分的可能。ISODATA算法具體參數(shù)設(shè)置如下:最大分類數(shù)為10,變化閾值為5%,最大類間標(biāo)準(zhǔn)差為1,最小類間距離為5,迭代次數(shù)為10。
鹽堿地和渠道的空間分布關(guān)系采用空間分析的方法。以渠道為中心,在渠道兩側(cè)構(gòu)建緩沖區(qū),對(duì)緩沖區(qū)域內(nèi)的鹽堿地面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并建立單位長(zhǎng)度下的鹽堿地密度指標(biāo),具體公式為:
式中:為緩沖區(qū)域內(nèi)的鹽堿地面積(m2);為渠道長(zhǎng)度(m)。
通過(guò)生成多重緩沖區(qū),可以得到鹽堿地密度與緩沖區(qū)寬度的分布曲線,為保證結(jié)果曲線足夠平滑同時(shí)減少大量的計(jì)算任務(wù),緩沖區(qū)的寬度步長(zhǎng)設(shè)置為10 m。
渠道兩側(cè)鹽堿地的密度變化曲線是鹽堿地的空間分布特征的抽象表現(xiàn),如果渠道襯砌對(duì)鹽堿地有明顯的防治作用,曲線會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)。
基于上述數(shù)據(jù)和方法,提取了2013、2016年和2020年的河套灌區(qū)鹽堿地(圖4),利用高分辨率影像樣本對(duì)結(jié)果精度驗(yàn)證,鹽堿地提取總體精度優(yōu)于85%。從提取結(jié)果來(lái)看,河套灌區(qū)土壤表層的鹽堿地呈明顯的下降趨勢(shì),2013年灌區(qū)內(nèi)鹽堿地面積為646.74 km2,2016年灌區(qū)內(nèi)鹽堿地面積為279.16 km2,2020年灌區(qū)內(nèi)鹽堿地面積為255.18 km2,呈明顯的下降趨勢(shì)。
圖4 2013—2020鹽堿地提取結(jié)果
以10 m為采樣間隔,得到渠道兩側(cè)1 500 m范圍內(nèi)的鹽堿地面積變化數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上繪制關(guān)系曲線,如圖5所示。由圖5可知:
1)對(duì)比3 a緩沖區(qū)內(nèi)鹽堿地面積,2016年和2020年顯著下降,說(shuō)明工程措施整體對(duì)鹽分運(yùn)移有抑制效果。
2)對(duì)比曲線的形態(tài),鹽堿地呈現(xiàn)階梯狀特征,說(shuō)明襯砌工程改變了鹽堿地分布格局,從均勻分布演變成聚集分布,因此,階梯狀特征明顯。
3)從階梯狀可以看出,襯砌工程影響鹽堿地范圍基本集中2個(gè)范圍,第一個(gè)是100~300 m范圍內(nèi),第二個(gè)是600~800 m范圍內(nèi),2020年主要是800~1 000 m范圍,說(shuō)明襯砌工程對(duì)于鹽分影響存在一定距離效應(yīng),主要集中1 300 m范圍內(nèi)。
圖5 φ-d關(guān)系曲線
豐濟(jì)a、豐濟(jì)b、豐濟(jì)c、豐濟(jì)d共4條渠段同屬豐濟(jì)渠,在2013—2016年,渠道兩側(cè)土地并未采取鹽堿地改良措施,作物種植結(jié)構(gòu)也未發(fā)生明顯改變,選取的遙感影像也都在4月,溫度、降水等條件基本一致。土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)表明,豐濟(jì)a,豐濟(jì)b,豐濟(jì)c,豐濟(jì)d四段渠道兩側(cè)的土壤質(zhì)地分布情況存在差異,豐濟(jì)a兩側(cè)500 m范圍內(nèi)為鹽土,500~1 500 m范圍內(nèi)為鹽化灌淤土,豐濟(jì)b兩側(cè)1 500 m范圍內(nèi)均為鹽化灌淤土,豐濟(jì)c兩側(cè)1 500 m范圍內(nèi)均為鹽土,豐濟(jì)d兩側(cè)1 500 m范圍內(nèi)為鹽土和鹽化灌淤土混合分布。鹽堿地面積變化如表3所示。
表3 渠道周圍鹽堿地面積變化
由表3可知,豐濟(jì)a到豐濟(jì)d在2013—2020年期間,兩側(cè)的鹽堿地面積變化明顯。豐濟(jì)a變化幅度最大,500 m范圍的鹽堿地面積由2013年的120 751.6 m2降至2020年的15 924.7 m2,面積減少86.81%;1 000 m范圍的鹽堿地面積由2013年的487 588.9 m2降至2020年的24 071 m2,面積減少95.06%;1 500 m范圍的鹽堿地面積由2013年的690 477.4 m2降至2020年的29 824.7 m2,面積減少95.68%。豐濟(jì)b變化幅度最小,從2013—2020年,1 500 m范圍內(nèi)鹽堿地面積減少642 544.5 m2,減少了54.56%。4條渠段的兩側(cè)鹽堿地面積減少70%左右。
2016—2020年比2013—2016年的變化幅度大。1 500 m范圍內(nèi),2013—2016年鹽堿地面積變化率最大的為豐濟(jì)a的-54.25%,2016—2020年鹽堿地面積變化率最大的為渠段豐濟(jì)a的-90.56%。
鹽土和鹽化灌淤土中砂粒/粉粒/黏粒的占比不同造成土壤中的水分滲透速度不同,黏粒占比大的土壤,水分入滲越慢[22]。渠道襯砌后,渠道滲水被阻斷,土壤中的水分來(lái)源改變。豐濟(jì)a,豐濟(jì)c,豐濟(jì)d兩側(cè)土壤中黏粒占比大,襯砌后,鹽堿地面積變化率均大于豐濟(jì)b。
在以往的研究中,渠道襯砌的防滲效果得到肯定,但關(guān)于其對(duì)渠道周邊土地鹽堿化的防治效果研究較少。許多文獻(xiàn)從鹽分運(yùn)移機(jī)理上討論了地下水位,灌溉方式等因素對(duì)鹽堿地面積的影響。本研究考慮到渠道滲水也會(huì)改變土壤含水率,對(duì)于這部分水分是否參與土壤中的鹽分運(yùn)移過(guò)程,本研究不做深究,僅從其對(duì)鹽堿地面積影響的角度來(lái)建立渠道襯砌和鹽堿地面積變化的關(guān)系,探討利用遙感評(píng)估渠道襯砌效果的可能性,充分利用了遙感技術(shù)大范圍、多時(shí)相、低成本的特點(diǎn)。河套灌區(qū)的節(jié)水改造工程還在建設(shè)之中,同時(shí)有許多老舊的渠道需要翻新整治。傳統(tǒng)的渠道監(jiān)測(cè)需要布設(shè)一定量的探測(cè)設(shè)備[23-24],不僅價(jià)格高昂,而且后期維護(hù)壓力大。本研究是遙感技術(shù)在渠道襯砌工程效果評(píng)估方面的一次嘗試,在未來(lái)的研究中,可以進(jìn)一步討論渠道滲水過(guò)程對(duì)鹽堿地減少的影響程度,實(shí)現(xiàn)利用遙感監(jiān)測(cè)渠道滲水,估測(cè)滲水量的目的。
1)本研究數(shù)據(jù)為2013、2016年和2020年的遙感影像,空間分辨率為30 m。像元混分對(duì)提取結(jié)果影響較大。在未來(lái)的研究中可以豐富數(shù)據(jù)源,采用分辨率更加精細(xì)的遙感影像,刻畫長(zhǎng)時(shí)間序列下的鹽堿地的空間分布變化情況。
2)本研究考慮的影響因素較少。未來(lái)通過(guò)添加地下水,地形方面的數(shù)據(jù),可以完善渠道滲漏過(guò)程中的水鹽運(yùn)移機(jī)制,為本研究的結(jié)論作出更加全面的闡釋。
1)本研究采用的渠道襯砌評(píng)估方法可以有效地反映渠道襯砌的防鹽效果。利用遙感評(píng)估渠道襯砌的工程效果是可行的。
2)襯砌前后,鹽堿地的分布模式發(fā)生變化,由原來(lái)的均勻分布轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的聚集分布,鹽堿地密度關(guān)于緩沖區(qū)寬度的關(guān)系曲線呈階梯狀,階梯出現(xiàn)在2個(gè)位置,第一個(gè)是100~300 m范圍內(nèi),第二個(gè)是600~800 m范圍內(nèi)。
3)2013—2020年,豐濟(jì)a、豐濟(jì)b、豐濟(jì)c、豐濟(jì)d的4條典型渠段兩側(cè)500 m范圍內(nèi),鹽堿地面積下降幅度最低49.63%,最高86.81%;1 500 m范圍內(nèi),鹽堿地面積下降幅度最低54.56%,最高95.68%。渠道襯砌可以有效地防治渠道兩側(cè)的鹽堿地,襯砌后的渠道兩側(cè)鹽堿地面積顯著減少。
4)土壤質(zhì)地間接影響工程襯砌的治理效果,土壤黏粒較低的區(qū)域,襯砌工程的治理效果越明顯。
[1] 李琴. 建國(guó)以來(lái)河套灌區(qū)水利事業(yè)發(fā)展視域下的社會(huì)變遷研究[D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古師范大學(xué), 2019.
LI Qin. Research on social changes in the view of water conservancy development in Hetao irrigation area since the founding of the People's republic of China[D]. Hohhot: Inner Mongolia Normal University, 2019.
[2] 張義強(qiáng), 王瑞萍, 白巧燕. 內(nèi)蒙古河套灌區(qū)土壤鹽堿化發(fā)展變化及治理效果研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2018, 37(S1): 118-122.
ZHANG Yiqiang, WANG Ruiping, BAI Qiaoyan. Development and change of soil salinization in Hetao irrigation area of Inner Mongolia[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2018, 37(S1): 118-122.
[3] 李爭(zhēng)爭(zhēng), 屈忠義, 楊威, 等. 暗管排水對(duì)鄂爾多斯地區(qū)重度鹽堿地鹽分遷移規(guī)律的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(7): 122-129.
LI Zhengzheng, QU Zhongyi, YANG Wei, et al. The influence of subsurface drain on solute movement in soils severely affected by salinity and alkalinity in Ordos region[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(7): 122-129.
[4] 杜秉晨曦, 程勇翔, 吳玲. 準(zhǔn)噶爾盆地植被與土壤鹽漬化關(guān)聯(lián)性變化趨勢(shì)分析[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2021, 41(23): 9 364-9 376.
DU Bingchenxi, CHENG Yongxiang, WU Ling. Analysis of negative correlation between vegetation and soil salinization in Junggar Basin[J]. Acta Ecologica Sinica, 2021, 41(23): 9 364-9 376.
[5] 王孜. 寧夏引黃灌區(qū)渠道襯砌與滲漏試驗(yàn)研究[D]. 西安: 西安理工大學(xué), 2018.
WANG Zi. Experimental study on canal lining and seepage in irrigation area of Yellow River in ningxia[D]. Xi'an: Xi'an University of Technology, 2018.
[6] MARTIN C A, GATES T K. Uncertainty of canal seepage losses estimated using flowing water balance with acoustic Doppler devices[J]. Journal of Hydrology, 2014, 517: 746-761.
[7] 史曉艷, 李維弟, 余露, 等. 瑪納斯河流域農(nóng)灌區(qū)土壤鹽漬化遙感定量評(píng)價(jià)[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2018, 37(11): 69-75, 83.
SHI Xiaoyan, LI Weidi, YU Lu, et al. Using Remote Sensing to Evaluate Soil Salinization Distribution Over the Irrigation Areas in the Manas River Basin[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2018, 37(11): 69-75, 83.
[8] 靳三玲, 鄭志榮, 刁兆巖, 等. 呼倫貝爾草原輝河濕地表層土壤鹽分分布特征[J]. 草地學(xué)報(bào), 2021, 29(4): 749-756.
JIN Sanling, ZHENG Zhirong, DIAO Zhaoyan, et al. Distribution characteristics of topsoil salinity in Hui River wetland, Hulunbuir grassland[J]. Acta Agrestia Sinica, 2021, 29(4): 749-756.
[9] 霍東民, 張景雄, 孫家抦. 利用CBERS-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行鹽堿地專題信息提取研究[J]. 國(guó)土資源遙感, 2001, 13(2): 48-52.
HUO Dongmin, ZHANG Jingxiong, SUN Jiabing. Using the cbers-1 satellite data to study the thematic information extraction of saline dryland[J]. Remote Sensing for Land & Resources, 2001, 13(2): 48-52.
[10] 喬玉良. 彩紅外航片在忻定盆地水澆地清查及鹽堿地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 國(guó)土資源遙感, 1993, 5(2): 17-21.
QIAO Yuliang. Application of aerial remote sensing to surveying irrigated fields and dynamic monitoring salinized soil in xinding basin[J]. Remote Sensing for Land & Resources, 1993, 5(2): 17-21.
[11] 關(guān)元秀, 劉高煥, 劉慶生, 等. 黃河三角洲鹽堿地遙感調(diào)查研究[J]. 遙感學(xué)報(bào), 2001, 5(1): 46-52, 86.
GUAN Yuanxiu, LIU Gaohuan, LIU Qingsheng, et al. The study of salt-affected soils in the Yellow River Delta based on remote sensing[J]. Journal of Remote Sensing, 2001, 5(1): 46-52, 86.
[12] 鄧小煉, 于嶸, 亢慶, 等. 基于遙感的黃河三角洲地區(qū)鹽堿地分布監(jiān)測(cè)[J]. 遙感信息, 2006, 21(5): 34-36, 76.
DENG Xiaolian, YU Rong, KANG Qing, et al. Monitoring of the saline-alkali land distribution in Yellow River Delta based on remote sensing[J]. Remote Sensing Information, 2006, 21(5): 34-36, 76.
[13] 劉煥軍, 張柏, 王宗明, 等. 基于反射光譜特征的土壤鹽堿化評(píng)價(jià)[J]. 紅外與毫米波學(xué)報(bào), 2008, 27(2): 138-142.
LIU Huanjun, ZHANG Bai, WANG Zongming, et al. Soil saline-alkalization evaluation basing on spectral reflectance characteristics[J]. Journal of Infrared and Millimeter Waves, 2008, 27(2): 138-142.
[14] 花錦溪, 臧淑英, 那曉東. 松嫩平原鹽堿化反演及其動(dòng)態(tài)變化過(guò)程[J]. 水土保持通報(bào), 2017, 37(1): 155-160.
HUA Jinxi, ZANG Shuying, NA Xiaodong. Retrieval of soil salinization process and its dynamic change in Songnen plain[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017, 37(1): 155-160.
[15] 孫廣福. 基于Landsat/OLI-TIRS數(shù)據(jù)的鹽堿地模式識(shí)別[D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古師范大學(xué), 2016.
SUN Guangfu. Pattern recognition of the saline-alkali land using landsat/OLI-TIRS data[D]. Hohhot: Inner Mongolia Normal University, 2016.
[16] 張俊華, 秦君琴, 李明. 基于土壤光譜特征的寧夏銀北地區(qū)鹽堿地鹽分預(yù)測(cè)研究[J]. 水土保持通報(bào), 2013, 33(5): 123-129, 164.
ZHANG Junhua, QIN Junqin, LI Ming. Prediction of soil salt content based on spectral characteristics of soil in northern Yinchuan City, ningxia Hui autonomous region[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2013, 33(5): 123-129, 164.
[17] 化騫寂, 馮紹元, 葛洲, 等. 河套灌區(qū)典型區(qū)周年內(nèi)耕層土壤鹽分時(shí)空變異研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2020, 39(8): 26-34.
HUA Qianji, FENG Shaoyuan, GE Zhou, et al. Intra-annual spatiotemporal variation in salt content in the plough layer in Hetao irrigation district[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(8): 26-34.
[18] 劉顯澤, 岳衛(wèi)峰, 倪寶鋒, 等. 秋澆對(duì)內(nèi)蒙古義長(zhǎng)灌域地下水動(dòng)態(tài)的影響[J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 52(3): 380-386.
LIU Xianze, YUE Weifeng, NI Baofeng, et al. Impact of autumn irrigation on groundwater dynamics in Yichang Irrigation Sub-district, Inner Mongolia[J]. Journal of Beijing Normal University (Natural Science), 2016, 52(3): 380-386.
[19] 楊會(huì)峰. 次生鹽漬化地區(qū)包氣帶水鹽運(yùn)移試驗(yàn)及地下水位動(dòng)態(tài)調(diào)控研究[D]. 北京: 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院, 2011.
YANG Huifeng. The experiment on water and salt transport of unsaturated zone and the study on dynamic regulation of groundwater depth in soil secondary salinization area[D]. Beijing: Chinese Academy of Geological Sciences, 2011.
[20] 孫曉慶, 卞建民, 趙玉紅, 等. 鹽漬土水分下滲能力及水鹽動(dòng)態(tài)運(yùn)移試驗(yàn)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2021, 40(2): 12-17.
SUN Xiaoqing, BIAN Jianmin, ZHAO Yuhong, et al. An experimental study on water infiltration capacity and water-salt dynamic transport of saline soil[J]. Research and Exploration in Laboratory, 2021, 40(2): 12-17.
[21] 李少蘭. 基于高精度遙感圖像的多種土地利用分類方法研究:以楊凌區(qū)為例[D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2012.
LI Shaolan. Studies on several classifications of land use based on high-precision remote sensing images: Take Yangling as example[D]. Yangling: Northwest A & F University, 2012.
[22] 張國(guó)祥, 申麗霞, 郭云梅. 微潤(rùn)灌溉條件下土壤質(zhì)地對(duì)水分入滲的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2016, 35(7): 35-39.
ZHANG Guoxiang, SHEN Lixia, GUO Yunmei. Effect of soil structure on water infiltration under moistube irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2016, 35(7): 35-39.
[23] 何寧, 丁勇, 吳玉龍, 等. 基于分布式光纖測(cè)溫技術(shù)的堤壩滲漏監(jiān)測(cè)[J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào), 2015(1): 20-27.
HE Ning, DING Yong, WU Yulong, et al. Experimental study of distributed optical fiber temperature measurement technology for measuring leakage in embankment dam[J]. Hydro-Science and Engineering, 2015(1): 20-27.
[24] 劉明堂, 田壯壯, 齊慧勤, 等. 基于Kalman-BP融合的南水北調(diào)高填方渠道滲漏監(jiān)測(cè)模型研究[J]. 南水北調(diào)與水利科技, 2018, 16(5): 179-185.
LIU Mingtang, TIAN Zhuangzhuang, QI Huiqin, et al. Research on leakage monitoring model for high-filled canal of the middle route of South-to-North water diversion project based on Kalman-BP fusion network[J]. South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology, 2018, 16(5): 179-185.
Evaluating the Efficacy of Channel Lining in Ameliorating Soil Salinization in Hetao Irrigation District Using Satellite Imageries
WANG Jinglang1, PANG Zhiguo1*, JIANG Wei1, LI Gendong2, ZHANG Xiaohong2
(1. China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China;2. Inner Mongolia Hetao Irrigation District Water Conservancy Development Center, Bayannur 015000, China)
【Objective】Most channels in Hetao irrigation district have been linned in attempts to reduce seepage and ameliorate soil salinization, but there is lack of understanding of its efficacy at district scales. This paper is to fill this knowledge gap using remote sensing technologies.【Method】The analysis was based on Landsat8 multispectral satellite imageries, and saline-alkali soils in the irrigation district were automatically extracted using the ISODATA clustering method. A buffer zone wideon both sides of each channel was identified using a spatial analysis method, saline-alkali area and the salinization index () in which were statistically analyzed.【Result】Saline-alkali soil area decreased significantly on both sides of the channel after the lining, and spatial distribution of the saline-alkali soils is in a trapezoid-shape. From 2013-2016, the salt-alkali soils within the 500m proximal to the channels had reduced from 49.63% to 86.81%, depending on locations, while within the 1 000 m and 1 500 m adjacent to the channels, they had reduced from 47.95% to 95.06%, and from 54.56% and 95.68%, respectively.Soil texture will affect the change of saline-alkali land area, and the area of saline-alkali land decreases faster in the region with low soil clay.【Conclusion】①Satellite remote sensing technology is feasible to evaluate the salt control effect of large-scale channel projects. ②The spatial distribution pattern of saline-alkali land changed from uniform distribution to aggregation distribution after canal lining. ③ The channel lining project effectively inhibited the soil salinization process on both sides of the saline-alkali land. ④ Soil texture indirectly affects the treatment effect of lining engineering. The treatment effect of lining engineering is more obvious in the area with lower soil clay.
irrigation district; channel lining; remote sensing; saline-alkali land
1672 - 3317(2023)01 - 0138 - 07
S156.4;S127
A
10.13522/j.cnki.ggps.2022036
王敬浪, 龐治國(guó), 江威, 等. 灌區(qū)襯砌工程防鹽效果遙感評(píng)估方法研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2023, 42(1): 138-144.
WANG Jinglang, PANG Zhiguo, JIANG Wei, et al. Evaluating the Efficacy of Channel Lining in Ameliorating Soil Salinization in Hetao Irrigation District Using Satellite Imageries[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(1): 138-144.
2022-01-17
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51779269);“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2016YFC0501309-2)
王敬浪(1997-),男。碩士研究生,主要從事遙感智能提取研究。E-mail:wangjinglang_iwhr@163.com
龐治國(guó)(1975-),男。正高級(jí)工程師,主要從事遙感技術(shù)應(yīng)用研究。E-mail: pangzg@iwhr.com
責(zé)任編輯:趙宇龍