IS在节水灌溉方面的应用

王晋之

（湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南 长沙410007）

1 水资源现状

地球上的水资源，广义上是指全部自然界任何形态的水，包括气态水、液态水和固态水的全部量；狭义上是指在一定经济技术条件下较容易被人类利用的、可以逐年恢复的淡水资源[1]。水资源是人类社会不断向前发展的重要资源，在世界范围内，许多地区对水的需求已经达到或者超过了水资源所能负荷的临界点，这些地区时刻存在水资源危机爆发的风险。我国是世界上人口最多、粮食消耗量最大的国家，又是世界上人均水资源量最贫乏的国家之一，淡水资源总量为28 000亿m3，占全球水资源的6%，但人均只有2 200 m3，仅为世界平均水平的1/4[2]。可以看出，我国是一个水资源匮乏的国家。

2 GIS 技术简介

GIS 是英文Geographic Information System 的缩写，即地理信息系统，是以计算机为基础的数据综合处理和空间分析的系统，是集计算机科学、管理科学、信息科学、空间科学、地学、环境科学等为一体的新兴边缘研究领域[3]。GIS 最主要的基本功能是信息收集、信息储存、信息更新以及对所收集到的信息进行分析处理。GIS的基本原理是把实际物理的位置等特点、属性、空间分析结果以一种简单的可视化的形式向用户展示，从而为研究人员提供决策依据。整体来看，GIS 是集计算机硬软件、地理信息以及操作人员的集合体，当每个参与部分协调统一工作时，GIS 才能够发挥最大的作用[4]。

水体具有空间属性，因此可以利用地理信息系统对水资源进行有效的管理[5]。基于GIS 技术进行系统开发，能实现水资源管理系统的定量、定位、可视化管理，对于合理规划水资源的使用、水环境分析、节水灌溉、水资源管理等都是必不可少的[6]。

3 GIS 在节水灌溉方面的应用

通过对灌区灌溉水利用效率的研究可以发现，GIS参与下的灌区灌溉水利用效率与传统的灌溉模式相比提升了约20%，由此可见，GIS 对我国节水战略有着重大意义[4]。目前我国GIS 技术在灌区灌溉体系中的应用只有约62%，因此今后我国需要进一步提高GIS 技术在灌区灌溉体系中的应用率。

1）灌溉区域决策系统和信息管理系统建立。我国对于灌溉区域的决策系统与信息管理系统的建立相较于发达国家仍然相对落后，在一些偏远的农业地区对灌溉区域决策系统和信息管理系统几乎没有什么了解，因此加快建立灌溉区域决策系统和信息管理系统对我国节水战略有重大的现实意义，而GIS 系统将在我国灌溉区的决策系统和信息管理系统建立上扮演至关重要的角色，相关部门应该加强对GIS 的应用。

在灌溉区域决策系统和信息管理系统建立过程中，通常将GIS 系统对灌区的地理信息以及相关数据的反馈作为决策系统和信息管理系统开发建立的基础平台，并把GIS 系统作为基本的主导系统，之后可以根据用户需求，在基础平台上添加相应的模块以完善系统功能。一般来说，灌溉区域决策系统和信息管理系统应能够计算灌溉需水量、优化供水过程以及对数据库进行管理，同时还应该可以结合实际情况对当地水资源的基本情况作出具体、详细、客观的评价，从而为相关部门的改进提供参考。该系统的开发建立能够很大程度上减少用于农作物灌溉的水量，大大降低我国因水资源紧缺而造成的损失，对我国实施节水战略有着促进作用。

2）节水灌溉用水信息数据库的建立。地理因素是影响农业灌溉模式的一个重要因素，除此之外，当地的气象水文条件也会对灌溉模式产生较大的影响。在计算农业灌溉用水量时，往往存在无法准确地获取当地的气象水文数据、地理状况等数据的情况，这势必会导致农业灌溉用水量的计算结果与实际农业灌溉用水量相差甚远，阻碍我国节水灌溉目标的实现。因此，必须有一种方法，能够获取更准确的气象水文、地理等数据，从而使得计算农业灌溉用水量的工作效率大大提升，计算的结果也更加准确。为了能够最大程度地实现此目标，把与计算农业灌溉用水量相关的数据建立成一个数据库，并且定期地对数据库中的内容进行及时更新是不错的选择。

GIS 系统可以为研究开发人员提供一种构建数据库的简单方法，并且由GIS 系统构建的数据库效果非常好。此外，GIS 向用户提供了基于空间关系、属性特征和地址匹配进行信息查询的查询方式，并且GIS 在空间查询上的能力更加强大[2]。以GIS 所建立的农业节水灌溉数据库为基础，不同级别的用户可以通过不同的查询方式从数据库中获取所需的数据，这使得不同级别的用户可以及时准确地掌握其所负责地区的农业以及节水信息，并且做出相应的调整，以达到节水的目的。

在节水灌溉用水信息数据库中，应该要尽可能包含所有对农业灌溉用水量产生影响的因素，并且根据因素的类型对数据库中的数据进行归档分类，也可将同一类型的因素重新构建成一个新的数据库，这样可以实现数据的快速查找、增加、删除与更新。在对节水灌溉用水信息数据库的建立过程中，往往会存在数据收集不完整即数据缺失的情况，但是像气象水文数据库、地形数据库等最基础的数据库是必须构建的。数据库构建完成之后，可以使用GIS 软件工具等将所需要的数据信息等以空间的形式可视化地呈现出来，对使用者来说，这是一种更加直观的感受，从而使未来工作的开展更加顺利。

3）灌溉用水模型的建立。我国地域辽阔，不同地区的气象、水文、地形等因素可能大不相同，同样，不同的灌区由于其所处位置不同，其气象、水文、地形等也存在较大差异。对于存在较大差异的灌区，使用同一种灌溉用水模型显然是不合适也是不正确的，因此，针对不同条件的灌区建立特定的灌溉用水模型是必要的，也是节水灌溉向前发展所必须的。灌溉用水模型的建立过程中，可以单独考虑一个灌区，也可将气象水文等条件类似的灌区归为一类，之后通过GIS 对灌区的基本情况进行合理分析，并计算得到此灌区或者是该类灌区单位面积上的灌溉水量，最后根据该灌区的种植种类、种植结构等设计出针对此灌区或该类灌区最优的灌溉模式。一种灌溉模式的建立在某些条件下可以解决同一类灌区的节水问题，这种灌溉模式可以为之前从没有建立过灌溉模式的灌区提供一种灌溉模式的参考，这对节水灌溉的发展有显著的促进作用。

以双季稻为例，水资源充足是我国传统的水稻灌溉模式发挥作用的基本假设，但是，无论是现在还是未来，始终完全满足水稻的需水量是困难的，对于大多数灌区也基本是不可能的。因此在水资源有限的情况下，在水稻的灌溉用水模型建立过程中需要考虑的是如何以最小单位的水量得到更多的产值，这就需要明确作物种植面积以及作物的灌溉制度等基本信息。明确作物种植面积以及作物的灌溉制度等基本信息之后，即可根据作物的生长周期与来水分布情况，设计出节水与经济效益双赢的最优解，从一定程度上缓解我国水资源紧缺的局面。经过多年的探索与实践，发现“浅薄湿晒”的灌溉模式可以实现以最小的水量达到最好的灌溉效果，产生最大的经济价值，这种灌溉模式对于节水灌溉有重大意义。当面对没有建立过灌溉模式或者实行的灌溉模式效果较差的双季稻时，适当调整“浅薄湿晒”的灌溉模式并加以利用，可大大加快节水灌溉工作推行的速度。

4 结 语

农作物的灌溉用水在我国水资源消耗总量上的占比较大，因此节水灌溉对我国实施节水战略有着重大的意义。地理信息是水资源最重要的特征之一，而GIS向我们提供了管理空间数据最有效、最直接的手段,为节水灌溉信息管理系统的标准化、网络化、空间化提供了有效的工具。除此之外，GIS 在灌溉区域决策系统和信息系统建立、灌溉用水信息数据库的建立、灌溉用水模型的建立以及水资源管理中都扮演了重要角色，为提升灌溉水利用效率、节约水资源、科学指导灌溉提供了科学途径，这对我国农业灌溉节水有着重大意义。目前我国GIS 的应用仍不广泛并且不太成熟，为了更好地在农业灌溉方面快速有效地推进节水工作，应加强GIS 的应用。