干旱半干旱灌區耗水量計算研究現狀淺析

□步東林

一、前言

隨著我國經濟的快速發展和工農業用水的迅速增長，水資源短缺的形勢越來越嚴峻，成為制約經濟社會發展的瓶頸。對于北方干旱半干旱的引水灌區，在水資源日益緊缺的條件下，弄清灌區耗水機理，準確計量各種耗水量，對于實現水資源的合理配置和可持續發展具有重要的意義。

二、灌區耗水量的含義

國內將區域耗水量分為用水耗水量和非用水耗水量。用水耗水量是指毛用水量在輸水、用水過程中，通過蒸發、土壤吸收、產品帶走、居民和牲畜飲用等多種途徑消耗掉而不能回歸到地表水體或地下含水層的水量；非用水耗水量是指河道、湖泊、水庫等地表水體的蒸發量(含水面蒸發與土壤浸潤蒸發)和地下水的潛水蒸發量。

三、灌區耗水機理

秦大庸、于福亮等利用寧夏引黃灌區引黃耗水量與降水量系列資料進行統計和分析的結果表明，灌區引黃耗水量與降水量之間呈顯著的負相關關系，說明降水量對灌區引黃灌溉水量的有效利用和無效蒸發產生較大的影響作用，降水量與引黃水量是融在一起的，存在互補關系，作物在整個生長發育過程中主要是依靠消耗引黃灌溉水量，其次是降水量。胡和平、湯秋鴻、雷志棟、楊詩秀等建立了干旱區平原綠洲散耗型水文模型，指出從河道引入綠洲的水通過渠道進入農區，農區的水分轉化過程包括地面入滲、作物蒸騰、地面蒸發，以及土壤水和地下水之間的相互轉化等，散耗的水量有上土壤層蒸發、下土壤層蒸發、排水和農區非農區地下水交換量；非農區的水分消耗主要是土壤水經蒸發或蒸騰進入大氣，地下水的補給來源一部分為非農區河道、渠道及水庫的滲漏，一部分為農區地下水向非農區的遷移。王浩、裴源生等(2005)通過模擬1991～2000年寧夏水循環轉化歷史發現以下規律：區域總蒸發量呈現增加趨勢，主要是由于區域農田蒸散發消耗水量逐漸增加，同時天然生態利用地的減少導致了荒地和天然林草灌木地蒸發量呈下降趨勢。10年間寧夏川區耗水量不斷增加，1999年引黃灌區耗水量最大達到34.3億立方米，區域的農田、荒地、林草灌木地的蒸發量、總蒸發量與當地降雨有著較高的相關關系，隨著降雨量的增加，提高了區域天然生態的耗水量，減少了耗用黃河干流水量。

四、灌區耗水量計算

在灌區耗水量或區域耗水量的計算上，不同單位和個人先后取得了一些重要研究成果，提出了一些不同的計算方法，概括起來有以下四種：一是河段差法(也叫節點控制法)。其基本依據為入境和出境水文測站實測資料，以及區間匯入、調出水量等資料，根據水平衡原理來分析計算耗水量。二是最大蒸發量法。該方法主要是針對灌溉耗水量。最大蒸發量一般采用彭曼公式計算作物蒸騰蒸發量，即植物株蒸騰量和棵間蒸發量的總和，再換算成灌區耗水量。三是引排差法。對實測引排水量進行統計計算，計算出控制區域的引水量和排水量，二者之差即耗水量，計算結果取決于引退水資料的精度。四是灌區水均衡法。此方法的主要技術特點為：利用力學“隔離體”的概念，對于某一計算分區考慮所有來水量、耗水量、退水(排水)以及水的相互轉化關系。其中來水量包括各種引水量和降水量，耗水量包括作物耗水量、潛水蒸發量和水面蒸發量等，排水量包括地表排水量、地下側向排泄量，而水量轉化關系要考慮各種入滲、蒸發等。

上述四種方法在計算過程中各有其優缺點。用河段差法計算，當控制斷面比較復雜時，測量誤差不好控制，而且該法沒有考慮地表水與地下水之間的轉換量。最大蒸發量法的不足之處在于利用點試驗數據進行區域的大面積估算，計算誤差比較大，且僅考慮和計算實際灌溉面積上的蒸發量，而沒有考慮大型灌區其它面積上的蒸發情況。引排差法的缺點在于各水文站的監測標準不一定統一，測驗誤差大造成引水資料誤差大。水均衡法考慮較全面，但主要著眼于灌區內部水系統，仍沒有與供水系統結合。

近年來，國內學者在此方面的研究主要有：2003年井涌應用水量平衡原理，提出了計算流域耗水量的兩種水量平衡方程式，并以陜西渭河區域耗水量作為計算例證，認為所建立的方程能夠充分利用水文站實測和地下水觀測資料，全面、客觀、合理地分析估算流域耗水量以及實際耗水量；2004年劉蘇峽、莫興國等基于水量平衡提出一個直接從降雨導出流域生態耗水量的計算方法，該方法從降水這個原始水資源出發，避開了容易引起混淆的流域水資源的計算；2006年韓宇平、阮本清、邱林基于水量平衡理論，將區域看作一個水箱來建立灌區耗水模型，計算分析了寧夏引黃灌區的廣義生態耗水量；2007年謝立群、陳曉飛、湯先彬、王禹利用

彭曼-蒙特斯公式計算出水稻需水量，最后得出沈陽市毓寶臺灌區水田耗水量，并認為水田耗水量是由水田需水量和滲漏量組成的，水田需水量主要受氣象因素的影響，水田滲漏量的大小與土壤質地、水文地質條件等因素有關；2008年朱發 、董增川等在干旱區農業灌溉耗水計算方法的研究中，提出了渠系耗水中渠系水面蒸發計算的模擬調度法和渠系浸潤耗水計算的水量平衡法，將田間耗水劃分為作物生育期耗水、泡地耗水和其它耗水，并提出田間耗水計算的分項法與水量平衡法。

五、結語與建議

從眾多研究成果來看，研究多側重于灌區耗水量某單一組成部分，提出的計算方法和擬合的經驗公式對本地區耗水量計算比較準確，但地域性比較強，適用的范圍較小。同時灌區耗水量各組成因素是相互轉化的，在研究灌區耗水量計算方法時應考慮各種水相互轉化的影響。另外，灌區耗水系統的地域變化和時間變化又具有很高的非線性特點，鑒于此，以下建議可供參考：

(一)綜合考慮各種因素，嘗試探索計算灌區耗水量的具有多因素、多地域適應性的綜合方法。

(二)引進新的分析方法，如模糊分析、人工神經網絡、遺傳算法、混沌理論等方法，同時，對多種方法進行耦合以便比較準確的分析灌區耗水量。