ET管理在水資源管理中的應用

龐金城

（陜西省江河水庫管理局 陜西 西安 710018）

1 ET的概念及原理

ET為英文"evapotranspiration"的縮寫，原意為蒸散，是指各種水體通過蒸發或散發變為水汽的水量。其物理意義是指地表水、土壤水和地下水通過蒸發和植物組織的蒸騰變為大氣水的過程，是水文循環的一個重要環節。

按照水量平衡原理，在水文循環的大循環中，全球多年平均降水量約57.7×104km3，等于全球多年平均蒸發量。而在一個閉合的流域小循環中，流域多年平均降水量等于多年平均徑流量與多年平均蒸散發量之和；我國許多流域的多年平均蒸散發量遠大于多年平均徑流量，造成水資源短缺（見表1）。在傳統的水資源管理中，由于受認識及技術的限制，還不能控制水循環全過程，人們往往只關注對徑流的開發和利用，將徑流量作為供水用水的指標進行管理。ET管理就是基于水循環理論，對流域（區域）蒸散發量的管理，通過實施遙感監測流域（區域）ET，測定流域（區域）的耗水，衡量ET的有效性，分析流域（區域）綜合ET值與其可利用水資源量的關系，制定措施抑制流域（區域）水資源的ET消耗量，促進區域水資源的優化配置和高效利用，以提高水資源管理水平的一種新思路和新方法。

2 對基于ET的水資源管理的認識

與傳統的水資源管理相比，以ET管理為基礎的水資源管理具有以下特點：

（1）它是基于水循環過程的資源管理方法。

表1 我國主要河流多年平均水量平衡要素

基于水循環的水資源管理是目前水科學研究的前沿。水文循環使作為生命之源、生產之要和生態之基的水變成可以再生的資源，它是人類社會永續發展的基石。ET管理涉及水文循環的全過程，基于ET的水資源管理就是要對影響水文循環的各要素及其關系的深入研究，把握其基本規律和要求，以制定和落實相應的管理措施；它不僅以提高水資源利用效率為目標，而且還以水環境的健康發展為目的。而傳統的水資源管理是以徑流量為存量的供需平衡，僅是對水量的管理，主要目的是滿足生產、生活、生態對水量的需要，盡管也有資源保護等措施，但往往是孤立的、不系統的，或者說是被動的、消極的應對，擺脫不了“工程水利”的窠臼。所以，基于ET的水資源管理是建設資源節約、環境友好社會重要保障，是從傳統水利走向現代水利的必由之路。

（2）它側重于需水的研究與控制，著力提高水資源利用效率。

以ET管理為基礎的水資源管理是從水資源的消耗測來切入管理的，通過減少無效消耗來實現節水，它與傳統的節水概念不同。傳統節水側重于源頭取水量和末端用水量間水量的變化量，即節水量的多少。如傳統的農業節水以灌溉水利用系數為指標來衡量節水效果，它關注的是徑流通過各環節損失（包括蒸發損失）后的實際用量，其損失無非是流失或水的形態的轉化，而非真實的損耗，其節約是指水量的節約，而非水資源的節約。ET管理是從蒸散發消耗測出發，以效率為中心對生產、生活、生態需水進行評價，采取相應措施，以減少無效消耗，體現的是真實的節水。與傳統節水側重于節水的具體措施相比，ET管理則是注重節水的策略，更能體現節水的理念。以ET管理為基礎實施水資源管理對優化水資源配置和節水型社會建設具有十分重要的意義。

（3）它是以流域或區域水資源可持續利用為最終目的。

ET管理的實現包括測量、分析與控制等環節。利用RS、GIS及GPS技術應用，結合現場調查，基本可以實現對ET的測量與分析，而利用計算機技術可以實現對多目標控制方案的模擬與計算，依據優化方案提出實現管理目標的綜合措施，包括體制機制建設、生產生活方式改善、經濟布局的調整及具體用水環節的技術改進等等，最終實現流域或區域水資源的可持續利用和經濟社會的可持續發展。

3 基于ET管理的水資源管理基本方法

2008年，筆者有幸參加了GEF（Global Environment Facility 全球環境基金組織）天津市水資源與水環境綜合管理規劃，該項目就是以ET管理為基礎進行水資源管理與水環境綜合管理的一個范例。規劃通過建立ET指標體系，構建水循環和水環境耦合模擬模型，在水量水質綜合模擬平臺基礎上，制定了天津市水資源水環境綜合規劃方案，提出水資源、水環境的綜合管理的總量控制（包括地表水總量控制、地下水總量控制、國民經濟用水總量控制、生態用水總量控制、ET總量控制、排污總量控制、控制斷面水量水質控制）目標及相應的配套措施。通過控制地表水、地下水及其它非常規水源供水產生的ET，實現區域綜合ET的控制，通過調節國民經濟用水和生態用水產生的ET比例來調節區域產業結構，通過控制排污總量和控制斷面的水量水質實現生態環境的保護與改善。即以ET總量控制和水資源利用效率提高為核心，實現水資源的可持續利用和經濟社會的可持續發展。

3.1 ET指標的建立與分析

3.1.1 目標ET與實際ET

目標ET是指在規劃階段的流域或區域內，以其水資源條件為基礎，以生態治理階段目標為約束，滿足經濟社會可持續發展要求而消耗的ET。一般不能大于流域或區域可消耗ET。流域或區域可消耗ET是在滿足區域經濟社會可持續發展條件下，從水平衡的角度區域所允許消耗的最大ET。一般可根據水量平衡來求得，計算公式：

ETmax=P+Is+Ig-Os-Og

ETmax≥ETobj

其中，ETmax為最大可消耗ET，P為降水，Is為地表入境流量，Ig為地下水側向流入量，Os為出境流量，Og為地下水側向流出量，ETobj為目標ET。

圖1 水平方向和垂直方向的ET分類耦合

圖2 用水過程的ET分項指標體系

實際ET即指在規劃時段流域或區域實際消耗的ET量。可以通過遙感監測獲得，也可用水量平衡法計算：

ETact=P+I s+I g-O s-O g-ΔS-ΔG

其中，ETact為實際ET，P為降水，Is為地表入境流量，I g為地下水側向流入量，Os為實際入海和出境流量，O g為地下水側向流出量，ΔS為地表水蓄變量，ΔG為地下水蓄變量。

3.1.2 ET指標分析

目標ET的實現需要對實際ET產生條件及機理進行綜合分析和判斷，以便進一步控制和管理。

ET指標主要依據其影響因素進行確定和分析。如根據下墊面條件的不同，可以分為耕地、林地、草地、水域、居住地及未利用土地ET，在此基礎上再按照土地利用類型進行二級分類。根據蒸發機理不同，可以分為植物冠層截留蒸發（即被冠層截留后直接蒸發返回大氣中的降水，包括植被冠層截留和建筑物冠層截留蒸發）、植被的蒸騰（即通過植物體表面散失的水分）、植被棵間蒸發（即植被棵間的蒸發返回大氣的水分）、地面截留蒸發（即未入滲降水直接蒸發返回大氣中的水分）、土壤水蒸發（即土壤中的水分通過土壤表面進入空氣）、水面蒸發；以上兩類分別反映了水平方向和垂直方向的ET，它們之間實際上是相互聯系、相輔相成。基于下墊面的ET水平向分類與基于蒸發機理的ET垂向分類指標的聯系如圖1所示。綜合水平方向下墊面條件和垂直方向蒸發機理的分類，進行疊合，得到基于下墊面條件和蒸發機理的ET分項指標體系。

按照用水過程，可以分為輸水ET、用水ET和排水ET。輸水ET指輸水渠系的蒸發和輸水管道滲漏量形成的蒸發。用水ET則主要指用水過程中的蒸散發，包括生活用水ET、生產用水ET和生態用水ET。其中生活用水ET主要指城鄉居民的生活耗水，包括人類飲用、烹飪、淋浴、沖廁、洗滌等耗水量。生產用水ET可以分為農業生產用水ET、工業生產用水ET和商飲服務業生產用水ET；農業生產ET包括種植業和林牧漁業的生產ET：其中種植業、林業、草場的ET包括植被的冠層截留、植被蒸騰、植被棵間土壤蒸發、棵間地表洼地截留蒸發；牧業用水ET則主要指牲畜耗水；漁業ET主要指養殖水面的蒸發。工業和商飲服務業用水ET主要指工業和商飲服務業的生產耗水。生態用水ET可以分為河道內生態環境用水ET和河道外生態環境用水ET，河道內生態用水ET主要表現為河道內水面蒸發，河道外生態用水的蒸散主要表現在城市地面、建筑物等硬地面的蒸散、雨后城市硬地面的蒸散發、城市綠化植物的冠層截留和蒸發蒸騰、水庫坑塘、池塘湖泊、沼澤地、灘地的蒸散發。排水ET指排水渠系的水量蒸發和排水管網中滲漏水量形成的蒸發。如圖2所示

3.2 ET指標的評價及作用

正確評價各分項ET的指標，是ET在水資源管理中應用的基本，對于區域水資源的管理具有特別重要的意義。

3.2.1 有效性和無效性

水資源的有效性是指對人類生存和發展具有效用的水分。我們將對經濟社會發展和生態及環境保護具有普遍效用的蒸散發定義為有效蒸散發，反之稱為無效蒸散發。如永久性冰川雪地和部分未利用土地（包括沙地、戈壁、鹽堿地、裸土地、裸巖石質地）上人類活動很少，其蒸散發對經濟社會的發展和生態環境建設的作用甚微，應列為無效ET；輸水和排水中的蒸散發被認為是水量損失，期望越小越好，屬于無效ET。生活、生產和生態用水過程中的蒸散發對人類生存與生活、社會經濟發展和生態環境的建設具有重要作用，均認為屬于有效ET的范疇。對于蒸散發的有效和無效水分量的定量評價，有助于科學利用水資源，對雨水資源化、節水標準和缺水標準的研究具有理論和實際意義。

3.2.2 高效率和低效率

根據降水在被國民經濟建設以及生態與環境建設利用中發揮不同功效將有效蒸散發區分出高效水分和低效水分。如人類和牲畜的耗水，對于生命的維持具有重要作用；居住地的蒸發具有調節溫度、美化居住環境等作用，對人類生存和生活環境具有重要意義；冠層蒸發可直接降低植物體溫度，同時改善了局地生態小氣候；灘地水面蒸發在改善局地氣候的同時，對于緩解洪水威脅具有一定的作用；而沼澤地、灘涂作為濕地，水面蒸發是維持其生態平衡的必須水量；這些都可以認為屬于高效ET。而棵間土壤蒸發以及棵間土壤截留蒸發是植被非生產性的水分消耗，是植物生長過程中所伴生的，可以通過技術措施進行調控，則認為是屬于低效ET。

3.2.3 經濟效益和生態效益

根據水提供服務的消費與市場化特點，可將水的服務功能分為水經濟服務和生態服務。水經濟服務功能指水維持生產與人類生活活動的功能，包括生活用水、農業用水、工業用水、發電、航運及漁業用水等；水生態服務功能指水維持自然生態過程與區域生態環境條件的功能，包括泥沙的運移、營養物質的運輸、環境凈化，維持森林、草地、濕地、湖泊、河流等自然生態系統的結構與過程，以及其它人工生態系統的功能。在此基礎上，對廣義水資源中除徑流性水資源外的利用有效降水的部分水量的服務功能進行討論，區分有效蒸發量中的經濟成分和生態成分，分析有效蒸散發在人類社會發展中的經濟效益和生態效益。

經濟效益主要包括農業生產、工業生產和商飲業、服務業生產的效益。在這些生產過程中伴隨的臾不可缺水的有效蒸發，應該算為經濟效用量，其中具體包括耕地、林地、草地的冠層截留、植物蒸騰，魚塘水面蒸發，牲畜耗水。人類生活間接創造了經濟效益，也將其算為經濟效用量。生態效用量主要包括林地、草地的冠層截留蒸發、植物蒸騰，居住地的蒸散發，水域、沼澤地的蒸發。

3.3 ．ET指標對比

通過對流域或區域ET指標的計算和分析，構建流域或區域水循環和水環境耦合模擬模型，制定總量控制目標以及相應的配套措施，以實現水資源與水環境管理效益最大化。即：當ETact≤ETobj時，可以認為基本可以達到水資源的可持續利用，而當ETact＞ETobj時，就需要根據ET分析，通過模型模擬，提出優化方案，按照方案落實具體措施，確定ETact的削減目標，使ETact接近于ETobj，實現水資源可持續利用的目標。

4 結語

基于ET管理理念進行水資源、水環境綜合管理是一種新的思路和方法，近年來已在海河、松花江等流域管理中應用和實踐，并在山西、寧夏等地開始推廣。盡管在應用中還存在一些方法上的爭議，但是并不能否定理論的科學性。相信隨著ET監測手段、分析方法和指標體系的改進和完善，該理念一定會被人們所接受，更廣泛地運用于水資源與水環境的管理。這也必將對我國水資源由“供水管理”向“需水管理”的轉變、進一步提高水資源管理水平具有十分重要的意義。