干旱半干旱灌区耗水量计算研究现状浅析

□步东林

一、前言

随着我国经济的快速发展和工农业用水的迅速增长，水资源短缺的形势越来越严峻，成为制约经济社会发展的瓶颈。对于北方干旱半干旱的引水灌区，在水资源日益紧缺的条件下，弄清灌区耗水机理，准确计量各种耗水量，对于实现水资源的合理配置和可持续发展具有重要的意义。

二、灌区耗水量的含义

国内将区域耗水量分为用水耗水量和非用水耗水量。用水耗水量是指毛用水量在输水、用水过程中，通过蒸发、土壤吸收、产品带走、居民和牲畜饮用等多种途径消耗掉而不能回归到地表水体或地下含水层的水量；非用水耗水量是指河道、湖泊、水库等地表水体的蒸发量(含水面蒸发与土壤浸润蒸发)和地下水的潜水蒸发量。

三、灌区耗水机理

秦大庸、于福亮等利用宁夏引黄灌区引黄耗水量与降水量系列资料进行统计和分析的结果表明，灌区引黄耗水量与降水量之间呈显著的负相关关系，说明降水量对灌区引黄灌溉水量的有效利用和无效蒸发产生较大的影响作用，降水量与引黄水量是融在一起的，存在互补关系，作物在整个生长发育过程中主要是依靠消耗引黄灌溉水量，其次是降水量。胡和平、汤秋鸿、雷志栋、杨诗秀等建立了干旱区平原绿洲散耗型水文模型，指出从河道引入绿洲的水通过渠道进入农区，农区的水分转化过程包括地面入渗、作物蒸腾、地面蒸发，以及土壤水和地下水之间的相互转化等，散耗的水量有上土壤层蒸发、下土壤层蒸发、排水和农区非农区地下水交换量；非农区的水分消耗主要是土壤水经蒸发或蒸腾进入大气，地下水的补给来源一部分为非农区河道、渠道及水库的渗漏，一部分为农区地下水向非农区的迁移。王浩、裴源生等(2005)通过模拟1991～2000年宁夏水循环转化历史发现以下规律：区域总蒸发量呈现增加趋势，主要是由于区域农田蒸散发消耗水量逐渐增加，同时天然生态利用地的减少导致了荒地和天然林草灌木地蒸发量呈下降趋势。10年间宁夏川区耗水量不断增加，1999年引黄灌区耗水量最大达到34.3亿立方米，区域的农田、荒地、林草灌木地的蒸发量、总蒸发量与当地降雨有着较高的相关关系，随着降雨量的增加，提高了区域天然生态的耗水量，减少了耗用黄河干流水量。

四、灌区耗水量计算

在灌区耗水量或区域耗水量的计算上，不同单位和个人先后取得了一些重要研究成果，提出了一些不同的计算方法，概括起来有以下四种：一是河段差法(也叫节点控制法)。其基本依据为入境和出境水文测站实测资料，以及区间汇入、调出水量等资料，根据水平衡原理来分析计算耗水量。二是最大蒸发量法。该方法主要是针对灌溉耗水量。最大蒸发量一般采用彭曼公式计算作物蒸腾蒸发量，即植物株蒸腾量和棵间蒸发量的总和，再换算成灌区耗水量。三是引排差法。对实测引排水量进行统计计算，计算出控制区域的引水量和排水量，二者之差即耗水量，计算结果取决于引退水资料的精度。四是灌区水均衡法。此方法的主要技术特点为：利用力学“隔离体”的概念，对于某一计算分区考虑所有来水量、耗水量、退水(排水)以及水的相互转化关系。其中来水量包括各种引水量和降水量，耗水量包括作物耗水量、潜水蒸发量和水面蒸发量等，排水量包括地表排水量、地下侧向排泄量，而水量转化关系要考虑各种入渗、蒸发等。

上述四种方法在计算过程中各有其优缺点。用河段差法计算，当控制断面比较复杂时，测量误差不好控制，而且该法没有考虑地表水与地下水之间的转换量。最大蒸发量法的不足之处在于利用点试验数据进行区域的大面积估算，计算误差比较大，且仅考虑和计算实际灌溉面积上的蒸发量，而没有考虑大型灌区其它面积上的蒸发情况。引排差法的缺点在于各水文站的监测标准不一定统一，测验误差大造成引水资料误差大。水均衡法考虑较全面，但主要着眼于灌区内部水系统，仍没有与供水系统结合。

近年来，国内学者在此方面的研究主要有：2003年井涌应用水量平衡原理，提出了计算流域耗水量的两种水量平衡方程式，并以陕西渭河区域耗水量作为计算例证，认为所建立的方程能够充分利用水文站实测和地下水观测资料，全面、客观、合理地分析估算流域耗水量以及实际耗水量；2004年刘苏峡、莫兴国等基于水量平衡提出一个直接从降雨导出流域生态耗水量的计算方法，该方法从降水这个原始水资源出发，避开了容易引起混淆的流域水资源的计算；2006年韩宇平、阮本清、邱林基于水量平衡理论，将区域看作一个水箱来建立灌区耗水模型，计算分析了宁夏引黄灌区的广义生态耗水量；2007年谢立群、陈晓飞、汤先彬、王禹利用

彭曼-蒙特斯公式计算出水稻需水量，最后得出沈阳市毓宝台灌区水田耗水量，并认为水田耗水量是由水田需水量和渗漏量组成的，水田需水量主要受气象因素的影响，水田渗漏量的大小与土壤质地、水文地质条件等因素有关；2008年朱发 、董增川等在干旱区农业灌溉耗水计算方法的研究中，提出了渠系耗水中渠系水面蒸发计算的模拟调度法和渠系浸润耗水计算的水量平衡法，将田间耗水划分为作物生育期耗水、泡地耗水和其它耗水，并提出田间耗水计算的分项法与水量平衡法。

五、结语与建议

从众多研究成果来看，研究多侧重于灌区耗水量某单一组成部分，提出的计算方法和拟合的经验公式对本地区耗水量计算比较准确，但地域性比较强，适用的范围较小。同时灌区耗水量各组成因素是相互转化的，在研究灌区耗水量计算方法时应考虑各种水相互转化的影响。另外，灌区耗水系统的地域变化和时间变化又具有很高的非线性特点，鉴于此，以下建议可供参考：

(一)综合考虑各种因素，尝试探索计算灌区耗水量的具有多因素、多地域适应性的综合方法。

(二)引进新的分析方法，如模糊分析、人工神经网络、遗传算法、混沌理论等方法，同时，对多种方法进行耦合以便比较准确的分析灌区耗水量。