海河流域ET 耗水量分布特征研究

2010-10-13王文生齐建怀朱新军邹洁玉

海河水利 2010年6期

王文生，齐建怀，朱新军，邹洁玉

（水利部海河水利委员会，天津 300170）

1 引言

海河流域经济社会快速发展，水资源需求日益增加，但近年流域内降水量偏少（2002—2008年年均降水量 495.7mm），而同期平均耗水量（511.1mm）较高，水资源供耗形势紧张，特别是降水与水资源消耗时空分布之间的不协调现状，更加剧了流域水资源供需矛盾。利用流域的遥感ET成果，分析全流域分年度的耗水量及其空间分布状况，研究耗水空间分布规律、时间变化趋势和下垫面影响，掌握流域和区域水资源消耗分布现状，可为基于耗水的水资源管理及农业生产发展和生态环境用水等提供数据参考。

2 研究区基本情况

海河流域是全国政治文化中心和经济发达地区之一。流域地处温带半湿润、半干旱大陆性季风气候区，年均气温由南往北和由平原向山地降低，极端最高气温一般出现在6、7月份，极端最低气温一般出现在1、2月份。流域1956—2000年多年平均降水量535 mm，是我国东部沿海降水最少的地区。冬季寒冷少雪，盛行北风和西北风；春季气温回升快，风速大；夏季气候湿润，降雨多，多东南风；秋季天高气爽，降雨量少。流域属于资源性严重缺水地区，以不足全国1.3%的水资源量承担着11%的耕地面积和10%人口的用水任务，水资源供需矛盾十分突出。1980—2000年，流域水资源总开发利用程度达98%；其中，滦河及冀东沿海和徒骇马颊河开发利用率为74%，海河北系、海河南系高达105%和109%。流域水资源开发利用程度已经严重超过国际上公认的安全开发利用程度，需从减少水资源消耗的角度真正降低水资源的开发利用，实现流域水资源的可持续利用。

3 ET耗水量分布特征

3.1 ET耗水量空间分布特征

海河流域2002—2008年多年平均ET耗水量为511.1 mm，遥感ET耗水量的空间分布如图1所示。

从图1可以看出，海河流域ET耗水量的空间分布各年规律性比较强：山区ET值较低，尤其是内蒙古自治区境内的滦河上游山区、永定河三家店上游山区最低；平原区ET值较高，尤其是环渤海带及徒骇马颊河平原区最高；流域ET值南部高于北部，北京、天津、石家庄等城市低于郊区和农田。

平原区ET值比山区多年平均高190 mm，这是因为山区地表主要以稀疏草地、灌木林地或疏林地为主，覆盖指数较低，旱地多为雨养农业，ET值较低；而平原区是海河流域主要粮食种植区，农业多为复种指数较高的两季作物，且多以开采地下水、引用地表水及引黄灌溉等人工灌溉为主，导致ET耗水量较高。

3.2 ET耗水量时间分布特征

对海河流域2002—2008年各月的ET耗水量进行统计，发现年内12个月份的ET空间分布为：沿太行山、燕山山脉的山区ET值较低，1—12月为10～90～10 mm，变化幅度不大；平原区1—12月为10～210～10 mm，变化幅度比较大，其中山东省齐河县、禹城市，河北省定州市、望都县、徐水县、高碑店市变化非常明显。2002—2008年各年月过程的ET耗水量如图2所示。

图1 2002-2008年海河流域遥感监测ET空间分布（单位/mm）

由图2可以看出ET的年内变化具有以下规律：①8月份前为整体上升趋势。其中，1—3月份气温回升，ET也有升高的趋势，但因气温仍然较低，ET升高较为缓慢。4—5月份气温升高迅速，降水量开始增多，此阶段ET耗水量升高较快。6月份ET耗水量有明显降低趋势，这是因为海河流域5月底至6月底为冬小麦收获至夏玉米出苗期，作物蒸腾量低，流域综合ET降低。7—8月份流域内夏季作物生长茂盛且该阶段降水量较为丰沛，气温较高，因此流域ET耗水量较高。②8月份后为整体下降趋势。8月份的ET耗水量达到最高，之后由于气温、降水等因素影响，ET耗水量呈下降趋势，12月份年均ET仅有6.9 mm。③10月份至次年3月份ET耗水量较低，仅占全年ET耗水量的15.3%；4—9月份的ET耗水量高，占全年ET耗水量的84.7%。

3.3 土地利用类型ET耗水特征

（1）海河流域土地利用信息：海河流域土地利用信息是基于MODIS遥感数据获取的，其空间分辨率为250 m×250 m。经对2004年遥感土地利用类型（见图3）进行分析，各土地利用类型对应的面积见表1。

海河流域2004年土地利用类型中，旱地面积158 378 km2，占总面积的49.49%；林地面积6 740 km2，占总面积的 2.11%；灌木林面积 65 278 km2，占总面积的 20.40%；草地面积 53 166 km2，占总面积的16.61%；建设用地面积25 447 km2，占总面积的 7.95%。

表1 2008年海河流域土地利用类型面积统计

（2）海河流域各土地类型ET耗水特征：根据各年土地利用及遥感监测ET空间分布信息，对不同土地利用类型的ET信息进行分类统计，发现不同土地利用类型的ET耗水量如图4所示。

从图4可见，不同土地利用类型的ET耗水量差别较大，其中水体、芦苇地及水田较高，年均在600 mm以上；林地、旱地基本相当，而灌木林地低于林地，草地更低；建设用地最低，年均仅217 mm。

（3）海河流域旱地ET耗水特征：海河流域主要土地利用类型为旱地，面积占流域总面积的49.5%，2004年旱地在海河流域的空间分布状况、旱地ET耗水量的空间分布及旱地ET耗水量直方图如图5所示。

图2 海河流域2002-2008年月过程ET耗水量

图3 海河流域2008年土地利用类型

从图5可以看出，海河流域平原区基本为旱地，流域山区的张（家口）宣（化）、蔚（县）阳（高）、涿（鹿）怀（来）、大同、天（镇）阳（高）、延庆、遵化、忻（州）定（襄）、长治等盆地也主要为旱地，旱地ET的空间分布较有规律：山区旱地的ET耗水量较低，平原区较高，尤其是徒骇马颊河区域更高。旱地ET耗水量呈双峰分布，低峰值出现在360 mm左右，高峰值出现在640 mm左右。结合ET空间分布可以推断山区旱地ET基本以360 mm左右为主，为山区河谷雨养农业；平原区旱地ET以640 mm为主，主要为灌溉农业。