ET管理在水资源管理中的应用

庞金城

（陕西省江河水库管理局 陕西 西安 710018）

1 ET的概念及原理

ET为英文"evapotranspiration"的缩写，原意为蒸散，是指各种水体通过蒸发或散发变为水汽的水量。其物理意义是指地表水、土壤水和地下水通过蒸发和植物组织的蒸腾变为大气水的过程，是水文循环的一个重要环节。

按照水量平衡原理，在水文循环的大循环中，全球多年平均降水量约57.7×104km3，等于全球多年平均蒸发量。而在一个闭合的流域小循环中，流域多年平均降水量等于多年平均径流量与多年平均蒸散发量之和；我国许多流域的多年平均蒸散发量远大于多年平均径流量，造成水资源短缺（见表1）。在传统的水资源管理中，由于受认识及技术的限制，还不能控制水循环全过程，人们往往只关注对径流的开发和利用，将径流量作为供水用水的指标进行管理。ET管理就是基于水循环理论，对流域（区域）蒸散发量的管理，通过实施遥感监测流域（区域）ET，测定流域（区域）的耗水，衡量ET的有效性，分析流域（区域）综合ET值与其可利用水资源量的关系，制定措施抑制流域（区域）水资源的ET消耗量，促进区域水资源的优化配置和高效利用，以提高水资源管理水平的一种新思路和新方法。

2 对基于ET的水资源管理的认识

与传统的水资源管理相比，以ET管理为基础的水资源管理具有以下特点：

（1）它是基于水循环过程的资源管理方法。

表1 我国主要河流多年平均水量平衡要素

基于水循环的水资源管理是目前水科学研究的前沿。水文循环使作为生命之源、生产之要和生态之基的水变成可以再生的资源，它是人类社会永续发展的基石。ET管理涉及水文循环的全过程，基于ET的水资源管理就是要对影响水文循环的各要素及其关系的深入研究，把握其基本规律和要求，以制定和落实相应的管理措施；它不仅以提高水资源利用效率为目标，而且还以水环境的健康发展为目的。而传统的水资源管理是以径流量为存量的供需平衡，仅是对水量的管理，主要目的是满足生产、生活、生态对水量的需要，尽管也有资源保护等措施，但往往是孤立的、不系统的，或者说是被动的、消极的应对，摆脱不了“工程水利”的窠臼。所以，基于ET的水资源管理是建设资源节约、环境友好社会重要保障，是从传统水利走向现代水利的必由之路。

（2）它侧重于需水的研究与控制，着力提高水资源利用效率。

以ET管理为基础的水资源管理是从水资源的消耗测来切入管理的，通过减少无效消耗来实现节水，它与传统的节水概念不同。传统节水侧重于源头取水量和末端用水量间水量的变化量，即节水量的多少。如传统的农业节水以灌溉水利用系数为指标来衡量节水效果，它关注的是径流通过各环节损失（包括蒸发损失）后的实际用量，其损失无非是流失或水的形态的转化，而非真实的损耗，其节约是指水量的节约，而非水资源的节约。ET管理是从蒸散发消耗测出发，以效率为中心对生产、生活、生态需水进行评价，采取相应措施，以减少无效消耗，体现的是真实的节水。与传统节水侧重于节水的具体措施相比，ET管理则是注重节水的策略，更能体现节水的理念。以ET管理为基础实施水资源管理对优化水资源配置和节水型社会建设具有十分重要的意义。

（3）它是以流域或区域水资源可持续利用为最终目的。

ET管理的实现包括测量、分析与控制等环节。利用RS、GIS及GPS技术应用，结合现场调查，基本可以实现对ET的测量与分析，而利用计算机技术可以实现对多目标控制方案的模拟与计算，依据优化方案提出实现管理目标的综合措施，包括体制机制建设、生产生活方式改善、经济布局的调整及具体用水环节的技术改进等等，最终实现流域或区域水资源的可持续利用和经济社会的可持续发展。

3 基于ET管理的水资源管理基本方法

2008年，笔者有幸参加了GEF（Global Environment Facility 全球环境基金组织）天津市水资源与水环境综合管理规划，该项目就是以ET管理为基础进行水资源管理与水环境综合管理的一个范例。规划通过建立ET指标体系，构建水循环和水环境耦合模拟模型，在水量水质综合模拟平台基础上，制定了天津市水资源水环境综合规划方案，提出水资源、水环境的综合管理的总量控制（包括地表水总量控制、地下水总量控制、国民经济用水总量控制、生态用水总量控制、ET总量控制、排污总量控制、控制断面水量水质控制）目标及相应的配套措施。通过控制地表水、地下水及其它非常规水源供水产生的ET，实现区域综合ET的控制，通过调节国民经济用水和生态用水产生的ET比例来调节区域产业结构，通过控制排污总量和控制断面的水量水质实现生态环境的保护与改善。即以ET总量控制和水资源利用效率提高为核心，实现水资源的可持续利用和经济社会的可持续发展。

3.1 ET指标的建立与分析

3.1.1 目标ET与实际ET

目标ET是指在规划阶段的流域或区域内，以其水资源条件为基础，以生态治理阶段目标为约束，满足经济社会可持续发展要求而消耗的ET。一般不能大于流域或区域可消耗ET。流域或区域可消耗ET是在满足区域经济社会可持续发展条件下，从水平衡的角度区域所允许消耗的最大ET。一般可根据水量平衡来求得，计算公式：

ETmax=P+Is+Ig-Os-Og

ETmax≥ETobj

其中，ETmax为最大可消耗ET，P为降水，Is为地表入境流量，Ig为地下水侧向流入量，Os为出境流量，Og为地下水侧向流出量，ETobj为目标ET。

图1 水平方向和垂直方向的ET分类耦合

图2 用水过程的ET分项指标体系

实际ET即指在规划时段流域或区域实际消耗的ET量。可以通过遥感监测获得，也可用水量平衡法计算：

ETact=P+I s+I g-O s-O g-ΔS-ΔG

其中，ETact为实际ET，P为降水，Is为地表入境流量，I g为地下水侧向流入量，Os为实际入海和出境流量，O g为地下水侧向流出量，ΔS为地表水蓄变量，ΔG为地下水蓄变量。

3.1.2 ET指标分析

目标ET的实现需要对实际ET产生条件及机理进行综合分析和判断，以便进一步控制和管理。

ET指标主要依据其影响因素进行确定和分析。如根据下垫面条件的不同，可以分为耕地、林地、草地、水域、居住地及未利用土地ET，在此基础上再按照土地利用类型进行二级分类。根据蒸发机理不同，可以分为植物冠层截留蒸发（即被冠层截留后直接蒸发返回大气中的降水，包括植被冠层截留和建筑物冠层截留蒸发）、植被的蒸腾（即通过植物体表面散失的水分）、植被棵间蒸发（即植被棵间的蒸发返回大气的水分）、地面截留蒸发（即未入渗降水直接蒸发返回大气中的水分）、土壤水蒸发（即土壤中的水分通过土壤表面进入空气）、水面蒸发；以上两类分别反映了水平方向和垂直方向的ET，它们之间实际上是相互联系、相辅相成。基于下垫面的ET水平向分类与基于蒸发机理的ET垂向分类指标的联系如图1所示。综合水平方向下垫面条件和垂直方向蒸发机理的分类，进行叠合，得到基于下垫面条件和蒸发机理的ET分项指标体系。

按照用水过程，可以分为输水ET、用水ET和排水ET。输水ET指输水渠系的蒸发和输水管道渗漏量形成的蒸发。用水ET则主要指用水过程中的蒸散发，包括生活用水ET、生产用水ET和生态用水ET。其中生活用水ET主要指城乡居民的生活耗水，包括人类饮用、烹饪、淋浴、冲厕、洗涤等耗水量。生产用水ET可以分为农业生产用水ET、工业生产用水ET和商饮服务业生产用水ET；农业生产ET包括种植业和林牧渔业的生产ET：其中种植业、林业、草场的ET包括植被的冠层截留、植被蒸腾、植被棵间土壤蒸发、棵间地表洼地截留蒸发；牧业用水ET则主要指牲畜耗水；渔业ET主要指养殖水面的蒸发。工业和商饮服务业用水ET主要指工业和商饮服务业的生产耗水。生态用水ET可以分为河道内生态环境用水ET和河道外生态环境用水ET，河道内生态用水ET主要表现为河道内水面蒸发，河道外生态用水的蒸散主要表现在城市地面、建筑物等硬地面的蒸散、雨后城市硬地面的蒸散发、城市绿化植物的冠层截留和蒸发蒸腾、水库坑塘、池塘湖泊、沼泽地、滩地的蒸散发。排水ET指排水渠系的水量蒸发和排水管网中渗漏水量形成的蒸发。如图2所示

3.2 ET指标的评价及作用

正确评价各分项ET的指标，是ET在水资源管理中应用的基本，对于区域水资源的管理具有特别重要的意义。

3.2.1 有效性和无效性

水资源的有效性是指对人类生存和发展具有效用的水分。我们将对经济社会发展和生态及环境保护具有普遍效用的蒸散发定义为有效蒸散发，反之称为无效蒸散发。如永久性冰川雪地和部分未利用土地（包括沙地、戈壁、盐碱地、裸土地、裸岩石质地）上人类活动很少，其蒸散发对经济社会的发展和生态环境建设的作用甚微，应列为无效ET；输水和排水中的蒸散发被认为是水量损失，期望越小越好，属于无效ET。生活、生产和生态用水过程中的蒸散发对人类生存与生活、社会经济发展和生态环境的建设具有重要作用，均认为属于有效ET的范畴。对于蒸散发的有效和无效水分量的定量评价，有助于科学利用水资源，对雨水资源化、节水标准和缺水标准的研究具有理论和实际意义。

3.2.2 高效率和低效率

根据降水在被国民经济建设以及生态与环境建设利用中发挥不同功效将有效蒸散发区分出高效水分和低效水分。如人类和牲畜的耗水，对于生命的维持具有重要作用；居住地的蒸发具有调节温度、美化居住环境等作用，对人类生存和生活环境具有重要意义；冠层蒸发可直接降低植物体温度，同时改善了局地生态小气候；滩地水面蒸发在改善局地气候的同时，对于缓解洪水威胁具有一定的作用；而沼泽地、滩涂作为湿地，水面蒸发是维持其生态平衡的必须水量；这些都可以认为属于高效ET。而棵间土壤蒸发以及棵间土壤截留蒸发是植被非生产性的水分消耗，是植物生长过程中所伴生的，可以通过技术措施进行调控，则认为是属于低效ET。

3.2.3 经济效益和生态效益

根据水提供服务的消费与市场化特点，可将水的服务功能分为水经济服务和生态服务。水经济服务功能指水维持生产与人类生活活动的功能，包括生活用水、农业用水、工业用水、发电、航运及渔业用水等；水生态服务功能指水维持自然生态过程与区域生态环境条件的功能，包括泥沙的运移、营养物质的运输、环境净化，维持森林、草地、湿地、湖泊、河流等自然生态系统的结构与过程，以及其它人工生态系统的功能。在此基础上，对广义水资源中除径流性水资源外的利用有效降水的部分水量的服务功能进行讨论，区分有效蒸发量中的经济成分和生态成分，分析有效蒸散发在人类社会发展中的经济效益和生态效益。

经济效益主要包括农业生产、工业生产和商饮业、服务业生产的效益。在这些生产过程中伴随的臾不可缺水的有效蒸发，应该算为经济效用量，其中具体包括耕地、林地、草地的冠层截留、植物蒸腾，鱼塘水面蒸发，牲畜耗水。人类生活间接创造了经济效益，也将其算为经济效用量。生态效用量主要包括林地、草地的冠层截留蒸发、植物蒸腾，居住地的蒸散发，水域、沼泽地的蒸发。

3.3 ．ET指标对比

通过对流域或区域ET指标的计算和分析，构建流域或区域水循环和水环境耦合模拟模型，制定总量控制目标以及相应的配套措施，以实现水资源与水环境管理效益最大化。即：当ETact≤ETobj时，可以认为基本可以达到水资源的可持续利用，而当ETact＞ETobj时，就需要根据ET分析，通过模型模拟，提出优化方案，按照方案落实具体措施，确定ETact的削减目标，使ETact接近于ETobj，实现水资源可持续利用的目标。

4 结语

基于ET管理理念进行水资源、水环境综合管理是一种新的思路和方法，近年来已在海河、松花江等流域管理中应用和实践，并在山西、宁夏等地开始推广。尽管在应用中还存在一些方法上的争议，但是并不能否定理论的科学性。相信随着ET监测手段、分析方法和指标体系的改进和完善，该理念一定会被人们所接受，更广泛地运用于水资源与水环境的管理。这也必将对我国水资源由“供水管理”向“需水管理”的转变、进一步提高水资源管理水平具有十分重要的意义。