邢台市东部平原区作物灌溉定额分析

张猛

【摘 要】通过调整种植制度、采用作物品种与土壤水资源分配相吻合等措施，充分利用土壤水资源进行农业生产，尤其是对于水资源短缺的区域，通过调整农业结构，精确确定灌溉定额，可以减少地下水的抽取，提高节水效益，促进水资源的可持续利用。

【关键词】土壤水资源量；灌溉定额；土壤水量平衡

Xingtai City， the eastern plains area of crop irrigation quota

Zhang Meng

（Hebei Xingtai Hydrology and Water Resources Survey Bureau Xingtai Hebei 054000）

【Abstract】By adjusting cropping systems， the use of crop varieties and soil water distribution and other measures consistent with full use of soil water resources for agricultural production， especially in the area for water shortages by adjusting the agricultural structure， accurately determine the irrigation quota can reduce groundwater extraction， improve water efficiency， and promote the sustainable use of water resources.

【Key words】Soil water resources；Irrigation quota；Soil water balance

1. 区域地理气候特征

1.1 地理特征。

邢台市位于河北省南部，总面积12456Km2。西部为太行山区，面积3545Km2，东部平原区面积8911Km2，总人口647.97万人，耕地面积1.52万hm2，其中水浇地1.14万hm2。西部为太行山区，山脉连绵，岗坡起伏，海拔高程多在1000m以下，最高山峰1822m，平均坡降1%左右，山区与平原间地形变化急骤，没有明显缓冲地段。由西向东，可分为山前冲、洪积扇平原和冲积、湖积平原两部分，二者基本上以滏阳河为界。滏阳河以西称为滏西平原区，面积3229 Km2，海拔高程一般在75～40m之间，坡度2.5‰～1‰。滏阳河以东为黑龙港平原和滹滏平原（简称滏东区）。黑龙港平原面积4934Km2，主要是古黄河与海河水系长期泛滥淤积而成，地势平坦，坡度1/10000左右，高程多在35～30m之间，最低处24m。滹滏平原面积748 Km2，环境与黑龙港平原类似。本区主要种植小麦、玉米、棉花和谷子等。

1.2 降水量时空分布及年内分配。

邢台属暖温带大陆性季风型气候，四季分明，全市多年平均年降水量530.6mm（1956～1997年系列）。干旱指数1.5～2.9之间，平原大于山区。降水量区域分布不均，山区大于平原。降水量年内分配集中，全年降水的75～80%形成于6～9月的汛期。降水量年际变化大，单站年降水量最大最小之比，山区一般在5～9倍，平原3～6倍。全市多年平均年径流深44.1mm，折合年径流量5.49亿m3，其时空分布和变化特点与降水相似，但更显剧烈。

2. 土壤水资源评价原理

2.1 土壤水资源的概念及其特点。

（1）土壤水资源作为土壤层内经常参与陆地水分交换水量，特别是根系带中能为植物所利用并可恢复的水量。它表现为土壤水分不断补给与消耗的动态水量，与常用的土壤储水能力、土壤储水量以及土壤有效水分等有所不同。

（2）土壤水是四水转化的中枢. 无论是灌溉水， 还是天然降水， 都要转化为土壤水后才能被作物根系吸收[1]。我们把可被作物根系吸收利用的地表浅层土壤空隙中的水称为土壤水资源。土壤水资源，通过“土壤水库”的调节被植物连续不断的利用。土壤水的补给来源主要为大气降水、农田灌溉、地下水补给和大气中的水汽凝结，而其消耗主要为植物蒸腾和土壤蒸发。土壤水资源具有与其它资源不同的特点：其一，土壤水普遍存在于陆地表面的土壤中，具有分布的广泛性和连续性，使土壤水资源得到充分的利用；其二，土壤水资源更新更快，具有不断补给与排泄的动态特征；其三，土壤水资源为非重力水，虽然具有“液态”特性，但并不能作为开采资源加以利用和管理；其四，土壤水更新周期一般为一年，其变化过程与植物生长过程较适应[3]。

2.2 土壤水量平衡方程。

在天然状态下，土壤水份循环过程中，不断得到大气降水和凝结水的补给，又以植物蒸腾和土壤蒸发形式不断消耗；当土壤含水量超过田间持水量时，以重力水形式补给地下水；当蒸发使土壤含水量小于田间持水量，地下水埋深小于极限埋深时，又会从地下水得到补充。因而，在某 一时段ΔT内土壤水量平衡方程为：

ΔWεR=（P+ε+Cm）-（EP+RS+Pγ+Pz+E+T）

由于 P-EP-Rs-Pγ-Pz=Ps

所以 ΔWεR= Ps +ε+ Cm-（E+T）

式中： ΔWεR——某一时段内土层蓄水变量（mm）；P——降水量（mm）；Ps——降水滞留在土壤中的水量（mm）；ε——地下水通过毛管输送到土壤中的水量（mm）；Ep——雨期蒸发量（mm）；Cm——大气中或表层土壤颗粒间的水汽（mm）；Pz——植物截留量（mm）；Rs——降水产生的地面径流量（mm）；Pγ——降水入渗补给地下水量（mm）；E——土壤蒸发量（mm）；T——植物蒸腾量（mm）；

取一年为周期，在一年内土壤水的总蓄水变量为ΣΔWεR= Σ（Ps +ε+ Cm）-Σ（E+T）

3. 土壤水资源的评价方法

3.1 评价范围。

由土壤水资源的含义可知，土层中经常参与陆地水分交换的那部分动态水量作为评价对象。从土壤水分在垂直剖面上的变化情况，可以确定其变化范围，但在不同地区，不同土壤岩性情况下，其评价范围不同。根据对本区土壤水分垂直变化规律分析，发现位于地表至以下130cm深度土层间的土壤水分，常处于不断的补给、蒸发动态中，该土层以下的土壤水分基本处于稳定状态。参照一般作物主要根系深度，确定本地本项评价范围为地表至地表下130cm深度之间的土壤水。

3.2 土壤水资源分项评价。

3.2.1 降水补给量（Ps）对每一个流域分区选择相当于50%频率降水频率的2006年降水补给观测资料进行分析计算。

（1）根据每个分区选择的旱情监测站实测土壤水资源量和水量平衡原理，以次降水量为单元进行计算，最后累加求的年补给量。本站土壤水分基本上5日测验一次，与有大雨过程（日雨量超过30mm进行加测）。因此，对于大雨过程，由于雨后空气湿度大，测验间隔时间短，期间土壤水蒸发量可以忽略，降水前后实测的土壤水增量即为次雨补给量。但对于小雨过程，由于雨量小，测验间隔时间长，期间土壤水分要消耗蒸发一部分，单用实测资料计算补给量会偏小，实测资料中常会出现降雨前后土壤水增量为负值的现象。另外，土壤水两测次间在即有灌溉又有降水的情况下也无法分出因降水而引起的土壤水增量。遇到上述情况，便采用水量平衡方程进行估算。水量平衡方程式为：

Ps=P-Pz-EP-Rs-Pγ式中符号意义同前，当雨量较小时，Ep、Rs、Pγ 均为零，此时降雨对土壤的补给量为： Ps=P-Pz

（2）本地无实测植物截留量Pz资料，参考有关资料确定：一次降雨植物最大截留量为3mm，当日降雨量小于5mm时，植物截留量为降雨量的1/2。据此可求得每次小雨时的土壤水补给量。

（3）具体成果见表1，从年平均补给量看，年土壤水补给量约占年降水量的63%。

3.2.2 地下水对土壤水的补给量。

（1）当地下水位较高时靠毛管力的作用，潜水水分不断上移，形成对土壤水的补给，最终通过植物蒸腾和土壤蒸发消耗。地下水对土壤水补给量即为潜水蒸发量。潜水蒸发量随着土壤性质、土壤表层的蒸发强度、植物生长状况及地下水埋深等变化。土壤表层蒸发强度越大，地下水埋深越浅时，地下水对土壤水的补给量越大；反之则越小。当地下水埋深大于极限埋深时，其补给量为零。另外，有作物时的地下水补给量要比对无作物时大[2]。

地下水对土壤水的补给量，可通过地中蒸渗仪等实验装置求得，无实验资料的地区，可借用经验公式或其他方法求得。根据对本站几年地中蒸渗仪的潜水蒸发资料分析，推出了本站无作物条件小的潜水蒸发计算公式：

ε=0.12*（1-Δd）1.234*ε0

式中：ε——潜水蒸发量（mm）；ε0——水面蒸发量（E601）（mm）；Δ——地下水埋深（m）；d——本年度最大埋深；

（2）以此求得典型年各流域分区逐月地下水对土壤的补给量，见表2。

3.2.3 大气凝结水。

（1）大气中的水汽在土壤表层的凝结，称为大气凝结水。它是一种特殊的降水。凝结水量的多少，决定于大气的水分条件、温度、风速等气象因素和土壤特性。冬季气候寒冷，饱和水汽压低，昼夜温差大，一年中凝结水量最大。夏季降水较多，空气湿度大，凝结水量较大，春季气候干燥多风，蒸发量大，凝结水量较小。

（2）目前，本站没有进行凝结水量的直接观测，借用气候和下垫面条件相似的山东禹城实验站凝结水量的观测资料估算本区年凝结水量约100mm，主要分布在冬季节和夏季。详细见表3。

（3）从测定结果可知，大气凝结水量在土壤总水资源中占相当的比重，是满足农作物生长的水源之一。

4. 总补给量及其评价

由上述分析可知，土壤水的总补给量包括降水对土壤水的补给量、地下水对土壤水的补给量以及大气凝结水量，其和即为土壤水资源量，见表4，由表4可知，典型年土壤水资源量为495.3～542.8mm，流域分区平均土壤水资源量为513.5mm.降水直接补给是土壤水资源的主要来源，占总补给量的58%，地下水对土壤水的补给量、大气凝结水次之。从其总量来看，接近于多年平均降水量，其更新周期和年内分配过程与降水过程基本一致。

5. 土壤水资源量可利用量分析

土壤水资源的应用价值主要表现为被植物不断的吸收利用，因而其评价的最终目的归结在土壤水资源量的可利用量的分析上。本文选黑龙港区域作为代表性区域对该地区降水频率50%条件下的土壤水资源可利用量进行了分析计算，其结果见表5，其它区域分析方法基本一样，不再做详细叙述。由表5可知，作物生育期土壤水资源可利用量及灌溉补水量及其分配过程。小麦生育期土壤水利用率100%，需要灌溉补水量280.3mm；夏玉米生育期土壤水利用率为83.1%，灌溉补水量为54.2mm；棉花生育期土壤水利用率为77.2%，灌溉补水量为73.2mm。

6. 几点认识

6.1 正确评价土壤水资源，是科学的制定灌溉制度和灌溉定额的基础。目前通常采用作物需水量扣除有效雨量来确定灌溉定额的方法，而有效雨量只是土壤水资源中的一部分。本次分析，是在充分利用土壤水资源的基础上，再计算灌溉定额。对于黑龙港地区来说，较目前通用方法确定的灌溉定额，小麦可降低30%左右，玉米可降低35%左右；棉花可降低40%左右。

6.2 降水补给是土壤水资源的主要来源，根据作物生长的需要，可采取一些措施（如平整土地、耕、耙等），在相同降雨条件下，增大降水对土壤水的补给量，以此来增加土壤水的资源量。

6.3 在水资源贫乏、灌溉条件较差的地区，加强土壤水资源的研究及评价工作尤为重要。以节水为目的的土壤水调节，就是要使灌溉既能满足土壤水向根系活动层及时供应，又不产生深层渗漏造成灌溉水的浪费，还要尽量减少地表 无效蒸发和提高土壤水向蒸腾储水及蒸腾耗水的转化效率。在摸清本地区土壤水资源量及其时空分布规律的基础上，采取合理的作物布局及相应的耕作方法等农业技术措施，可减少土壤水资源的无效蒸发，提高水资源的利用率[4]。

参考文献

[1] 靳孟贵， 张人权， 高云福， 孙连发. 土壤水资源的特性及若干指标. 地质科技情报， 1997，16 （2） ： 73～78.

[2] 冯谦诚，王焕榜， 土壤水资源评价方法的探讨[J]. 水文，1990（4）：28～32.

[3] 朱福星， 王金珍. 四维治水-黄淮海平原农业水资源综合治理配套技术. 北京： 科学出版社， 1993，57～61.

[4] 张利， 张彩英， 彭春香. 沧州地区土壤水资源研究. 自然资源学报， 1990，5 （3） ： 230～235.