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论文作者:秦大庸等 期刊:《科学通报》 发布时间:2008-12-7 21:42:14
控制区域ET 节约水资源

 

ET(Evapotranspiration)即蒸发、蒸腾,其物理意义是指水分从地球表面移向大气的过程,包括土壤与植株表面液态水或固相水的蒸发和植物的蒸腾。
 
区域ET是地表水平衡的关键要素。在气候不出现巨变的情况下,区域内的降水相对稳定,因此ET的大小就决定了地表径流输出量。在干旱半干旱地区,随着全球气候变化和人类活动的加剧,ET逐渐增大,导致径流衰减、地下水亏缺,因此,控制ET成为促进人水和谐的关键。ET控制的指标即为目标ET,其与地域密切相关,因此称为区域目标ET。
 
目标ET理论是水资源管理研究的前沿,受到世行项目专家组的高度推崇,被确定为GEF(Global Environment Fund)海河流域水资源与水环境综合管理项目的重要基础理论。中国水利水电科学研究院教授秦大庸等在海河“973”项目和国家自然科学基金“创新研究群体基金”的资助下,对区域目标ET的基本理论和定量计算方法进行了系统的研究,提出“区域目标ET是指在一个特定发展阶段的流域或区域内,以其水资源条件为基础,以生态环境良性循环为约束,满足经济持续向好发展与和谐社会建设要求的可消耗水量”;并集成分布式水文模型、土壤墒情模型和遥感监测模型构建了一套区域目标ET的计算方法,上述成果发表在《科学通报》上。
 
现实需求
 
呼唤新的水资源管理模式
 
作为我国政治、经济、文化发展的核心区,华北地区同时也是水资源、水环境、水生态问题最为严峻的地区。据最新资料分析,海河流域多年(1956年~2007年)平均降水量527mm;自1978年开始,出现了一个长达30年的枯水时段,而且仍在继续,1978年~2007年的流域平均降水量仅499mm,比1956年~1977年平均值565mm偏低12%。在人类活动的强烈干扰下,海河流域实际蒸发量总体呈上升趋势。1956年~1979年,海河流域平均年蒸发量470mm,同期的流域平均年降水量560mm,蒸发量小于降水量90mm。而2003年~2005年遥感监测的海河流域的蒸发量分别为579mm、511mm、508mm,同期的降水量分别为582mm、538mm、487mm,蒸发量已经接近或大于同期的降水量。
 
海河流域蒸发量的增加主要是由于农业生产、城市工业和生活用水造成的。因此,进行产业和种植结构调整,科学管理、高效配置该区的水资源是控制区域ET,实现社会经济可持续发展的关键。
 
但是与水资源紧缺相对应的却是传统水资源管理模式显露的种种弊端:一方面,依靠国民经济结构和发展速度的资料作出的需水预测越来越受到质疑;另一方面,传统的水资源配置方法以供需平衡为主导,强调以需定供,突出了水的社会服务功能,忽视了水的生态和环境服务功能,造成河道干涸、湿地萎缩、地下水超采、水体污染等严重后果。总的来说,传统的水资源管理调控的是供水量和需水量,忽视了水资源在使用过程中的循环转化与消耗。
 
控制区域ET是节约水资源的根本手段。因此,建立一种以ET管理为核心的新型水资源管理模式成为当务之急。
 
以区域目标ET管理
 
实现水资源高效利用
 
为加快我国节水灌溉事业的发展,积极利用外资增加对农业节水灌溉的投入,学习和借鉴国外节水灌溉技术及先进管理经验,2001年至2005年,水利部组织北京、河北、青岛、沈阳4省(市)实施利用世行贷款发展节水灌溉项目。该项目在保证粮食产量的前提下,使无效ET得到了大大的降低。这是国内首次引入ET管理的理念,目前,基于目标ET的流域水资源管理也逐渐成为干旱、半干旱缺水地区水资源管理的发展趋势。
 
课题组成员刘家宏博士告诉记者,区域目标ET应该包含以下三层意思。
 
一是以流域或区域水资源条件为基础。水资源基础条件包括降水量、入境水量、调水量、特定时期的地下水超采量,以及必要的出境水量。
 
二是维持生态环境良性循环。必须保证一定的河川径流量与入海水量以维持河道内生态与河口生态,合理开采区域内地下水,多年平均情况下,逐步实现地下水采补平衡。
 
三是满足社会经济的持续向好发展与和谐社会建设的用水要求。不能为改善生态环境而放弃了人类的最基本生存需求,必须采取可行的经济技术手段和管理措施,通过提高水资源的单位产出,实现区域经济社会的可持续发展与和谐社会建设。
 
基于目标ET的水资源管理的实质是通过“耗水”管理代替“取水”管理,从而实现水资源的高效利用。这种管理的关键是减小通常意义下的蒸腾蒸发,从而降低区域耗水量;具体途径是:通过减少无效和低效ET、高效利用降雨等方法,实现水资源的可持续利用和社会经济与生态环境的协调发展。
 
战略研究仍待进一步完善
 
要推行基于目标ET的水资源管理方法,首先必须确定区域内的目标ET值。前面提及的世行节水灌溉项目主要是通过遥感监测和“水平衡”相结合的方法对区域ET进行事后监督,其结果有一定的滞后性。
 
刘家宏告诉记者,区域目标ET可分为不可控ET和可控ET,其中可控ET主要包括灌溉耕地ET、工业和生活ET,不可控ET主要是天然生态、水域和未利用土地ET;课题组是通过在计算区域综合ET值时,首先研究了区域目标ET的构成体系,再针对各分项ET的特点,应用不同的方法确定各分项ET,最后综合形成区域目标ET。
 
例如,应用土壤墒情模型计算出典型作物不同灌溉模式下的ET定额,通过统计各种农作物的种植面积以及它们各自在节水优化灌溉情况下的ET定额来计算灌溉耕地ET;以城镇人口总数和人均定额用水量来计算生活用水ET;通过单位数量工业产品理想耗水量和产业规模用来计算工业用水ET。
 
一个区域内的各分项ET按面积平均再累加后就是该区域的目标ET。接下来的工作就是控制区域内的ET的具体措施。
 
区域内的地方政府要执行并且实现目标ET,必须根据ET计算过程中所设定的节水措施,例如调亏灌溉、秸秆覆盖等,大量利用和推广节水技术,这涉及到资金和劳力投入等经济问题。事实上,基于目标ET的水资源管理方法目前尚处于战略研究阶段,其应用研究还有大量工作待完善。不过,根据初步估算,如果目标ET的水资源管理方法能够真正得到推行,到2020年,32万平方公里的海河流域每年可以减少耗用水量30亿~50亿立方米。(来源: 科学时报 陈晨)
 
(《科学通报》,2008, 53(19) 2384-2390,秦大庸,王明娜)
 
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