作物需水量计算模型组件及灌区需水过程研究

【摘要】：我国是一个水资源短缺、水质污染严重的国家，农业用水向来是我国国民经济用水大户，尽管目前呈现农业用水比重逐渐降低，工业、生活用水比重增加的发展态势，但农业用水仍将在较长时期内占据主导地位，保障用水安全和粮食安全也将是长期面临的主要任务。因此，实现水资源的合理配置，提高农业用水效率和管理水平，协调农业用水和生态用水矛盾，实现流域水资源的可持续利用是目前需要迫切解决的问题。该研究以作物需水量的科学计算和需水过程分析为核心，为农业用水研究提供软件和方法支持为目的，采用用现代化的方法和手段，研制了作物需水量计算模型组件，通过理论研究与实际应用相结合，提出了灌区需水过程的系统分析方法。取得的主要成果和结论如下： （1）根据国内外作物需水量研究成果，收集、分析、筛选了利用ET0和作物系数的测算来估算作物需水量的计算模型，采用COM组件技术研制完成了作物需水量计算模型组件软件。以ActiveX的DLL作为COM组件对象模型和标准，完成了12个对象类功能的实现，基本涵盖了目前常用的作物需水量间接计算方法。组件软件包括了作物系数与FAO Penman-Monteith等计算方法的7个独立对象类， Penman类、辐射类、温度类等计算方法的4个混合对象类，以及1个辅助对象类。其中，Penman类包括5个Penman系列ET0计算方法；辐射类包括Priestley-Taylor等7个基于辐射的ET0计算方法；温度类包括Hargreaves-Samani等6个基于温度的ET0计算方法。 （2）分析总结了灌区需水过程所涉及的干旱频率分析、ET0的计算、有效降水量确定和灌溉需水量计算等环节的关键问题，提出了系统分析灌区需水过程的方法。包括利用水文频率方法进行需水频率分析的方法，并通过典型灌区进行了验证，其代表性较好，可以比较准确地反映农业干旱频率分析的精度；针对有效降水量的确定，提出了土壤有效降水量和作物有效降水量的概念；为便于分析作物需水过程，引入计算时段盈亏水量的思路，并总结了利用作物生育期初的土壤储水层水量和土壤有效降水量、作物需水量（ETc）等逐月推算作物有效降水量的方法；分析了全生育期法和分月法计算灌溉需水量的特点。 （3）采用FAO PPP-17Penman修正式、FAO Penman-Monteith方法计算了典型灌区的ET0，结果表现为后者偏大，平均偏差为16%左右。认为在缺乏针对FAOPenman-Monteith方法的作物系数成果时，计算ETc时最好采用FAO PPP-17Penman修正式ET0计算成果。 （4）以宝鸡峡为典型灌区分析实例，分析了灌区需水过程，并与实际引水过程进行了比较。灌区参考作物最大需水量，各水平年基本上都分布在6～7月中，其中湿润年、干旱年与特旱年出现在7月，而中等年、极干旱年出现在6月，6、7月份ET0分别占全年的15.1%、14.8%，而5～8月4个月ET0约占全年的55.7%；采用全生育期法要比分月法计算的灌溉需水量平均大6%～9%，综合两种方法结果，灌区年平均亏缺约为2.2亿m3；灌区需水主要集中在6～8月份和3～5月份，夏灌期间渠灌需水量约占47%，春灌期间约占49%，冬灌需水量很少，而冬灌、春灌、夏秋灌实际引水量占全年灌溉引水总量分别为26%、35%、39%，尤其冬灌的理论需水量与实际引水量差距较大，但这种差异有趋于一致的趋势。鉴于目前冬灌的主要作用是蓄水保墒，如果农业用水与河流生态用水产生不可调和的冲突，一般年份完全可以减少冬灌用水量。