融合ET 管理理念的水資源綜合管理技術體系的典型架構研究——以海河流域潘莊引黃灌區(qū)ET管理為例

丁志宏，楊曉勇，宋秋波

（天津市中水科技咨詢有限責任公司，天津 300170）

自20世紀80年代以來，海河流域在水資源開發(fā)利用、工農(nóng)業(yè)節(jié)約用水等方面開展了大量的工作，取得了顯著成效?？偨Y(jié)起來，在節(jié)水研究方面，目前仍然主要側(cè)重于工程措施和用水管理，重視提高灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用效率；在"耗水"研究方面，除了側(cè)重于探討農(nóng)田尺度上的作物耗水機理和提高作物的水分生產(chǎn)率以期減少取用水和提高作物產(chǎn)量的研究以外，還提出了從流域水資源可持續(xù)利用和維系良好生態(tài)環(huán)境的高度來研究流域?qū)用嫔系墓?jié)水和高效用水管理措施并藉以推行流域水資源綜合管理的戰(zhàn)略措施——ET管理[1-3]。

基于海河流域水資源管理工作的現(xiàn)實需求，借鑒已有的研究成果，在從區(qū)域水量平衡方程出發(fā)架構出一個融合ET管理理念的流域水資源綜合管理技術體系[4]的基礎上，結(jié)合海河流域潘莊引黃灌區(qū)的水資源供需狀況，繼續(xù)探討融合ET管理理念的水資源綜合管理技術體系實施的典型架構，為海河流域?qū)嵤┳顕栏袼Y源管理制度進而實現(xiàn)以水資源的可持續(xù)利用支撐流域經(jīng)濟社會生態(tài)和諧發(fā)展的流域管理目標提供科學參考。

1 ET 管理的基本概念

所謂ET管理，就是以耗水量控制為基礎的水資源管理，其實質(zhì)是在傳統(tǒng)水資源管理的需求側(cè)進行更深層次的調(diào)控和管理，是立足于水循環(huán)全過程的、基于流域/區(qū)域空間尺度的、動態(tài)的水資源管理。在現(xiàn)代變化環(huán)境下，針對水資源短缺日益嚴重的形勢，立足于水文循環(huán)，進行以水資源消耗為核心的水資源管理不僅必要，而且非常迫切，是資源型缺水地區(qū)加強水資源管理的必然趨勢。

根據(jù)ET管理的新理念，從大空間尺度上的流域水資源宏觀管理的角度出發(fā)，ET的概念也就從傳統(tǒng)的狹義ET拓展到了廣義ET，即流域/區(qū)域的真實耗水量，它既包括傳統(tǒng)的自然ET，也包括人類的社會經(jīng)濟耗水量（可稱之為人工ET），是參與水文循環(huán)全過程的所有水量的實際消耗。據(jù)此，廣義ET包括以下3個組成部分：①傳統(tǒng)意義下的ET，即土壤、水面蒸發(fā)以及植被蒸騰；②人類社會在生活、生產(chǎn)中產(chǎn)生的水量蒸發(fā)；③工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時，固化在產(chǎn)品中，且被運出本流域/區(qū)域的水量（稱之為“虛擬水”，此部分水量對于本流域或區(qū)域而言屬于凈耗水量）。

就研究的空間尺度而言，在國內(nèi)外有關蒸騰蒸發(fā)的研究所涉及的植株微觀尺度、農(nóng)田中觀尺度、區(qū)域/流域宏觀尺度中，農(nóng)田中觀尺度和區(qū)域/流域宏觀尺度上的蒸發(fā)蒸騰量的定量研究是實現(xiàn)區(qū)域/流域水資源需求側(cè)ET管理的技術支撐，其主要利用分布式水文模擬和遙感反演兩種方式來研究大空間尺度范圍內(nèi)的蒸發(fā)蒸騰[5]。

2 ET管理體系的典型架構

基于ET的水資源管理是針對一定范圍 （流域或區(qū)域）內(nèi)的綜合ET值與當?shù)氐目衫盟Y源量的對比關系，進行水資源分配或?qū)T進行控制的管理辦法；通過提高水資源的利用效率，減小社會水循環(huán)分支系統(tǒng)中不可回收的水量，使同等水分消耗條件下的生產(chǎn)效率得以大幅度提高，從而達到資源性節(jié)水的目的；在滿足地下水不超采、農(nóng)民不減收、環(huán)境不破壞的條件下進一步合理分配各部門和各行業(yè)可利用的水量，通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構和應用各種節(jié)水新技術新方法，解決各部門和各行業(yè)（包括環(huán)境和生態(tài)用水）之間的用水競爭問題，達到整個區(qū)域的水量平衡。

農(nóng)業(yè)是水資源耗用的第一大用戶，地表面積上的自然蒸發(fā)蒸騰（ET）也是水循環(huán)中的最重要消耗環(huán)節(jié)，ET管理應以生態(tài)用水和農(nóng)業(yè)節(jié)水等為重要著力點，因此分析灌區(qū)在實施ET管理過程中采用的研究架構體系對于海河流域?qū)嵤┳顕栏袼Y源管理制度具有特別重要的意義。

潘莊引黃灌區(qū)是一個大型灌區(qū)，位于山東省德州市西部，總面積5 867 km2，耕地面積39萬hm2，設計灌溉面積33.3萬hm2，行政區(qū)域包括齊河、禹城、平原、夏津、武城、德城、寧津和陵縣共8個縣（市、區(qū)）的全部或部分，農(nóng)業(yè)人口近300萬。潘莊引黃閘位于黃河下游左岸的齊河縣馬集鄉(xiāng)潘莊村附近，設計引水流量100 m3/s，年均引水 9.47億m3。

圖1 海河流域灌區(qū)ET管理技術體系的典型架構

結(jié)合潘莊引黃灌區(qū)的水資源供需狀況，從區(qū)域干旱風險最小與農(nóng)業(yè)種植結(jié)構優(yōu)化的角度出發(fā)，在流域水資源綜合管理技術體系框架下，研究提出一個實施ET管理體系的典型架構，具體如圖1所示。

ET管理體系的典型架構由預測層、監(jiān)測層、調(diào)控層和反饋層4個模塊有機組成。

（1）預測層：預測層包括粗時間粒度上的預測、細時間粒度上的預測以及多元聯(lián)合分布概率分析3個部分。粗時間粒度上的預測主要進行年來水量、年降雨量和年參考作物騰發(fā)量（ET0）的預測，用于規(guī)劃方面。細時間粒度上的預測主要進行月、旬、日時間尺度上的降雨、來水、墑情、水位、ET0的預測，用于計劃方面。多元聯(lián)合分布概率特征的分析主要是基于水資源耗用結(jié)構風險最小原理[5]來進行干旱風險評估與種植結(jié)構調(diào)整的相關指導和管理，用于規(guī)劃方面。

（2）監(jiān)測層：監(jiān)測層包括引排抽水量監(jiān)測、影響因素監(jiān)測和ET監(jiān)測。引排抽水量監(jiān)測主要進行灌區(qū)引黃涵閘、排水溝渠、地下水源井等供排水設施的實時供排水量，為水資源耗用量統(tǒng)計與管理提供基礎數(shù)據(jù)。影響因素監(jiān)測主要進行包括降水、氣溫、日照、風速等在內(nèi)的氣象要素、地下水位、土壤墑情、種植結(jié)構和種植面積等水資源耗用的內(nèi)外影響因素監(jiān)測，用以進行相關的統(tǒng)計和管理。ET監(jiān)測主要進行各種下墊面條件下的蒸騰蒸發(fā)量的實時監(jiān)測，主要手段包括蒸發(fā)皿觀測、渦度監(jiān)測儀、衛(wèi)星遙感等多重手段，這是ET管理典型架構的核心組成部分。

（3）調(diào)控層：調(diào)控層主要是根據(jù)ET管理的目標和實際ET的差異，通過采取工程、管理和農(nóng)業(yè)等各項措施來消除二者之間的差異，調(diào)節(jié)和控制不同類型的ET，實現(xiàn)ET管理的組織目標。調(diào)控措施涉及經(jīng)濟、社會、生態(tài)等諸多方面，是一個復雜的系統(tǒng)工程，是ET管理體系典型架構正常運行的能動保障。

（4）反饋層：反饋層主要有節(jié)水指標、環(huán)境效應和社會效應等3個指標層組成。ET管理的最終目的是為了通過實施最嚴格水資源管理來實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和生態(tài)系統(tǒng)的和諧發(fā)展與良性循環(huán)，非常有必要通過合理有效的指標體系來衡量和表征ET管理的實施效果并將其反饋回管理者以調(diào)整相關的目標和采取的措施。

3 結(jié)語

ET管理立足于區(qū)域/流域水文循環(huán)過程，以水資源在其動態(tài)轉(zhuǎn)化過程中的主要消耗——蒸發(fā)蒸騰為出發(fā)點，以生態(tài)友好、經(jīng)濟合理、社會可行為約束條件，以提高水資源的利用效率和效益為目標，對傳統(tǒng)水資源需求管理是有益的補充，是一種先進的水資源管理理念，同時也是一種新生的水資源管理技術。筆者提出的ET管理典型架構為海河流域ET管理實施的組織化、系統(tǒng)化和流程化提供了積極參考。

[1]梁薇，劉永朝，沈海新.ET管理在館陶縣水資源分配中的應用[J].海河水利，2007（4）：52-54.

[2]李京善，苗慧英，王建偉，等.ET管理在農(nóng)業(yè)用水規(guī)劃中的應用[J].南水北調(diào)與水利科技，2009，7（3）：74-76.

[3]蔣云鐘，趙紅莉，甘治國，等.基于蒸騰蒸發(fā)量指標的水資源合理配置方法[J].水利學報，2008，39（6）：720-725.

[4]何宏謀，丁志宏，張文鴿.融合ET管理理念的黃河流域水資源綜合管理技術體系研究 [J].水利水電技術，2010,41（11）：10-13.

[5]丁志宏.融合ET管理理念的黃河流域水資源綜合管理技術體系的構建及其若干問題研究[D].天津：天津大學，2011.