淺談邙山生態(tài)園區(qū)需水量平衡計算分析

■吳海英 ■廣東省惠州市惠城區(qū)水務(wù)局總工程師室，廣東 惠州 516001

1 前言

水資源是人類不可缺少的自然資源，也是生物賴以生存的環(huán)境資源之一。水資源可持續(xù)開發(fā)利用關(guān)系全球發(fā)展，淡水短缺已經(jīng)成為21世紀(jì)人類繼全球變暖之后的第二大問題，由于我國水資源存在時空分布不均、供需矛盾突出，開發(fā)利用程度高，利用效率低，浪費嚴(yán)重等特點，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，水資源的短缺已成為制約各行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

水資源優(yōu)化配置評價問題是在20 世紀(jì)90 年代初提出來的，并逐步應(yīng)用到水資源的規(guī)劃與管理中。水資源優(yōu)化配置評價不僅要考慮適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展和人民生活的需求，還應(yīng)盡可能地滿足人類所依賴的生態(tài)環(huán)境對水資源的需求，以及未來社會對水資源的基本需求。水資源優(yōu)化配置評價是需水管理的核心之一，是區(qū)域水資源系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，也是可持續(xù)發(fā)展觀在水資源利用上的具體體現(xiàn)。本文主要是通過對邙山生態(tài)園水資源的供需水量平衡進行計算，為水資源優(yōu)化配置奠定基礎(chǔ)。

2 生態(tài)園區(qū)需水量計算模型

2.1 林地生態(tài)需水量計算模型

林地蒸散量是林地生態(tài)系統(tǒng)的水分消耗項，也是林地生態(tài)需水的主要組成部分，在樹林調(diào)節(jié)水文過程和林地生態(tài)系統(tǒng)水分平衡分析中占有十分重要的地位，約占植被總需水量的97%～99%，因此可以將其作為森林系統(tǒng)的生態(tài)需水量。而林地實際蒸散量受大氣環(huán)境、植被生態(tài)特性與生長狀況以及土壤水分條件的綜合影響，當(dāng)氣候條件和林木種類一定時，林地實際耗水量主要取決于土壤水分含量。從植被蒸散與土壤水分的關(guān)系來看，當(dāng)土壤水分充足時，植被蒸散主要取決于植物的類型和氣候因素(如風(fēng)速、大氣溫度和濕度等)，與土壤水分含量無關(guān)。而當(dāng)土壤含水量低于一定臨界土壤含水量(S*)時，植物的氣孔開始關(guān)閉，水分的蒸散速度開始降低。此時，土壤水分含量就成為林木實際蒸散量的主要限制因素。根據(jù)土壤水分常數(shù)的概念，暫時凋萎含水量(St)和生長阻滯含水量(Sr)分別是能保證林木基本生存和正常生長的土壤含水量下限。因此，可以將這兩種情況下的林地耗水量，分別作為最小生態(tài)需水定額和適宜生態(tài)需水定額(林地單位面積、單位時間內(nèi)所需要消耗的水量)，而將土壤臨界含水量作為水量供給的上限。其數(shù)值可以通過林地潛在蒸散的計算，并利用林木系數(shù)K 和土壤水分修正系數(shù)Ks進行訂正:

式中:Ea—林地實際蒸散量;

ET0—由氣候決定的潛在蒸散量;

Ks—土壤水分修正系數(shù)，不同土壤類型的水分系數(shù)見下表2-1;

Kt—林木系數(shù)，與林木種類和生長狀況有關(guān)。本文中Kt值依據(jù)陳麗華等的研究結(jié)果，水保林、經(jīng)濟林、果園三種作物系數(shù)分別取0.765，0.700 和0.735。

在黃河中下游地區(qū)，林地的耗水時段主要集中在生長季節(jié)，即每年的4 月到10 月。因此，計算黃河流域林地的耗水支出時，以生長季(4～10 月)作為生態(tài)需水量的計算時段。

表2-1 不同土壤類型的水分系數(shù)

2.2 農(nóng)業(yè)需水量計算模型

研究區(qū)的農(nóng)作物主要以小麥和夏玉米為主，因此農(nóng)業(yè)需水量主要按照小麥和夏玉米的需水量進行計算。參考有關(guān)文獻得到研究區(qū)小麥不同生育期的作物系數(shù)見表2-2，夏玉米不同生育期的作物系數(shù)見表2-3，利用公式(3-1)即可計算出研究區(qū)的不同作物的需水量，進而求出研究區(qū)的農(nóng)業(yè)需水量。

表2-2 小麥作物系數(shù)

表2-3 夏玉米作物系數(shù)

2.3 生活需水模型

研究區(qū)的生活需水主要是指居民生活用水。本次生活需水量的計算，采用需水定額法。根據(jù)資料查得，該研究區(qū)人口密度為491人/km2，平均需水量定額河南城鎮(zhèn)現(xiàn)狀為109 L/ 人.日，遠景2030 年達到134 L/ 人.日，所以平均需水定額取值為109 L/ 人.日。

3 生態(tài)園區(qū)可用水量計算

該區(qū)域無入境水源的補給，境內(nèi)水源全部為大氣降水，而樹冠截留部分主要消耗于蒸發(fā)，不能利用，故應(yīng)從區(qū)域的降雨量中扣除。轉(zhuǎn)化為地表徑流及地下水部分，則考慮完善的工程措施后可全部得到利用。生態(tài)園區(qū)內(nèi)的水資源主要用來滿足居民生活用水、農(nóng)作物用水以及生態(tài)用水三部分，生活及農(nóng)作物用水是區(qū)域經(jīng)濟的基礎(chǔ)，應(yīng)首先盡最大可能的滿足?？紤]上述因素，經(jīng)計算，各小分區(qū)生態(tài)可用水量見表3-11。

表3-11 生態(tài)可用水量計算表 單位:104m3

4 生態(tài)園區(qū)供需平衡分析

根據(jù)各區(qū)需水量計算結(jié)果和水資源量評價結(jié)果(見表3-12)，進行供需平衡分析，即用各區(qū)不同典型年的水資源量減去各區(qū)需水量，結(jié)果見表3-13。

表3-12 項目區(qū)水資源評價結(jié)果 單位:104m3

表3-13 供需平衡分析計算表 單位:104m3

5 結(jié)論

本文主要是在邙山生態(tài)園區(qū)水資源現(xiàn)狀以及維護園區(qū)生態(tài)環(huán)境的緊迫性的基礎(chǔ)上，對其生態(tài)環(huán)境需水進行的計算，通過計算可以對園區(qū)水資源進行供需平衡分析，為園區(qū)植被進行水資源的優(yōu)化配置提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

［1］牛秀敏，鄭少智.幾種常規(guī)綜合評價方法的比較［J］.統(tǒng)計與決策，2006.5.

［2］胡建忠.黃土高原重點水土流失區(qū)生態(tài)經(jīng)濟型喬木樹種的區(qū)位環(huán)境適應(yīng)性［M］.黃河水利出版社，2000.6.

［3］李遠華主編.節(jié)水灌溉理論與技術(shù)［M］.武漢:武漢水利水電出版社，1999.1.

［4］張旭東，楊興國，楊啟國.半干旱區(qū)林地耗水量規(guī)律研究［A］.中國氣象學(xué)會2005 年年會論文集［C］.

［5］余新曉，張建軍，朱金兆.黃土地區(qū)防護林生態(tài)系統(tǒng)土壤水分條件的分析與評價［J］.林業(yè)科學(xué)，199632(4):289—296.

［6］李正國，王仰麟，張小飛，吳健生郭亞軍.景觀生態(tài)區(qū)劃的理論研究［J］.2006.9.

［7］農(nóng)田排水工程技術(shù)規(guī)范.中華人民共和國水利部SL/T 4—1999.