邢臺市東部平原區(qū)作物灌溉定額分析

張猛

【摘 要】通過調整種植制度、采用作物品種與土壤水資源分配相吻合等措施，充分利用土壤水資源進行農業(yè)生產，尤其是對于水資源短缺的區(qū)域，通過調整農業(yè)結構，精確確定灌溉定額，可以減少地下水的抽取，提高節(jié)水效益，促進水資源的可持續(xù)利用。

【關鍵詞】土壤水資源量；灌溉定額；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. 區(qū)域地理氣候特征

1.1 地理特征。

邢臺市位于河北省南部，總面積12456Km2。西部為太行山區(qū)，面積3545Km2，東部平原區(qū)面積8911Km2，總人口647.97萬人，耕地面積1.52萬hm2，其中水澆地1.14萬hm2。西部為太行山區(qū)，山脈連綿，崗坡起伏，海拔高程多在1000m以下，最高山峰1822m，平均坡降1%左右，山區(qū)與平原間地形變化急驟，沒有明顯緩沖地段。由西向東，可分為山前沖、洪積扇平原和沖積、湖積平原兩部分，二者基本上以滏陽河為界。滏陽河以西稱為滏西平原區(qū)，面積3229 Km2，海拔高程一般在75～40m之間，坡度2.5‰～1‰。滏陽河以東為黑龍港平原和滹滏平原（簡稱滏東區(qū)）。黑龍港平原面積4934Km2，主要是古黃河與海河水系長期泛濫淤積而成，地勢平坦，坡度1/10000左右，高程多在35～30m之間，最低處24m。滹滏平原面積748 Km2，環(huán)境與黑龍港平原類似。本區(qū)主要種植小麥、玉米、棉花和谷子等。

1.2 降水量時空分布及年內分配。

邢臺屬暖溫帶大陸性季風型氣候，四季分明，全市多年平均年降水量530.6mm（1956～1997年系列）。干旱指數1.5～2.9之間，平原大于山區(qū)。降水量區(qū)域分布不均，山區(qū)大于平原。降水量年內分配集中，全年降水的75～80%形成于6～9月的汛期。降水量年際變化大，單站年降水量最大最小之比，山區(qū)一般在5～9倍，平原3～6倍。全市多年平均年徑流深44.1mm，折合年徑流量5.49億m3，其時空分布和變化特點與降水相似，但更顯劇烈。

2. 土壤水資源評價原理

2.1 土壤水資源的概念及其特點。

（1）土壤水資源作為土壤層內經常參與陸地水分交換水量，特別是根系帶中能為植物所利用并可恢復的水量。它表現為土壤水分不斷補給與消耗的動態(tài)水量，與常用的土壤儲水能力、土壤儲水量以及土壤有效水分等有所不同。

（2）土壤水是四水轉化的中樞. 無論是灌溉水， 還是天然降水， 都要轉化為土壤水后才能被作物根系吸收[1]。我們把可被作物根系吸收利用的地表淺層土壤空隙中的水稱為土壤水資源。土壤水資源，通過“土壤水庫”的調節(jié)被植物連續(xù)不斷的利用。土壤水的補給來源主要為大氣降水、農田灌溉、地下水補給和大氣中的水汽凝結，而其消耗主要為植物蒸騰和土壤蒸發(fā)。土壤水資源具有與其它資源不同的特點：其一，土壤水普遍存在于陸地表面的土壤中，具有分布的廣泛性和連續(xù)性，使土壤水資源得到充分的利用；其二，土壤水資源更新更快，具有不斷補給與排泄的動態(tài)特征；其三，土壤水資源為非重力水，雖然具有“液態(tài)”特性，但并不能作為開采資源加以利用和管理；其四，土壤水更新周期一般為一年，其變化過程與植物生長過程較適應[3]。

2.2 土壤水量平衡方程。

在天然狀態(tài)下，土壤水份循環(huán)過程中，不斷得到大氣降水和凝結水的補給，又以植物蒸騰和土壤蒸發(fā)形式不斷消耗；當土壤含水量超過田間持水量時，以重力水形式補給地下水；當蒸發(fā)使土壤含水量小于田間持水量，地下水埋深小于極限埋深時，又會從地下水得到補充。因而，在某 一時段ΔT內土壤水量平衡方程為：

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——某一時段內土層蓄水變量（mm）；P——降水量（mm）；Ps——降水滯留在土壤中的水量（mm）；ε——地下水通過毛管輸送到土壤中的水量（mm）；Ep——雨期蒸發(fā)量（mm）；Cm——大氣中或表層土壤顆粒間的水汽（mm）；Pz——植物截留量（mm）；Rs——降水產生的地面徑流量（mm）；Pγ——降水入滲補給地下水量（mm）；E——土壤蒸發(fā)量（mm）；T——植物蒸騰量（mm）；

取一年為周期，在一年內土壤水的總蓄水變量為ΣΔWεR= Σ（Ps +ε+ Cm）-Σ（E+T）

3. 土壤水資源的評價方法

3.1 評價范圍。

由土壤水資源的含義可知，土層中經常參與陸地水分交換的那部分動態(tài)水量作為評價對象。從土壤水分在垂直剖面上的變化情況，可以確定其變化范圍，但在不同地區(qū)，不同土壤巖性情況下，其評價范圍不同。根據對本區(qū)土壤水分垂直變化規(guī)律分析，發(fā)現位于地表至以下130cm深度土層間的土壤水分，常處于不斷的補給、蒸發(fā)動態(tài)中，該土層以下的土壤水分基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。參照一般作物主要根系深度，確定本地本項評價范圍為地表至地表下130cm深度之間的土壤水。

3.2 土壤水資源分項評價。

3.2.1 降水補給量（Ps）對每一個流域分區(qū)選擇相當于50%頻率降水頻率的2006年降水補給觀測資料進行分析計算。

（1）根據每個分區(qū)選擇的旱情監(jiān)測站實測土壤水資源量和水量平衡原理，以次降水量為單元進行計算，最后累加求的年補給量。本站土壤水分基本上5日測驗一次，與有大雨過程（日雨量超過30mm進行加測）。因此，對于大雨過程，由于雨后空氣濕度大，測驗間隔時間短，期間土壤水蒸發(fā)量可以忽略，降水前后實測的土壤水增量即為次雨補給量。但對于小雨過程，由于雨量小，測驗間隔時間長，期間土壤水分要消耗蒸發(fā)一部分，單用實測資料計算補給量會偏小，實測資料中常會出現降雨前后土壤水增量為負值的現象。另外，土壤水兩測次間在即有灌溉又有降水的情況下也無法分出因降水而引起的土壤水增量。遇到上述情況，便采用水量平衡方程進行估算。水量平衡方程式為：

Ps=P-Pz-EP-Rs-Pγ式中符號意義同前，當雨量較小時，Ep、Rs、Pγ 均為零，此時降雨對土壤的補給量為： Ps=P-Pz

（2）本地無實測植物截留量Pz資料，參考有關資料確定：一次降雨植物最大截留量為3mm，當日降雨量小于5mm時，植物截留量為降雨量的1/2。據此可求得每次小雨時的土壤水補給量。

（3）具體成果見表1，從年平均補給量看，年土壤水補給量約占年降水量的63%。

3.2.2 地下水對土壤水的補給量。

（1）當地下水位較高時靠毛管力的作用，潛水水分不斷上移，形成對土壤水的補給，最終通過植物蒸騰和土壤蒸發(fā)消耗。地下水對土壤水補給量即為潛水蒸發(fā)量。潛水蒸發(fā)量隨著土壤性質、土壤表層的蒸發(fā)強度、植物生長狀況及地下水埋深等變化。土壤表層蒸發(fā)強度越大，地下水埋深越淺時，地下水對土壤水的補給量越大；反之則越小。當地下水埋深大于極限埋深時，其補給量為零。另外，有作物時的地下水補給量要比對無作物時大[2]。

地下水對土壤水的補給量，可通過地中蒸滲儀等實驗裝置求得，無實驗資料的地區(qū)，可借用經驗公式或其他方法求得。根據對本站幾年地中蒸滲儀的潛水蒸發(fā)資料分析，推出了本站無作物條件小的潛水蒸發(fā)計算公式：

ε=0.12*（1-Δd）1.234*ε0

式中：ε——潛水蒸發(fā)量（mm）；ε0——水面蒸發(fā)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區(qū)逐月地下水對土壤的補給量，見表2。

3.2.3 大氣凝結水。

（1）大氣中的水汽在土壤表層的凝結，稱為大氣凝結水。它是一種特殊的降水。凝結水量的多少，決定于大氣的水分條件、溫度、風速等氣象因素和土壤特性。冬季氣候寒冷，飽和水汽壓低，晝夜溫差大，一年中凝結水量最大。夏季降水較多，空氣濕度大，凝結水量較大，春季氣候干燥多風，蒸發(fā)量大，凝結水量較小。

（2）目前，本站沒有進行凝結水量的直接觀測，借用氣候和下墊面條件相似的山東禹城實驗站凝結水量的觀測資料估算本區(qū)年凝結水量約100mm，主要分布在冬季節(jié)和夏季。詳細見表3。

（3）從測定結果可知，大氣凝結水量在土壤總水資源中占相當的比重，是滿足農作物生長的水源之一。

4. 總補給量及其評價

由上述分析可知，土壤水的總補給量包括降水對土壤水的補給量、地下水對土壤水的補給量以及大氣凝結水量，其和即為土壤水資源量，見表4，由表4可知，典型年土壤水資源量為495.3～542.8mm，流域分區(qū)平均土壤水資源量為513.5mm.降水直接補給是土壤水資源的主要來源，占總補給量的58%，地下水對土壤水的補給量、大氣凝結水次之。從其總量來看，接近于多年平均降水量，其更新周期和年內分配過程與降水過程基本一致。

5. 土壤水資源量可利用量分析

土壤水資源的應用價值主要表現為被植物不斷的吸收利用，因而其評價的最終目的歸結在土壤水資源量的可利用量的分析上。本文選黑龍港區(qū)域作為代表性區(qū)域對該地區(qū)降水頻率50%條件下的土壤水資源可利用量進行了分析計算，其結果見表5，其它區(qū)域分析方法基本一樣，不再做詳細敘述。由表5可知，作物生育期土壤水資源可利用量及灌溉補水量及其分配過程。小麥生育期土壤水利用率100%，需要灌溉補水量280.3mm；夏玉米生育期土壤水利用率為83.1%，灌溉補水量為54.2mm；棉花生育期土壤水利用率為77.2%，灌溉補水量為73.2mm。

6. 幾點認識

6.1 正確評價土壤水資源，是科學的制定灌溉制度和灌溉定額的基礎。目前通常采用作物需水量扣除有效雨量來確定灌溉定額的方法，而有效雨量只是土壤水資源中的一部分。本次分析，是在充分利用土壤水資源的基礎上，再計算灌溉定額。對于黑龍港地區(qū)來說，較目前通用方法確定的灌溉定額，小麥可降低30%左右，玉米可降低35%左右；棉花可降低40%左右。

6.2 降水補給是土壤水資源的主要來源，根據作物生長的需要，可采取一些措施（如平整土地、耕、耙等），在相同降雨條件下，增大降水對土壤水的補給量，以此來增加土壤水的資源量。

6.3 在水資源貧乏、灌溉條件較差的地區(qū)，加強土壤水資源的研究及評價工作尤為重要。以節(jié)水為目的的土壤水調節(jié)，就是要使灌溉既能滿足土壤水向根系活動層及時供應，又不產生深層滲漏造成灌溉水的浪費，還要盡量減少地表 無效蒸發(fā)和提高土壤水向蒸騰儲水及蒸騰耗水的轉化效率。在摸清本地區(qū)土壤水資源量及其時空分布規(guī)律的基礎上，采取合理的作物布局及相應的耕作方法等農業(yè)技術措施，可減少土壤水資源的無效蒸發(fā)，提高水資源的利用率[4]。

參考文獻

[1] 靳孟貴， 張人權， 高云福， 孫連發(fā). 土壤水資源的特性及若干指標. 地質科技情報， 1997，16 （2） ： 73～78.

[2] 馮謙誠，王煥榜， 土壤水資源評價方法的探討[J]. 水文，1990（4）：28～32.

[3] 朱福星， 王金珍. 四維治水-黃淮海平原農業(yè)水資源綜合治理配套技術. 北京： 科學出版社， 1993，57～61.

[4] 張利， 張彩英， 彭春香. 滄州地區(qū)土壤水資源研究. 自然資源學報， 1990，5 （3） ： 230～235.