基于目标ET的海河流域节水和高效用水的对策探讨（朱晓春,李木山,宋秋波）

GEF项目国际研讨会中文论文集

摘要：本文从分析传统节水存在的问题入手，提出了在资源型缺水的海河流域，降低蒸腾蒸发量ET是缓解水资源短缺的有效途径。本文中的区域目标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生态文明建设要求的可消耗水量。阐述了区域目标ET的确定方法，并提出基于目标ET的节水和高效用水的内涵为降低区域无效消耗，提高有效消耗的 水分生产率、经济效益、生态效益及社会效益。同时指出了当前开展基于目标ET的节水和高效用水水资源管理的对策。

关键词：蒸腾蒸发量，目标ET，节水和高效用水，对策

1问题的提出

海河流域是我国的政治、经济和文化中心，同时也是水资源匮乏地区。全流域以占全国1.3％的有限水资源量，承担了占全国11％的耕地面积和10％的人口以及京、津等26座大中城市的供水任务，支撑着占全国14.1%的GDP经济发展。当地的水资源条件已难以支撑经济社会的发展。由于水资源的过度开发，造成了一系列的生态环境恶化问题，主要体现为河道干涸断流、地表水体污染、地下水超采严重、浅层地下水水质恶化、入海水量锐减、河口区海域污染严重等。

近20年来，流域内各地区在水资源开发利用、节约用水方面开展了大量工作，取得了较大的成效，工业用水重复利用率及农业灌溉水的利用率和水分生产率得到了提高。但是，流域生态恶化的势头并没有得到有效遏制。究其原因，主要是传统的农业节水措施往往以提高灌溉保证率、增加灌水次数、提高单位面积产量和增加灌溉亩数为目的，总用水量没有减少，还有可能加大了蒸腾蒸发量ET。

从流域的水量平衡角度出发，只有ET才是水量的实际减少。海河流域在降雨和外调水量一定的情况下，要实现流域的可持续发展，并维持一定的入海水量、满足地下水位不下降，最有效的途径是控制流域的ET。ET作为水循环大系统的主要消耗项，对水资源的效用起着决定性的作用。因此，在资源型缺水的海河流域，降低ET是缓解生态环境恶化趋势，维持经济社会可持续发展的有效途径。进行以控制ET为核心的水资源管理是应对水资源短缺的必然趋势。

高效用水，指的是提高用水过程中水的利用效率和水分生产率。效率提高，意味着损失浪费减少。从这个意义上说，高效用水和节约用水是统一的。节约用水的目标是要实现减少水资源的ET。世行在GEF海河流域水资源与水环境综合管理项目中引入了遥感监测的区域综合ET，并提出了以控制ET为核心的水资源管理理念。基于目标ET，从水资源可持续利用和维系良好生态环境的高度来研究流域层面上节水和高效用水不仅必要而且非常迫切。

2区域目标ET的内涵及其确定方法

2.1区域目标ET的内涵

ET为“evapotranspiration ”的英文缩写,狭义是指植物蒸腾蒸发, 过去曾简称蒸散。其物理意义是指水分从地球表面移向大气的过程, 包括从土壤与植株表面的液相或固相水的蒸发和通过植物组织的蒸腾。

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，生态环境良性循环为约束，满足其经济可持续发展与生态文明建设要求的可消耗水量，包含以下三层意思：

第一，以流域或区域水资源条件为基础。水资源基础条件包括当地降水量、入境水量、外流域调入水量、特定时期可以接受的地下水超采量，以及必要的出境水量。

第二，维持生态环境良性循环。必须保证一定的河川径流量和入海水量，以维持河道内与河口生态；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。

第三，满足社会经济的可持续向好发展与生态文明建设的用水要求。采取可行的经济技术手段和管理措施，从节水和高效用水的角度出发，立足于减少无效消耗，提高有效消耗的水分生产率、经济效益、生态效益及社会效益，实现区域经济社会的可持续发展与生态文明建设。

综上所述，目标ET可以理解为在满足一定的粮食产量、农民增收、经济发展、生态环境不恶化、兼顾上下游与左右岸公平用水的要求下，流域或区域的可消耗水量。其组成包括：①通常意义下的ET，即植被的蒸腾、土壤或水面的蒸发；②工农业生产时固化在产品中，且被运出本区域的耗水。从水平衡的角度来看，区域目标ET可以表达成公式（1），其示意图见图1。

2.2目标ET的分类指标体系

依据不同的分类标准，可将ET分为不同的分项：基于下垫面条件，分为耕地、林地、草地、水域、城乡居民生活及工业用地（以下简称城乡居工地）、未利用土地ET；基于蒸发机理，分为植物冠层截留蒸发、植被蒸腾、植被棵间蒸发、地表截留蒸发、土壤水蒸发、水面蒸发等；基于用水过程，分为输水ET、用水ET和排水ET等。借鉴流域“总量控制、定额管理”的水资源管理实践，目标ET可分为综合ET和分项ET。

综合ET即从总量上给出流域的ET管理目标，即可耗水量；分项ET，根据遥感监测的现状ET，可分为耕地ET、城乡居工地ET、陆生植被ET、水生植被ET和未利用土地ET。见表1。

从供水来源分为可控和不可控；从ET的产出分为无效和有效。从人类活动干预程度的角度出发,要实现节水和高效用水，灌溉耕地ET和城乡居工地ET是目标ET的调控重点，在生产实践中可以落实在定额管理和总量控制上。实际操作上，可控分项ET的调控措施主要有两种：一是减少低效蒸发；二是控制供水。城乡居工地ET的消减主要靠控制供水，通过减少水源供给来促进节约用水和高效用水，减少低效的ET；灌溉耕地ET的消减主要靠采取综合管理措施，提高有效ET的产出，降低无效ET的消耗。

2.3目标ET制定的原则

为了有效地促进海河流域各个地区向节水和高效用水的方向发展，目标ET的制定遵从以下原则：

（1）要适应当地水资源条件

在考虑外调水的情况下，海河流域要实现水资源的可持续利用，综合目标ET要尽可能小于或等于多年平均降雨。

（2）应注重水资源利用的高效性

制定目标ET时，不同地区的灌溉耕地ET和城乡居工地ET采用统一的节水标准，考虑用水定额和用水效益进行合理分配；陆生植被ET和水生植被ET考虑上游与下游的需求差异，在流域范围内统一调配，优化组合不同区域的目标ET，这样可以鼓励地方积极发展节水产业和进行节水改造，使流域内的水资源得到最有效的利用。

（3）要注重维持河道内用水和入海水量

可持续发展核心问题是实现经济社会发展和人口、资源、环境的协调，发展不能以牺牲生态环境为代价。海河流域综合目标ET要满足维持一定的入海水量、维系良好的生态环境为目标。在目标ET的管理下，地下水超采和入海水量等得到明显改善。

（4）区域间的目标ET配置要系统合理

海河流域涉及8个省级行政区、15个水资源三级区、35个省套水资源三级区，不同区的水资源丰缺不一、节水水平参差不齐，统筹考虑上下游、左右岸，不同用户的ET需求差异，综合可控和不可控ET在流域范围内进行统一调配不同区域的目标ET。

2.4目标ET的确定方法

目标ET的计算使用水资源配置模型、分布式水文模型、遥感方法和土壤墒情模型。整个计算过程包括“自上而下、自下而上、评估调整”三个环节。“自上而下”，即在水资源配置时先进行流域级的水量平衡分析，通过流域级的水资源配置获得合理的省套水资源三级区的水资源配置方案集（包括降水量、入境水量、调水量、地下水超采量、出境水量、入海水量等）；“自下而上”，即以配置方案集为基础，通过区域各分项ET的计算得到不同水资源条件下的省套水资源三级区的目标ET；“评估调整”，是根据目标ET的制定原则，对不同方案的目标ET进行定性或定量评估，检验其制定的合理性,并提出省套水资源三级区的目标ET的推荐方案。

流域级水量平衡分析采用二元模型的WEP分布式水文模型和ROMAS水资源配置模型进行耦合模拟分析，据此将流域级不同水平年的目标ET分配到各省套水资源三级区。

省套水资源三级区的分项ET计算，应用遥感监测和土壤墒情模型进行求解。利用遥感监测模型确定不可控的天然植被（草地、林地）、水域ET、未利用土地ET、雨养耕地ET以及居工地的天然降水产生的ET；利用土壤墒情模型计算灌溉耕地ET；利用定额法计算居工地的用水总量，通过耗水率法得到城乡居工地的人工补水ET。由于区域目标ET要满足单元水量平衡的要求和流域水量平衡的要求，所以要通过配置模型进行修正，即把配置结果反馈回去修正分项ET，再重算单元综合ET，直到各个分项ET之和和配置模型计算出的单元综合ET结果一致为止。目标ET的确定是一个“调整——试算（区域水平衡分析和水资源配置）——再调整——再试算”的过程。见图2。

3基于目标ET的海河流域节水和高效用水的对策

3.1存在的问题

（1）基于目标ET的节水和高效用水的重要性尚未受到足够的重视。

基于目标ET节水和高效用水属于一个全新的理念，在海河流域开展研究工作目前尚属首次，对于理论的探索仍处于初步阶段，在认识上还存在分歧。

（2）基于目标ET的节水与高效用水的系统监测评价指标体系尚未建立

从世行的农业节水项目到GEF海河流域的水资源和水环境综合管理项目，“真实”节水、“基于ET的节水和高效用水”理念得到了深入体现，示范县也有节水的评价指标体系。但从全流域尚缺乏基于ET的系统的、科学可靠的、全面的、简便和可操作的监测评价指标体系。

（3）基于目标ET的节水和高效用水的研究和推广工作亟待深入

GEF海河流域水资源与水环境综合管理项目开展历时四年，得到世行和海河流域的水资源管理部门及众多专家的高度重视。节水和高效用水的理念在示范县也进行了试验工作，但是目前开展的节水和高效用水的研究工作远远不能覆盖全流域的250多个区（县），如何将示范县的研究成果在全流域推广，亟待深入开展。

3.2对策

（1）建立基于ET的水资源管理体系

建立以“耗水”管理为主的水资源管理理念。为推进海河流域节水和高效用水的快速发展，水资源管理要建立以“ET耗水”为核心的管理理念。以“ET耗水”为核心的水资源管理理念中的“节水”，是从水资源消耗的效率出发，立足于水循环全过程，注重水循环过程中各个环节中的用水量消耗效率，农业措施与工程措施相结合，尽量减少无效消耗，提高有效消耗，使区域有限的水资源利用效率最大化。

建立ET管理机构。流域节水和高效用水是一项综合性很强的系统工程，为保证各项节水措施的实施和节水总体目标的实现，需要在海河流域以及流域内的各省（直辖市、自治区）成立相应的ET管理机构。

（2）建立基于ET的水资源管理组织实施体系

将广义的水资源配置系统纳入流域水资源规划。即在传统水资源调配的基础上，将配置水源拓展到降水、地表水、地下水和土壤水，以满足经济社会和生态用水的需求。只有把握各个用户在各个环节的供水、用水和耗水过程，才能制定相应的对策，尽量减少供水、用水过程中的无效消耗，最大限度的实现有效消耗的水分生产率、经济效益、生态效益及社会效益。

完善主要跨省河流省界断面水量监测站网。在主要的跨省河流省界断面逐步建立和完善水量监测站，掌握流域各省（直辖市、自治区）的来水、去水情况，尤其是对于跨省河流更需要相应的监测站点，为水资源的调度和进行水量分配（ET分配）提供依据。

建立基于ET的监测评价指标体系。总结世行农业节水项目和GEF海河流域水资源与水环境综合管理项目示范县的节水经验和节水指标体系，在此基础上，应进一步提出基于ET的可以评价全流域节水的监测评价指标，包括用水量指标、节水量指标、用水效率指标、水分生产率指标；节水工程实物量指标、生态环境指标、社会效益指标等。

加强对基层人员的培训。发展节水和高效用水最终要依靠广大的基层技术人员和用水户才能实现。应用目标ET在流域尺度上进行节水和高效用水是一项新技术，开展培训尤为重要：一方面，让基层水利工作者转变观念，认识应用ET管理的科学内涵，学会如何应用遥感监测的ET进行节水。另一方面，通过技术培训让农民掌握科学用水的知识和技能。

（3） 因地制宜，采用农业措施做好农业节水

从供水水源和人类能否可控来看，农业灌溉产生的ET占有较高的比重，因地制宜，采取综合农业节水措施是实现流域节水和高效用水的关键。根据海河流域目前农业节水开展情况，从降低蒸腾蒸发量、提高水资源利用率、作物水分生产率和经济投入较小为出发点，推荐海河流域大田作物采取以低压管道+地面闸管+小畦灌溉、秸秆覆盖和选择优良抗旱节水作物品种、调亏灌溉和科学平衡施肥等综合措施做好农业节水。在经济发达地区、城市郊区、经济作物种植区，逐步推广喷灌、滴灌、微喷灌等技术。

4结束语

基于ET进行的水资源节水和高效用水管理是世行推行的一种全新理念，可以预见的是，随着卫星遥感监测技术的发展，ET将会在流域或区域的水管理中发挥重要的作用。在水资源短缺的海河流域，随着经济社会的发展，基于目标ET的节水和高效用水的理念必将得到推广和应用，并在流域的水资源管理中发挥巨大的作用。

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