华北平原的水土资源平衡研究

来源：中国环境资源网作者：中国自然资源学会更新时间：2005-11-21 10:35:38

_t) 或由降水入渗产生的地下水量 (Q_up) 的发生，但土壤中的有效蓄水量 (ST_t) 和作物的亏水量 (DEF_t) 并存，注意这里采用的是蓄满产流的原理，并且 DEF≤0, 而 ST_t≥0；当 BL_t＞120mm 时，由于在式 (3) 中的地表产流量 (Qs_t) 可以根据降水—径流关系单独扣除^[4、5]，此时的土壤层已达田间持水量，那么再扣除土壤最大有效含水量 (ST_max) 后，剩下的就是降水入渗水量与毛管上升水量之差 (Q_up－Q_uc)_t 了。因为这种假设和计算会产生误差，所以我们再加入一个误差项，即 (Q_up－Q_uc)_t＋η=BL_t－ST_max；而一旦出现 BL_t≤0 时，说明 t 时段的降水量不能满足作物的需水要求，需要动用土壤中的有效蓄水量 (ST_t)，此时的土壤水蓄变量ΔMt 肯定是负的，并且ΔM_t≥BL_t。图 2 是根据式 (2)～(9) 编写的计算流程图，它描述了某县某作物在 t 时段的水土平衡过程，其中的 PE_t 为累积的蒸发潜力，它与土壤蓄水量 ST_t 为互逆关系，是模型中水量保持平衡的两个重要因子，其平衡的原理是通过土壤水分的调蓄曲线（图 3）实现的。统计某县的农业亏水量时，只要将各种作物的亏水量乘以各自的播种面积后再累加就可以了，即：0.0000667×DEF_t×A_c
（亿 m³），其中 A_c 为第 c 种作物的播种面积（万亩），c=1,2...10；DEF_t 为对应于 A_c 面积上的作物亏水量，t 为作物生长期内的月份序数，0.0000667 为单位转换系数。

图 2 水土资源平衡计算流程
Fig.2 Flow chart of balance between soil and water resources

图 3 华北平原的土壤水分调蓄曲线
Fig.3 Modulation curve of soil moisture in the North China Plain

4 华北平原水土资源平衡的结果

　　经过天然状态下的水土资源平衡计算以后，每个县（区）可以得到各种作物的需水量、土壤水变化量、作物亏水量等 30 个以上的文件，这些文件均以长系列年月的形式表达了在现状年（1995 年）作物结构情况下，该县（区）的农业水土资源平衡状况，基本上达到了重现历史过程，了解华北平原水土资源平衡各分量的时空变化的目的。如果将这些结果与田间实测资料比较，还可以得到灌溉水量和毛管水量等一些很宝贵的平衡数据。表 2 是 2100 个亏水量文件的综合结果，表中显示：华北平原 884.8万hm² 的耕地面积（相当于 1313.6万hm² 的播种面积），多年平均的作物亏水量为 309.37亿m³，其中冬小麦是亏水大户，占总亏水量的 39.4%，其次是玉米和蔬菜，三者的亏水量占全部作物亏水量的 72.3%。图 4 是经过 5000 多个文件整理而成的农田水量平衡图，它显示了天然状态条件下华北平原耕地面积上降水量、作物需水量和亏水量的平衡状态。图 4 清楚地显示：4～6 月份的作物需水量最大，而同期的降水量严重不足，这个时期的亏水量占全年亏水量的 68.9%；但是，7～8 月份的降水量不但满足了农田的需水量，而且有径流量（Qs 和 Qup）产生；尽管降水量与作物需水量的年内分配很不协调，但经过土壤层和地下含水层的天然调蓄作用以后，有效降水量的比例仍然很高，图 4 中的需水量过程线与亏水量过程线之间的面积为有效降水量，占年降水量的 82.2%（表 4）；水土资源平衡计算模型的结果还显示：在不考虑土壤层的调蓄作用情况下，华北平原农田的亏水量为 420.7亿m³，与有土壤层调蓄的结果（表 2）相差 111.3亿m³。