Page 81 - 2023年第54卷第9期

图 ２ 农业区域灌溉水消耗过程（遥感反演蒸散发消耗、土壤蓄水增加、补给地下水和形成径流（较少））概化图

３．１ 基于蒸散发的灌溉用水量估算 将该灌溉用水量定义为蒸散发与降水之差，如式（１）所示，可得
到基于蒸散发的灌溉用水量估算方法。
ＩＷＵ ＝ ＥＴ－ Ｐ （１）
ａ
式中：ＩＷＵ为灌溉用水量；ＥＴ为蒸散发；Ｐ为降水。
ａ
该方法简单易操作，但会严重高估灌溉用水量，尤其是在干旱期间 ［３６］ 。主要原因是该方案假设作
物蒸散消耗的水源供给，仅来自降水和灌溉水，没有考虑浅层地下水的毛管上升水源。另外，由于降
水数据的空间分辨率往往较其他水循环变量数据低，该方法在反映更精细的灌溉用水分布信息方面存
在不足。
此外，Ｈａｉｎ等 ［３７］ 结合卫星遥感和模型（水文模型或陆面模式）的优势，通过将遥感反演蒸散发和
模型模拟蒸散发（不考虑灌溉模块）的差异归因于非降水水源的消耗（地表水灌溉和浅层地下水等），
构建了基于蒸散发的灌溉用水量估算方法。直接将二者之差定义为净灌溉量 ［５］ ，在认识作物耗水特性
和灌溉行为方面具有一定优势。另外，Ｖｏｇｅｌｓ等 ［３８］ 考虑灌溉对蒸散发的影响，将灌溉农田蒸散发与附
近的雨养农田蒸散发的差异，定义为灌溉用水量。然而，上述灌溉用水量估算方法，没有考虑田间渗
漏和土壤水增量的部分，难以反映真实的灌溉用水量。
除了上述方法外，Ａｂｏｌａｆｉａ － Ｒｏｓｅｎｚｗｅｉｇ等 ［３９］ 利用水文模型或陆面模式，通过蒸散发数据同化或将
蒸散发设定为模型的率定目标，实现灌溉用水量的估算。该方法能够灵活选择合适的遥感蒸散发数
据，提升灌溉用水量估算的空间分辨率。然而，水文模型或陆面模式的灌溉模块物理机制的不足（如
固定的土壤水分阈值） ［３９］ 和遥感数据存在的误差，制约了上述灌溉用水量估算方法的有效性。
因此，基于遥感蒸散发的灌溉用水量估算方案，在原理上对灌溉过程的概化程度较大，忽略了地
下水的毛管上升水源、灌溉引起的土壤水分增加和土壤深层渗漏等因素的影响，估算结果存在较大
误差。
３．２ 基于表层土壤水分的灌溉用水量估算 该方法假设遥感表层土壤水分能反映灌溉活动引起的土壤
水增量，利用不具备灌溉模块的水文模型或陆面模式，结合遥感反演和模型模拟的表层土壤水分的差
异（如式（２））估算灌溉用水量 ［４０］ 。

ＩＷＵ ＝ ∑ ( ｄＳＭ ｓａｔ － ｄＳＭ ｍｏｄ ) － ∑ ( ｄＳＭ ｓａｔ － ｄＳＭ ｍｏｄ ) （２）
灌溉期 ｄｔ ｄｔ 非灌溉期 ｄｔ ｄｔ
式中：ｄＳＭ ?ｄｔ为遥感反演的表层土壤水分日变化；ｄＳＭ ｍｏｄ ?ｄｔ为模型模拟的表层土壤水分日变化。同
ｓａｔ
时符合以下 ３个条件的日期属于灌溉时期：遥感反演的表层土壤水分有增量（ｄＳＭ ?ｄｔ＞０）、模型模拟的
ｓａｔ
表层土壤水分没有增量（ｄＳＭ ?ｄｔ＜０）和当日无降水事件。
ｍｏｄ
０
— １ ９ １ —