Page 59 - 2023年第54卷第12期

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式中：Δ Ｗ 为灌溉单元尺度实际取水节水量，ｍ ；Ｗ 、Ｗ′分别为灌溉单元采取节水措施前、后的
灌取水 ０ ０
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取水量，ｍ ；Δ Ｅ为灌溉单元排水沟道水面蒸发变化量，ｍ ；Δ Ｗｐｇ 为灌溉单元通过地下水含水层排
４ １
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泄至排水沟道的水量变化，ｍ 。
理论上，除作物蒸腾量外，灌溉单元的其他耗水均是可被节约的，而实际无法实现只保留田间作
物蒸腾耗水，则灌溉单元尺度理论耗水节水潜力和实际耗水节水潜力可计算如下：
Δ Ｗ 灌耗水ｍａｘ ＝ （Ｅ＋ Ｅ） ＋ （Ｅ＋ Δ Ｔ） ＋ Ｅ；Δ Ｗ 灌耗水 ＝ （ Δ Ｅ＋ Δ Ｅ） ＋ （ Δ Ｅ＋ Δ Ｔ） ＋ Δ Ｅ ４ （１５）
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１
１
１
２
３
４
１
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式中：Δ Ｗ 灌耗水ｍａｘ 、Δ Ｗ 灌耗水 分别为灌溉单元尺度的理论最大耗水节水量、实际耗水节水量，ｍ 。
（４）灌区或绿洲尺度节水潜力。灌区或绿洲尺度的空间范围进一步拓展至农田系统之外的林地、
草地、河湖湿地等其他土地类型。对地下水系统相对封闭的绿洲，其灌溉水分的耗散则主要通过蒸发
蒸腾消耗、绿洲排水两个路径。其中，蒸发蒸腾消耗除了农田系统外，还包括林地、草地、河湖湿
地、未利用地及居工地自然消耗的灌溉水量，这部分消耗水量通过水循环时空转化在灌区或绿洲内部
系统进行再利用，由此产生灌溉的生态效益，是维持灌区或绿洲生态健康不容忽视的水分来源之一。
灌区或绿洲尺度灌溉水平衡方程：
ｍ ｎ ｍ
ｉ ∑
Ｗ ＝ Ｅ＋ Ｔ＋ ＳＷ ＋ＧＷ ＋Ｗ ＋Ｗｐｇ ３ （１６）
０ ∑
ｊ ∑
ｉ
４
ｉ ＝１ ｊ ＝１ ｉ ＝１
３
式中：Ｅ、ＳＷ分别为灌区或绿洲第 ｉ种下垫面蒸发消耗的灌溉水量、土壤蓄存的灌溉水量，ｍ ；Ｔ指
ｊ
ｉ
ｉ
３
３
灌区或绿洲第 ｊ种植被蒸腾消耗的灌溉水量，ｍ ；ＧＷ 为地下水含水层蓄存的灌溉水量，ｍ ；Ｗ 为灌
４
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３
区或绿洲地表排水系统流出的灌溉水量，ｍ ；Ｗｐｇ为灌区或绿洲地下水系统流出的灌溉水量，ｍ 。
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与田间尺度、灌溉单元尺度理论最大取水节水量类似，根据灌区或绿洲水量平衡关系，灌区或绿
洲尺度理论最大取水节水量为：
ｍ ｎ ｍ
＝
ｉ ∑
ｊ ∑
Δ Ｗ 绿取水ｍａｘ ∑ Ｅ＋ Δ Ｔ＋ ＳＷ ＋ ＧＷ＋ Ｗ ＋ Ｗｐｇ （１７）
ｉ
４
３
ｉ ＝１ ｊ ＝１ ｉ ＝１
实际情况无法达到上述理想状态，灌区或绿洲尺度的实际取水节水量：
Δ Ｗ 绿取水 ＝ Ｗ － Ｗ″ （１８）
０
０
或者：
ｍ ｎ ｍ
ｊ ∑
＝
ｉ ∑
Δ Ｗ 绿取水 ∑ Δ Ｅ ＋ Δ Ｔ ＋ Δ ＳＷ ＋ Δ ＧＷ＋ Δ Ｗ ＋ Δ Ｗｐｇ ３ （１９）
ｉ
４
ｉ ＝１ ｊ ＝１ ｉ ＝１
同理，绿洲尺度的取水节水量、耗水节水量：
ｍ ｎ ｍ ｎ
ｉ ∑
＝
＝
ｉ ∑
Δ Ｗ 绿耗水ｍａｘ ∑ Ｅ＋ Δ Ｔ； Δ Ｗ 绿耗水 ∑ Δ Ｅ＋ Δ Ｔ ｊ （２０）
ｊ
ｉ ＝１ ｊ ＝１ ｉ ＝１ ｊ ＝１
３
式中：Δ Ｗ 绿取水 ｍａｘ 、Δ Ｗ 绿取水 分别为绿洲尺度的理论最大取水节水量、实际取水节水量，ｍ ；Ｗ″为灌区或
０
３
绿洲尺度采取节水措施后的需水量，ｍ ；Δ Ｗ 、Δ Ｗ 分别为绿洲尺度的理论最大耗水节水量、
绿耗水 ｍａｘ 绿耗水
３
实际耗水节水量，ｍ 。
（５）不同尺度节水潜力的转化关系。通过不同尺度的节水潜力计算可以看出，节水潜力的尺度效
应随着水分循环转化的空间范围不断延伸，以实际取水节水潜力为例（见表 ２），在植株尺度向田间尺
度转化时，增加了灌溉水在田间土壤层的蒸发、入渗、蓄存、潜水蒸发及田间地表排水的变化项；田
间尺度向灌溉单元尺度转化时，空间上增加了引排水渠系，进一步增加了引排水渠系的水面蒸发、土
壤蒸发、入渗补给地下水及地下水排泄的变化项，同时田间地表排水替换为灌溉单元排水，空间尺度
的延伸进一步增加了循环过程及水分消耗；灌溉单元尺度向绿洲尺度转化时，取水量并无变化，但是
在灌溉取水的空间利用消耗上增加了农田之外的其他下垫面类型，包括林草地、居工地、未利用地、
河湖水域的蒸腾蒸发及土壤蓄存灌溉水分的变化项，由于水分循环频繁转换，还增加了地下水对农田
外下垫面的潜水补给项、地下水通过河湖水域的排泄项和地下水直接流出灌溉绿洲的排泄项，地表排
水沟道出流量替换为绿洲地表出流量，通过地表及地下水的循环转化，农业灌溉水分显著支撑了农田
外的生态系统部分消耗水分。
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