Page 60 - 2023年第54卷第12期

表 ２ 不同尺度节水潜力的转化关系
实际取水节水潜力 实际耗水节水潜力
尺度
总项 分项 总项 分项
植株 Δ Ｗ 植株取水 Δ Ｔ １ Δ Ｗ 植株耗水 Δ Ｔ １

保留：Δ Ｔ １ 保留：Δ Ｔ １
田间 Δ Ｗ 田取水 Δ Ｗ 田直耗
＋ ＋ ＋ －
新增：Δ Ｅ ３ Δ Ｗ ２ ＳＷ １ Δ Ｗｇ ２ Δ Ｗｅｇ １ 新增：Δ Ｅ ３
＋ ＋ ＋ － ＋
保留：Δ Ｔ １ Δ Ｅ ３ Δ ＳＷ １ Δ Ｗｇ ２ Δ Ｗｅｇ １ 保留：Δ Ｔ １ Δ Ｅ ３
灌溉单元 Δ Ｗ 灌取水 替换：Δ Ｗ ３ Δ Ｗ 灌耗水
＋ ＋ ＋ － ＋ ＋
新增：Δ Ｅ １ Δ Ｅ ２ Δ Ｅ ４ Δ Ｗｇ １ Δ Ｗｐｇ １ 新增：Δ Ｅ １ Δ Ｅ ２ Δ Ｅ ４
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
保留：Δ Ｔ １ Δ Ｅ １ Δ Ｅ ２ Δ Ｅ ３ Δ Ｅ ４ Δ ＳＷ １
＋ ＋ ＋ ＋
保留：Δ Ｔ １ Δ Ｅ １ Δ Ｅ ２ Δ Ｅ ３ Δ Ｅ ４
＋ － －
Δ Ｗｇ １ Δ Ｗｇ ２ Δ Ｗｅｇ １ Δ Ｗｐｇ １
绿洲 Δ Ｗ 绿取水 替换：Δ Ｗ ４ Δ Ｗ 绿耗水
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
新增：Δ Ｔ ２ Δ Ｔ ３ Δ Ｅ ５ Δ Ｅ ６ Δ Ｅ ７ Δ Ｅ ８ Δ ＳＷ ２ Δ ＳＷ ３
＋ ＋ ＋ ＋ ＋
新增：Δ Ｔ ２ Δ Ｔ ３ Δ Ｅ ５ Δ Ｅ ６ Δ Ｅ ７ Δ Ｅ ８
＋ － － － －
Δ ＳＷ ４ Δ ＧＷ－ Δ Ｗｅｇ ２ Δ Ｗｅｇ ３ Δ Ｗｅｇ ４ Δ Ｗｐｇ ２ Δ Ｗｐｇ ３
注：“保留” “新增” “替换” 是指相对上一个尺度。
３．４ 面向生态健康的干旱区灌溉绿洲农业节水潜力评价方法 前面详细阐述了基于灌溉水分循环转化
视角的节水潜力计算及尺度效应，在实际应用中，灌溉水分与降水等其他水分共同在绿洲水系统中循
环转化，大规模实施节水措施时还需兼顾节水可能产生的生态效应，其计算评估十分复杂。为此，本
文基于水循环过程和生态健康约束，提出了一种面向生态健康的干旱区绿洲农业节水潜力评价方法，
计算框架如图 ３所示。其中，包括下列三个关键步骤：
（ １）精细模拟绿洲区水循环全过程。干旱灌溉绿洲水循环过程模拟的关键是刻画好复杂引排水系
统的水力联系、地表与地下水频繁转换关系、上下游水分重复利用问题。通过分布式水循环模型定量
描述引水域、排水域及其耗散－ 汇合结构关系，模拟灌区地表水 － 土壤水 － 地下水转化过程，输出灌溉
绿洲区－ 灌溉单元－ 农田不同尺度下的水循环要素通量，如引水量、耗水量、入渗量、排水量、地下水
位变化等，具体可参考团队自主研发的 ＷＡＣＭ模型（ＷａｔｅｒＡｌｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄＣｙｃｌｅＭｏｄｅｌ） ［４６ － ４７］ ，可作为支
撑农业节水潜力评估的定量化技术工具。
（２）确定绿洲区生态健康关键阈值。在干旱区绿洲，当地降水稀少，地下水作为天然生态不可或
缺的水分来源，是影响绿洲生态健康与否的关键因素 ［４８ － ４９］ 。因此，需要在保障节水与生态健康两大
目标中把地下水位控制在合理的阈值区间。干旱绿洲区受地下水位影响的生态问题主要有三类，即土
壤盐渍化、陆面植被退化和河湖湿地萎缩。其中，土壤盐渍化问题需要确定合理的地下水位阈值上
限，即盐渍化控制地下水位阈值；陆面植被与河湖湿地则需要确定合理的地下水位阈值下限值，即维
持植被健康的地下水生态水位阈值和维持湖泊湿地稳定的地下水生态水位阈值。在此基础上考虑地下
水位阈值与生态系统在不同区域、不同时间的匹配程度，实施生态健康目标下的农业节水，科学解析
农业节水可能造成的生态影响，可通过生态调查统计分析、模型计算分析和遥感统计分析来确定。干
旱绿洲区合理的地下水生态水位阈值一般在 ２．０～４．０ｍ ［５０］ ，具体需结合区域实际情况确定。
（３）农业节水情景方案集设置。情景方案的设置首先是根据研究区现状确定基准方案，其次是分
析不同节水措施实施效果及可能推广前景，制定分项的农业节水措施及方案，如渠系衬砌、种植结构
调整以及高效节灌等措施，再结合区域相关规划及发展目标，制定未来可能的节水组合情景方案集，
通过绿洲分布式水循环模型模拟不同节水方案的水循环过程，以地下水生态水位阈值为约束，对比评
估确定合理的节水边界及取水、耗水节水潜力值，科学回答生态健康目标下的农业节水问题。

４ 结论

受水循环驱动，干旱区灌溉绿洲农业节水潜力存在显著的尺度效应和生态影响问题，这也是导致农

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