准确的水资源量对于水资源规划,保障生态环境和经济协调可持续发展,以及应对全球气候变化有着重要的意义,也符合最严格水资源管理制度的需求。然而已有的水资源量估算方法并不适合高度人工干扰的水循环环境。 本文以解决“水资源量有多少”为目标,提出了耗水管理理念下的人类可持续耗水量估算方法。通过对城区和农田区不可控ET的估算方法研究,估算了海河流域及三级区2002—2008年的人类可持续耗水量;通过人类可持续耗水量与实际耗水量的平衡分析,估算了海河流域及三级区的水资源亏缺状态;通过对农田ET的可控性分析,探讨了农田休耕状态下的节水潜力及其影响因素。本文结论如下:
(1) 从可耗水角度出发,提出了人类可持续耗水量估算方法。人类可持续耗水量为在不损害环境和生态可持续发展前提下,人类能消耗的一切形式的用于生活和生产的水量,包括部分蓝水资源量以及农田、城区的绿水资源量,拓展了传统水资源内涵;人类可持续耗水量采用降水扣除不可控ET及环境流得到。
(2) 2002—2008年,海河流域的多年平均人类可持续耗水量为364.0亿m3,山区和平原区多年平均人类可持续耗水量分别为143.8亿m3和220.2亿m3,农田、林灌草地、城区、水域、未利用地的人类可持续耗水深分别为246.7、27.3、302.8、-155.9、7.8mm。农田的人类可持续耗水总量占海河流域总人类可持续耗水量的80%强。海河流域的农田绿水可耗水量略高于蓝水可耗水量,前者为201.5亿m3,后者为101.9亿m3。
(3) 海河流域2002—2008年多年平均人类可持续耗水量远低于人类实际耗水总量,需通过可控ET调整或其他途径解决65.5亿m3的亏缺水量。在人类实际耗水量中,生物能耗水可忽略不计;农田可控ET最大,占81%,是调控的重点,可结合其空间分布及作物水分生产率选择休耕;城区太阳能可控ET(含机会ET和景观可控ET)比例也较大,可采取措施调控。海河流域的农田和平原区农田平均可控ET分别为282.9mm和389.2mm。为弥补海河每年65.5亿m3的水资源亏缺,约需休耕19%的农田或24%的平原区农田。
(4) 发展了农田和城区不可控ET的快速估算方法。综合利用NDVI时间序列、土地利用、蒸散发等数据,采用摞荒地NDVI阈值探测法提取荒地点,并将荒地点ET采用克吕金外推扩展到全流域农田区,获得了精度较高的农田不可控ET空间分布结果;将城区的不可控ET简化成不透水面区域不可控ET和非不透水面区域(主要为土壤下垫面构成的花卉等绿地种植区)不可控ET的耦合,并通过将不透水面盖度引入城区,解决了两种下垫面不可控ET的耦合。
(5) 可控耗水是人类真正节水的潜力所在。分析了降水、灌溉强度和作物种植密度对农田可控ET的影响。结果表明,降水对可控ET有正影响,但影响未达显著性水平。灌溉强度和作物种植密度与可控ET显著正相关。灌溉强度和作物种植密度可分别解释70.2%和68.4%的农田可控ET变化,年尺度上综合考虑二者可解释77.4%的农田可控ET变化。因此,作物植被密度和灌溉强度是影响可控ET的两个最主要因素,也是节水的潜力所在。