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gef项目国际研讨会中文论文集 

摘要：海河流域是受人类活动影响非常剧烈的流域，水资源供需矛盾十分突出。随着流域人工特性的日益显著，有必要将传统的以供需平衡为核心的水资源管理转向以et管理为核心的耗水管理。本文完全基于遥感et和遥感生物量，以水分生产率为控制指标，分析了海河流域农业节水潜力。结果表明：海河流域耕地多年平均水分生产率为1.000kg/m3；平原区水分生产率普遍高于山区水分生产率，且区域间差异相对较小；海河流域农业节水量在低度目标水分生产率下为35.15亿m3，在高度目标水分生产率下为58.06亿m3；具备节水潜力的区域主要位于平原地区，包括零星分布的低产田和面积较大的中产田。

 

关键词：遥感，水分生产率，农业节水潜力，海河

 

1引言

 

水资源短缺的压力正随着人口增长而日益加重[1]，而且粮食需求也随之越来越迫切。当水资源成为区域发展的限制性因素时，农业应该以单方水粮食产量即水分生差率而不是单位面积土地粮食产量来衡量其产出[2]，农业发展必然将以水分生产率（water productivity : wp）的增长来缓解其水资源短缺和粮食需求增长的压力[3]。

 

在本质上，水分生产率是指特定活动中单位用水量的产出[3]，但水分生产率的定义并不统一，可以根据不同用水行业如种植业、渔业、林业、工业、生活等定义成用水过程中单方水的产出量或特定环境下的附加值[4]-[7]。对农业而言，水分生产率的基本形式是产量/耗水量，但产量可以是干物质重（总生物量或地上干物质重）也可以是经济产量，耗水量可以是蒸腾蒸发量，也可以是植被腾发量，具体类型可根据实际需求、数据掌握情况进行选择。凡是影响产量和耗水量的因素都会影响到水分生产率的大小，主要包括作物种类、用水方式、灌浆期长短、土壤因素、耕作方式、经济投入等[3]。

 

农业节水不仅是解决水资源供需矛盾的重要途径，也是维护国家粮食安全、改善区域生态环境的重要途径。农业节水的根本目的是在水资源有限的条件下实现农业生产的效益最大化，本质是提高应用于农业的单方水产出。传统农业节水主要依靠工程措施提高灌溉水利用率，并把因灌溉水利用率提高减少的渠系和田间渗漏量、渠道退水量以及田间排水量统归为节水量。事实上，在采取工程措施前，这些所谓节水量中的一部分并未损失，只是以不同形式被下游或生态环境所利用。因此，传统节水量不是真正意义上的节水量，只有那些通过采取各种措施减少的无效蒸腾蒸发量，才能称为真实节水量，加强et管理是促进农业真实节水的有效手段。

 

2模型与数据

 

2.1计算流程与计算方法

 

在农业节水潜力计算方面，过去多侧重于单项节水技术的节水效果研究而没有考虑各种节水技术的相互影响，较少从整个区域水资源综合利用加以考虑。因此，本研究紧扣et管理的精髓，充分利用遥感et和遥感生物量成果，以农业水分利用效率为控制性指标，估算农业节水潜力，计算流程如图1。

首先，以生物量数据估算农业粮食产量，结合陆面et确定水分生产率；然后，以水分生产率为依据划分待改善区域，并设定水分生产率改善的目标值；再结合粮食产量，反推得到水分生产率改善后的农业耗水量，进而得到农业节水潜力。

 

不同于传统的基于可利用水量计算节水潜力的方法，本文基于现状耗水量以水分生产率为衡量标准进行农业节水潜力计算。计算步骤包括1）确定水分生产率临界值，提取具备节水潜力的区域；2）选取水分生产率目标值，确定水分生产率提升幅度；3）比较实际水分生产率与水分生产率目标值之间的差值，利用粮食产量反推得到农业节水潜力，计算公式如下：

2.2数据说明

 

本文农业节水潜力估算的起始数据为半月尺度陆面et和半月尺度生物量，均为etwatch区域蒸散遥感监测业务化运行系统提供。et数据利用地面观测资料验证表明涡度相关观测数据能量闭合率在0.9以上时，日蒸散结果平均偏差约10%，具备相当的精度[8]。将利用生物量计算得到的河北省小麦粮食产量与农情遥感速报系统结果对比，如图2，本文结果稍高于农情遥感速报结果，这可能与作物生长季、种植面积统计口径不一致有关。

农业节水潜力计算之前，需要首先对耕地进行初步处理，包括1）去除雨养农业区域；2）提取纯度较高的耕地像元。雨养农业的水源是天然降水，耗水量无法控制，节水潜力也就无从谈起。本文依据耗水量与天然降水量的比较，扣除了主要位于山区的雨养农业区；1