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        海河流域ET 耗水量分布特征研究

        2010-10-13 09:03:46王文生齊建懷朱新軍鄒潔玉
        海河水利 2010年6期

        王文生,齊建懷,朱新軍,鄒潔玉

        (水利部海河水利委員會(huì),天津 300170)

        1 引言

        海河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展,水資源需求日益增加,但近年流域內(nèi)降水量偏少(2002—2008年年均降水量 495.7mm),而同期平均耗水量(511.1mm)較高,水資源供耗形勢(shì)緊張,特別是降水與水資源消耗時(shí)空分布之間的不協(xié)調(diào)現(xiàn)狀,更加劇了流域水資源供需矛盾。利用流域的遙感ET成果,分析全流域分年度的耗水量及其空間分布狀況,研究耗水空間分布規(guī)律、時(shí)間變化趨勢(shì)和下墊面影響,掌握流域和區(qū)域水資源消耗分布現(xiàn)狀,可為基于耗水的水資源管理及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境用水等提供數(shù)據(jù)參考。

        2 研究區(qū)基本情況

        海河流域是全國政治文化中心和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)之一。流域地處溫帶半濕潤(rùn)、半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年均氣溫由南往北和由平原向山地降低,極端最高氣溫一般出現(xiàn)在6、7月份,極端最低氣溫一般出現(xiàn)在1、2月份。流域1956—2000年多年平均降水量535 mm,是我國東部沿海降水最少的地區(qū)。冬季寒冷少雪,盛行北風(fēng)和西北風(fēng);春季氣溫回升快,風(fēng)速大;夏季氣候濕潤(rùn),降雨多,多東南風(fēng);秋季天高氣爽,降雨量少。流域?qū)儆谫Y源性嚴(yán)重缺水地區(qū),以不足全國1.3%的水資源量承擔(dān)著11%的耕地面積和10%人口的用水任務(wù),水資源供需矛盾十分突出。1980—2000年,流域水資源總開發(fā)利用程度達(dá)98%;其中,灤河及冀東沿海和徒駭馬頰河開發(fā)利用率為74%,海河北系、海河南系高達(dá)105%和109%。流域水資源開發(fā)利用程度已經(jīng)嚴(yán)重超過國際上公認(rèn)的安全開發(fā)利用程度,需從減少水資源消耗的角度真正降低水資源的開發(fā)利用,實(shí)現(xiàn)流域水資源的可持續(xù)利用。

        3 ET耗水量分布特征

        3.1 ET耗水量空間分布特征

        海河流域2002—2008年多年平均ET耗水量為511.1 mm,遙感ET耗水量的空間分布如圖1所示。

        從圖1可以看出,海河流域ET耗水量的空間分布各年規(guī)律性比較強(qiáng):山區(qū)ET值較低,尤其是內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)的灤河上游山區(qū)、永定河三家店上游山區(qū)最低;平原區(qū)ET值較高,尤其是環(huán)渤海帶及徒駭馬頰河平原區(qū)最高;流域ET值南部高于北部,北京、天津、石家莊等城市低于郊區(qū)和農(nóng)田。

        平原區(qū)ET值比山區(qū)多年平均高190 mm,這是因?yàn)樯絽^(qū)地表主要以稀疏草地、灌木林地或疏林地為主,覆蓋指數(shù)較低,旱地多為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè),ET值較低;而平原區(qū)是海河流域主要糧食種植區(qū),農(nóng)業(yè)多為復(fù)種指數(shù)較高的兩季作物,且多以開采地下水、引用地表水及引黃灌溉等人工灌溉為主,導(dǎo)致ET耗水量較高。

        3.2 ET耗水量時(shí)間分布特征

        對(duì)海河流域2002—2008年各月的ET耗水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)年內(nèi)12個(gè)月份的ET空間分布為:沿太行山、燕山山脈的山區(qū)ET值較低,1—12月為10~90~10 mm,變化幅度不大;平原區(qū)1—12月為10~210~10 mm,變化幅度比較大,其中山東省齊河縣、禹城市,河北省定州市、望都縣、徐水縣、高碑店市變化非常明顯。2002—2008年各年月過程的ET耗水量如圖2所示。

        圖1 2002-2008年海河流域遙感監(jiān)測(cè)ET空間分布(單位/mm)

        由圖2可以看出ET的年內(nèi)變化具有以下規(guī)律:①8月份前為整體上升趨勢(shì)。其中,1—3月份氣溫回升,ET也有升高的趨勢(shì),但因氣溫仍然較低,ET升高較為緩慢。4—5月份氣溫升高迅速,降水量開始增多,此階段ET耗水量升高較快。6月份ET耗水量有明顯降低趨勢(shì),這是因?yàn)楹:恿饔?月底至6月底為冬小麥?zhǔn)斋@至夏玉米出苗期,作物蒸騰量低,流域綜合ET降低。7—8月份流域內(nèi)夏季作物生長(zhǎng)茂盛且該階段降水量較為豐沛,氣溫較高,因此流域ET耗水量較高。②8月份后為整體下降趨勢(shì)。8月份的ET耗水量達(dá)到最高,之后由于氣溫、降水等因素影響,ET耗水量呈下降趨勢(shì),12月份年均ET僅有6.9 mm。③10月份至次年3月份ET耗水量較低,僅占全年ET耗水量的15.3%;4—9月份的ET耗水量高,占全年ET耗水量的84.7%。

        3.3 土地利用類型ET耗水特征

        (1)海河流域土地利用信息:海河流域土地利用信息是基于MODIS遙感數(shù)據(jù)獲取的,其空間分辨率為250 m×250 m。經(jīng)對(duì)2004年遙感土地利用類型(見圖3)進(jìn)行分析,各土地利用類型對(duì)應(yīng)的面積見表1。

        海河流域2004年土地利用類型中,旱地面積158 378 km2,占總面積的49.49%;林地面積6 740 km2,占總面積的 2.11%;灌木林面積 65 278 km2,占總面積的 20.40%;草地面積 53 166 km2,占總面積的16.61%;建設(shè)用地面積25 447 km2,占總面積的 7.95%。

        表1 2008年海河流域土地利用類型面積統(tǒng)計(jì)

        (2)海河流域各土地類型ET耗水特征:根據(jù)各年土地利用及遙感監(jiān)測(cè)ET空間分布信息,對(duì)不同土地利用類型的ET信息進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)不同土地利用類型的ET耗水量如圖4所示。

        從圖4可見,不同土地利用類型的ET耗水量差別較大,其中水體、蘆葦?shù)丶八镙^高,年均在600 mm以上;林地、旱地基本相當(dāng),而灌木林地低于林地,草地更低;建設(shè)用地最低,年均僅217 mm。

        (3)海河流域旱地ET耗水特征:海河流域主要土地利用類型為旱地,面積占流域總面積的49.5%,2004年旱地在海河流域的空間分布狀況、旱地ET耗水量的空間分布及旱地ET耗水量直方圖如圖5所示。

        圖2 海河流域2002-2008年月過程ET耗水量

        圖3 海河流域2008年土地利用類型

        從圖5可以看出,海河流域平原區(qū)基本為旱地,流域山區(qū)的張(家口)宣(化)、蔚(縣)陽(高)、涿(鹿)懷(來)、大同、天(鎮(zhèn))陽(高)、延慶、遵化、忻(州)定(襄)、長(zhǎng)治等盆地也主要為旱地,旱地ET的空間分布較有規(guī)律:山區(qū)旱地的ET耗水量較低,平原區(qū)較高,尤其是徒駭馬頰河區(qū)域更高。旱地ET耗水量呈雙峰分布,低峰值出現(xiàn)在360 mm左右,高峰值出現(xiàn)在640 mm左右。結(jié)合ET空間分布可以推斷山區(qū)旱地ET基本以360 mm左右為主,為山區(qū)河谷雨養(yǎng)農(nóng)業(yè);平原區(qū)旱地ET以640 mm為主,主要為灌溉農(nóng)業(yè)。

        圖4 不同土地利用類型ET耗水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        圖5 2004年海河流域旱地(左)、旱地ET耗水量(中)及旱地ET耗水量直方圖(右)

        4 結(jié)語

        本文對(duì)海河流域ET耗水量的時(shí)空分布特征及不同土地利用類型的ET耗水量進(jìn)行了分析。海河流域ET耗水量南部高于北部,平原區(qū)高于山區(qū);月際變化較大,1月份最低,8月份最高;在植被復(fù)種指數(shù)高、實(shí)施人工灌溉的區(qū)域高,在復(fù)種指數(shù)低、植被覆蓋度低、無人工灌溉的區(qū)域低。

        通過對(duì)流域ET耗水量的時(shí)空分布特征及影響因素的分析,認(rèn)為可以采取如改變種植結(jié)構(gòu)、優(yōu)化灌溉制度、蓄水保墑等措施降低ET消耗,為基于耗水的水資源管理提供科學(xué)數(shù)據(jù)和理論參考,從而真正實(shí)現(xiàn)流域水資源的可持續(xù)利用。

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