龐金城

（陜西省江河水庫管理局 陜西 西安 710018）

1 ET的概念及原理

ET為英文"evapotranspiration"的縮寫，原意為蒸散，是指各種水體通過蒸發(fā)或散發(fā)變?yōu)樗乃俊Ｆ湮锢硪饬x是指地表水、土壤水和地下水通過蒸發(fā)和植物組織的蒸騰變?yōu)榇髿馑倪^程，是水文循環(huán)的一個重要環(huán)節(jié)。

按照水量平衡原理，在水文循環(huán)的大循環(huán)中，全球多年平均降水量約57.7×104km3，等于全球多年平均蒸發(fā)量。而在一個閉合的流域小循環(huán)中，流域多年平均降水量等于多年平均徑流量與多年平均蒸散發(fā)量之和；我國許多流域的多年平均蒸散發(fā)量遠(yuǎn)大于多年平均徑流量，造成水資源短缺（見表1）。在傳統(tǒng)的水資源管理中，由于受認(rèn)識及技術(shù)的限制，還不能控制水循環(huán)全過程，人們往往只關(guān)注對徑流的開發(fā)和利用，將徑流量作為供水用水的指標(biāo)進(jìn)行管理。ET管理就是基于水循環(huán)理論，對流域（區(qū)域）蒸散發(fā)量的管理，通過實施遙感監(jiān)測流域（區(qū)域）ET，測定流域（區(qū)域）的耗水，衡量ET的有效性，分析流域（區(qū)域）綜合ET值與其可利用水資源量的關(guān)系，制定措施抑制流域（區(qū)域）水資源的ET消耗量，促進(jìn)區(qū)域水資源的優(yōu)化配置和高效利用，以提高水資源管理水平的一種新思路和新方法。

2 對基于ET的水資源管理的認(rèn)識

與傳統(tǒng)的水資源管理相比，以ET管理為基礎(chǔ)的水資源管理具有以下特點：

（1）它是基于水循環(huán)過程的資源管理方法。

表1 我國主要河流多年平均水量平衡要素

基于水循環(huán)的水資源管理是目前水科學(xué)研究的前沿。水文循環(huán)使作為生命之源、生產(chǎn)之要和生態(tài)之基的水變成可以再生的資源，它是人類社會永續(xù)發(fā)展的基石。ET管理涉及水文循環(huán)的全過程，基于ET的水資源管理就是要對影響水文循環(huán)的各要素及其關(guān)系的深入研究，把握其基本規(guī)律和要求，以制定和落實相應(yīng)的管理措施；它不僅以提高水資源利用效率為目標(biāo)，而且還以水環(huán)境的健康發(fā)展為目的。而傳統(tǒng)的水資源管理是以徑流量為存量的供需平衡，僅是對水量的管理，主要目的是滿足生產(chǎn)、生活、生態(tài)對水量的需要，盡管也有資源保護(hù)等措施，但往往是孤立的、不系統(tǒng)的，或者說是被動的、消極的應(yīng)對，擺脫不了“工程水利”的窠臼。所以，基于ET的水資源管理是建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好社會重要保障，是從傳統(tǒng)水利走向現(xiàn)代水利的必由之路。

（2）它側(cè)重于需水的研究與控制，著力提高水資源利用效率。

以ET管理為基礎(chǔ)的水資源管理是從水資源的消耗測來切入管理的，通過減少無效消耗來實現(xiàn)節(jié)水，它與傳統(tǒng)的節(jié)水概念不同。傳統(tǒng)節(jié)水側(cè)重于源頭取水量和末端用水量間水量的變化量，即節(jié)水量的多少。如傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)節(jié)水以灌溉水利用系數(shù)為指標(biāo)來衡量節(jié)水效果，它關(guān)注的是徑流通過各環(huán)節(jié)損失（包括蒸發(fā)損失）后的實際用量，其損失無非是流失或水的形態(tài)的轉(zhuǎn)化，而非真實的損耗，其節(jié)約是指水量的節(jié)約，而非水資源的節(jié)約。ET管理是從蒸散發(fā)消耗測出發(fā)，以效率為中心對生產(chǎn)、生活、生態(tài)需水進(jìn)行評價，采取相應(yīng)措施，以減少無效消耗，體現(xiàn)的是真實的節(jié)水。與傳統(tǒng)節(jié)水側(cè)重于節(jié)水的具體措施相比，ET管理則是注重節(jié)水的策略，更能體現(xiàn)節(jié)水的理念。以ET管理為基礎(chǔ)實施水資源管理對優(yōu)化水資源配置和節(jié)水型社會建設(shè)具有十分重要的意義。

（3）它是以流域或區(qū)域水資源可持續(xù)利用為最終目的。

ET管理的實現(xiàn)包括測量、分析與控制等環(huán)節(jié)。利用RS、GIS及GPS技術(shù)應(yīng)用，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，基本可以實現(xiàn)對ET的測量與分析，而利用計算機(jī)技術(shù)可以實現(xiàn)對多目標(biāo)控制方案的模擬與計算，依據(jù)優(yōu)化方案提出實現(xiàn)管理目標(biāo)的綜合措施，包括體制機(jī)制建設(shè)、生產(chǎn)生活方式改善、經(jīng)濟(jì)布局的調(diào)整及具體用水環(huán)節(jié)的技術(shù)改進(jìn)等等，最終實現(xiàn)流域或區(qū)域水資源的可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

3 基于ET管理的水資源管理基本方法

2008年，筆者有幸參加了GEF（Global Environment Facility 全球環(huán)境基金組織）天津市水資源與水環(huán)境綜合管理規(guī)劃，該項目就是以ET管理為基礎(chǔ)進(jìn)行水資源管理與水環(huán)境綜合管理的一個范例。規(guī)劃通過建立ET指標(biāo)體系，構(gòu)建水循環(huán)和水環(huán)境耦合模擬模型，在水量水質(zhì)綜合模擬平臺基礎(chǔ)上，制定了天津市水資源水環(huán)境綜合規(guī)劃方案，提出水資源、水環(huán)境的綜合管理的總量控制（包括地表水總量控制、地下水總量控制、國民經(jīng)濟(jì)用水總量控制、生態(tài)用水總量控制、ET總量控制、排污總量控制、控制斷面水量水質(zhì)控制）目標(biāo)及相應(yīng)的配套措施。通過控制地表水、地下水及其它非常規(guī)水源供水產(chǎn)生的ET，實現(xiàn)區(qū)域綜合ET的控制，通過調(diào)節(jié)國民經(jīng)濟(jì)用水和生態(tài)用水產(chǎn)生的ET比例來調(diào)節(jié)區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，通過控制排污總量和控制斷面的水量水質(zhì)實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與改善。即以ET總量控制和水資源利用效率提高為核心，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

3.1 ET指標(biāo)的建立與分析

3.1.1 目標(biāo)ET與實際ET

目標(biāo)ET是指在規(guī)劃階段的流域或區(qū)域內(nèi)，以其水資源條件為基礎(chǔ)，以生態(tài)治理階段目標(biāo)為約束，滿足經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展要求而消耗的ET。一般不能大于流域或區(qū)域可消耗ET。流域或區(qū)域可消耗ET是在滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展條件下，從水平衡的角度區(qū)域所允許消耗的最大ET。一般可根據(jù)水量平衡來求得，計算公式：

ETmax=P+Is+Ig-Os-Og

ETmax≥ETobj

其中，ETmax為最大可消耗ET，P為降水，Is為地表入境流量，Ig為地下水側(cè)向流入量，Os為出境流量，Og為地下水側(cè)向流出量，ETobj為目標(biāo)ET。

圖1 水平方向和垂直方向的ET分類耦合

圖2 用水過程的ET分項指標(biāo)體系

實際ET即指在規(guī)劃時段流域或區(qū)域?qū)嶋H消耗的ET量?？梢酝ㄟ^遙感監(jiān)測獲得，也可用水量平衡法計算：

ETact=P+I s+I g-O s-O g-ΔS-ΔG

其中，ETact為實際ET，P為降水，Is為地表入境流量，I g為地下水側(cè)向流入量，Os為實際入海和出境流量，O g為地下水側(cè)向流出量，ΔS為地表水蓄變量，ΔG為地下水蓄變量。

3.1.2 ET指標(biāo)分析

目標(biāo)ET的實現(xiàn)需要對實際ET產(chǎn)生條件及機(jī)理進(jìn)行綜合分析和判斷，以便進(jìn)一步控制和管理。

ET指標(biāo)主要依據(jù)其影響因素進(jìn)行確定和分析。如根據(jù)下墊面條件的不同，可以分為耕地、林地、草地、水域、居住地及未利用土地ET，在此基礎(chǔ)上再按照土地利用類型進(jìn)行二級分類。根據(jù)蒸發(fā)機(jī)理不同，可以分為植物冠層截留蒸發(fā)（即被冠層截留后直接蒸發(fā)返回大氣中的降水，包括植被冠層截留和建筑物冠層截留蒸發(fā)）、植被的蒸騰（即通過植物體表面散失的水分）、植被棵間蒸發(fā)（即植被棵間的蒸發(fā)返回大氣的水分）、地面截留蒸發(fā)（即未入滲降水直接蒸發(fā)返回大氣中的水分）、土壤水蒸發(fā)（即土壤中的水分通過土壤表面進(jìn)入空氣）、水面蒸發(fā)；以上兩類分別反映了水平方向和垂直方向的ET，它們之間實際上是相互聯(lián)系、相輔相成。基于下墊面的ET水平向分類與基于蒸發(fā)機(jī)理的ET垂向分類指標(biāo)的聯(lián)系如圖1所示。綜合水平方向下墊面條件和垂直方向蒸發(fā)機(jī)理的分類，進(jìn)行疊合，得到基于下墊面條件和蒸發(fā)機(jī)理的ET分項指標(biāo)體系。

按照用水過程，可以分為輸水ET、用水ET和排水ET。輸水ET指輸水渠系的蒸發(fā)和輸水管道滲漏量形成的蒸發(fā)。用水ET則主要指用水過程中的蒸散發(fā)，包括生活用水ET、生產(chǎn)用水ET和生態(tài)用水ET。其中生活用水ET主要指城鄉(xiāng)居民的生活耗水，包括人類飲用、烹飪、淋浴、沖廁、洗滌等耗水量。生產(chǎn)用水ET可以分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水ET、工業(yè)生產(chǎn)用水ET和商飲服務(wù)業(yè)生產(chǎn)用水ET；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)ET包括種植業(yè)和林牧漁業(yè)的生產(chǎn)ET：其中種植業(yè)、林業(yè)、草場的ET包括植被的冠層截留、植被蒸騰、植被棵間土壤蒸發(fā)、棵間地表洼地截留蒸發(fā)；牧業(yè)用水ET則主要指牲畜耗水；漁業(yè)ET主要指養(yǎng)殖水面的蒸發(fā)。工業(yè)和商飲服務(wù)業(yè)用水ET主要指工業(yè)和商飲服務(wù)業(yè)的生產(chǎn)耗水。生態(tài)用水ET可以分為河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水ET和河道外生態(tài)環(huán)境用水ET，河道內(nèi)生態(tài)用水ET主要表現(xiàn)為河道內(nèi)水面蒸發(fā)，河道外生態(tài)用水的蒸散主要表現(xiàn)在城市地面、建筑物等硬地面的蒸散、雨后城市硬地面的蒸散發(fā)、城市綠化植物的冠層截留和蒸發(fā)蒸騰、水庫坑塘、池塘湖泊、沼澤地、灘地的蒸散發(fā)。排水ET指排水渠系的水量蒸發(fā)和排水管網(wǎng)中滲漏水量形成的蒸發(fā)。如圖2所示

3.2 ET指標(biāo)的評價及作用

正確評價各分項ET的指標(biāo)，是ET在水資源管理中應(yīng)用的基本，對于區(qū)域水資源的管理具有特別重要的意義。

3.2.1 有效性和無效性

水資源的有效性是指對人類生存和發(fā)展具有效用的水分。我們將對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和生態(tài)及環(huán)境保護(hù)具有普遍效用的蒸散發(fā)定義為有效蒸散發(fā)，反之稱為無效蒸散發(fā)。如永久性冰川雪地和部分未利用土地（包括沙地、戈壁、鹽堿地、裸土地、裸巖石質(zhì)地）上人類活動很少，其蒸散發(fā)對經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的作用甚微，應(yīng)列為無效ET；輸水和排水中的蒸散發(fā)被認(rèn)為是水量損失，期望越小越好，屬于無效ET。生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水過程中的蒸散發(fā)對人類生存與生活、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的建設(shè)具有重要作用，均認(rèn)為屬于有效ET的范疇。對于蒸散發(fā)的有效和無效水分量的定量評價，有助于科學(xué)利用水資源，對雨水資源化、節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)和缺水標(biāo)準(zhǔn)的研究具有理論和實際意義。

3.2.2 高效率和低效率

根據(jù)降水在被國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及生態(tài)與環(huán)境建設(shè)利用中發(fā)揮不同功效將有效蒸散發(fā)區(qū)分出高效水分和低效水分。如人類和牲畜的耗水，對于生命的維持具有重要作用；居住地的蒸發(fā)具有調(diào)節(jié)溫度、美化居住環(huán)境等作用，對人類生存和生活環(huán)境具有重要意義；冠層蒸發(fā)可直接降低植物體溫度，同時改善了局地生態(tài)小氣候；灘地水面蒸發(fā)在改善局地氣候的同時，對于緩解洪水威脅具有一定的作用；而沼澤地、灘涂作為濕地，水面蒸發(fā)是維持其生態(tài)平衡的必須水量；這些都可以認(rèn)為屬于高效ET。而棵間土壤蒸發(fā)以及棵間土壤截留蒸發(fā)是植被非生產(chǎn)性的水分消耗，是植物生長過程中所伴生的，可以通過技術(shù)措施進(jìn)行調(diào)控，則認(rèn)為是屬于低效ET。

3.2.3 經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益

根據(jù)水提供服務(wù)的消費與市場化特點，可將水的服務(wù)功能分為水經(jīng)濟(jì)服務(wù)和生態(tài)服務(wù)。水經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能指水維持生產(chǎn)與人類生活活動的功能，包括生活用水、農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、發(fā)電、航運及漁業(yè)用水等；水生態(tài)服務(wù)功能指水維持自然生態(tài)過程與區(qū)域生態(tài)環(huán)境條件的功能，包括泥沙的運移、營養(yǎng)物質(zhì)的運輸、環(huán)境凈化，維持森林、草地、濕地、湖泊、河流等自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與過程，以及其它人工生態(tài)系統(tǒng)的功能。在此基礎(chǔ)上，對廣義水資源中除徑流性水資源外的利用有效降水的部分水量的服務(wù)功能進(jìn)行討論，區(qū)分有效蒸發(fā)量中的經(jīng)濟(jì)成分和生態(tài)成分，分析有效蒸散發(fā)在人類社會發(fā)展中的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

經(jīng)濟(jì)效益主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)和商飲業(yè)、服務(wù)業(yè)生產(chǎn)的效益。在這些生產(chǎn)過程中伴隨的臾不可缺水的有效蒸發(fā)，應(yīng)該算為經(jīng)濟(jì)效用量，其中具體包括耕地、林地、草地的冠層截留、植物蒸騰，魚塘水面蒸發(fā)，牲畜耗水。人類生活間接創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，也將其算為經(jīng)濟(jì)效用量。生態(tài)效用量主要包括林地、草地的冠層截留蒸發(fā)、植物蒸騰，居住地的蒸散發(fā)，水域、沼澤地的蒸發(fā)。

3.3 ．ET指標(biāo)對比

通過對流域或區(qū)域ET指標(biāo)的計算和分析，構(gòu)建流域或區(qū)域水循環(huán)和水環(huán)境耦合模擬模型，制定總量控制目標(biāo)以及相應(yīng)的配套措施，以實現(xiàn)水資源與水環(huán)境管理效益最大化。即：當(dāng)ETact≤ETobj時，可以認(rèn)為基本可以達(dá)到水資源的可持續(xù)利用，而當(dāng)ETact＞ETobj時，就需要根據(jù)ET分析，通過模型模擬，提出優(yōu)化方案，按照方案落實具體措施，確定ETact的削減目標(biāo)，使ETact接近于ETobj，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的目標(biāo)。

4 結(jié)語

基于ET管理理念進(jìn)行水資源、水環(huán)境綜合管理是一種新的思路和方法，近年來已在海河、松花江等流域管理中應(yīng)用和實踐，并在山西、寧夏等地開始推廣。盡管在應(yīng)用中還存在一些方法上的爭議，但是并不能否定理論的科學(xué)性。相信隨著ET監(jiān)測手段、分析方法和指標(biāo)體系的改進(jìn)和完善，該理念一定會被人們所接受，更廣泛地運用于水資源與水環(huán)境的管理。這也必將對我國水資源由“供水管理”向“需水管理”的轉(zhuǎn)變、進(jìn)一步提高水資源管理水平具有十分重要的意義。