張友賢，馮 誠，方小宇

(貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550002)

作物需水量(ET0)又稱蒸發(fā)蒸騰量、蒸散量等，指作物在無病蟲危害、土壤水分和土壤肥力合適時(shí)取得豐產(chǎn)的需水量。為了合理開發(fā)水土資源、管好用好灌排工程，必須掌握各種作物的需水量及其變化規(guī)律，探求作物生長期間的總需水量和各階段的需水量，以及適宜的灌水時(shí)間、次數(shù)和水量。作物需水量可以通過器測法、坑測法、田測法等實(shí)測得到，也可通過參考作物法估算得到[1-3]。

聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)推薦采用彭曼(Penman)公式計(jì)算參考作物蒸發(fā)蒸騰量，需要的氣象資料包括計(jì)算時(shí)段的平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均相對濕度、2 mm平均風(fēng)速和平均日照時(shí)數(shù)等，需要的氣象資料較多，計(jì)算繁瑣，但精度高。在不具備上述氣象資料的情況下，F(xiàn)AO又推薦了哈格里夫斯(Hargreaves)公式計(jì)算參考作物需水量，此方法需要的氣象資料只包括計(jì)算時(shí)段的平均最高、最低氣溫[4-5]。但計(jì)算結(jié)果由于未考慮相對濕度、風(fēng)速以及日照時(shí)數(shù)影響，對不同的地區(qū)需要進(jìn)行線性校正。利用彭曼公式和哈格里夫斯公式同時(shí)計(jì)算出對應(yīng)時(shí)段的ET0，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，擬定出在貴州黔中地區(qū)應(yīng)用哈格里夫斯公式計(jì)算參考作物需水量時(shí)的修正系數(shù)，供貴州山區(qū)計(jì)算ET0參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究地點(diǎn)為全國節(jié)水教育基地貴州省灌溉試驗(yàn)中心站(修文節(jié)水示范園)，位于東經(jīng)106°37′，北緯26°52′，地處烏江水系貓?zhí)拥囊患壷Я鳎０? 270～1 300 m，多年平均降雨量為1 235 mm，平均徑流深550 mm，平均氣溫12.6℃，年日照時(shí)數(shù)1 324 h，年活動積溫4 097℃，無霜期270 d，多年平均風(fēng)速2.3 m/s，強(qiáng)風(fēng)以南風(fēng)為主。山地和丘陵面積占土地總面積的90%以上，屬于典型的喀斯特低山丘陵地貌區(qū)；氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，土壤為黃壤土，耕地以緩坡地和臺地為主，在貴州具有典型代表意義[6]。

1.2 資料來源

資料為貴州省灌溉試驗(yàn)中心站2007—2011年逐旬平均氣象觀測資料，包括旬平均氣溫、平均最高氣溫、最低氣溫、相對濕度、2 m平均風(fēng)速以及日照時(shí)數(shù)。

1.3 研究方法

首先用彭曼公式和哈格里夫斯公式計(jì)算出2007—2009年3 a的逐旬參考作物需水量，通過數(shù)據(jù)對比分析，確定線性關(guān)系，得出修正系數(shù)，然后再用 2010—2011年資料驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。

1.3.1 彭曼公式 該公式之所以被FAO推薦采用，是因?yàn)樵摲椒ㄒ阅芰科胶夂退麛U(kuò)散論為基礎(chǔ)，綜合考慮空氣動力學(xué)參數(shù)的變化和作物的生理特性，在實(shí)踐過程中又得到了不斷的修正，故具有可靠的理論依據(jù)和較高的精度。

式中，ET0為用彭曼公式計(jì)算的參考作物蒸發(fā)蒸騰量(mm/d)，△為溫度-飽和水汽壓關(guān)系曲線在T處的切線斜率(kPa/℃)，T為平均氣溫(℃)，eα和ed均為飽和水汽壓(kPa)，G為土壤熱通量[MJ/(m2·d)]；γ為濕度表常數(shù)(kPa/℃)，u2為2 m處風(fēng)速(m/s)；Rn為凈輻射[MJ/(m2·d)]，根據(jù)地區(qū)所處的緯度進(jìn)行計(jì)算得出。

1.3.2 哈格里夫斯公式 需要根據(jù)地區(qū)進(jìn)行線性修正，其公式為：

ETh=0.000 939(Tmean+17.8)(Tmax-Tmin)0.5Ra

式中，ETh為用 Hargreaves公式計(jì)算的參考作物蒸發(fā)蒸騰量(mm/d)，Tmean=(Tmax+Tmean)/2為平均氣溫(℃)；Tmax和Tmean分別為計(jì)算時(shí)段內(nèi)的平均最高、最低氣溫(℃)；Ra為大氣層頂輻射[MJ/(m2·d)]，由大氣層頂輻射表查得。

根據(jù)彭曼公式和哈格里夫斯公式計(jì)算的參考作物蒸發(fā)蒸騰量數(shù)據(jù)，建立二者的線性關(guān)系式為ET0(h)=a+bETh，并確定出經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a、b，再用當(dāng)?shù)貐^(qū)的氣象資料對線性公式進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算，若計(jì)算結(jié)果偏差較小，在氣象資料缺乏，但能觀測到平均最高氣溫和最低氣溫的情況下，可以利用該線性公式計(jì)算ET0。

2 結(jié)果與分析

2.1 ET0和ETh間的相關(guān)性

根據(jù)表1和圖1的計(jì)算結(jié)果，ET0和ETh之間的相關(guān)性較為顯著，相關(guān)系數(shù)(R2)達(dá)0.978 9?；貧w關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a=0.028 8，b=0.814 2。由此得出，在當(dāng)?shù)貧庀筚Y料匱乏時(shí)，可用哈格里夫斯公式計(jì)算參考作物的蒸發(fā)蒸騰量，再用修正公式加以修正，便可以得到較為接近實(shí)際的參考作物蒸發(fā)蒸騰量。修正公式為ET0(h)=0.028 8+0.814 2ETh，式中，ET0(h)為修正后的參考作物蒸發(fā)蒸騰量。

表1 2007—2011年的作物蒸發(fā)蒸騰量Table 1 Evapotranspiration of crops from 2007 to 2011

圖1 ET0和ETh的相關(guān)性Fig.1 Correlation between ET0 and ETh

2.2 修正系數(shù)的驗(yàn)證

從表1和圖2看出，沒有經(jīng)過修正的哈格里夫斯公式和彭曼公式有著明顯的差別，即全年ETh均大于ET0，在6—9月ET0和ETh偏差較大，其中最大誤差發(fā)生在7月上旬，最大絕對誤差為1.07 mm，最大相對誤差達(dá)42%，平均誤差達(dá)23.9%；1—5月、10—12月的ET0和ETh偏差相對較小，且在12月下旬，二者之間的誤差最小，最小絕對誤差為0.08 mm。這是由于貴州6—9月正處于汛期，降水較多，天氣變化快，天空云層較多較厚，空氣濕度較大，而哈格里夫斯公式又剛好沒有考慮到濕度對作物蒸發(fā)蒸騰量的影響。因此，在6—9月計(jì)算結(jié)果偏差較大，其余月份則較接近。說明，在濕度較大的情況下不宜采用哈格里夫斯公式直接計(jì)算參考作物的需水量。修正后的結(jié)果和用彭曼公式計(jì)算出的結(jié)果較為接近，最大誤差發(fā)生在5月上旬，最大絕對誤差為0.4 mm，最大相對誤差為17%，平均誤差2.4%，同比最大絕對誤差小0.67、最大相對誤差減小25百分點(diǎn)、平均誤差減小21.5百分點(diǎn)，與實(shí)際十分接近。

圖2 修正前(左)和修正后(右)的ET0和ETh(2010—2011)Fig.2 ET0 and ETh(2010-2011)before(left)and after(right)modification

3 結(jié)論

貴州屬于高原山區(qū)，雨量充沛，濕度較大，特別在汛期更為明顯，應(yīng)用哈格里夫斯公式計(jì)算參考作物需水量時(shí)，由于沒有考慮到相對濕度、風(fēng)向風(fēng)速等氣象因素影響，計(jì)算出的參考作物需水量數(shù)值偏大，在汛期偏差達(dá)最大，與聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)的缺乏日照時(shí)間和相對濕度等氣象資料時(shí)，應(yīng)用哈格里夫斯公式計(jì)算出的ET0數(shù)值偏大的結(jié)論一致。

貴州在缺少日照時(shí)數(shù)、相對濕度和風(fēng)速的情況下，可先利用哈格里夫斯公式計(jì)算出參考作物需水量ETh，然后再利用線性回歸方程ET0(h)=0.028 8+0.814 2ETh進(jìn)行校正，便可得出相對準(zhǔn)確的參考作物需水量ET0。貴州線性修正系數(shù)a=0.028 8，b=0.814 2。