ET 管理是农业节水灌溉水资源管理的方向

田 园，刘 斌，马济元，顾 涛

（水利部世行节水灌溉项目办公室，100054，北京）

ET是英文 Evaporation（蒸发）和 Transpiration（叶面蒸发、蒸腾）两词的词头，合起来表示蒸发蒸腾耗水量，简称腾发量或耗水量。

水利部利用世界银行贷款，组织北京市、河北省、辽宁省沈阳市及山东省青岛市，实施农业节水灌溉项目建设（2001—2005年）。在项目准备阶段，世行官员提出以“真实节水”为指导思想，以达到农业增产增收、“真实节水”和可持续发展三大目标。在项目建设过程中，随着工作的不断深入和认识的提高，我们提出了项目区水资源管理要实行“ET管理”的新思路。

世行提出的“真实节水”理念，要求农业节水灌溉项目不仅要利用工程措施，减少灌溉用水的渗漏和流失，提高灌溉效率，更要加强农业和管理节水措施，减少农田水分腾发消耗量。因为灌溉渗漏和流失的水量换个地方和换一种方式仍可开发再利用，未失水资源的基本功能；而腾发消耗的水量难以采取经济易行的方法再回收利用，故把降低ET称为“真实节水”，其中并未含有否定或贬低工程措施提高灌溉效率的重要意义。

在农业节水灌溉项目中，为实现项目区水资源供耗平衡、可持续发展目标，开展了监测评价工作。水分消耗量的监测指标设置了单一作物的腾发耗水量ETi，耕地多种作物平均腾发耗水量ETn，以及项目区包括耕地（灌溉地）和非耕地（非灌溉地）综合腾发耗水量ETz。在灌溉条件下，耕地和周边非耕地有密切的水力联系：井灌区，非耕地上降雨入渗补给的地下水，耕地可开采用于灌溉；地表水灌区，耕地灌溉渗漏补给的地下水向周边扩散，非耕地上的植被可吸收利用。故应把耕地和非耕地的水分消耗看做一个整体进行研究，并通过供水、用水和排水管理，控制ETz，使之与项目区可消耗的水资源达到平衡。其中的用水管理，即利用工程的、农业的和管理的综合节水措施，降低ETi、ETn并扩及ETz。我们把这一系列举措概括起来，称之为ET管理，或耗水管理。在ET管理中，把可供项目区消耗的水资源量（对资源性缺水地区）或最适合农业和经济社会发展的水资源消耗量 （对水资源富裕地区）作为控制ETz的目标，称为“目标ET”。由此可知，水资源ET管理就是在项目区采取综合节水措施，通过供水、用水和排水管理，使项目区ETz达到目标ET，而并非直接管理看不见、摸不着的水分腾发量ET。由于供水、用水和排水的水量都可量测操控，所以，项目区内的各项ET也是可操控管理的。

一、农业节水灌溉ET管理的理论依据

为监测项目区采取各种增产节水措施的效果和ET的变化，我们在四省（直辖市）10.67万hm2（160万亩）项目区内外共布设监测点120处（项目区内61处，邻近的非项目区59处），监测降水量、灌水量、监测区流入和流出水量、地下水开采量和水位动态、耕地1m土层的土壤含水量、地表水与地下水水质、农民采取的生产措施、农作物的生长发育状况等，并委托专业农调队，调查了解项目区和邻近的非项目区的农作物产量，以及典型农户的经济收入情况。ET监测分析的理论依据是水量平衡原理。

1.单一作物腾发耗水量ETi的监测分析

通用公式：

式中，ETi为i作物生长期内田间水分腾发量，Pi为i作物生长期内的降水量，Ii为i作物生长期内的灌水量，β为降雨、灌溉渗漏补给地下水系数，Si入、Si出分别为作物生长期内地表水流入和流出量，ΔTi为i作物播前和收获后1m土层土壤含水量的差值（播前含水量大于收获后含水量取正号，反之取负号），Ei为i作物生长期内的潜水蒸发量。

各项水量均以mm计。

ETi的简化计算：

①对地表水灌溉ETi的计算。作物生长期内，降雨有径流流出，但无径流流入；地下水平均埋深小于3.5 m，简化计算式：

式中，α为降雨径流系数，其他符号同前。

②对井灌区ETi的计算。井灌区地下水埋深，多已达5～20 m，通常降雨无径流产生；偶遇日降水量超过150 mm的大暴雨，地面产生少量积水，也会在雨后一二日内渗入地下，不形成渍涝灾害。井灌区的ETi简化计算式：

2.耕地多种作物平均腾发耗水量ETn的监测分析

将各种作物的耗水量ETi与各自的种植面积占耕地面积的百分比相乘，所得的乘积相加即得：

式中，A耕为耕地总面积，Ai为 i种作物的种植面积，ai为Ai/A耕，Σai为项目区耕地复种指数。

3.项目区综合腾发量ETZ计算

计算项目区年度综合腾发量的通用公式：

式中，p为项目区内全年降水量，S入、S出分别为全年地表水流入和流出量，G入、G出分别为全年地下水流入和流出量，ΔT、ΔS和ΔG分别为项目区年内土壤水蓄变量、地表水蓄变量和地下水蓄变量 （年初蓄水量大于年末蓄水量取正号，反之取负号）。

通用公式中需要监测的因子较多，由群众监测有一定难度；可根据项目区具体情况，把影响不大的因子忽略不计，以减轻监测工作量。例如，对无地表水流入、流出，单纯依靠当地降水维持用水的项目区，综合腾发耗水量的计算可简化：

式中，D末、D初分别为地下水水位年末和年初的埋深，μ为地下含水层的给水度。

4.利用经验公式估算项目区综合腾发耗水量ETZ

项目区综合腾发耗水量包括耕地多种作物腾发耗水量ETn和非耕地上生产、生活和生态的各种消耗水量。后者包括的因素复杂且难以施测，所以需寻求间接方法，把非耕地上各种耗水量当作一个整体，估算其数值，方法如下：

在推导过程中，令：K=ETf/ETn

则：

由于ETn和ETZ均可通过监测取得，η为土地利用系数，故ETf和K均可计算得出。

华北水利水电学院的研究人员于1989年调查黄淮海平原18个农业先进单位及试验研究单位的观测资料，利用其中资料比较齐全的观测成果，分析得出K的变化范围为0.42～0.67。建议初步估算ETZ时，取K为0.6。气候干旱的井灌区，K值取较小数值；气候湿润的地表水灌区K值取较大数值。另外说明，调查研究的区域内没有较大的城镇和工业，也无大片的湿地。若项目区内包含较大的城镇、工业区和湿地，则这些地方的腾发耗水量应单独测算。

二、本项目采取的综合节水措施

本项目包括四省（直辖市）所属的26个项目县（市、区），项目区耕地面积共计10.67万hm2，其中地表水灌区和井灌区约各占一半，种植作物以小麦、玉米、水稻、棉花为主，近年来蔬菜、果树栽种面积有所增加，并且以棚栽方式发展较快。在项目实施过程中，水利、农业和管理等方面技术人员密切协作，力图做到各种技术措施有机结合，相辅相成，实现增产、节水和减耗的目标。

1.水利工程节水措施

在地表水灌区里，进行灌排工程和渠系建筑物配套建设和渠道防渗。在井灌区里，普及管道输水。普遍进行了平整土地，划小畦块，以降低灌水定额，提高灌水均匀度。设施农业采用膜下滴灌。部分农田采用了半固定式喷灌。

2.农业节水措施

普及高产优质和耐旱优良品种。实行科学灌溉，即根据作物个体和群体生长发育状况，并参考天气预报和土壤墒情，确定灌水时间和灌水量，摒弃按照作物发育阶段或按照作物根层土壤含水量达到所谓 “最适含水量下限”的规定灌水，减少了灌水次数和水分腾发量。推广秸秆覆盖和配方施肥，减少了棵间蒸发，提高了土壤肥力。实行深耕深松，加深活土层，改善土壤物理性质，扩大作物吸收水肥空间。实行中耕松土和镇压保墒等传统耕作技术，减少水分消耗。宽行作物地膜覆盖，减少蒸发，提高地温，延长生长期，并抑制杂草生长。施用旱地龙、抑蒸剂等化学药剂，促进作物生长发育，减少水分消耗。调整产业结构和种植结构，在保证粮食产量前提下，增加经济作物种植比例，以提高农民经济收入，降低水分消耗。这些措施把我国传统的农业耕作栽培技术与最新研究成果结合起来，形成整套的增产节水技术体系。

3.管理节水措施

在灌区安设量水设施，实行计划用水，按用水量和成本水价收取水费。组建农民用水户协会，组织农户有序灌溉和维修管理灌排工程。推行灌排区自主管理，经济自立管理制度，保证项目区可持续发展。按项目区可消耗的水资源量和农户的耕地面积，分配农户可消耗的水量，试行水权分配办法。这一系列举措使项目区工程设施和水资源管理，在组织上、制度上和经济上有了保障，并奠定了牢固的群众基础。

三、项目建设取得的效果

为扼要说明本项目取得的效果，从《世界银行贷款节水灌溉项目完工报告（ICR）》附件5《总项目监测评价报告》中，摘取部分有代表性的数字和结论如下：

1.项目执行期内的降水量

通过对四省 （直辖市）项目区项目执行期内（2001—2005年）的5年降水量均值与多年降水量均值分析比对，河北省、北京市和沈阳市项目区均比较干旱，5年平均年降水量比多年平均值分别偏少12.4%、20.5%和10.7%，只有青岛市年降水量与多年均值持平。

2.项目区农业增产

各县农经调查专业队对项目区主要农作物的增产情况作了统计。统计表明：各种作物单产显著提高；总产量中，粮食和油料与项目实施前对比略有增加，蔬菜和果品增加45.6%（蔬菜果品总产增加325492t，折合标准粮398 223 t），棉花则增加132.3%；体现了保持粮油基本产量，大幅度提高经济作物产量，增加农民经济收入的经营方向。

3.主要作物耗水量ETi降低

详情见表1。

4.项目区多种作物平均耗水量和综合耗水量降低

累计“真实节水”量为各省（直辖市）历年ETn与基线调查ETn之差，乘以对应年份已完成节水灌溉面积，将5年所得的乘积相加而得。四省（直辖市）5年间累计“真实节水”量之和为14494.7万m3，见表 2。

5.主要作物水分生产率提高

项目区主要作物水分生产率见表3。

表1 主要作物耗水量ETi统计表

表2 项目区多种作物平均耗水量、综合耗水量和累计真实节水量统计表

表3 主要作物水分生产率

水分生产率定义为作物的产量与其腾发耗水量的比值，或作物每耗水1m3所生成的产量（kg/m3）。水分生产率随作物产量的增长和耗水量的减少而提高，是衡量农业技术水平的一项重要复合指标。

四、井灌项目区水资源供耗平衡分析

本项目执行期为2001—2005年，前两年缺乏经验，各种措施都是在探索，节水效果尚不明显；后3年经验渐趋成熟，节水效果提高。因此，把2005年各井灌项目区的综合腾发耗水量ETZ，与当地多年平均年降水量Pm对比，若Pm大于或等于ETZ，说明该区降水资源经地下水调节，在多年系列里可以满足农业生产、群众生活和周边非耕地生态环境的水分需要。此项判断还需利用地下水埋深的变化进一步说明。

1.青岛市、沈阳市项目区

青岛市多年平均年降水量672.5 mm，5年平均年降水量664.2 mm，均大于其2005年的综合腾发耗水量616.4 mm，并且2005年井灌区的平均地下水水位比2000年基线调查值上升了0.12 m。沈阳市井灌项目区的多年平均年降水量621.7 mm，5年平均年降水量555.2 mm；2005年的综合腾发耗水量为522.7 mm，井灌区地下水水位平均比2000年基线调查值上升1.4m。基于这些数字可以肯定，青岛和沈阳两市的井灌项目区，全面推广节水灌溉经验，地下水资源可以持续开发利用。

2.河北省、北京市项目区

河北省项目区多年平均年降水量564 mm，5年平均年降水量494.1 mm，2005年综合腾发耗水量ETZ509 mm。北京市项目区多年平均年降水量585 mm，5年平均年降水量467 mm，2005综合腾发量ETZ为507.5 mm。两省（直辖市）多年平均年降水量虽大于其2005年综合腾发耗水量ETZ，但降水量的5年均值都小于其2005年的腾发耗水量ETZ。为此需要用井灌项目区的地下水水位5年的升降变幅，说明地下水资源可否持续利用。我们将河北省与北京市井灌项目区的历年降水量、综合腾发耗水量和地下水平均埋深等数据列表后进行了分析，分析发现如下规律：

①干旱年份为补充降水量的不足，开发地下水灌溉的水量多，地下水水位下降（埋深数值增加）；降水量多的年份开发地下水灌溉数量较少，地下水水位上升（埋深数值减少）。②综合腾发耗水量ETZ的数值呈现由大到小的变化，后3年趋向稳定状态。这是因为前两年建成的节水灌溉面积较小，而且节水措施还不完备；后3年建成的节水灌溉面积扩大，节水经验也趋于成熟所致。③2003—2005年的降水量有较大差别，但ETZ值变化不大，说明ETZ受降水量的影响较小，远不及灌溉用水量和地下水水位受降水影响的变化那么大。

值得注意的问题是，两省（直辖市）5年期间的综合腾发耗水量ETZ均大于降水量，而2005年地下水埋深与基线调查值（2000年）却相差无几。这种情况说明，两省（直辖市）井灌项目区均地处河流冲洪积扇地带，地下水有侧向补给。地下水侧向补给监测比较复杂，本项目未安排此项监测工作。因此，对项目区地下水的侧向补给或排泄，需通过理论分析进行估算。

河北省与北京市的井灌项目区，在1960—1980年期间，多数地下水埋藏较浅，有渍涝和盐渍化威胁。之后打井提取地下水灌溉，到2000年的20年期间，河北省井灌项目区浅层地下水水位下降约20m，年均下降1 m；北京市井灌项目区浅层地下水水位下降约9m，年均下降0.45 m。

通过计算（过程省略）得出地下水平衡分析成果：

①河北省井灌项目区，地下水年平均侧向补给量62.4 mm；项目实施前20年平均综合腾发耗水量676.4 mm，项目实施5年期间年平均综合腾发耗水量553.6 mm，年平均减少耗水量（“真实节水”）142.8mm。②北京市井灌项目区，地下水年平均侧向补给量88mm，项目实施前20年年平均综合腾发耗水量718mm，项目实施5年期间年平均综合腾发耗水量558mm，年平均减少耗水量（“真实节水”）160mm。

以上事实说明，农业节水灌溉项目实施水资源ET管理是可行的，实现了项目区农业增产增收、“真实”节水和水资源可持续利用的三大目标。实施水资源ET管理，有些因素的耗水量不能直接监测，可利用间接方法估算，估算数值肯定有较大误差，但无碍ET管理的实施。因为农业用水或耗水本身就有较大的变化幅度。以冬小麦灌溉为例，有些试验资料表明，小麦生长季节降水量150 mm情况下，浇二水的小麦产量比浇一水的增产不多，浇三水的产量反而减少。在固定点进行农作物需水量试验，取得的资料用以计算大面积生产条件下的农田耗水量，也会有较大的误差。所以，农业节水灌溉耗水量计算精度不应要求太高；要达到较高的精度，就需付出很高的代价，这既不可能，也无必要。因为实施节水灌溉就是在试验探索，如果当年生产监测的综合腾发耗水量ETZ与目标ET有较大差距，则应调整下年生产的综合节水措施，使两者趋向一致。

五、ET管理应作为农业节水灌溉水资源管理的方向

我国的水资源管理，在20世纪90年代以前，是水资源主管部门修建供水工程，按用水部门的需求，给用水部门供水。这种水资源管理方式称作“供水管理”。20世纪90年代由于水资源过度开发，无以为继，水资源主管部门提出，要根据水资源承载能力，分配供水量；用水部门依据供水量，安排本部门的需水量。这种水资源管理方式称作“需水管理”。需水管理方式的水资源分配原则是“总量控制、定额管理”。

需水管理方式实施10余年来，成绩显著。例如，对黄河、新疆塔里木河、流经甘肃与内蒙古境内的黑河，严格限制沿河地方从河道的取水量，使这几条经常断流的河道恢复了流量，干涸多年的尾闾湖泊重新蓄了水，焕发了生机。但从农业节水灌溉的水资源管理方面考察，需水管理方式仍存在问题。

1.水资源需水管理方式存在的问题

农业灌溉用水有显著的特点。第一，农业灌溉用水和当地降水及地下水有密切关系；第二，农田灌溉分布面广，灌区内的农业生产、群众生活和生态环境都处在同一境域内，关系密切。基于这些情况观察水资源需水管理存在以下问题。

①需水管理主要内容是管理可控地表水资源的分配利用；对地下水资源的管理，虽然三令五申要求超采区限采和禁采，但一直没有拿出有效管理措施，所以未见成效；至于对天然降水的充分利用，在灌区水资源管理中则很少提及。这些情况证明，需水管理尚未做到对水资源全面管理。

②灌区农业生产、农民生活和生态环境同处一域，用水共用一源，但以往主管部门只管灌溉用水，不管生活和生态用水。近年党和政府把解决农村饮水安全问题作为民生水利的第一要务，增加了投资，水务主管部门也加强了农村供水工程建设；但对灌溉、生活和生态用水，多未从制度上统筹安排，而是各行其是。

③农业灌溉用水与降水量多寡呈反相关，干旱年份降水少，地表水与地下水产水量也少，而灌溉需水量多；湿润年份降水多，地表水与地下水产水量也多，而灌溉需水量少。面对如此现象，主管部门很难根据“总量控制、定额管理”原则，确定适当的供水指标。实践中常常是干旱年来多少水，供多少水，限制用水；丰水年鼓励群众多用水，增加水费收入；很少考虑水资源多年调节，节约用水。

④灌溉管理部门重视利用工程措施，提高灌溉水的利用率，不重视利用农业技术和管理措施，减少农田水分腾发量；对提高包括降雨在内的水资源利用率，也重视不够。

以上事实说明水资源需水管理方式还需要改革，改革的方向是实施ET管理，即耗水管理。

2.水资源E T管理的关键措施

世行贷款农业节水灌溉项目推行水资源ET管理取得成功，是靠完善的工程设施和严格执行管理规章制度来保证的。其基本经验概括如下：

①多部门、多学科人员密切协作，采取工程的、农业的和管理的综合节水措施，降低各种作物的田间耗水量，使项目区综合耗水量与项目区可消耗的水资源量达到基本平衡。

②把打井开发利用地下水灌溉，以灌代排；或井渠合用，灌排并举，地表水与地下水统一管理运用，作为项目建设的基础设施，解决灌区旱涝盐碱综合防治问题；其中打井提取地下水灌溉或竖井排水，发挥的关键作用是降低和控制地下水水位，抑制潜水蒸发和扩大地下调蓄容量，将丰水年多余的降水和境外来水存储起来，供干旱年利用。推行节水灌溉不光要采取渠道防渗和管道输水等措施，提高灌溉水利用率，更重要的是打井提取地下水灌溉，使一切渗入地下的水得到开发再利用，提高水资源的利用率。

③依据水资源监测评价和主管部门许可的水资源消耗量，确定项目区目标ET值，给“总量控制、定额管理”以明确的定量指标。

④开展监测评价工作，跟踪农民生产，监测项目区实际发生的ETZ，调整生产管理措施，使实测ETZ趋向等于或小于目标ET。同时还要监测地下水水位动态变化情况，用两种监测成果，评价水资源是否达到供耗平衡。

⑤推行灌排区自主管理制度和组建农民用水户协会参与项目管理；明确灌排工程设施的产权归属和业主单位的权利、义务；贯彻按用水量和成本水价和成本水价收取水费政策，实现灌排区经济自立，可持续发展。

[1]水利部世行节水灌溉项目办公室.世界银行贷款节水灌溉项目完工报告[R].2006.

[2]田园水利文集[M].北京：中国水利水电出版社，1998.

[3]水利部世行节水灌溉项目办公室.世界银行贷款节水灌溉项目完工报告附件与总项目监测评价报告[R].2006.