劉嫣媛

摘要近幾年來西南地區(qū)常遭遇旱災，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。如能加強對干旱現(xiàn)狀的分析和監(jiān)控，適時預報旱情發(fā)展趨勢，將對于指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，水利工程抗旱和人工增雨作業(yè)有很好的經(jīng)濟效益和社會效益，且具有重要的民生保障意義。本文所建立干旱模擬模型以水稻為研究對象，密切結(jié)合農(nóng)業(yè)干旱特點，用數(shù)學方法把降水、土壤水、人工灌溉水、地下水相互轉(zhuǎn)化及其與農(nóng)田蒸發(fā)量的作用過程描述出來，以反映水稻的缺水情況，并利用分析判斷模型計算敏感系數(shù)得出旱情指標以確定旱情等級，提供相關信息，為干旱的分析、監(jiān)測和預報提供依據(jù)。

關鍵詞水稻需水量干旱預測模型干旱等級

1 干旱預測模型構(gòu)建

1.1 分析模型建立思路

本模型主要是干旱模擬計算，其理論依據(jù)是水量平衡原理。因為干旱是由多種因素共同作用引起的一種自然現(xiàn)象，故對于復雜的干旱現(xiàn)象不可能用某種單項因素來加以全面表征，基于這一點，干旱模擬模型應該密切結(jié)合農(nóng)業(yè)干旱特點，力求用數(shù)學方法把降水、土壤水、地表水、地下水相互轉(zhuǎn)化及其與農(nóng)田蒸發(fā)量的作用過程描述出來。可將干旱情況的出現(xiàn)理解為，當降水量及人工供水量不能滿足作物需水量時，作物則要從土壤中補充水分，當土壤含水量亦不能滿足作物需水量時，作物就出現(xiàn)了缺水狀況，干旱由此發(fā)生。利用農(nóng)作物缺水量多少和缺水時間的長短等，來分析缺水情況對作物生長以及產(chǎn)量的影響，以此來判斷是否出現(xiàn)干旱以及所發(fā)生干旱的類型和等級。在本文中所選指標農(nóng)作物為水稻。

1.2 模型結(jié)構(gòu)

本文中干旱預測分為兩個部分：第一部分為計算模型，主要以西南地區(qū)主要農(nóng)作物水稻為研究對象，對其生長各階段的需水情況進行模擬計算，看水稻的需水量是否能被滿足；第二部分是分析判斷模型，通過對第一部分計算結(jié)果的分析，對缺水事件的嚴重程度做出判斷。

1.2.1 水稻實際耗水量計算模型

=+++

上式中，，——，時段水田水深；

—— 時段降水量；

—— 時段地下水補給量；

—— 時段人工灌溉水量；

—— 稻田穩(wěn)定滲漏量；

—— 時段稻田耗水量。

1.2.2 各邊界條件和參數(shù)確定

（1）稻田初始水深。稻田初始水深及初始土壤含水率是根據(jù)插秧前30天的降水和蒸發(fā)之差值來確定，并設30天前土壤含水率為飽和，則

=

為水稻移植至回青期的耐淹水深(見表1)。

當 ＞，則 = ；

當 ＜O，則 = 0且 =+ （為土壤初始含水率） ；

當0＜ ＜則 =， = ；

（2）水稻理想需水量Em（或稱耗水量）。水稻理想需水量是指作物蒸騰、棵間蒸發(fā)以及構(gòu)成植物組織的水量。通常把作物蒸騰與棵間蒸發(fā)之和稱為騰發(fā)量。由于構(gòu)成植物組織的水量一般小于騰發(fā)量的百分之一，在實際計算時即用騰發(fā)量代表水稻需水量，由下式得出，

= ﹒ 20

其中，為20cm口徑蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)強度， 20為水稻騰發(fā)強度與之比值，是在理想狀態(tài)水稻生長試驗中得出相關參考數(shù)據(jù)（水稻各生長期理想需水量見表2）。

（3）地下水補給量。當土壤含水量低于飽和含水量時，地下水補給以潛水蒸發(fā)的形式進行，由下列經(jīng)驗公式計算： = ·（）

其中，、、、、為水面蒸發(fā)量、土壤蒸發(fā)能力、地下水實際埋深、地下水極限埋深、與土壤有關的指數(shù)。

根據(jù)張蔚榛等人的研究結(jié)果表明，在地下水埋深小于lm的情況下，潛水蒸發(fā)強度達到了由外界條件限制的極限值，約為0．6mm/d，這較水稻需水強度小一個量級；在干旱持續(xù)時，地下水位也不斷下降，當埋深大于lm，其潛水蒸發(fā)強度按指數(shù)減小，鑒于上述情況，在計算中一般將其忽略不計。

（4）稻田滲漏量F。當土壤含水量超過田間持水量時，超額部分在重力作用下向深層滲漏，滲漏量大小還與土壤穩(wěn)滲率Fc有關。該值可用滲漏儀測定法和環(huán)測法來確定。

現(xiàn)今的水稻種植分兩種類型：一是為無灌溉條件的種植；二是有灌溉條件的種植。在有灌溉條件下，當水庫供水量充沛時，無干旱產(chǎn)生的可能，若水庫供水量有限或在無灌溉條件下即 = 0時，則得進一步利用模型進行計算，才可以預測干旱的可能性。在測量得出Hi量值后，比較當?shù)囟嗄甑墓喔仍囼灪腿罕姷墓嗨?jīng)驗確定了水稻各生育期的適宜水深（具體見表3）就可知道水稻是否處于干旱、缺水狀態(tài)。

再將所需相關量、Ri、Gi、Pi、Fi將其帶入稻田計算模型中，算出i時段的水稻的實際耗水量Ei。

1.2.3 分析判斷模型——敏感系數(shù)法

當由第一部分計算出現(xiàn)缺水事件發(fā)生后，則要根據(jù)出現(xiàn)缺水時間、深度等一系列信息做出分析判斷，判斷方法可利用敏感系數(shù)法。敏感系數(shù)法是一個根據(jù)作物產(chǎn)量和作物各生長階段需水滿足程度的大量多組對比的農(nóng)業(yè)試驗資料，用多元回歸分析方法建立一種數(shù)學模型，來分析作物不同生育期缺水對農(nóng)作物與產(chǎn)量的影響。缺水對產(chǎn)量的影響可用一個缺水敏感系數(shù)%d來反映這種模型。該函數(shù)模型為Blank模型：

= （·%d）

式中，n、Ei(j)、Em(j)為生育期個數(shù)、第 生育期實際耗水量和理想需水量；為第 生育期作物對缺水的敏感系數(shù)；Y、Ym為作物實際產(chǎn)量、作物理想產(chǎn)量。則是水稻的相對產(chǎn)量，（1-Y/Ym）%為水稻缺水減產(chǎn)率。

通過第一部分的計算模型，求得水稻該生育期的實際耗水量，相較之水稻需水量（理想蒸發(fā)量）代入第二部分模型計算即可。再根據(jù)減產(chǎn)量占正常產(chǎn)量的比例來判斷受旱情況。受旱標準見表4。

2 模型模擬與預測

取廣西百色靖西縣2009年9月至10月的相關數(shù)據(jù)（如表5）進行模型模擬與預測：

注：（1）百色靖西縣其土壤為復鈣紅粘土，故以相關測量數(shù)據(jù)確定其稻田滲漏量F為2.1mm/d。（2）百色靖西縣其地下水埋藏深度在5-10m，故在計算中其地下水補給量Gi可以視為0。（3）9-10月為該地區(qū)晚稻的生長期為分蘗末期至乳熟期。（4）上述數(shù)據(jù)單位都為mm/d。

根據(jù)表5的數(shù)據(jù)，結(jié)合水稻生長的適宜水深，依據(jù)模型第一部分的公式，可計算出其實際耗水量Ei。參照表2中水稻理想需水量，可分析水稻的缺水狀態(tài)。

將上述數(shù)據(jù)代入模型第二部分計算，其中水稻各個生長期的缺水敏感系數(shù)參考表6。

可得 = （·%d）= 0.478

（1Y/Ym）%=（10.478）%=52.2%

參照干旱劃分標準，可知該縣正處于重旱狀態(tài)，結(jié)合氣象指標即可預測干旱的發(fā)展趨勢，根據(jù)當時氣象部門的預測，在后續(xù)的11、12月份，當?shù)亟邓慷紝⒌陀跉v史水平，故當?shù)叵嚓P部門應發(fā)布抗旱訊號，組織群眾采取積極的相應抗旱措施，將干旱的危害降至最低。