林一凡，霍再林*，汪超子，張成龍，韓振中，崔靜

?水土資源與環(huán)境?

Budyko假設(shè)在灌區(qū)耗水估算的適用性

林一凡1，霍再林1*，汪超子1，張成龍1，韓振中2，崔靜2

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083；2.中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心，北京100054）

【目的】驗(yàn)證Budyko假設(shè)在農(nóng)業(yè)灌區(qū)的適用性，為準(zhǔn)確估計(jì)灌區(qū)實(shí)際耗水提供新方法。【方法】基于全國(guó)282個(gè)大中型灌區(qū)2010—2017年的灌溉量、降水量、潛水蒸發(fā)量及實(shí)際蒸散發(fā)量，驗(yàn)證了Budyko假設(shè)對(duì)農(nóng)業(yè)灌區(qū)耗水估算的適用性，對(duì)比分析不同氣候條件下的估算準(zhǔn)確性?！窘Y(jié)果】Budyko假設(shè)框架下考慮灌溉水及潛水蒸發(fā)量的傅抱璞公式能夠較好地估算灌區(qū)年度耗水，估算與實(shí)測(cè)之間的相對(duì)誤差小于21.7%。比較而言，該公式在種植結(jié)構(gòu)和灌溉制度較為穩(wěn)定的濕潤(rùn)區(qū)具有更好的適用性。同時(shí)，受氣象條件、灌區(qū)輸配水條件、土壤質(zhì)地、作物種植結(jié)構(gòu)等要素的影響，Budyko水熱耦合模型的參數(shù)具有顯著的區(qū)域分布特征，表現(xiàn)為隨濕潤(rùn)程度增加而增大。【結(jié)論】Budyko假設(shè)在全國(guó)農(nóng)業(yè)灌區(qū)年耗水量估算中具有很好的潛力。

Budyko假設(shè)；灌區(qū)；耗水；氣候

0 引言

【研究意義】灌區(qū)是全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要載體，也是重要的耗水主體。作為水循環(huán)和能量平衡聯(lián)系的紐帶，灌區(qū)耗水在陸面水熱耦合中起到重要作用。同時(shí)，準(zhǔn)確估算灌區(qū)耗水，對(duì)于區(qū)域水資源規(guī)劃與管理具有重要的意義。【研究進(jìn)展】灌區(qū)耗水受到氣象條件、灌溉用水、土壤條件及作物種植等多因素影響，在時(shí)空上具有很強(qiáng)的差異性。一般來(lái)說(shuō)，年尺度灌區(qū)耗水可采用水量平衡、過(guò)程模擬等方法來(lái)確定[1]。其中水量平衡由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及普適性強(qiáng)，成為灌區(qū)耗水的重要計(jì)算方法。蘇聯(lián)學(xué)者Budyko提出流域?qū)嶋H蒸散發(fā)受到陸面水分供給（）、能量供給（0）間平衡關(guān)系影響，即Budyko假設(shè)[2]。多年來(lái)，許多學(xué)者根據(jù)氣象數(shù)據(jù)、徑流數(shù)據(jù)以及水量平衡原理，擬合得到了不同形式的水熱耦合平衡方程，證明了Budyko假設(shè)的成立[3-6]，并成功應(yīng)用于流域耗水估算及水平衡分析。傳統(tǒng)的Budyko水熱平衡方程需滿足如下假設(shè)：其一是流域?yàn)樽匀磺曳忾]，降水是流域內(nèi)蒸散發(fā)的唯一來(lái)源；其二是在較長(zhǎng)的時(shí)間跨度和較大的空間范圍內(nèi)，流域內(nèi)的蓄水量變化可以忽略不計(jì)。近年來(lái)針對(duì)較小時(shí)間尺度和非穩(wěn)態(tài)的情況，眾多學(xué)者引入了包括地下水埋深、土壤水儲(chǔ)量及灌溉水量在內(nèi)的一系列變量，極大地拓寬了Budyko假設(shè)的適用范圍[7-11]。不同于流域，灌區(qū)受灌溉活動(dòng)影響，其水熱平衡關(guān)系較為復(fù)雜。韓松俊等[12]驗(yàn)證了新疆綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)水熱平衡關(guān)系滿足Budyko假設(shè)。Simons等[13]采用Budyko公式計(jì)算了巴基斯坦印度河流域灌區(qū)耗水量。針對(duì)地下水淺埋灌區(qū)，陳航等[14]提出了考慮灌溉和潛水蒸發(fā)的灌區(qū)尺度Budyko理論框架，并成功應(yīng)用于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)。【切入點(diǎn)】受灌區(qū)水文氣象、土壤條件、灌排條件、種植結(jié)構(gòu)等影響，Budyko假設(shè)在不同氣候區(qū)灌區(qū)的適用性還不明確?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本文以我國(guó)不同氣候區(qū)的282個(gè)大中型灌區(qū)（2010—2017年）為研究對(duì)象，驗(yàn)證了Budyko假設(shè)在農(nóng)業(yè)灌區(qū)的適用性，分析了不同氣候區(qū)實(shí)際蒸散發(fā)估算精度的差異，并在此基礎(chǔ)上分析不同氣候條件下模型參數(shù)的分布特征。

1 材料與方法

1.1 研究數(shù)據(jù)

1.1.1 灌區(qū)數(shù)據(jù)

本研究選取全國(guó)范圍內(nèi)282個(gè)大中型灌區(qū)2010—2017年間的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心，具體數(shù)據(jù)包括灌區(qū)有效灌溉面積、灌溉水利用系數(shù)（全國(guó)灌溉水利用系數(shù)測(cè)算結(jié)果）、毛灌水量及地下水埋深，其中灌溉水利用系數(shù)為灌入田間可被作物吸收利用的水量（凈灌溉用水量）與灌區(qū)從水源取用的灌溉總水量（毛灌溉用水量）的比值。根據(jù)干濕指數(shù)（）將全國(guó)劃分為干旱區(qū)（＜0.20）、半干旱區(qū)（0.20≤＜0.50）、半濕潤(rùn)區(qū)（0.50≤＜1.00）和濕潤(rùn)區(qū)（≥1.00）4個(gè)氣候區(qū)。其中，西北地區(qū)大部分為干旱區(qū)，半干旱區(qū)包含內(nèi)蒙古和青海新疆一帶，半濕潤(rùn)區(qū)主要分布在華北和東北地區(qū)，濕潤(rùn)區(qū)包含我國(guó)南方地區(qū)和部分東北地區(qū)。

表1 不同氣候區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)的基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本研究選擇由中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的氣象日數(shù)據(jù)集V3.0中的839個(gè)國(guó)家級(jí)氣象站點(diǎn)，并通過(guò)GIS定位連接到鄰近的大中型樣點(diǎn)灌區(qū)，研究時(shí)段為2010—2017年，所用氣象數(shù)據(jù)包括降水量、逐日最高和最低氣溫、日照時(shí)間、2 m高度風(fēng)速、相對(duì)濕度等。潛在蒸散發(fā)0的計(jì)算采用FAO-56推薦的Penman-Monteith公式[15]。

式中：0為參照作物騰發(fā)量（mm）；n為作物表面上的凈輻射（MJ/（m2·d））；為土壤熱通量（MJ/（m2·d））；為平均氣溫（℃）；2為2 m高處的風(fēng)速（m/s）；s為飽和水汽壓（kPa）；a為實(shí)際水汽壓（kPa）；sa為飽和水汽壓差（kPa）；Δ為s-關(guān)系曲線的切線斜率（kPa/℃）；為濕度計(jì)常數(shù)（kPa/℃）。

1.1.2 灌區(qū)實(shí)際年耗水?dāng)?shù)據(jù)

一般來(lái)說(shuō)，灌區(qū)年耗水量難以準(zhǔn)確獲得。研究中灌區(qū)年耗水由灌區(qū)遙感耗水?dāng)?shù)據(jù)得到。由于研究中缺少確切的灌區(qū)實(shí)際邊界圖，難以獲得灌區(qū)準(zhǔn)確范圍內(nèi)的遙感耗水，研究中采用灌區(qū)等效面積內(nèi)的農(nóng)田耗水作為灌區(qū)耗水。利用GIS以灌區(qū)位置為圓心構(gòu)建與灌區(qū)面積相等的圓形緩沖區(qū)代替灌區(qū)邊界，結(jié)合2015年中國(guó)土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提取灌區(qū)中耕地的柵格以提取灌區(qū)耗水。本研究從MOD16A3數(shù)據(jù)集（來(lái)源于NASA數(shù)據(jù)中心：https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/）中提取得到2010—2017年各灌區(qū)分辨率為500 m的年實(shí)際蒸散發(fā)值。如圖1所示，通過(guò)對(duì)比灌區(qū)水量平衡與遙感提取得到的灌區(qū)，可發(fā)現(xiàn)二者對(duì)比整體結(jié)果較好，為143.7 mm/a，為18.1%，2可以達(dá)到0.631。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，部分干旱半干旱區(qū)灌區(qū)遙感耗水小于水量平衡計(jì)算的灌區(qū)耗水。這可能是由于干旱半干旱區(qū)作物非生長(zhǎng)季大定額的鹽分淋洗或保墑灌溉（秋澆、冬灌、春灌）通過(guò)水量平衡計(jì)算時(shí)高估了灌區(qū)耗水量?？紤]到上述情況，研究中采用灌區(qū)遙感耗水年內(nèi)統(tǒng)計(jì)值作為灌區(qū)年耗水量。

圖1 全國(guó)樣點(diǎn)灌區(qū)2010—2017年MOD16-ET與水量平衡ET的對(duì)比結(jié)果

1.2 研究方法

Budyko根據(jù)流域水量和能量平衡，指出流域蒸散發(fā)（）同時(shí)受降水（）和潛在蒸散發(fā)（0）2個(gè)因素的控制，即Budyko假設(shè)，滿足的邊界條件為：在極端干燥條件下，實(shí)際蒸散發(fā)將消耗全部供水量；在極端濕潤(rùn)的條件下，潛在蒸散發(fā)都將轉(zhuǎn)化為潛熱，實(shí)際蒸散發(fā)為0[2]。

對(duì)于灌區(qū)而言，在假設(shè)年土壤水儲(chǔ)量可忽略不計(jì)的前提下，水分供給量包括降水量和毛灌溉量，地下水埋深較淺的灌區(qū)還存在潛水蒸發(fā)gw。本文將供水量（、、gw）之和定義為灌區(qū)等效降水量e[16]，其中潛水蒸發(fā)（gw）采用阿維里揚(yáng)諾夫公式求得[17]。由于灌區(qū)地勢(shì)相對(duì)平整，除灌溉引水及排水外，本文假設(shè)水平方向與灌區(qū)外水量交換忽略不計(jì)。傅抱璞從流域水文氣象的物理意義出發(fā)，根據(jù)微分方程理論給出了符合Budyko假設(shè)邊界條件的含參數(shù)的2種完全等價(jià)的解析形式[3]。應(yīng)用于灌區(qū)尺度的傅抱璞公式可以拓展為：

式中：為水熱耦合控制參數(shù)，反映灌區(qū)特征對(duì)水量分配的綜合影響。如圖2所示，Budyko框架應(yīng)用于灌區(qū)時(shí)，由于引入灌水量和潛水蒸發(fā)量后，等效降水量e增大，減輕了灌區(qū)的水分虧缺程度，區(qū)域干旱指數(shù)0e減??；且由于灌區(qū)存在渠道下滲和深層滲漏，實(shí)際耗水小于灌區(qū)可供水量，灌區(qū)蒸散發(fā)比e較于同等條件下的自然流域而言往往減小。將Budyko模擬的值和實(shí)測(cè)值之間的誤差值最小化后，即可求得相應(yīng)參數(shù)值。

注自然條件下的等效降水量Pe為實(shí)際降水量P。

2 結(jié)果與分析

2.1 ET/Pe與ET0/Pe關(guān)系分析

為評(píng)估引入灌溉水量和潛水蒸發(fā)量的Budyko假設(shè)在農(nóng)業(yè)灌區(qū)上的適用性，首先驗(yàn)證傳統(tǒng)僅考慮降水量的Budyko假設(shè)能否在灌區(qū)適用。如圖3所示，僅考慮降水量為灌區(qū)可供水量時(shí)，蒸散發(fā)比和干旱指數(shù)0的關(guān)系總體上不符合Budyko曲線的變化趨勢(shì)。其中，在干旱區(qū)，>1，這一結(jié)果表明干旱區(qū)灌區(qū)的降水量不能滿足灌區(qū)作物生產(chǎn)需求，作物生長(zhǎng)主要依賴灌溉。對(duì)于個(gè)別灌區(qū)，較小的降水量作為分母導(dǎo)致的比值明顯增加。隨著濕潤(rùn)程度的增加，半干旱區(qū)和半濕潤(rùn)區(qū)降水量能夠滿足作物需水要求的灌區(qū)逐漸增加，濕潤(rùn)區(qū)降水量已經(jīng)基本滿足灌區(qū)作物需水要求，因此基本全部分布在Budyko假設(shè)的邊界范圍內(nèi)。

如圖3所示，將灌溉量和潛水蒸發(fā)量引入可供水量后，修正后的蒸散發(fā)比e和干旱指數(shù)0e表現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，并且均處于Budyko假設(shè)的邊界范圍內(nèi)。各氣候區(qū)蒸散發(fā)比和干旱指數(shù)間均表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，且隨著濕潤(rùn)程度的增加，實(shí)際蒸散發(fā)與0間正相關(guān)關(guān)系逐漸增強(qiáng)，這與Budyko假設(shè)中濕潤(rùn)區(qū)主要受到能量限制，干旱區(qū)主要受到水量限制的分析相一致。同一氣候區(qū)內(nèi)各灌區(qū)由于灌排條件、土壤條件、作物種植結(jié)構(gòu)等差異，所表現(xiàn)出的水熱平衡關(guān)系有所差別，但一般來(lái)說(shuō)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。

2.2 Budyko假設(shè)在灌區(qū)耗水估算應(yīng)用評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證Budyko假設(shè)框架下傅抱璞公式在灌區(qū)尺度的適用性，本研究使Budyko曲線估算的灌區(qū)年值與灌區(qū)遙感值二者誤差最小化求得各灌區(qū)參數(shù)的擬合值，并通過(guò)計(jì)算各灌區(qū)相對(duì)誤差和均方根誤差量化其擬合精度（表2）。結(jié)果表明，應(yīng)用于不同氣候條件下的典型灌區(qū)時(shí)，前文提出的灌區(qū)水熱關(guān)系與Budyko曲線均具有較好的一致性（圖4），提出的灌區(qū)Budyko框架可以用于分析灌區(qū)耗水與潛在蒸散發(fā)量及有效水量之間的關(guān)系。對(duì)于本研究中所涉及的樣點(diǎn)灌區(qū)而言，估算的逐年誤差較小（=9.6～119.3 mm，=1.6%～21.7%），表明使用修正后的傅抱璞公式能夠較為合理地對(duì)灌區(qū)實(shí)際蒸散發(fā)量進(jìn)行估算，擬合精度較高。

表2 不同氣候區(qū)參數(shù)ω?cái)M合值及擬合精度統(tǒng)計(jì)

圖4 不同氣候分區(qū)內(nèi)典型灌區(qū)的Budyko曲線關(guān)系

進(jìn)一步來(lái)看，Budyko曲線在不同氣候農(nóng)業(yè)灌區(qū)的應(yīng)用結(jié)果有所差別（圖5和圖6）。Budyko曲線對(duì)灌區(qū)年估算的相對(duì)誤差由濕潤(rùn)半濕潤(rùn)區(qū)的1.6%～16.0%增加為干旱半干旱區(qū)的2.1%～21.7%。從Budyko曲線在區(qū)域上應(yīng)用效果來(lái)看，在半濕潤(rùn)區(qū)內(nèi)部，東北地區(qū)灌區(qū)模擬與遙感之間的相對(duì)誤差為5.2%，華北地區(qū)模擬值與遙感值之間的相對(duì)誤差則達(dá)到8.0%。比較而言，南方灌區(qū)植被條件好，盡管由于整體耗水大而引發(fā)Budyko曲線對(duì)其灌區(qū)年耗水估算的絕對(duì)誤差較大，但Budyko曲線對(duì)該區(qū)域年度估算精度較其他區(qū)域高。

圖5 不同氣候農(nóng)業(yè)灌區(qū)逐年遙感ET與Budyko曲線估算ET的關(guān)系

2.3 灌區(qū)Budyko公式中參數(shù)ω的分布特點(diǎn)

全國(guó)灌區(qū)Budyko曲線參數(shù)在1.12～3.61之間波動(dòng)（表2），且具有明顯的區(qū)域分布特征（圖7），隨著區(qū)域濕潤(rùn)程度的增加，參數(shù)有所增大。對(duì)于所研究的樣點(diǎn)灌區(qū)來(lái)說(shuō)，參數(shù)均值由干旱區(qū)的1.28增加為濕潤(rùn)區(qū)的2.09。

注 (a)、(b)圖均基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2016)1569的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無(wú)修改。

注 (a)圖中“×”代表不同氣候條件下ω?cái)M合的平均值，“·”代表異常值，橫線從上至下分別代表最大值、上四分位值、中值、下四分位值以及最小值；(b)圖基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2016)1569的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無(wú)修改。

3 討論

Budyko假設(shè)下的傅抱璞公式對(duì)于不同氣候區(qū)的灌區(qū)擬合精度存在一定的差異，干旱區(qū)灌區(qū)的擬合精度與濕潤(rùn)區(qū)相比較差，這是由于干旱半干旱區(qū)在作物非生育期的灌溉量占全年灌溉量的比例相對(duì)較大，但該部分灌溉不能夠直接影響作物實(shí)際蒸散發(fā)，同時(shí)非生育期的灌溉量難以與氣候條件變化同步，因此作物耗水占可供水量的比例與干旱指數(shù)的關(guān)系在年際間波動(dòng)較大。同一氣候區(qū)內(nèi)部分灌區(qū)相對(duì)誤差較大，可能與灌區(qū)在2010—2017年推行節(jié)水改造和種植結(jié)構(gòu)改變有關(guān)。東北地區(qū)和華北地區(qū)灌區(qū)的擬合精度差異可能同樣與當(dāng)?shù)毓鄥^(qū)種植結(jié)構(gòu)改變引起的年際間下墊面變動(dòng)情況有關(guān)：東北灌區(qū)以水稻種植為主，種植結(jié)構(gòu)較為單一，下墊面因子在年際間改變不大，而華北地區(qū)種植結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，下墊面在年際間變動(dòng)較大。

大量在自然流域中對(duì)水熱耦合參數(shù)的研究表明隨著濕潤(rùn)程度增加，水熱耦合參數(shù)逐漸減小[18-20]。然而，本研究發(fā)現(xiàn)隨著濕潤(rùn)程度增加，農(nóng)業(yè)灌區(qū)Budyko曲線水熱耦合參數(shù)逐漸增加。這可能是由于受到人類活動(dòng)影響，灌區(qū)處在非穩(wěn)定的狀態(tài)[14]。具體而言，干旱半干旱區(qū)灌區(qū)的參數(shù)值與自然流域相比明顯減小，這是由于該區(qū)域灌溉水中包括的冬春作物非生育期大定額鹽分淋洗灌溉與作物耗水沒(méi)有明顯關(guān)系[21-23]。值得注意的是，在此種灌溉制度影響下，即使處于極干旱氣候條件，灌區(qū)實(shí)際蒸散發(fā)也不能達(dá)到水量限制上限（/e=1）。而濕潤(rùn)半濕潤(rùn)區(qū)灌區(qū)引入灌溉水量后，雖然/e的值有所增加，導(dǎo)致灌區(qū)參數(shù)減小，但因?yàn)榻邓恳呀?jīng)基本能滿足灌區(qū)蒸散發(fā)要求，灌溉僅起到調(diào)節(jié)降水和補(bǔ)充作物需水的季節(jié)性虧缺的作用，所以影響并不顯著。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，參數(shù)是與灌區(qū)特征有關(guān)的無(wú)量綱參數(shù)，越大，表示有利于作物耗水的條件越多。通常來(lái)說(shuō)，灌區(qū)植被覆蓋度越高、土壤蓄水能力越強(qiáng)、節(jié)水設(shè)施及灌溉管理措施越完善則灌區(qū)的參數(shù)越大。具體而言，可以通過(guò)對(duì)灌區(qū)植被覆蓋度、土壤性質(zhì)、渠系襯砌率等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，明確參數(shù)與上述因素的關(guān)系，獲得其經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式。

在農(nóng)業(yè)灌區(qū)應(yīng)用Budyko曲線時(shí)，考慮到95%的灌區(qū)都分布在坡度小于5°的平原地帶，因此忽略了水平方向水量交換對(duì)于灌區(qū)耗水的影響。然而對(duì)于水網(wǎng)復(fù)雜、地勢(shì)復(fù)雜的灌區(qū)而言，忽略灌區(qū)與周邊環(huán)境之間的側(cè)向水分交換量，可能會(huì)對(duì)灌區(qū)的可供水量的計(jì)算存在一定的影響，繼而對(duì)灌區(qū)水熱耦合參數(shù)的估算產(chǎn)生影響。此外，因?yàn)槿鄙俟鄥^(qū)的具體邊界線，因此只能選擇灌溉排水發(fā)展中心提供的灌區(qū)經(jīng)緯度作為灌區(qū)中心構(gòu)建圓形緩沖區(qū)，同時(shí)使用了土地利用類型為耕地的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，盡量確保提取到的數(shù)據(jù)為灌區(qū)耕地，但是由于灌區(qū)上下游實(shí)際耗水之間存在一定的差異，因此也會(huì)對(duì)后續(xù)計(jì)算產(chǎn)生一定的影響。

總體來(lái)說(shuō)，Budyko假設(shè)能夠適用于全國(guó)不同氣候條件下的樣點(diǎn)灌區(qū)，拓展后的傅抱璞公式對(duì)資料不足或無(wú)資料農(nóng)業(yè)灌區(qū)的年耗水估算等具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。值得注意的是，本研究忽略了部分灌區(qū)與其外圍區(qū)域水量的交換所導(dǎo)致的年際之間灌區(qū)水儲(chǔ)量的變化，會(huì)對(duì)灌區(qū)水熱平衡計(jì)算引起誤差，后續(xù)相關(guān)研究可通過(guò)量化灌區(qū)水儲(chǔ)量變化來(lái)提升Budyko曲線的適用性；同時(shí)，農(nóng)業(yè)灌區(qū)參數(shù)與下墊面因素及灌區(qū)設(shè)施水平的關(guān)系有待于深入研究，以便于進(jìn)一步擴(kuò)大Budyko曲線在灌區(qū)耗水估算中的應(yīng)用范圍。

4 結(jié)論

1）驗(yàn)證了增加灌溉量和潛水蒸發(fā)量作為可供水量的Budyko假設(shè)條件下的傅抱璞公式在農(nóng)業(yè)灌區(qū)的適用性。拓展后的傅抱璞公式能夠較好地反映農(nóng)業(yè)灌區(qū)的實(shí)際蒸散發(fā)，估算與實(shí)測(cè)之間的相對(duì)誤差均小于21.7%，均方根誤差小于119.3 mm。

2）不同氣候區(qū)農(nóng)業(yè)灌區(qū)實(shí)測(cè)點(diǎn)與Budyko曲線擬合程度有所區(qū)別，受到農(nóng)業(yè)種植條件、灌區(qū)工程條件、灌溉用水等影響，濕潤(rùn)區(qū)和東北地區(qū)的擬合精度整體上優(yōu)于干旱半干旱區(qū)，Budyko假設(shè)在濕潤(rùn)灌區(qū)的應(yīng)用效果明顯好于干旱灌區(qū)應(yīng)用效果。

3）受到非生育期灌水的影響，Budyko假設(shè)下傅抱璞公式描述灌區(qū)下墊面特征的參數(shù)在1.12～3.61之間波動(dòng)，且隨著濕潤(rùn)程度的增加逐漸增大。

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Considering the Budyko’s Assumption to Estimate Evapotranspiration from Irrigation Districts in China

LINYifan1, HUOZailin1*, WANG Chaozi1, ZHANG Chenglong1, HANZhenzhong2, CUIJing2

(1. Collge of Water Resources & Civil Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China;2. Irrigation and Drainage Development Center, Beijing 100054, China)

【Objective】The Budyko’s assumption is that evapotranspiration is limited by water in semi-arid regions and by energy in wet regions. This paper applied it to estimate evapotranspiration from irrigated agricultural lands in China. 【Method】The results calculated using the Budyko equation were tested against irrigation, precipitation, groundwater evaporation and real evapotranspiration measured from 2010 to 2017 from 282 irrigation districts across China. Based on these data and results, we analyzed the accuracy of the Budyko equation for cropped lands under different climatic conditions. 【Result】The Budyko equation and the Fu's equation, both considering irrigation and groundwater evaporation, are adequate to estimate evapotranspiration from irrigated cropped lands. The mean relative error between the estimatedand the measuredis less than 21.7%. Overall, the estimatedis more accurate for humid areas, where the planting structure and irrigation are less prone to fluctuation and change, than for other areas. Impacted by meteorology, water supply and distribution, soil texture and planting structure in irrigation districts, the parameterin the Budyko curves varies spatially and increases, in general, with humidity. 【Conclusion】The Budyko equation works well for estimating annual evapotranspiration from irrigated cropped lands in China.

Budyko framework; irrigation districts; evapotranspiration; climate

林一凡, 霍再林, 汪超子, 等. Budyko假設(shè)在灌區(qū)耗水估算的適用性[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(10): 82-89.

LIN Yifan, HUO Zailin, WANG Chaozi, et al. Considering the Budyko’s Assumption to Estimate Evapotranspiration from Irrigation Districts in China[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(10): 82-89.

S271

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022162

1672 - 3317（2022）10 - 0082 - 08

2022-03-28

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（52130902）

林一凡（1997-），女。碩士研究生，主要從事灌區(qū)耗水規(guī)律研究。E-mail: linyifan1997@126.com

霍再林（1977-），男。教授，博士，主要從事水文水資源及農(nóng)業(yè)高效用水的研究。E-mail: huozl@cau.edu.cn

責(zé)任編輯：趙宇龍