2.4 目标ET的分项指标体系
研究区域目标ET的构成体系,合理确定各分项目标ET,是基于ET管理的水资源综合管理的基础。
蒸发蒸腾包括天然系统蒸发及人工系统蒸发两部分,天然系统蒸发是指降水直接产生的蒸发量,属于广义水资源的范畴;而人工系统蒸发指“供水—取水—用水—耗水—回归”过程中发生的蒸发,属于狭义水资源的范畴,是和人类活动的用水过程和用水条件紧密相连的[40]。
依据不同的分类标准,又可以将ET分为不同分项:基于土地利用分类的不同,可以分为耕地、林地、草地、水域、城乡居工地及未利用土地ET;基于蒸发机理,可以分为植物冠层截留蒸发、植被蒸腾、植被棵间蒸发、地表截留蒸发、土壤水蒸发、水面蒸发等;基于用水过程,可以分为输水ET、用水ET和排水ET。根据水资源耗用的效用大小与高低,可以分为无效ET和有效ET、高效ET和低效ET;根据服务对象,可以分为生态ET和经济ET。ET的具体分类体系如图2.2所示。
图2.2 不同标准的ET分类图
2.4.1 一级分项
根据下垫面条件,可将区域目标ET分为:灌溉耕地ETI、居工地ETJ和天然ETN,其中天然ETN包括非灌溉耕地ETUI、林地ETF、草地ETC、水域ETW和未利用土地ETU。各分项ET见表2.1。
表2.1 区域目标ET的一级分项及土地利用类型
根据土地利用类型可以判断,灌溉耕地ETI、非灌溉耕地ETUI、林地ETF和草地ETC一般包括冠层截留蒸发、植被蒸腾、棵间土壤蒸发和棵间地表截流蒸发;居工地ETJ一般表现为不透水面的地表截流蒸发、生产生活耗水和少量的城镇生态耗水;水域ETW表现为水面蒸发;未利用土地ETU一是表现为地表截流蒸发和土壤蒸发。
2.4.2 二级分项
根据种植结构,可以把灌溉耕地ET分为作物1ET、作物2ET、作物3ET等来表示不同的作物如小麦、玉米、大豆、高粱等单类作物ET。根据用户的不同类型,居工地ET可以分为生活ET、工业ET、第三产业ET和城镇生态ET。
2.4.3 三级分项
根据水分来源的不同,单种作物ET又可分为直接利用降水产生的降水ET和人工灌溉补水产生的灌溉ET;生活ET可分为城镇生活ET、农村生活ET。工业ET和第三产业ET可按照各自内部的行业分类标准来设立三级分项指标。
根据水分来源,耕地又可分为灌溉耕地和雨养耕地,其中灌溉耕地ET的水分来源包括天然降水和人工灌溉补水,且种植结构和灌溉制度的调整都会直接影响到灌溉耕地ET,所以灌溉耕地ET是可控的;雨养耕地ET主要来源于所利用的天然降水,属于不可控的ET。对于城乡居工地ET,水分来源包括天然降水和对工业与生活的人工集中供水,工业产业结构和用水习惯等也会对城乡居工地ET的大小产生影响,所以城乡居工地ET是可控的。对于陆生植被ET、水生植被ET和未利用土地ET,水分来源主要是天然降水,没有人工供水,人类活动对它们的直接干扰很小,它们是不可控的ET。城镇生态ET也可根据水分来源分为降水ET和人类向城镇生态供水形成的城镇生态补水ET,其中降水ET包括不透水面上的地表截流蒸发和城镇林草绿化带利用降水形成的ET。对于不可控的ET,只能通过调整土地利用类型来在一定程度上加以控制。简而言之,灌溉耕地ET和城乡居工地ET是目标ET的调控重点,在生产实践中可以落实到灌溉定额管理、工业用水定额管理、第三产业定额管理和生活用水定额管理上来。区域目标ET分项指标的综合体系具体见表2.2。
在我国水资源管理实践中,目前主要实施的是“总量控制,定额管理”。借鉴这一管理思路,为了方便计算和实际实施,并且为了把区域目标ET指标体系有效地与水资源管理实践结合起来,将目标ET按照不同的土地利用类型分为五项:耕地ET、城乡居工地ET、陆生植被ET、水生植被ET和未利用土地ET。其中,耕地ET包括水田、旱地ET;城乡居工地ET包括工业、第三产业、城市生活、农村生活的ET;陆生植被ET包括林地和草地的ET;水生植被ET包括湖泊、沼泽、湿地的ET;未利用土地ET包括沙地、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石砾地的ET。各分项ET的可控性属性划分具体见表2.3。
表2.2 目标ET分项指标的综合体系
注 生活ET为综合生活ET,城镇生活用水包括居民用水和公共建筑与服务用水,农村生活用水包括农村居民用水和牲畜用水。
表2.3 分项ET的可控性
续表
进行分项ET分析的目的是为了区分有效与无效ET、高效与低效ET以及生态与经济ET等,以达到更好地降低无效或低效ET之ET管理目的。
所构建和划分的ET分项指标体系层次清晰,容易进行协调和聚合。为便于比较,可以将ET量除以相对应的土地面积,得到单位面积上的耗水深。
综合ET可由一级分项ET及其对应的土地利用类型的面积通过加权平均求和而得到,灌溉耕地ET可由单种作物ET和种植结构通过加权平均求和而得到,而单作物ET等于降水产生的ET与灌溉产生的ET之和。居工地ET等于生活ET、工业ET、第三产业ET和城镇生态ET之和,而城镇生态ET又可分解为降水ET与生态补水ET。
综合ET:
式中 ETZ——区域综合目标ET;
ETN——天然ET;
ETI——灌溉耕地ET;
ETJ——居工地ET。
一级ET:
以上式中 ETUI——非灌溉耕地ET;
ETF——林地ET;
ETC——草地ET;
ETW——水域ET;
ETU——未利用土地ET;
i——作物种类;
ETi——第i种作物ET;
ETL——生活ET;
ETG——工业ET;
ETS——第三产业ET;
ETE——城镇生态ET。
二级ET:
式中 ETPi——第i种作物直接利用降水形成的降水ET;
ETIi——第i种作物的灌溉ET;
ETLU——城镇生活ET;
ETLR——农村生活ET;
j——工业行业类别;
ETGj——工业中第j种行业的ET;
p——第三产业行业类别;
ETSp——第三产业中的第p种行业的ET;
ETEP——城镇降水ET;
ETEI——城镇生态补水ET。
根据上面的分类计算,非灌溉植被ET、水域ET、未利用土地ET的耗水深就可以反映当地的天然生态情况,居工地ET的耗水深可反映当地的城市节水水平。比较二级分项生活ET、工业ET、第三产业ET和城镇生态ET可以看出该地区各用水户耗水的比例。灌溉耕地ET的耗水深可以间接表征当地的种植结构和农业总体节水水平,二级分项单种作物ET的耗水深可以表征该地区每种作物的耗水水平,三级分项ET可以看出作物ET耗用天然降水和灌溉水的比例。
总之,通过控制各个分项ET,可以由下而上地实现区域综合目标ET的控制指标,有利于实现区域ET管理。