王傲霜 熊竹陽 吳先超 章啟兵 趙家良

天然條件下降落在旱地上的任一次降水過程中，降水入滲并能儲存在根系吸水層內的雨量稱為有效降水量或降水有效利用量；其量與降水量之比稱之為降水有效利用系數。它是影響制定灌溉制度和研究農業(yè)節(jié)水的基本參數之一。欲使更多降水量轉化成有利于農作物吸收利用的土壤水和地下水，從而實現(xiàn)減少灌溉次數或灌溉水量，實現(xiàn)農業(yè)節(jié)水增效目標就必須通過試驗研究，尋求不同水文氣象條件下降水入滲并儲存在農作物根系吸水層內的有效降水量及其變化規(guī)律。

試驗組依托“蚌埠市砂姜黑土區(qū)農業(yè)節(jié)水綜合技術研究”項目，利用五道溝水文水資源實驗站地下水位控制埋深為 1.0m、1.5m、2.0m，測筒面積為2.0m2和4.0m2，土樣為原狀砂姜黑土的6套大型地中蒸滲儀，以小麥、夏玉米為對象，各設計3個水平、6個處理，開展有效降水量的觀測試驗研究。

一、有效降水量試驗裝置及試驗設計

（一）有效降水量試驗裝置簡介

根據有效降水量定義，在對其進行試驗研究時，主要考慮自然條件下，從不同降水強度及其過程中產生的4個水量入手進行觀測研究。4個水量依次是：次（或場）降水量、降水過程中的陸面蒸騰蒸發(fā)量（簡稱騰發(fā)量）、降水及產流過程中向土壤中入滲并儲存在土壤中的水量、深層滲漏量（或稱入滲補給地下水量）。這幾個量中較難測定的是入滲并儲存在土壤中的雨量，所以試驗研究的重點在分析入滲規(guī)律、確定不同條件下入滲雨量。對其測定的方法有很多種，本次采用五道溝水文水資源實驗站大型地中蒸滲儀裝置進行試驗研究。依據本裝置較容易測定一次或一場降水產生的地表徑流量、深層滲漏量，并通過相關要素譬如水面蒸發(fā)量等觀測，利用水量平衡原理，分析計算儲存在根系吸水層中的有效降水量。

（二）有效降水量試驗設計

安徽淮北平原區(qū)淺層地下水資源較豐富，多年平均地下水位埋深一般為1～5m，其中南部1.0～2.5m，中部3.5m左右，北部4.0～7.0m，有利于旱田發(fā)展井灌，以改善土壤水分狀況。而土壤水分的大小決定農作物根系的發(fā)育、分布以及主根的延伸深度。試驗結果表明，降水或灌溉使表層（0～0.5m），即根系發(fā)育層的土壤水分經常保持在田間持水量55%～85%，就會有60%～85%的根系量分布在該層，農作物的主根一般都可延伸到1.0m以下；當降水量少且灌溉次數也少，表層土壤水分僅占田持水量的50%～55%，分布在該層的根系量一般也能達到60%～70%，小麥的主根可延伸到2.0m甚至更深，并從地下水中獲取一定的水量。顯然，科學有效地調控農作物根系層內的土壤水分狀況，對作物的正常生長發(fā)育至關重要。依據本地區(qū)的地下水埋深和作物根系延伸的一般特點，設計地下水位控制埋深為1.0m、1.5m、2.0m共3個水平的大型地中蒸滲儀裝置共6套，即同一地下水埋深2套（或稱2個處理），以小麥、夏玉米為對象進行為期3年的平行試驗觀測。藉此探求可供實際應用的有效降水量及其降水有效利用系數。

二、有效降水量及其相關要素觀測計算方法

（一）降水量觀測

降水量直接取用五道溝實驗站口徑為20cm的雨量器和虹吸式自記雨量記的觀測資料。對任一次（降水間斷時間小于1h）或一場（兩次降水間隔時間小于24h）降水過程的降雨入滲量進行分析時，以虹吸式自記降雨量資料為準，以了解同等條件下的降雨歷時、降雨強度及雨期蒸發(fā)量等對入滲雨量和滲漏量的影響。

（二）徑流量和滲漏量觀測

供試驗用的地中蒸滲儀裝置就是一個較完美的降雨—徑流—入滲—騰發(fā)量等水平衡要素相互轉化的觀測試驗裝置。降雨后從徑流量觀測筒中測得的水量為地表徑流量；降雨入滲并使包氣帶土壤達到田間持水量后的降水量，在重力作用下入滲補給地下水，即從滲漏量觀測筒中測得的水量為滲漏量。

（三）雨期騰發(fā)量觀測計算方法

雨期騰發(fā)量采用五道溝實驗站的E601型水面蒸發(fā)量進行計算，計算方法如下：

式中：Pe為雨期騰發(fā)量（mm）；E0為降水過程中的日水面蒸發(fā)量（mm）；i，n為降水過程日數；T為降水開始至結束總歷時（h）；t為降水過程中的凈降雨歷時（h）。

（四）有效降水量計算方法

平原區(qū)降水過程中，一般視被測試單元（或系統(tǒng)）側向流進和流出的地下水水量相等，并且不考慮雨期潛水蒸發(fā)量。對旱地而言，有效降水量系天然條件下任一次降水過程中降雨入滲并能儲存在根系吸水層內的雨量，可記為：

式中：P0，α0為有效降水量和降水量有效利用系數；P為一次降水過程的總降水量；Rs為地表徑流量；D為滲漏量；Pe為雨期騰發(fā)量。

三、有效降水量觀測試驗計算分析實例

以2004年度觀測試驗為實例。2003年10月～2004年9月灌溉年降水日數累計達58天，累計降水量為734.8mm，屬偏枯年份。6套地中蒸滲儀均未測到地表徑流，但其中使根系發(fā)育層的土壤得到充分補充，即一次連續(xù)降水（兩次降水間隙時間小于24h）的降水量大于等于30mm的降水過程共有10次，其中第10次、第9次和第7次分別使地下水埋深為1.0m、1.5m和2.0m的試驗處理產生了滲漏量。地下水控制埋深為1.0m的試驗處理全年測得滲漏量為202.5m，雨期騰發(fā)量為92.4mm，有效降水量為440.0mm，其中小麥生長期的10～5月為216.3mm，大豆、玉米等夏季作物生長期的6～9月為223.7mm。年和午秋二季的有效降水量系數分別為0.599、0.568和0.632。2004年度不同地下水埋深地中蒸滲儀有效降水量試驗成果見表1。

四、結語

表1 2004年度不同地下水埋深地中蒸滲儀有效降水量試驗成果表

本文主要依據五道溝水文水資源實驗站地中蒸滲儀裝置探求有效降雨量的計算方法，并給出了2004年度試驗觀測有效降水量和降水有效利用系數計算結果。有效降水量是灌溉制度制定和農業(yè)節(jié)水規(guī)劃方案的基本參數之一，尋求其計算方法和變化規(guī)律意義重大。地中蒸滲儀是一個降雨—徑流—入滲—騰發(fā)量等水平衡要素相互轉化的試驗裝置，為研究有效降雨量及其變化規(guī)律提供了條件，但仍存在雨期騰發(fā)量無法觀測等問題。另外，結合地中蒸滲儀長系列觀測資料對不同地下水埋深情況下次降水量、前期影響雨量及降水有效利用系數三變量相關關系分析尚需進一步研究■