針對水稻的干旱預測模型

劉嫣媛

摘要近幾年來西南地區常遭遇旱災，造成了嚴重的經濟損失。如能加強對干旱現狀的分析和監控，適時預報旱情發展趨勢，將對于指導農業生產，水利工程抗旱和人工增雨作業有很好的經濟效益和社會效益，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，密切結合農業干旱特點，用數學方法把降水、土壤水、人工灌溉水、地下水相互轉化及其與農田蒸發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、監測和預報提供依據。

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象，故對于復雜的干旱現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合農業干旱特點，力求用數學方法把降水、土壤水、地表水、地下水相互轉化及其與農田蒸發量的作用過程描述出來。可將干旱情況的出現理解為，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，作物就出現了缺水狀況，干旱由此發生。利用農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量的影響，以此來判斷是否出現干旱以及所發生干旱的類型和等級。在本文中所選指標農作物為水稻。

1.2 模型結構

本文中干旱預測分為兩個部分：第一部分為計算模型，主要以西南地區主要農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；

—— 稻田穩定滲漏量；

—— 時段稻田耗水量。

1.2.2 各邊界條件和參數確定

（1）稻田初始水深。稻田初始水深及初始土壤含水率是根據插秧前30天的降水和蒸發之差值來確定，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、棵間蒸發以及構成植物組織的水量。通常把作物蒸騰與棵間蒸發之和稱為騰發量。由于構成植物組織的水量一般小于騰發量的百分之一，在實際計算時即用騰發量代表水稻需水量，由下式得出，

= ﹒ 20

其中，為20cm口徑蒸發皿水面蒸發強度， 20為水稻騰發強度與之比值，是在理想狀態水稻生長試驗中得出相關參考數據（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的形式進行，由下列經驗公式計算： = ·（）

其中，、、、、為水面蒸發量、土壤蒸發能力、地下水實際埋深、地下水極限埋深、與土壤有關的指數。

根據張蔚榛等人的研究結果表明，在地下水埋深小于lm的情況下，潛水蒸發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；在干旱持續時，地下水位也不斷下降，當埋深大于lm，其潛水蒸發強度按指數減小，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滲率Fc有關。該值可用滲漏儀測定法和環測法來確定。

現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，比較當地多年的灌溉試驗和群眾的灌水經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。

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——敏感系數法

當由第一部分計算出現缺水事件發生后，則要根據出現缺水時間、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法。敏感系數法是一個根據作物產量和作物各生長階段需水滿足程度的大量多組對比的農業試驗資料，用多元回歸分析方法建立一種數學模型，來分析作物不同生育期缺水對農作物與產量的影響。缺水對產量的影響可用一個缺水敏感系數%d來反映這種模型。該函數模型為Blank模型：

= （·%d）

式中，n、Ei(j)、Em(j)為生育期個數、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；Y、Ym為作物實際產量、作物理想產量。則是水稻的相對產量，（1-Y/Ym）%為水稻缺水減產率。

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（理想蒸發量）代入第二部分模型計算即可。再根據減產量占正常產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月的相關數據（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，故以相關測量數據確定其稻田滲漏量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月為該地區晚稻的生長期為分蘗末期至乳熟期。（4）上述數據單位都為mm/d。

根據表5的數據，結合水稻生長的適宜水深，依據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。

將上述數據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，結合氣象指標即可預測干旱的發展趨勢，根據當時氣象部門的預測，在后續的11、12月份，當地降水量都將低于歷史水平，故當地相關部門應發布抗旱訊號，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。