贵州省烟水工程与烟草干旱匹配度研究_张泽中.pdf

第 卷第期 年月水电能源科学 ：贵州省烟水工程与烟草干旱匹配度研究张泽中，来和鑫，王飞，冯凯，朱晓萌（华北水利水电大学水利学院，河南 郑州 ；贵州省水利工程建设质量与安全中心，贵州 贵阳 ）摘要：为评价贵州省烟水工程与烟草干旱匹配程度，利用 年贵州省 个气象站点逐日降雨数据、烟草产量数据和烟水工程供水数据，构建了烟水工程与烟草干旱匹配度评价模型，并提出匹配度等级标准，对贵州省烟水工程与烟草干旱匹配度进行评价。结果表明，烟水工程在一定程度上缓解了贵州省烟草干旱，但烟水工程与烟草干旱间匹配关系仍有待提升。黔西南、黔南、安顺、六盘水、贵阳匹配度分别为 、，处于第四级，烟水工程与烟草干旱匹配度较差；毕节、黔东南、铜仁、遵义匹配度分别为 、，处于第五级，烟水工程与烟草干旱匹配度差。不同生育阶段中，伸根期缺水主要出现在、有效降雨频率下，旺长期、成熟期缺水在各有效降雨频率下，伸根期匹配度最好，旺长期次之，成熟期匹配度最低。建议未来烟水工程布局着重加强遵义、铜仁、黔东南地区烟水工程建设力度，提升烟水工程布局合理性，增强烟草抗旱稳产保障能力。关键词：干旱；匹配度；烟水工程；烟草；贵州省中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）收稿日期：，修回日期：基金项目：贵州省水利厅科技项目（）；国家自然科学基金（）；华北水利水电大学研究生教育创新计划基金资助（）作者简介：张泽中（），男，博士、副教授，研究方向为节水灌溉、干旱地区水资源调控理论与技术，：通讯作者：王飞（），男，讲师，研究方向为干旱地区水资源调控理论与技术，：1概况贵州省位于亚热带季风区，是我国第二大优势烤烟生产基地，烟草产业在贵州省经济建设中占有重要地位。近年来，由于降雨时空分布不均现象加剧，干旱事件频发，导致烟草的品质与产量下降，严重影响贵州省烟草产业高质量发展。烟水工程是烟草部门为保障烟草高产稳产而出资兴建的水利工程设施。随着贵州省产业调整和乡村振兴战略实施，出现了部分产烟大区烟水工程不能满足烟草产业发展需求的现象。在气候变化引起贵州省旱灾频发的情况下，加强烟水工程建设和重新布局事关贵州省乡村振兴战略有效实施和烟草产业高效发展。因此，需对贵州省各地市烟水工程与烟草干旱开展匹配度评价，为做好烟水工程建设和重新布局奠定坚实基础。目前，相关研究多集中在烟草干旱、烟草旱涝急转、烟草需水量和烟水配套工程管护等方面，而烟水工程与烟草干旱匹配程度研究鲜有报道。为此，本文利用 年贵州省降雨数据、烟草产量数据和烟水工程供水等数据，根据烟草不同生育阶段需水特性，在分析无烟水工程供水情况下烟草干旱特征的基础上，以水量平衡方程为基础，构建烟水工程与烟草干旱匹配度评价模型，并提出匹配度等级标准，评价了贵州省个产烟地市烟水工程与烟草干旱匹配度，以期找准烟水工程建设重点，为提升烟水工程抗旱减灾能力、促进贵州省烟草高质量发展提供科技支撑。2数据与方法2.1数据来源（）降雨数据。降雨数据来源于中国气象网（：），包含 年 个气象站点逐日降雨数据（图），部分缺失数据使用插补法修正。（）烟水工程及烟草种植数据。烟水工程供图研究区气象站点分布 水量数据来源于贵州省及各地市水资源公报；烟草种植面积、产量数据来源于历年贵州省及各地市统计年鉴。（）烟草需水量数据及生育期划分。烟草需水量选用贵州省灌溉试验中心烟草试验所得数据（表），并根据各地区气候条件确定各地区烟草生育期（表）。表烟草各生育阶段需水量 生育期伸根期旺长期成熟期全生育期需水量 表贵州省各地区烟草生育期 地区伸根期旺长期成熟期贵阳市 安顺市 黔东南州 六盘水市 毕节市 遵义市 黔西南州 黔南州 铜仁市 2.2研究方法2.2.1有效降雨量有效降水量是指为满足作物蒸发所消耗降雨量，不包括地表径流、渗漏至根系以外及其他方式损失的水量。第次降雨的有效降雨量（）为：（）式中，为第次降雨量；为降雨有效利用系数，当 时，；当 时，；当 时，。有效降雨量可更为直观地表示干旱对烟草生长的影响程度，本文以日为计算时间尺度，贵州省某地区第生育期的有效降雨量（）为：（）式中，为该地区第生育期第次有效降雨量；为该地区烟草种植面积。在计算设计有效降雨量时，选用分布函数 适线对有效降雨量进行频率计算。2.2.2烟草缺水量与烟草缺水率缺水量是作物不同生育阶段内需水量与有效降雨量的差值，反映某地区作物缺水的绝对值。本文以无烟水工程供水情况下烟草缺水量表征烟草干旱程度，明晰贵州省烟草干旱分布特征。对比分析烟草缺水量和烟水工程可供灌溉水量，刻画全生育期烟水工程与烟草干旱间匹配关系。根据水量平衡方程，有烟水工程可供灌溉水时，烟草需水量（）等于生育期内有效降水（）与烟水工程灌溉用水量（）之和，即：（）当有烟草干旱发生时，可能出现烟水工程可供灌溉水不足，导致烟草缺水。根据式（）可得某地区第生育阶段烟草缺水量（），即：（）（）式中，为该地区第生育阶段烟草总需水量；为该地区烟水工程在第生育阶段可供灌溉水量；为该地区第生育阶段内有效降雨量。在无烟水工程供水情况下，；式（）演变为：（）（）式中，为某地区无烟水工程供水情况下第生育期烟草缺水量。烟草缺水率可综合反映烟水工程供水对烟草生长需水满足的贡献。本文定义烟草缺水率为某一区域烟草不同生育阶段内实际缺水量与烟草需水量的比值，以百分率表示。某地区第个生育阶段烟草缺水率（）为：（）2.2.3烟水工程与烟草干旱匹配度及等级标准烟水工程与烟草干旱匹配度是刻画生育期内烟草干旱发生后烟水工程满足烟草抗旱需水的程度。因此，本文在烟草缺水率的基础上，构建匹配度指标对烟水工程与烟草干旱是否匹配进行评价。匹配度越高说明烟水工程对烟草抗旱减灾贡献越大，烟草缺水率越低。某地区第个生育阶段烟水工程与烟草干旱的匹配度（）为：（）本文以各生育阶段不同有效降雨频率下烟草匹配度的平均值表征该生育阶段烟水工程与烟草干旱匹配的综合情况。全生育期内某地区烟水工程与烟草干旱的匹水电能源科学 年第 卷第期张泽中等：贵州省烟水工程与烟草干旱匹配度研究配度为各生育阶段烟水工程与烟草干旱的匹配度的加权平均值，即：（）式中，为第生育阶段烟水工程与烟草干旱匹配度权重。本文使用不同生育阶段无烟水工程供水时烟草缺水量与烟水工程可供水量的比值表示烟水工程供水的贡献程度。因此，的计算公式为：（）（）（）综合不同生育阶段烟水工程与烟草干旱匹配度，结合各地区烟草实际产量数据及实地调研结果，确定烟水工程与烟草干旱匹配度等级标准共分五个等级（表），其中，一级烟水工程与烟草干旱匹配度良好；二级烟水工程与烟草干旱匹配度较好；三级烟水工程与烟草干旱匹配度一般；四级烟水工程与烟草干旱匹配较差；五级烟水工程与烟草干旱匹配差。表烟水工程与烟草干旱匹配度等级标准 匹配度等级烟水工程与烟草干旱匹配度匹配度等级烟水工程与烟草干旱匹配度一级 四级 二级 五级 三级 3结果与分析3.1贵州省烟草干旱分布特征本文以不同频率下有效降雨量分析贵州省烟草全生育期干旱灾害分布特征，结果见图。由图可看出，在不同有效降雨频率下，遵义、毕节、铜仁地区有效降雨量相对较小；黔西南、安顺、六盘水地区有效降雨量相对较大。说明贵州省西南部地区的干旱程度相对较轻；其他地区中遵义、毕节、铜仁干旱较为严重。无烟水工程时，在、有效降雨频率下，贵州省烟草全生育期平均缺水量分别为 、，分别占全生育期需水总量 的 、。各地区平均有效降雨量均未达到烟草全生育期需水量，仅依靠天然降雨无法满足烟草生育阶段正常生长的需水要求。3.2全生育期烟水工程与烟草干旱匹配关系在不同有效降雨频率下，贵州省烟草全生育期缺水量分布见图。由图可看出，有烟水工图不同频率下贵州省全生育期有效降雨分布 图贵州省不同有效降雨频率下全生育期缺水量分布 程时，在、有效降雨频率下，贵州省烟草全生育期平均缺水量分别为 、，分别占全生育期需水总量 的 、。这说明有烟水工程供水时，贵州省各地区烟草缺水得到一定缓解。有无烟水工程时不同有效降雨频率下各地区全生育期缺水量对比，发现在不同有效降雨频率下，有烟水工程供水时，贵州省各地区烟草缺水仍存在。有效降雨频率下，毕节、黔东南、铜仁、遵义地区全生育期缺水量超过 ，分别为 、；有效降雨频率下，毕节、黔东南、铜仁、遵义地区缺水量超过 ，分 别 为 、；有效降雨频率下，毕节、黔东南、铜仁、遵义缺水量超过 ，分别为 、；有效降雨频率下，毕节、黔东南、铜仁、遵义地区的缺水量超过 ，分别为 、。烟水工程虽在一定程度上缓解了贵州省烟草干旱，但烟水工程与烟草干旱间匹配关系仍有待提升。3.3不同生育阶段烟水工程与烟草干旱匹配度评价计算在有烟水工程供水时贵州省各地区烟草不同生育阶段匹配度，对不同地区烟水工程与烟草干旱匹配度评价，挖掘贵州省烟水工程建设布局的薄弱之处，结果见图。图贵州省不同地区各生育阶段烟水工程与烟草干旱匹配度 由图可看出，不同地区烟水工程与烟草干旱匹配度呈一定的阶梯状分布。黔西南、黔南、安顺、六 盘 水、贵 阳 的 匹 配 度 分 别 为 、，处于第四级，烟水工程与烟草干旱匹配度较差；毕节、黔东南、铜仁、遵 义 的 匹 配 度 分 别 为 、，处于第五级，烟水工程与烟草干旱匹配度差。分析其原因主要有：贵州省降雨时空分布不均，烟草生育期内西南部降雨量相对较大。遵义烟草种植面积较大，容易造成烟水工程供不应求。黔西南、黔南烟水工程数量相对较多，灌溉保障能力强；铜仁、黔东南灌溉保障能力相对较弱。对不同生育阶段，匹配度也存在差异：伸根期匹配度最高，其次是旺长期，成熟期匹配度相对较低。其原因是伸根期缺水主要出现在、有效降雨频率下；旺长期、成熟期在不同有效降雨频率下均出现了缺水现象，成熟期缺水现象更严重。烟草旺长期、成熟期需水量较大；贵州省以月降雨量最大，月后降雨量逐渐减小，而烟草旺长期集中在月中下旬月中下旬、成熟期集中在月下旬月中下旬，致使旺长期、成熟期烟草缺水现象较为严重。此外，烟草干旱受地形地貌、土壤条件等多种因素影响。毛春艳等研究指出，干旱与地形因子显著相关，重、特旱易发生在高陡地区；梁任刚等研究表明，贵州省岩溶地貌地区干旱程度较非岩溶地貌严重。贵州省地势西高东低，地貌复杂，这可能也是导致贵州省烟水工程建设难度大、烟草干旱较为严重的原因之一。因此，在烟草干旱较严重的地区，可采用高培土等方式改善原生环境对烟草生长的不利影响，增强烟草抗旱能力。同时，不同烟草品种对干旱的响应不同，下一步可通过加大转基因抗旱烟草的研制力度，加强抗旱品种的选育，增强烟草抗旱能力，减轻烟水工程供水负担。整体来看，贵州省各地区全生育期烟水工程与烟草干旱整体匹配度均为第四、五级。因此，贵州省需进一步加强烟水工程科学布局，优先建设完善遵义、铜仁、黔东南地区的烟水工程，提升烟水工程与烟草干旱匹配度，充分发挥烟水工程减灾保产作用。4结论 在烟草缺水量、缺水率的基础上构建烟水工程与烟草干旱匹配度评价模型，提出匹配度等级标准，对贵州省烟水工程与烟草干旱匹配度进行评价，可有效分析当前贵州省烟水工程与烟草干旱的匹配程度，识别烟水工程建设的薄弱环节。烟水工程在一定程度上缓解了贵州省烟草干旱，但烟水工程与烟草干旱间匹配关系仍有待提升。黔西南、黔南、安顺、六盘水、贵阳匹配度分别为 、，烟水工程与烟草干旱较差；毕节、黔东南、铜仁、遵义 匹 配 度 分 别 为 、，烟水工程与烟草干旱匹配度差。烟水工程与烟草干旱的匹配程度在各生育阶段存在差异，伸根期匹配度最好，旺长期次之，成熟期匹配度最低。伸根期缺水主要出现在较为严重的干旱级别，而旺长期、成熟期缺水在各干旱程度均有出现。参考文献：袁义杰烟水工程对贵州典型区烟草减灾效益评估郑州：华北水利水电大学，夏传花，贺中华，梁虹，等基于相对湿润度指数的贵州省近十年干旱特征分析水电能源科学，（）：马芳，张维江，冯娜，等固原市主要农作物生育期有效降水与需水量特征水土保持研究，（）：，水电能源科学 年第 卷第期张泽中等：贵州省烟水工程与烟草干旱匹配度研究 ，：张泽中，袁义杰，谷红梅，等贵阳烟草生长期内旱涝急转特征分析 灌溉排水学报，（）：，：，：赵志龙，罗娅，余军林，等贵州高原 年降水变化特征及重心转移分析地球信息科学学报，（