农业干旱评估指标计算方法

农业子系统干旱评估指标包含土壤相对湿度（Sd）、作物缺水指数（CWSI）和作物综合干旱指标（Kd）3个。模拟结果中包含了土壤根系层的含水量，以水深表示，土壤田间持水量由土壤湿容重、土壤层深度和分层土壤有效持水百分数计算得到。

6.2.2.1　土壤相对湿度

由土壤含水量测定试验可知，根系层土壤所含水量为：

式中：w为作物根系层土壤饱和有效含水量，mm；H为根系层土壤厚度，mm；γ湿为根系层土壤湿容重，g/cm3；θ综合为根系层土壤综合有效持水体积百分数，%。

根据土壤物理特性参数，每种土壤可分为若干层，每层土壤厚度h和有效持水百分数θ各不相同，故先由每层土壤有效持水百分数根据土壤厚度加权平均求得根系层土壤综合有效持水百分数［见公式（6.2）］，然后由公式（6.1）求得作物根系层的含水量。根系层深度内各层土壤综合有效持水体积百分数的计算公式如下：

式中：θ综合为作物根系层土壤综合有效持水体积百分数，%；θi为第i层土壤的有效持水量，%；hi为第i层土壤的厚度，mm；H为作物根系层总厚度，mm。

由于子流域由各水文响应单元组成，每个水文响应单元根据不同的土壤类型、植被类型和坡度划分，故每个水文响应单元的土壤类型可能不同，因而每个子流域中含有多种土壤类型。由公式（6.1）计算出每种土壤的根系层有效含水量后，子流域的作物根系层土壤含水量需要根据子流域汇总各土壤类型的面积加权平均求得，公式如下：

式中：W总为子流域作物根系层土壤饱和有效含水量，mm；n为子流域中土壤类型个数；wi为第i种土壤类型的根系层土壤饱和有效含水量；Ai为子流域中第i种土壤的面积，hm2；A为子流域总面积，hm2。

土壤相对湿度指标Sd由子流域作物根系层土壤饱和有效含水量和模拟结果的子流域土壤实际含水量SW计算得到，公式如下：

式中：Sd为子流域作物根系层土壤相对湿度，%；SW为子流域土壤实际含水量，由模型计算结果得到。(www.xing528.com)

根据土壤相对湿度划分干旱等级，见表6.2。

表6.2　基于土壤相对湿度的干旱等级划分

6.2.2.2　作物缺水指数

作物缺水指数CWSI定义为：

式中：Ed为子流域实际蒸散量，mm；Ep为子流域潜在蒸散量，mm。

CWSI可根据模拟结果计算得到，该指标值越大，表明子流域内作物水分越亏缺，作物越干旱。目前还没有根据该指标划分干旱等级的成熟研究结论。

6.2.2.3　作物综合干旱指标

土壤相对湿度和作物缺水指数表明作物生长的下垫面和作物种类对干旱的反映，未说明灌溉、耕作等人类活动对作物干旱状况的影响，而作物综合干旱指标Kd考虑了降水、地下水的补给、土壤含水量以及灌溉水等多种因素对作物的综合影响，是作物干旱与否的综合表现指标，其计算公式为：

式中：Kd为作物综合干旱指数；P为相应时段内的有效降水量，mm；G为相应时段内地下水补给量，mm；W1为相应时段初作物根系层土壤含水量，mm；W2为相应时段末作物根系层土壤适宜含水量，mm；W0为土壤凋萎含水量，mm；I为时段内灌溉水量，mm；ET0为时段内充分供水条件下作物潜在需水量，mm。

当Kd＞1时，表示作物根系层土壤水分充足，作物水量尚有盈余；当Kd＜1时，说明土壤对作物水分供应出现亏缺，作物可能受旱，该指标越小，说明作物受旱的程度越深。该指标概念明确，代表性较好，可方便用于作物旱情预测预报系统［225］。但目前仍未出现根据该指标划分干旱等级的成熟研究。

子流域有效降水量P和地下水补给量G可由模拟结果直接给出；W1-W0为作物根系层土壤的实际有效含水量，W2-W0为土壤饱和有效含水量，也可以根据模拟结果给出；子流域评估时段内的灌溉水量I可由灌溉制度得到，模型中已经考虑了灌溉措施，土壤含水量中应有体现，在此公式中不计该部分水量；作物潜在需水量ET0由子流域评估时段内的潜在蒸发量PET乘以0.85的折算系数得到。