摘 要 近几年来西南地区常遭遇旱灾，造成了严重的经济损失。如能加强对干旱现状的分析和监控，适时预报旱情发展趋势，将对于指导农业生产，水利工程抗旱和人工增雨作业有很好的经济效益和社会效益，且具有重要的民生保障意义。本文所建立干旱模拟模型以水稻为研究对象，密切结合农业干旱特点，用数学方法把降水、土壤水、人工灌溉水、地下水相互转化及其与农田蒸发量的作用过程描述出来，以反映水稻的缺水情况，并利用分析判断模型计算敏感系数得出旱情指标以确定旱情等级，提供相关信息，为干旱的分析、监测和预报提供依据。
关键词 水稻需水量 干旱预测模型 干旱等级
1 干旱预测模型构建
1.1 分析模型建立思路
本模型主要是干旱模拟计算，其理论依据是水量平衡原理。因为干旱是由多种因素共同作用引起的一种自然现象，故对于复杂的干旱现象不可能用某种单项因素来加以全面表征，基于这一点，干旱模拟模型应该密切结合农业干旱特点，力求用数学方法把降水、土壤水、地表水、地下水相互转化及其与农田蒸发量的作用过程描述出来。可将干旱情况的出现理解为，当降水量及人工供水量不能满足作物需水量时，作物则要从土壤中补充水分，当土壤含水量亦不能满足作物需水量时，作物就出现了缺水状况，干旱由此发生。利用农作物缺水量多少和缺水时间的长短等，来分析缺水情况对作物生长以及产量的影响，以此来判断是否出现干旱以及所发生干旱的类型和等级。在本文中所选指标农作物为水稻。
1.2 模型结构
本文中干旱预测分为两个部分：第一部分为计算模型，主要以西南地区主要农作物水稻为研究对象，对其生长各阶段的需水情况进行模拟计算，看水稻的需水量是否能被满足；第二部分是分析判断模型，通过对第一部分计算结果的分析，对缺水事件的严重程度做出判断。
1.2.1 水稻实际耗水量计算模型
= + + +
上式中，，——，时段水田水深；
—— 时段降水量；
—— 时段地下水补给量；
—— 时段人工灌溉水量；
—— 稻田稳定渗漏量；
—— 时段稻田耗水量。
1.2.2 各边界条件和参数确定
（1）稻田初始水深。稻田初始水深及初始土壤含水率是根据插秧前30天的降水和蒸发之差值来确定，并设30天前土壤含水率为饱和，则
=
为水稻移植至回青期的耐淹水深(见表1)。
当 ＞，则 = ；
当 ＜O，则 = 0且 = + （为土壤初始含水率） ；
当0＜ ＜则 = ， = ；
（2）水稻理想需水量Em（或称耗水量）。水稻理想需水量是指作物蒸腾、棵间蒸发以及构成植物组织的水量。通常把作物蒸腾与棵间蒸发之和称为腾发量。由于构成植物组织的水量一般小于腾发量的百分之一，在实际计算时即用腾发量代表水稻需水量，由下式得出，
= ﹒ 20
其中，为20cm口径蒸发皿水面蒸发强度， 20为水稻腾发强度与之比值，是在理想状态水稻生长试验中得出相关参考数据（水稻各生长期理想需水量见表2）。
（3）地下水补给量。当土壤含水量低于饱和含水量时，地下水补给以潜水蒸发的形式进行，由下列经验公式计算： = ·（）
其中，、、、、为水面蒸发量、土壤蒸发能力、地下水实际埋深、地下水极限埋深、与土壤有关的指数。
根据张蔚榛等人的研究结果表明，在地下水埋深小于lm的情况下，潜水蒸发强度达到了由外界条件限制的极限值，约为0．6mm/d，这较水稻需水强度小一个量级；在干旱持续时，地下水位也不断下降，当埋深大于lm，其潜水蒸发强度按指数减小，鉴于上述情况，在计算中一般将其忽略不计。
（4）稻田渗漏量F。当土壤含水量超过田间持水量时，超额部分在重力作用下向深层渗漏，渗漏量大小还与土壤稳渗率Fc有关。该值可用渗漏仪测定法和环测法来确定。
现今的水稻种植分两种类型：一是为无灌溉条件的种植；二是有灌溉条件的种植。在有灌溉条件下，当水库供水量充沛时，无干旱产生的可能，若水库供水量有限或在无灌溉条件下即 = 0时，则得进一步利用模型进行计算，才可以预测干旱的可能性。在测量得出Hi量值后，比较当地多年的灌溉试验和群众的灌水经验确定了水稻各生育期的适宜水深（具体见表3）就可知道水稻是否处于干旱、缺水状态。
再将所需相关量、Ri、Gi、Pi、Fi将其带入稻田计算模型中，算出i时段的水稻的实际耗水量Ei。
1.2.3 分析判断模型——敏感系数法
当由第一部分计算出现缺水事件发生后，则要根据出现缺水时间、深度等一系列信息做出分析判断，判断方法可利用敏感系数法。敏感系数法是一个根据作物产量和作物各生长阶段需水满足程度的大量多组对比的农业试验资料，用多元回归分析方法建立一种数学模型，来分析作物不同生育期缺水对农作物与产量的影响。缺水对产量的影响可用一个缺水敏感系数�%d来反映这种模型。该函数模型为Blank模型：
= （·�%d ）
式中，n、Ei(j)、Em(j)为生育期个数、第 生育期实际耗水量和理想需水量；为第 生育期作物对缺水的敏感系数；Y、Ym为作物实际产量、作物理想产量。则是水稻的相对产量，（1-Y/Ym）%为水稻缺水减产率。
通过第一部分的计算模型，求得水稻该生育期的实际耗水量，相较之水稻需水量（理想蒸发量）代入第二部分模型计算即可。再根据减产量占正常产量的比例来判断受旱情况。受旱标准见表4。
2 模型模拟与预测
取广西百色靖西县2009年9月至10月的相关数据（如表5）进行模型模拟与预测：
注：（1）百色靖西县其土壤为复钙红粘土，故以相关测量数据确定其稻田渗漏量F为2.1mm/d。（2）百色靖西县其地下水埋藏深度在5-10m，故在计算中其地下水补给量Gi可以视为0。（3）9-10月为该地区晚稻的生长期为分蘖末期至乳熟期。（4）上述数据单位都为mm/d。
根据表5的数据，结合水稻生长的适宜水深，依据模型第一部分的公式，可计算出其实际耗水量Ei。参照表2中水稻理想需水量，可分析水稻的缺水状态。
将上述数据代入模型第二部分计算，其中水稻各个生长期的缺水敏感系数参考表6。
可得 = （·�%d ）= 0.478
（1Y/Ym）%=（10.478）%=52.2%
参照干旱划分标准，可知该县正处于重旱状态，结合气象指标即可预测干旱的发展趋势，根据当时气象部门的预测，在后续的11、12月份，当地降水量都将低于历史水平，故当地相关部门应发布抗旱讯号，组织群众采取积极的相应抗旱措施，将干旱的危害降至最低。