1　材料与方法

1.1　田间试验处理

长渠灌溉试验站（31°11'N，112°11'E）为湖北省灌溉试验重点站，位于湖北襄阳市宜城市境内，根据地理位置、气候条件、作物种类、土壤等因素，长渠灌溉试验站为鄂北地区典型代表站，具体位置见图1。该试验站于2009—2013年期间采用测坑开展了水稻不同灌溉模式田间试验研究，试验设置了浅灌、中蓄和湿润模式3种处理，各处理3次重复。测坑布置见图2，上排为西面，下排为东面，从左至右分别编号为东1～东9、西1～西9。其中，东1、东5、东9、西1、西5、西9均为无底测坑，其余为有底测坑。3种灌溉模式田面水层控制标准见表1。施肥水平和施肥次数采用大田施肥习惯，移栽前一次下足底肥（碳酸氢铵、过磷酸钙各750kg/hm2），返青期末追施尿素150kg/hm2。前茬作物为小麦，移栽前耕耙各2次。计划防治病虫害3～5次，适时晒田，叶面追肥（拔节孕穗期）。

1.2　ORYZA模型参数率定和验证

模型参数的率定过程及相关说明如下：

（1）由于水稻播种日期不同，从而导致水稻物候日期（抽穗、开花、成熟）存在一定差异。采用长渠灌溉试验站水稻物候实测资料对ORYZA_V3模型物候参数（营养生长期、光周敏感期、幼穗分化期以及灌浆期的发展速率DVRJ、DVRI、DVRP、DVRR）进行率定。

（2）由于长渠灌溉试验站缺乏水稻生育期不同阶段的水稻茎、叶、穗等干物质量的相关资料，无法直接对ORYZA_V3模型中的基本参数进行率定。位于湖北荆门的团林灌溉试验中心站（30°52'N，112°11'E）与长渠灌溉试验站相距约97km，地理特征相近，中稻品种和管理措施十分相似，且该站具有丰富的水稻灌溉试验资料，综合考虑水稻品种、生长环境、气候等因素，ORYZA_V3模型中的基本参数（干物质分配系数FLV、FST、FSO，死叶速率DRLV等）初步采用2010年团林试验资料率定结果。

（3）在率定和验证期间，分别采用长渠灌溉试验站2010年、2011年逐日气象资料驱动ORYZA_V3模型，并分别采用长渠灌溉试验站2010年、2011年的实测产量资料对模型的模拟结果进行评价，对模型参数进一步率定与验证。

1.3　数值模拟方案设置

1.3.1　不同灌溉模式设置

根据灌溉试验研究成果，基于不同灌溉下限及灌水定额，拟定多种灌溉模式。模型基本设置：

（1）蓄雨深度统一设定为60mm。

（2）灌溉下限设置：返青期和抽穗开花期水分胁迫会造成严重减产，需要保持水层，灌溉下限设置为0；其他生育阶段按水稻耕作层饱和含水率百分比设定6个水平：95%、90%、85%、80%、70%和60%；黄熟期自然落干。

（3）灌水定额设定5个水平：20mm、30mm、40mm、50mm和60mm。

（4）气象资料，长渠试验站的长系列气象资料不全，日照、降雨、温度等逐日资料大量缺失，无法使用。考虑到该试验站位于宜城市，与宜城气象站相距约61km，2个站点的海拔仅相差2.8m（长渠试验站海拔为65m，宜城站海拔为67.8m），且地形、地貌相同，气候差异十分小。宜城站有连续多年（1981—2010年）的逐日气象资料，包括日照、日最高气温、日最低气温、日均风速、日降雨量等。因此，方案中采用的气象资料均来自宜城站（31°42'N，112°12'E）。

不同灌溉下限（6个水平）、不同灌水定额（5个水平）共计30种灌溉模式，每种灌溉模式模拟30年，模型共运行900次。

1.3.2　不同受旱方案设置

为了探讨鄂北地区水稻在不同生育阶段对水分胁迫的敏感性以及不同受旱程度水稻产量的影响，本文基于ORYZA_V3模型模拟不同典型年、不同生育阶段、不同受旱条件下的水稻生长。模型基本设置：

（1）降雨是重要的水平衡项之一，为消除降雨对模拟试验干扰，明晰受旱处理对作物生长的影响，将水稻本田期所有降雨设置为0mm，水稻腾发量全部由灌溉满足。

（2）水稻充分灌溉和不同生育阶段遭受不同程度受旱处理，按耕作层饱和含水率的百分比设定4个受旱程度：90%、80%、70%和60%。

（3）水稻生育期各阶段受旱处理分8种受旱类型：分蘖受旱、拔节孕穗期受旱、抽穗开花期受旱、乳熟期受旱、分蘖期和拔节孕穗期连旱、拔节孕穗期和抽穗开花期连旱、抽穗开花期和乳熟期连旱、分蘖后期和拔节孕穗期和抽穗开花期连旱。单生育阶段受旱类型或多生育阶段连旱类型均按耕作层饱和含水率的百分比设定4个受旱程度：90%、80%、70%、60%。

（4）根据宜城站1981—2010年的气象资料，按水稻生育期内的累积降雨量进行排频，分为丰水年（1996年）、平水年（1984年）、枯水年（1985年）3个典型年。

根据受旱程度及受旱类型，共计32种受旱方案。根据水稻生育期内的累积降雨量（宜城站1981—2010年）进行排频，分为丰水年（1996年）、平水年（1984年）、枯水年（1985年）3个典型年。采用3个典型年（1996、1984、1985年）气象资料（日最高气温、日最低气温、日照时数、风速、饱和水汽压等），模拟32种受旱方案，模型共运行96次。

1.4　节水潜力计算方法

1.4.1　传统节水潜力

通常将实施节水灌溉措施前毛灌溉用水量与实施节水灌溉措施后毛灌溉用水量的差值作为传统节水潜力[16]，计算公式为：

式中：ΔW为传统节水潜力，m3；M0，net为节水灌溉模式实施前的净灌溉定额，m3/hm2；M1，net为节水灌溉模式实施后的净灌溉定额，m3/hm2；η0为节水措施实施前的灌溉水利用系数；η1为节水措施实施后的灌溉水利用系数；A为灌溉面积，hm2。

1.4.2　耗水节水潜力

区域内某部门或行业通过各种节水措施所节约的水资源量并没有损失，仍然存留在区域水资源系统内部，或被转移到其他水资源紧缺的部门或行业，满足该部门或行业的需水要求，因此，取用水的减少量并非真正意义上节水。为了克服传统节水潜力评价和计算方法的局限性，许多学者主张从水资源消耗特性出发，研究区域真正节水潜力，提出了耗水节水潜力[17-18]。根据耗水节水潜力定义及已有研究成果，耗水节水潜力计算公式为

式中：WET为耗水节水潜力，m3；ET基准为未实施节水措施前的作物腾发量，mm；ET节水为实施节水措施后的作物腾发量，mm；A区为研究区的面积，hm2。