2　结果与分析

2.1　田间灌溉试验数据分析

2.1.1　不同灌溉模式水稻需水特性分析

不同灌溉模式水稻各生育期多年平均（2009—2013年）腾发量和耗水量见图3（a），不同灌溉模式水稻年均腾发量和灌溉用水量见图3（b）。

由图3（a）可知，水稻各生育阶段腾发量浅灌模式与中蓄模式差异较小，而湿润模式明显低于其他2种模式；与浅灌模式相比，湿润模式和中蓄模式下水稻生育期内腾发量平均减少4.4%、1.3%。水稻耗水量在分蘖后期和黄熟期3种灌溉模式下基本相同且明显低于其他生育阶段；在拔节孕穗期，中蓄模式下的耗水量最大、浅灌模式次之、湿润模式最小，分别为384.8mm、382.6mm、345.0mm；在返青期、分蘖前期、抽穗期和乳熟期，浅灌模式下的耗水量最大、中蓄模式次之、湿润模式最小；与浅灌模式相比，湿润模式和中蓄模式下在返青期、分蘖前期、抽穗期和乳熟期的耗水量分别平均减少15.0%、3.4%。由图3（b）可知，浅灌、中蓄和湿润模式下水稻本田期腾发量分别为532.7mm、526.3mm和506.6mm。与浅灌模式相比，中蓄模式和湿润模式下水稻本田期腾发量分别减少1.2%、4.9%；浅灌、中蓄和湿润模式下水稻本田期灌溉用水量分别为984mm、973mm和743mm。与浅灌模式相比，中蓄模式和湿润模式下水稻本田期灌溉定额分别减少1.1%、4.2%。

2.1.2　不同灌溉模式水稻产量变化规律

不同灌溉模式水稻年均产量、灌溉水分生产率（产量与灌溉用水总量之比）和作物水分生产率（产量与作物需水总量之比）结果见图4。由图4可知，水稻年均产量湿润模式最大、浅灌模式次之、中蓄模式最小，与浅灌模式相比，湿润模式下水稻年均产量增加2.7%，中蓄模式下水稻产量减少2.3%。灌溉水分生产率和作物水分生产率湿润模式最大、浅灌模式次之、中蓄模式最小。2种水分生产率湿润模式与其他2种模式相差较大，而浅灌模式和中蓄模式相差较小；与浅灌模式相比，湿润模式下灌溉水分生产率和作物水分生产率分别提高36.0%、8.0%，而中蓄模式下2种水分生产率分别减少1.2%、1.1%。

2.2　ORYZA模型参数率定和验证

ORYZA模型率定和验证期水稻产量实测值与模拟值对比结果见表2。

由表2可知，浅灌、中蓄2种灌溉模式，水稻产量模拟值小于实测值；而湿润灌溉模式，模拟值偏高。不同灌溉模式，率定期产量模拟值保持不变，而验证期产量模拟值具有一定差异。养分充足条件下，ORYZA模型中主要通过水分胁迫模拟水分对水稻生长的影响，3种灌溉模式下水稻生育期内灌溉控制下限最小设定为0mm，即不会造成水稻水分胁迫，仅分蘖后期晒田时可能因为气象因素造成短期水分胁迫。率定期（2010年）水稻晒田期间有降雨，水稻生育期内没有产生水分胁迫，从而3种灌溉模式下水稻产量一致。总体上讲，水稻产量模拟值与实测值吻合较好，相对误差在5%以内，表明该模型具有较好适用性，模型参数取值合理且模拟精度可靠。

2.3　不同灌溉模式与受旱方案模拟分析

2.3.1　不同灌溉模式水稻产量变化规律

不同灌溉模式水稻30年（1981—2010年）平均产量见表3。由表3可知，同一灌溉下限，不同灌水定额水稻多年平均产量差异较小。随灌水定额的增加，水稻产量也未表现出一致性的规律。因此，灌水定额对水稻产量影响很小。同一灌水定额，不同灌溉下限对水稻产量具有较明显影响，且水稻多年平均产量随灌溉下限的下降呈现减少的变化规律。当灌溉下限为80%～100%时，水稻产量下降不明显；当灌溉下限小于80%时，水稻产量明显减产。

2.3.2　不同灌溉模式灌溉需水规律

不同灌溉模式水稻本田期灌溉定额和灌溉次数结果见图5。由图5（a）可知，同一灌溉下限，不同灌水定额对灌溉定额具有较明显影响，水稻本田期多年平均灌溉定额随灌水定额的增加呈现增加变化趋势。同一灌水定额，不同灌溉下限对灌溉定额亦具有较明显影响，灌溉定额随灌溉下限的降低呈现减少变化趋势。当灌溉下限为80%～100%时，灌溉定额相差较小；而灌溉下限低于80%时，灌溉定额下降明显。由图5（b）可知，同一灌溉下限，不同灌水定额对灌溉次数具有明显影响，灌水定额越小，灌溉次数越多。当灌水定额低于30mm时，灌溉次数明显增加，而灌水定额为30～60mm时，灌溉次数相近，差异不大。同一灌水定额，不同灌溉下限对灌溉次数亦具有较明显影响，且灌溉次数随灌溉下限增加而减少。当灌溉下限为80%～100%时，灌溉次数几乎相同；当灌溉下限低于80%时，灌溉次数明显减少。

2.3.3　不同受旱方案水稻腾发量变化规律

根据不同受旱方案不同生育期水稻腾发量模拟结果，不同水平年水稻腾发量变化规律差异不大，因此将平水年、枯水年和丰水年不同受旱方案不同生育水稻腾发量进行平均，结果见图6。其中，图6（a）～（d）显示，分蘖期受旱时，灌溉下限为90%、80%、70%、60%对应的该阶段腾发量比正常条件下分别减少47%、55%、53%、64%；拔节孕穗期受旱时，不同灌溉下限对应的该阶段腾发量比正常条件下分别减少4%、6%、10%、22%；抽穗开花期受旱时，不同灌溉下限对应的该阶段腾发量比正常条件下分别减少2%、5%、9%、32%；乳熟期受旱时，不同灌溉下限对应的该阶段腾发量比正常条件下分别减少7%、9%、11%、28%。

图6（a）～（d）还显示，分蘖、拔节孕穗期连旱时，灌溉下限为90%、80%、70%、60%对应的拔节孕穗期腾发量比正常条件下分别减少3%、4%、9%、16%；拔节孕穗期、抽穗开花期连旱时，不同灌溉下限对应的抽穗开花期腾发量比正常条件下分别减少2%、4%、8%、23%；抽穗开花期、乳熟期连旱时，不同灌溉下限对应的乳熟期腾发量比正常条件下分别减少7%、9%、16%、27%。分蘖期至抽穗开花期连旱时，不同灌溉下限对应的抽穗开花期腾发量比正常条件下分别减少3%、4%、8%、27%。

可见，水稻腾发量在分蘖期受到灌溉下限的影响最大，乳熟期次之，其次为拔节孕穗期；由于抽穗开花期的天数较短，腾发量的受灌溉下限的影响最小。2个或3个生育阶段连旱时，各受旱阶段水稻腾发量受灌溉下限的影响与单阶段受旱时几乎保持一致，多阶段连旱不会加剧受旱阶段水稻腾发量的减少。

2.3.4　不同受旱方案水稻产量变化规律

将平水年、枯水年和丰水年不同受旱方案不同生育水稻产量进行平均，得出正常灌溉条件下水稻的产量为8139kg/hm2，其他不同灌水下限下水稻产量见图6（e）。

图6（e）显示，分蘖期单阶段受旱时，灌溉下限为90%、80%、70%、60%对应的减产率分别为3.1%、4.0%、4.7%、6.6%；拔节孕穗期单阶段受旱时，不同灌溉下限对应的减产率分别为0.1%、0.3%、0.6%、3.5%；抽穗开花期单阶段受旱时，不同灌溉下限对应的减产率分别为0.1%、0.3%、1.6%、11.3%；乳熟期单阶段受旱时，不同灌溉下限对应的减产率分别为0.2%、0.5%、1.3%、6.1%。

图6（e）还显示，分蘖期、拔节孕穗期连旱时，灌溉下限为90%、80%、70%、60%对应的减产率分别为3.1%、4.0%、5.2%、10.7%；拔节孕穗期、抽穗开花期连旱时，不同灌溉下限对应的减产率分别为0.1%、0.6%、2.2%、15.3%；抽穗开花期、乳熟期连旱时，不同灌溉下限对应的减产率分别为0.2%、0.8%、4.5%、19.8%；分蘖期至抽穗开花期3阶段连旱时，不同灌溉下限对应的减产率分别为3.1%、4.1%、6.7%、21.9%。

可见，单阶段受旱条件下，灌溉下限为60%时，抽穗开花期对最终产量的影响最大（减产率高达11.3%），分蘖期、乳熟期、拔节孕穗期受旱对产量的影响依次减小。同一灌溉下限时，2阶段或3阶段连旱对产量的影响大于单阶段受旱；其中，灌溉下限高于70%时，分蘖至抽穗开花期3阶段连旱对产量的影响最大，其次为分蘖、拔节孕穗期2阶段连旱；当灌溉下限低于70%时，多阶段连旱会导致比较严重的减产。

2.4　鄂北地区节水潜力

2.4.1　传统节水潜力

灌溉水利用系数参考最严格水资源管理制度红线指标和湖北省现代灌溉发展规划综合确定，取0.5；水稻种植面积主要采用各县市2013年统计年鉴数据，取25.3万hm2。根据灌溉试验成果，湿润模式净灌溉定额为33.0m3/hm2；中蓄模式为43.3m3/hm2；浅灌模式为43.7m3/hm2。试验数据与大田实际灌溉定额相比偏大，主要由于测坑漏失严重。根据模型模拟结果，浅灌模式净灌溉定额为18.7m3/hm2，中蓄模式为18.5m3/hm2；湿润模式为18.0m3/hm2；本文推荐的适宜灌溉模式下净灌溉定额为15.2m3/hm2。模拟值与试验值相差较大是因为考虑了犁底层作用，因此模拟结果与实际更相近。净灌溉定额采用模拟结果，而中蓄模式或浅灌模式接近于鄂北地区大田灌溉模式（即为现有灌溉模式），因此，M0，net取浅灌模式和中蓄模式均值，为18.6m3/hm2；M1，net取推荐适宜灌溉模式，为15.2m3/hm2。根据公式（1），计算得到鄂北地区传统节水潜力为3.94亿m3。

2.4.2　耗水节水潜力

根据试验成果，浅灌模式水稻腾发量为532.7mm；中蓄模式为526.3mm；湿润模式为506.6mm。与现有灌溉模式（腾发量浅灌模式和中蓄模式的均值）相比，采用湿润灌溉模式耗水节水潜力为5790.6万m3。

根据模型模拟结果，湿润模式水稻腾发量为468.4mm；推荐适宜的灌溉模式下水稻腾发量为423.5mm。模拟值与观测值相比，偏小，主要原因是模型识别的水稻生育期与观测时间相比偏小10天左右。因此，与湿润模式相比，推荐的适宜灌溉模式耗水节水潜力为1.1亿m3。

与现有的灌溉模式相比，若采用推荐的适宜灌溉模式，耗水节水潜力可达到1.68亿m3。耗水节水潜力低于传统节水潜力，主要是由于回归水重复利用。从另一角度，采用本文推荐的适宜灌溉模式，至少可节约用水1.68亿m3，可见，鄂北地区节水潜力巨大。