胡榮祥，曹紅蕾，鄭世宗

(1.浙江省水利河口研究院，杭州 310020；2.浙江省農(nóng)村水利局，杭州 310009)

0　前　言

灌區(qū)作為農(nóng)田灌溉的基礎(chǔ)單元，是統(tǒng)計區(qū)域用水量的基礎(chǔ)。區(qū)域內(nèi)的灌區(qū)有三項特征：①數(shù)量多：省級區(qū)域灌區(qū)數(shù)量少則上萬處，多則幾十萬處，且灌區(qū)內(nèi)灌溉水源種類多、數(shù)量多。②分布廣：灌區(qū)分布在區(qū)域的各個角落，有農(nóng)業(yè)種植的地方就有灌區(qū)，受地形和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)影響(如道路、房屋)，灌區(qū)呈現(xiàn)分散式、碎片化發(fā)展；③面積廣：有農(nóng)田的地方就有灌區(qū)，區(qū)域總體灌溉面積大，單個灌區(qū)面積大，尤其是大中型灌區(qū)。區(qū)域灌區(qū)的這些特點給開展農(nóng)田灌溉用水直接監(jiān)測計量帶來了很大的麻煩，對所有灌區(qū)所有水源開展監(jiān)測計量，需要布設(shè)數(shù)量龐大的計測設(shè)施、耗費大量的人力，現(xiàn)階段灌區(qū)無論從經(jīng)費還是管理上都很難承受，也不現(xiàn)實。

國家自2014年部署了用水總量統(tǒng)計工作，提出了以灌區(qū)為基本單元，采取用水大戶逐一計量統(tǒng)計、一般用水戶抽樣調(diào)查、綜合推算區(qū)域用水量[1]。然而灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水與工業(yè)等不同，一般沒有較多用水大戶，更多的農(nóng)戶種植了幾畝、數(shù)十畝，至多是承包流轉(zhuǎn)后的數(shù)百畝、上千畝的合作社，但目前合作社數(shù)量總體較少，所占面積比例很小，采用大戶逐一計量，用水量難以滿足統(tǒng)計要求。結(jié)合當(dāng)前農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算工作，針對區(qū)域灌區(qū)特點，優(yōu)先選擇具有代表性的灌區(qū)及其典型片區(qū)進(jìn)行實測，尤其是大中型灌區(qū)，這樣操作性更強，也具有一定的統(tǒng)計基礎(chǔ)，測算數(shù)據(jù)可為區(qū)域水資源公報的編制提供依據(jù)。

1　計算方法

1.1　區(qū)域農(nóng)田灌溉用水量

區(qū)域農(nóng)田灌溉用水量是區(qū)域內(nèi)所有大中小型灌區(qū)農(nóng)田灌溉用水量之和[2]。計算公式如下：

W=W大+W中+W小

(1)

式中：W為區(qū)域農(nóng)田灌溉用水量，萬m3；W大，W中，W小分別為大、中、小型灌區(qū)農(nóng)田灌溉用水量，萬m3。根據(jù)上式，測算區(qū)域農(nóng)田灌溉用水量就轉(zhuǎn)換成測算大型灌區(qū)、中型灌區(qū)、小型灌區(qū)水量。

1.2　不同規(guī)模灌區(qū)農(nóng)田灌溉用水量

區(qū)域不同規(guī)模灌區(qū)數(shù)量一般呈現(xiàn)灌區(qū)規(guī)模越大數(shù)量越少、灌區(qū)規(guī)模越小則數(shù)量越多的特點。不同規(guī)模灌區(qū)數(shù)量可能有數(shù)量級差別。

區(qū)域大中型灌區(qū)數(shù)量有限，但大中型灌區(qū)范圍廣、面積大，小型灌區(qū)單個面積較小，但數(shù)量龐大。根據(jù)不同規(guī)模灌區(qū)特點，分別提出以下測算方法：

(1)大型灌區(qū)：全體與典型片區(qū)測算。大型灌區(qū)是農(nóng)業(yè)種植重要區(qū)域，在農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)中占比也較大，單個灌區(qū)用水量較大，可看作“用水大戶”，應(yīng)全部測算，即每個灌區(qū)均測算灌溉用水量。大型灌區(qū)用水量等于各個大型灌區(qū)用水量之和，單個大型灌區(qū)面積大、水源及渠系數(shù)量多，目前階段無法全部開展實測，可根據(jù)行政區(qū)、渠系、地形等，將單個灌區(qū)劃分成若干個灌片，各灌片水量由設(shè)置在其內(nèi)部的典型渠首實測數(shù)據(jù)通過面積加權(quán)獲得。計算公式如下：

W大=∑W大i

(2)

W大i=∑W大im

(3)

(4)

式中：W大為大型灌區(qū)灌溉用水量；W大i為第i個大型灌區(qū)灌溉用水量；W大im、A大im為第i個大型灌區(qū)第m片區(qū)實測灌溉用水量和實際灌溉面積；W測j、A測j為對應(yīng)大型灌區(qū)的第j個測點區(qū)域?qū)崪y水量和實際灌溉面積，i為區(qū)域大型灌區(qū)數(shù)量，m為第i個大型灌區(qū)劃分的片區(qū)數(shù)量，j為對應(yīng)片區(qū)的實測點數(shù)量。

(2)中型灌區(qū)：分檔、典型灌區(qū)與典型片區(qū)測算。目前國家對中型灌區(qū)實施不同的建設(shè)模式和管理方式：一般中型灌區(qū)(設(shè)計灌溉面積5萬畝以下)納入一般面上工程建設(shè)，重點中型灌區(qū)(設(shè)計灌溉面積5萬畝以上)由農(nóng)發(fā)項目進(jìn)行投資建設(shè)。重點中型灌區(qū)一般設(shè)有灌區(qū)專管機構(gòu)，一般中型灌區(qū)多由鄉(xiāng)鎮(zhèn)或縣級水利局代管。為進(jìn)一步了解中型灌區(qū)“不同規(guī)模”的用水量，將中型灌區(qū)按照設(shè)計灌溉面積分成“1-5中型”、“5-15中型”、“15-30中型”三擋。由于中型灌區(qū)數(shù)量較多，目前階段尚不能全部開展實測工作，故在進(jìn)行分檔后，各檔次的中型灌區(qū)用水量通過該檔次的典型灌區(qū)采用面積加權(quán)計算獲得，各個典型灌區(qū)水量與單個大型灌區(qū)計算方法類似。計算公式如下：

W中=W中1-5+W中5-15+W中15-30

(5)

(6)

W中1-5i=∑W中1-5im

(7)

(8)

式中：W中為中型灌區(qū)灌溉用水量；W中1-5、A中1-5為1-5中型灌區(qū)灌溉用水量和實際灌溉面積；W中1-5i、A中1-5i分別為第i個1-5中型典型灌區(qū)灌溉用水量和實際灌溉面積；W中1-5im、A中1-5im分別為第i個1-5中型典型灌區(qū)第m個片區(qū)的灌溉用水量和實際灌溉面積；W測j、A測j為對應(yīng)灌區(qū)第j個測點區(qū)域?qū)崪y水量和實際灌溉面積；i為對應(yīng)檔次的典型灌區(qū)數(shù)量；m為對應(yīng)灌區(qū)劃分的片區(qū)數(shù)量；j為對應(yīng)片區(qū)內(nèi)實測點數(shù)量。W中5-15、W中15-30計算方法與W中1-5類似。

(3)小型灌區(qū)：典型灌區(qū)、典型片區(qū)實測或全灌區(qū)實測。小型灌區(qū)數(shù)量較多，需選取典型灌區(qū)進(jìn)行測算。根據(jù)灌區(qū)范圍、水源分布、渠系數(shù)量等，單一小型灌區(qū)面積在66.7 hm2以上且灌區(qū)水源數(shù)量眾多時，一般采用典型區(qū)域推算全灌區(qū)用水量。單一小型灌區(qū)面積在66.7 hm2以下或灌區(qū)水源較為集中，可采用實測獲取用水量。計算公式如下：

(9)

當(dāng)灌區(qū)面積較大時，由典型片區(qū)推算整個灌區(qū)水量：

W小i=∑W小im

(10)

(11)

當(dāng)灌區(qū)面積較小時，典型灌區(qū)由各個片區(qū)實測水量累加獲?。?/p>

W小i=∑W測j

(12)

式中：W小、A小分別為小型灌區(qū)灌溉用水量和實際灌溉面積；W小i、A小i分別為第i個小型典型灌區(qū)灌溉用水量及實際灌溉面積；W小im、A小im分別為第i個小型典型灌區(qū)第m個片區(qū)實測水量及實際灌溉面積；W測j、A測j為對應(yīng)灌區(qū)第j個測點區(qū)域?qū)崪y水量和實際灌溉面積；i為典型灌區(qū)數(shù)量；m為對應(yīng)灌區(qū)劃分的片區(qū)數(shù)量；j為對應(yīng)片區(qū)內(nèi)的實測點數(shù)量。

1.3　非灌溉用水量的處理

一般渠首通過的水量不僅有灌溉水量，同時也有其他非灌溉用水量。計算灌區(qū)灌溉用水量，應(yīng)當(dāng)按照一定的方法扣除非灌溉用水量[3]。非灌溉用水量有實測數(shù)據(jù)的利用其實測數(shù)據(jù)，并考慮用水戶到渠首取水口的相應(yīng)損失量，無實測數(shù)據(jù)時，可通過調(diào)查，按照占用的灌溉時間來估算。

1.4　灌區(qū)選擇及典型片區(qū)設(shè)置要求

結(jié)合目前面上農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算工作開展情況，為滿足區(qū)域農(nóng)田灌溉用水量測算統(tǒng)計，各規(guī)模灌區(qū)典型灌區(qū)數(shù)量及面積比例、實測片區(qū)數(shù)量等不宜低于表1所示數(shù)據(jù)。隨著工作推進(jìn)，重點中型灌區(qū)應(yīng)全部納入測算。

表1　不同規(guī)模典型灌區(qū)、實測片區(qū)設(shè)置要求

2　農(nóng)田灌溉用水量測算案例

據(jù)統(tǒng)計，2016年浙江省大中小型灌區(qū)數(shù)量35 000 余個，灌溉面積154.5 萬hm2，其中有效灌溉面積144.6 萬hm2，農(nóng)田實際灌溉面積135 hm2。不同規(guī)模灌區(qū)：大型灌區(qū)11個，實際灌溉面積24.2 萬hm2，中型灌區(qū)194個，實際灌溉面積31.7 萬hm2，小型灌區(qū)35 000 余處，實際灌溉面積79.1 萬hm2。

2.1　典型灌區(qū)情況

根據(jù)1.2節(jié)內(nèi)容，為測算浙江省灌溉用水量，典型灌區(qū)選擇結(jié)果如下：

(1)大型灌區(qū)選擇11處。全省共11個大型灌區(qū)均作為典型灌區(qū)開展測算。

(2)中型灌區(qū)選擇57處，數(shù)量占全省比例29.4%，面積占比49%。不同檔次灌區(qū)情況如下：1-5中型灌區(qū)32處；5-15中型灌區(qū)16處；15-30中型灌區(qū)9處。

(3)小型灌區(qū)選擇120處。小型灌區(qū)分布在全省各市，數(shù)量占全省比例3.4%，面積占比約2%。

2.2　實測計量點設(shè)置

2.2.1量水方法

按照規(guī)范GB/T 21303-2017及灌區(qū)用水習(xí)慣、觀測制度等，實際應(yīng)用較多的量水方法有：一是渠系建筑物量水，如水閘、渡槽、倒虹吸、涵管、跌水等。用作量水的建筑物本身需要完好，水流條件穩(wěn)定，下游回水不應(yīng)影響過流。二是順直的渠段，利用率定好的水位流量關(guān)系，通過水尺或者水位計觀測水位，求得流量。三是采用特設(shè)量水設(shè)施，如簡易量水檻、巴歇爾槽等。四是儀表量水，如水表、電磁流量計、超聲波流量計等儀表，多應(yīng)用于管道，或者明渠通過改造形成管道。實際中，儀表量水和標(biāo)準(zhǔn)斷面量水使用較多。除了上述計量方法，對于泵站提水的，一般采用電量換算來間接獲取。

2.2.2計量點設(shè)置

應(yīng)針對具體灌區(qū)的特點，設(shè)置一定數(shù)量具有代表性、可操作性的渠首建設(shè)量水設(shè)施。浙江灌區(qū)可以初步可分為三類：有骨干渠道的自流灌區(qū)、以河代渠的自流灌區(qū)、平原河網(wǎng)提水灌區(qū)。針對不同灌區(qū)特點，渠首計量點設(shè)置的情況如下：

(1)對于有主干渠自流灌區(qū)，如銅山源水庫灌區(qū)，在東干渠和西干渠設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)斷面量水；如里石門水庫灌區(qū)在干渠渠首采用標(biāo)準(zhǔn)斷面量水。

(2)對于以河道自流灌溉為主的灌區(qū)，如長潭灌區(qū)、齊溪水庫灌區(qū)等，針對各個取水口(引水堰)的典型支渠進(jìn)行量測，采用水工建筑物或者標(biāo)準(zhǔn)斷面量水，或選取典型提水泵站設(shè)置電表或者管道流量計。

(3)對于平原河網(wǎng)提水灌區(qū)。平原河網(wǎng)灌區(qū)一般為提水灌區(qū)，如烏鎮(zhèn)灌區(qū)、上塘河灌區(qū)，主要以泵站提水灌溉為主，如嘉興市、湖州市、紹興市，選取典型泵站以現(xiàn)有電表或安裝大口徑水表進(jìn)行量測。

在大量實地調(diào)查、勘查基礎(chǔ)上，在全省188個典型灌區(qū)的渠首開展了326處量水設(shè)施的用水觀測工作。為了提高測算成果精度，在開展量水記錄觀測同時，對各渠首下游的種植作物、灌溉方式進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查獲取的數(shù)據(jù)為該渠首代表性和后續(xù)用水量分析提供支持。

2.3　計算結(jié)果

通過觀測，獲取渠首實測數(shù)據(jù)，然后由點及面的推算各典型灌區(qū)用水量。通過測算，全省大型灌區(qū)平均灌溉用水量為6 255 m3/hm2，中型灌區(qū)5 100 m3/hm2，小型灌區(qū)4 980 m3/hm2。規(guī)模灌區(qū)畝均毛灌溉用水量中，大型灌區(qū)>中型灌區(qū)>小型灌區(qū)。大中型灌區(qū)由于灌區(qū)范圍較大，渠系輸水線路長輸水損失比其他規(guī)模灌區(qū)大，因此平均用水量較小型灌區(qū)大。結(jié)合不同規(guī)模灌區(qū)的實際灌溉面積，則大型、中型、小型灌區(qū)的灌溉用水量分別為15.22、16.16、39.54 億m3，占全省比例分別是21%、23%、56%。

依據(jù)實測數(shù)據(jù)確定浙江全省農(nóng)田灌溉用水量，其計算結(jié)果較采用定額計算更接近實際。

3　結(jié)論與建議

3.1　結(jié)　論

(1)針對不同規(guī)模灌區(qū)分別提出測算方法。大型灌區(qū)采用全體與典型區(qū)域測算，中型灌區(qū)采用分檔、典型灌區(qū)及典型區(qū)域測算，小型灌區(qū)采用典型灌區(qū)、典型區(qū)域或者全灌區(qū)實測。在此基礎(chǔ)上，將大中小灌區(qū)水量合計得到區(qū)域用水量，并將上述方法應(yīng)用到浙江省農(nóng)田灌溉用水量測算工作當(dāng)中，取得了較好的效果。

(2)根據(jù)灌區(qū)特點提出測算灌溉用水量的渠首計量點設(shè)置方法。根據(jù)灌區(qū)水源及渠系布置，提出了各類灌區(qū)計量點設(shè)置方法，可為選擇合適計量位置提供指導(dǎo)。

(3)采用典型的實測數(shù)據(jù)確定區(qū)域農(nóng)田灌溉用水量，與水資源公布編制采用調(diào)查獲取定額相比，有大量的測量數(shù)據(jù)支持，結(jié)果也更接近實際。

3.2　建　議

(1)典型灌區(qū)和典型片區(qū)的代表性有待判定。由于采用由點及面的測算思路，那么典型灌區(qū)和典型區(qū)域的代表性將對結(jié)果有很大的影響，然后各地情況均有較大不同，受到目前掌握的局部資料，目前典型灌區(qū)和典型區(qū)域的代表性有待判定。代表性的增強，將進(jìn)一步提高測算的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有條件，增加典型灌區(qū)和典型區(qū)域數(shù)量是提高代表性的一種思路。

(2)灌區(qū)用水量與作物種植結(jié)構(gòu)相關(guān)性需要進(jìn)一步開展工作。由于部分灌區(qū)渠首設(shè)施過流水量還包括了其他行業(yè)的用水量，如生活、環(huán)境等，那么很難劃分出具體區(qū)域的灌溉用水量。當(dāng)前為區(qū)分用水量，應(yīng)詳細(xì)統(tǒng)計其下游的種植作物情況，并將灌溉期用水從全年的用水時間當(dāng)中分出，可進(jìn)一步提高灌溉用水量測算精度，這些細(xì)致工作還需要較多人力財力。

(3)區(qū)域農(nóng)田灌溉用水量測算工作量大面廣，這些工作需要灌區(qū)管理人員、基層水利員等進(jìn)一步加強數(shù)據(jù)量測、記錄、統(tǒng)計等各方面工作。建議各級部門進(jìn)一步重視灌區(qū)農(nóng)田灌溉水量的統(tǒng)計，落實相關(guān)工作制度。

□

參考文獻(xiàn)：

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[3]SL/Z 699-2015，灌溉水利用率測定技術(shù)導(dǎo)則[S].