区域农田灌溉用水量测算方法研究分析

胡荣祥，曹红蕾，郑世宗

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

0　前　言

灌区作为农田灌溉的基础单元，是统计区域用水量的基础。区域内的灌区有三项特征：①数量多：省级区域灌区数量少则上万处，多则几十万处，且灌区内灌溉水源种类多、数量多。②分布广：灌区分布在区域的各个角落，有农业种植的地方就有灌区，受地形和基础设施建设影响(如道路、房屋)，灌区呈现分散式、碎片化发展；③面积广：有农田的地方就有灌区，区域总体灌溉面积大，单个灌区面积大，尤其是大中型灌区。区域灌区的这些特点给开展农田灌溉用水直接监测计量带来了很大的麻烦，对所有灌区所有水源开展监测计量，需要布设数量庞大的计测设施、耗费大量的人力，现阶段灌区无论从经费还是管理上都很难承受，也不现实。

国家自2014年部署了用水总量统计工作，提出了以灌区为基本单元，采取用水大户逐一计量统计、一般用水户抽样调查、综合推算区域用水量[1]。然而灌区农业用水与工业等不同，一般没有较多用水大户，更多的农户种植了几亩、数十亩，至多是承包流转后的数百亩、上千亩的合作社，但目前合作社数量总体较少，所占面积比例很小，采用大户逐一计量，用水量难以满足统计要求。结合当前农田灌溉水有效利用系数测算工作，针对区域灌区特点，优先选择具有代表性的灌区及其典型片区进行实测，尤其是大中型灌区，这样操作性更强，也具有一定的统计基础，测算数据可为区域水资源公报的编制提供依据。

1　计算方法

1.1　区域农田灌溉用水量

区域农田灌溉用水量是区域内所有大中小型灌区农田灌溉用水量之和[2]。计算公式如下：

W=W大+W中+W小

(1)

式中：W为区域农田灌溉用水量，万m3；W大，W中，W小分别为大、中、小型灌区农田灌溉用水量，万m3。根据上式，测算区域农田灌溉用水量就转换成测算大型灌区、中型灌区、小型灌区水量。

1.2　不同规模灌区农田灌溉用水量

区域不同规模灌区数量一般呈现灌区规模越大数量越少、灌区规模越小则数量越多的特点。不同规模灌区数量可能有数量级差别。

区域大中型灌区数量有限，但大中型灌区范围广、面积大，小型灌区单个面积较小，但数量庞大。根据不同规模灌区特点，分别提出以下测算方法：

(1)大型灌区：全体与典型片区测算。大型灌区是农业种植重要区域，在农业用水结构中占比也较大，单个灌区用水量较大，可看作“用水大户”，应全部测算，即每个灌区均测算灌溉用水量。大型灌区用水量等于各个大型灌区用水量之和，单个大型灌区面积大、水源及渠系数量多，目前阶段无法全部开展实测，可根据行政区、渠系、地形等，将单个灌区划分成若干个灌片，各灌片水量由设置在其内部的典型渠首实测数据通过面积加权获得。计算公式如下：

W大=∑W大i

(2)

W大i=∑W大im

(3)

(4)

式中：W大为大型灌区灌溉用水量；W大i为第i个大型灌区灌溉用水量；W大im、A大im为第i个大型灌区第m片区实测灌溉用水量和实际灌溉面积；W测j、A测j为对应大型灌区的第j个测点区域实测水量和实际灌溉面积，i为区域大型灌区数量，m为第i个大型灌区划分的片区数量，j为对应片区的实测点数量。

(2)中型灌区：分档、典型灌区与典型片区测算。目前国家对中型灌区实施不同的建设模式和管理方式：一般中型灌区(设计灌溉面积5万亩以下)纳入一般面上工程建设，重点中型灌区(设计灌溉面积5万亩以上)由农发项目进行投资建设。重点中型灌区一般设有灌区专管机构，一般中型灌区多由乡镇或县级水利局代管。为进一步了解中型灌区“不同规模”的用水量，将中型灌区按照设计灌溉面积分成“1-5中型”、“5-15中型”、“15-30中型”三挡。由于中型灌区数量较多，目前阶段尚不能全部开展实测工作，故在进行分档后，各档次的中型灌区用水量通过该档次的典型灌区采用面积加权计算获得，各个典型灌区水量与单个大型灌区计算方法类似。计算公式如下：

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中为中型灌区灌溉用水量；W中1-5、A中1-5为1-5中型灌区灌溉用水量和实际灌溉面积；W中1-5i、A中1-5i分别为第i个1-5中型典型灌区灌溉用水量和实际灌溉面积；W中1-5im、A中1-5im分别为第i个1-5中型典型灌区第m个片区的灌溉用水量和实际灌溉面积；W测j、A测j为对应灌区第j个测点区域实测水量和实际灌溉面积；i为对应档次的典型灌区数量；m为对应灌区划分的片区数量；j为对应片区内实测点数量。W中5-15、W中15-30计算方法与W中1-5类似。

(3)小型灌区：典型灌区、典型片区实测或全灌区实测。小型灌区数量较多，需选取典型灌区进行测算。根据灌区范围、水源分布、渠系数量等，单一小型灌区面积在66.7 hm2以上且灌区水源数量众多时，一般采用典型区域推算全灌区用水量。单一小型灌区面积在66.7 hm2以下或灌区水源较为集中，可采用实测获取用水量。计算公式如下：

(9)

当灌区面积较大时，由典型片区推算整个灌区水量：

W小i=∑W小im

(10)

(11)

当灌区面积较小时，典型灌区由各个片区实测水量累加获取：

W小i=∑W测j

(12)

式中：W小、A小分别为小型灌区灌溉用水量和实际灌溉面积；W小i、A小i分别为第i个小型典型灌区灌溉用水量及实际灌溉面积；W小im、A小im分别为第i个小型典型灌区第m个片区实测水量及实际灌溉面积；W测j、A测j为对应灌区第j个测点区域实测水量和实际灌溉面积；i为典型灌区数量；m为对应灌区划分的片区数量；j为对应片区内的实测点数量。

1.3　非灌溉用水量的处理

一般渠首通过的水量不仅有灌溉水量，同时也有其他非灌溉用水量。计算灌区灌溉用水量，应当按照一定的方法扣除非灌溉用水量[3]。非灌溉用水量有实测数据的利用其实测数据，并考虑用水户到渠首取水口的相应损失量，无实测数据时，可通过调查，按照占用的灌溉时间来估算。

1.4　灌区选择及典型片区设置要求

结合目前面上农田灌溉水有效利用系数测算工作开展情况，为满足区域农田灌溉用水量测算统计，各规模灌区典型灌区数量及面积比例、实测片区数量等不宜低于表1所示数据。随着工作推进，重点中型灌区应全部纳入测算。

表1　不同规模典型灌区、实测片区设置要求

2　农田灌溉用水量测算案例

据统计，2016年浙江省大中小型灌区数量35 000 余个，灌溉面积154.5 万hm2，其中有效灌溉面积144.6 万hm2，农田实际灌溉面积135 hm2。不同规模灌区：大型灌区11个，实际灌溉面积24.2 万hm2，中型灌区194个，实际灌溉面积31.7 万hm2，小型灌区35 000 余处，实际灌溉面积79.1 万hm2。

2.1　典型灌区情况

根据1.2节内容，为测算浙江省灌溉用水量，典型灌区选择结果如下：

(1)大型灌区选择11处。全省共11个大型灌区均作为典型灌区开展测算。

(2)中型灌区选择57处，数量占全省比例29.4%，面积占比49%。不同档次灌区情况如下：1-5中型灌区32处；5-15中型灌区16处；15-30中型灌区9处。

(3)小型灌区选择120处。小型灌区分布在全省各市，数量占全省比例3.4%，面积占比约2%。

2.2　实测计量点设置

2.2.1量水方法

按照规范GB/T 21303-2017及灌区用水习惯、观测制度等，实际应用较多的量水方法有：一是渠系建筑物量水，如水闸、渡槽、倒虹吸、涵管、跌水等。用作量水的建筑物本身需要完好，水流条件稳定，下游回水不应影响过流。二是顺直的渠段，利用率定好的水位流量关系，通过水尺或者水位计观测水位，求得流量。三是采用特设量水设施，如简易量水槛、巴歇尔槽等。四是仪表量水，如水表、电磁流量计、超声波流量计等仪表，多应用于管道，或者明渠通过改造形成管道。实际中，仪表量水和标准断面量水使用较多。除了上述计量方法，对于泵站提水的，一般采用电量换算来间接获取。

2.2.2计量点设置

应针对具体灌区的特点，设置一定数量具有代表性、可操作性的渠首建设量水设施。浙江灌区可以初步可分为三类：有骨干渠道的自流灌区、以河代渠的自流灌区、平原河网提水灌区。针对不同灌区特点，渠首计量点设置的情况如下：

(1)对于有主干渠自流灌区，如铜山源水库灌区，在东干渠和西干渠设置标准断面量水；如里石门水库灌区在干渠渠首采用标准断面量水。

(2)对于以河道自流灌溉为主的灌区，如长潭灌区、齐溪水库灌区等，针对各个取水口(引水堰)的典型支渠进行量测，采用水工建筑物或者标准断面量水，或选取典型提水泵站设置电表或者管道流量计。

(3)对于平原河网提水灌区。平原河网灌区一般为提水灌区，如乌镇灌区、上塘河灌区，主要以泵站提水灌溉为主，如嘉兴市、湖州市、绍兴市，选取典型泵站以现有电表或安装大口径水表进行量测。

在大量实地调查、勘查基础上，在全省188个典型灌区的渠首开展了326处量水设施的用水观测工作。为了提高测算成果精度，在开展量水记录观测同时，对各渠首下游的种植作物、灌溉方式进行调查，调查获取的数据为该渠首代表性和后续用水量分析提供支持。

2.3　计算结果

通过观测，获取渠首实测数据，然后由点及面的推算各典型灌区用水量。通过测算，全省大型灌区平均灌溉用水量为6 255 m3/hm2，中型灌区5 100 m3/hm2，小型灌区4 980 m3/hm2。规模灌区亩均毛灌溉用水量中，大型灌区>中型灌区>小型灌区。大中型灌区由于灌区范围较大，渠系输水线路长输水损失比其他规模灌区大，因此平均用水量较小型灌区大。结合不同规模灌区的实际灌溉面积，则大型、中型、小型灌区的灌溉用水量分别为15.22、16.16、39.54 亿m3，占全省比例分别是21%、23%、56%。

依据实测数据确定浙江全省农田灌溉用水量，其计算结果较采用定额计算更接近实际。

3　结论与建议

3.1　结　论

(1)针对不同规模灌区分别提出测算方法。大型灌区采用全体与典型区域测算，中型灌区采用分档、典型灌区及典型区域测算，小型灌区采用典型灌区、典型区域或者全灌区实测。在此基础上，将大中小灌区水量合计得到区域用水量，并将上述方法应用到浙江省农田灌溉用水量测算工作当中，取得了较好的效果。

(2)根据灌区特点提出测算灌溉用水量的渠首计量点设置方法。根据灌区水源及渠系布置，提出了各类灌区计量点设置方法，可为选择合适计量位置提供指导。

(3)采用典型的实测数据确定区域农田灌溉用水量，与水资源公布编制采用调查获取定额相比，有大量的测量数据支持，结果也更接近实际。

3.2　建　议

(1)典型灌区和典型片区的代表性有待判定。由于采用由点及面的测算思路，那么典型灌区和典型区域的代表性将对结果有很大的影响，然后各地情况均有较大不同，受到目前掌握的局部资料，目前典型灌区和典型区域的代表性有待判定。代表性的增强，将进一步提高测算的准确性。现有条件，增加典型灌区和典型区域数量是提高代表性的一种思路。

(2)灌区用水量与作物种植结构相关性需要进一步开展工作。由于部分灌区渠首设施过流水量还包括了其他行业的用水量，如生活、环境等，那么很难划分出具体区域的灌溉用水量。当前为区分用水量，应详细统计其下游的种植作物情况，并将灌溉期用水从全年的用水时间当中分出，可进一步提高灌溉用水量测算精度，这些细致工作还需要较多人力财力。

(3)区域农田灌溉用水量测算工作量大面广，这些工作需要灌区管理人员、基层水利员等进一步加强数据量测、记录、统计等各方面工作。建议各级部门进一步重视灌区农田灌溉水量的统计，落实相关工作制度。

□

参考文献：

[1]沈莹莹，张绍强，吉晔.我国农业灌溉用水量统计方法的确定及工作开展情况[J].中国农村水利水电，2016，(11):133-134.

[2]贾宏伟.南方行政区域农业灌溉用水总量测算技术方案探讨[J].中国农村水利水电，2016，(5):65-67.

[3]SL/Z 699-2015，灌溉水利用率测定技术导则[S].