渠井雙灌區水資源統一調控的管理機制研究

康 艷，粟曉玲，黨永仁

(1.西北農林科技大學水利與建筑工程學院，陜西 楊凌 712100；2. 陜西省涇惠渠管理局，陜西 咸陽 713800)

渠井雙灌模式是20世紀60年代我國北方一些灌區在原有渠灌系統基礎上，適當發展井灌而逐漸形成的一種渠灌與井灌相結合的灌溉方式[1,2]。北方多數大型灌區實行輪灌制度，灌水周期長，單一的地表水渠灌系統依賴天然徑流，難以滿足作物適時灌溉的要求；而井灌機動靈活，可以適時灌溉，保證作物豐產用水，但過度開采會導致局部地下水超采漏斗、甚至地面下沉，引起區域生態環境等問題。渠井雙灌模式可以實現地表水與地下水聯合運用，提高灌溉水資源的利用率和灌溉用水保證率，在充分利用當地水資源的條件下，解決農業用水問題，提高糧食產量，實現農業高效用水，控制灌區地下水位，有效遏制土壤次生鹽漬化。

多年來，我國學者已針對渠井雙灌區地表水和地下水的統一調控、合理配置等問題展開了大量的技術研究。徐玉佩(1991年)以最小地下水開采量和防止土壤鹽堿化為目的，研究了最優井渠用水比及相應開采量[3]；聶相田(2006年)以經濟效益和地下水位控制為目標，計算了不同水文年井灌水量和渠灌水量[4]；代鋒剛、蔡煥杰(2012年)以灌區地下水采補平衡為目標，提出涇惠渠灌區不同渠首有效灌溉引水量情況下的井渠灌水比例[5]；李慧，周維博(2015年)基于地下水合理埋深，對不同保證率下的灌區水資源進行了聯合調控[6,7]；高勝國(2011年)以控制地下水位在合理范圍為目的，研究了地下水與地表水聯合調度智能監控系統[8]；蔣樹芳(2012年)研究設計了井渠結合灌區水資源聯合調度的輸水灌溉信息管理與控制系統，以實現遠程無線監控和信息化管理[9]。上述研究已在渠井雙灌區地表水和地下水聯合運用、合理配置等方面取得了豐碩的成果，提出了不同目標條件下地表水和地下水資源的優化配置方案。然而，由于灌區用水管理機制等問題，并沒有實現真正意義上的地表水、地下水聯合運用管理，使得大量聯合調控研究成果難以在灌區應用。渠井雙灌區水資源管理機制已經成為制約渠井雙灌區發展的瓶頸問題。

因此，本文以涇惠渠渠井雙灌區為例，縱觀涇惠渠灌區渠井雙灌的發展歷程，分析水資源統一調控管理中存在問題，提出渠井雙灌區地表地下水資源統一調控的管理機制。

1 涇惠渠渠井雙灌區發展歷程

涇惠渠灌區位于陜西關中平原中部，是一個自涇河自流引水、渠井雙灌、灌排結合、以農業灌溉為主的大型灌區。灌區面積約1 180 km2，屬于大陸性半干旱氣候區，多年平均降雨量534 mm，蒸發量1 212 mm。灌區轄西安、咸陽、渭南三市的涇陽、三原、高陵、臨潼、閻良、富平6個縣(區)，總人口120萬人。

涇惠渠灌區自1932 年6 月建成通水以來，大致經歷了4個發展階段。

(1)單一渠灌階段(20世紀30年代至50年代中期)。灌區引涇河水為主要地表水源，涇河是雨式河流，多年平均年徑流量約為17億m3，干流長455.1 km，涇河流域總面積45 421 km2。在這一階段灌區不斷改建擴建渠系工程，擴大渠系灌溉面積，地表水水資源利用效率大幅度提高，在一定程度上滿足了灌區農業灌溉用水的需求，通過灌溉水下滲，補充、涵養了地下水源。但單一渠系水灌溉導致地下水“補排失調”，地下水位急劇上升，低洼區產生了土壤沼澤和鹽堿化。

(2)渠灌與水平排水結合階段(20世紀50年代中期至60年代初期)。灌排結合不僅提高了灌溉用水保證率，而且也使地下水埋深得到有效調控，保證了良好的農業生態環境。這一階段灌區地下水為潛水，分布廣，埋藏淺、易開采，一般埋深在3～5 m。

(3)渠井雙灌與水平排水結合階段(20世紀60年代初至80年代后期)。20世紀60年代初，灌區灌溉面積擴大、涇河水源供水量不足，各地不能均衡受水和供水不及時等情況影響，井灌開始在群眾自發和地方政府的引導下在灌區局部得到有計劃的發展[10]，機井數量從60年代的8 400眼[10]發展到80年代的1.4萬眼左右，年平均開采地下水量達到1 億m3左右，灌區發展成為典型的渠井雙灌灌區，灌區灌溉保證率得到了大幅度提高，有效地促進了農業穩產、高產及農村經濟發展。

(4)渠井結合灌溉階段(20世紀80年代后期至今)。20世紀80年代，機井數量增加較快，渠井雙灌有效地發揮了引、蓄、提的調節作用。冬春灌河源水較豐，灌區以渠水灌溉為主，農灌水量下滲形成了地下水庫；夏灌河源水量不足且泥沙量大，農灌用水集中，用水急，灌區適時采取“井澆遠，渠澆近”、“渠井匯流、合井并灌”等措施，有效地解決供需矛盾突出的問題，灌區成為地表水地下水聯合開發利用的典型渠井雙灌灌區[10]。由于井灌機動靈活，適時灌溉，灌溉保證率高，水質好、且水資源費較渠水灌溉費用低，灌區農灌機井增加迅猛，到2012年機井數量已達到2.2萬眼[10]，每年地下水開采量在1.5億m3左右，加之近年涇河來水量減少，地表水源引水量減少，渠井灌溉用水比例呈明顯下降趨勢，導致地下水位大面積持續下降，地下水位年變幅變大，地下水出現嚴重采補失調現象。近30年渠井水灌溉水量比值、面積比值和地下水位年變幅情況具體見表1。

表1 涇惠渠灌區地表水地下水灌溉情況分析

2 渠井雙灌區水資源統一調控難以實施的主要原因

近年，涇惠渠灌區地下水出現嚴重采補失調現象，灌區地下水位下降顯著，灌區“渠灌為主、井灌為輔、渠井互補”的和諧發展局面受到嚴重破壞，渠灌井灌出現惡性競爭。雖然受氣象等自然條件所制約，涇河來水量減少，導致渠灌水量減少，井灌水量增加，但是其主要原因還是受灌區管理機制制約，渠井雙灌協調發展受到阻礙，地表水地下水沒有實現真正意義上的統一調控和管理。分析涇惠渠灌區水資源統一調控難以實施的主要原因如下。

(1)渠井分屬不同的管理主體，地表水和地下水分散管理，部門利益思想嚴重，難以實現水資源聯合調控。灌區水資源是統一的有機體，地表水和地下水互為補充、相互平衡、相互影響。但我國水資源管理和運營長期存在“多龍管水、相互制約”的問題，渠井分屬不同的管理主體，部門利益思想嚴重，地表水和地下水很難實現統一調控。在涇惠渠灌區，兩種水源分屬于兩個或多個不同的管理主體，灌區管理機構對灌溉地表水統一行使管理權，管理農灌地表水的取用；地方水行政主管部門則對農灌地下水行使監督管理權，機井由地方政府管理或由群眾個體承包經營，水資源管理主體不統一。由于灌區內村、組一級的管理組織較軟弱渙散, 上級行政部門水資源政策和相關精神很難貫徹落實，地下水開采缺乏有效監管，群眾自發打井現象普遍，大部分群眾打井不辦理任何審批手續，對井數、井位和井深等沒有統一規劃，灌區盲目開采地下水無人問津，形成了地下水管理無序的狀態。灌區于1983年開始，成立了涇惠渠灌區機井規劃辦公室，編制了“涇惠渠灌區淺層地下水資源開發利用規劃研究報告”，但缺少地方行政部門的配合和支持，無法實現對地下水的規劃和管理。由于管理體制問題，使得地表水、地下水很難統一管理，水資源開發、利用、保護和管理等環節之間不協調。不同的管理主體對地表水與地下水聯合運用帶來諸多不便, 缺乏統一的用水調度和分配計劃, 推行渠井結合灌溉存在各管理主體之間不能協調一致的問題。

(2)沒有地下水監控體系，地下水取水難以計量和監控，無法實現地表水與地下水的統一調度管理。涇惠渠灌區機井主要由群眾或地方政府管理和控制，并不受灌區管理機構的管理，地下水取水沒有專門的量水設施，灌區沒有建立地下水監控體系，地下水取水量難以計量和控制。20世紀60年代初，因涇惠渠灌區灌溉面積擴大，涇河地表水水源供水不足，在地方政府的指導下，群眾自發打井灌溉，形成了“渠灌為主，井灌為輔，渠井互補”的良性灌水模式。90年代后，由于社會經濟迅速發展，對水資源量不斷增加，供需之間存在矛盾，機井數量盲目增加，灌區機井已由60年代的8 400多眼發展到2012年的2.2 萬眼[10]。灌區沒有地下水資源監控系統和相應的量水設備，地下水資源開采量很難及時掌控，地下水的無序過量開采導致地下水急劇變化，地下水位不斷下降，經地下水監測資料統計，近30年間，灌區平均地下水位由395.4 m下降到383.6 m，累計下降了11.8 m。80年代初，灌區地下水位平均埋深為4.74 m，目前已下降到20 m左右，地下水年均開采量在1.5 億m3左右，年超采約9 000萬m3[11]。灌區地下水位不斷下降，新增機井越打越深，導致周邊機井廢棄速度加快，形成惡性循環。灌區沒有地下水取用水計量設施和監控體系，使灌區管理機構無法實現渠水和井水的統一管理和調控。

(3)地表水地下水水價不統一，影響渠井結合灌溉的發展和推廣。灌區農業灌溉工作是一項為農業生產提高服務、以公益性為主的事業。涇惠渠灌區水價不符合市場規律，渠水實際水價遠遠低于供水成本。經測算涇惠渠灌區渠水供水成本價為0.284元/m3，2004年以前灌區地表水水價僅為0.1元/m3，占供水成本價格的35%[12]；2004年，在省物價局、水利廳的監督指導下, 灌區管理局按照物價部門核批的水費標準, 根據國有水費、基層管理費、群管費等，最后核定地表水與農民見面水價為0.17元/m3，未達到供水成本價的部分由政府補貼。涇惠渠水價組成及具體標準見表2。雖然地表水價不高，但是與機井水價相比較，灌區渠水水價受渠線長、管理層次多等因素影響，渠灌水價遠遠高于井灌水價。灌區內，有些水井并未取得用水許可證，也不需上交水資源費。受經濟利益趨勢，農民對渠灌積極性不高，更愿意選擇井灌的方式。據資料統計，1980年以前涇惠渠灌區渠井用水比例在2.0左右，1990年至今渠井用水比例在1.0左右，地表、地下水灌溉用水發生顯著變化，地表、地下水利用失衡現象嚴重。涇惠渠灌區地表水地下水水價不統一，嚴重阻礙了涇惠渠灌區渠灌與井灌相結合灌溉模式的發展與推廣，難以實現地表水和地下水的統一調控和配置。

表2 涇惠渠水價組成及具體標準 元/ m3

3 渠井雙灌區水資源統一調控的管理機制

根據北方渠井雙灌區的特點以及涇惠渠灌區的管理現狀，初步提出渠井雙灌區水資源統一調控的管理機制。

(1)完善地表水地下水統一調控的灌區水資源管理體制。 統籌灌區地表水地下水，實現灌區水資源統一管理，優化配置灌區水資源，既是實現渠井雙灌區水資源高效利用、灌區科學化管理的需要，也是構建節水型灌區的需要。對灌區現行管理體制進行改革，進一步完善渠井雙灌區灌溉管理機制，在體制上尋求突破，打破地表水地下水分割管理的體制和格局。在灌區設立水資源管理機構專門負責灌區內的水資源開發、利用和管理工作，賦予灌區水資源管理機構對地表水和地下水統一管理的職能和權力。灌區水資源管理職責明確、分級負責、運轉協調、行為規范，形成“一龍管水、多龍治水”的灌區水資源管理機制。在灌區水資源管理機構的領導下，以控制站為單元成立分支管理機構，根據灌區實際情況和需要，成立斗渠基層管理組織，建立農民用水者協會，形成“管理局-管理站-斗渠基層管理組織-農民用水者協會”四級灌區水資源管理機構。在灌區水資源管理機構領導下，灌區多級管理機構具體負責灌區地表和地下水資源的統一管理、調控和優化配置。明確灌區各級管理機構的責權范圍，落實管、調、用三方責任主體。建立一整套用水管理的政策、法規、制度，保證灌區水資源管理機構在水資源管理中有章可循、有法可依。灌區成立按企業化管理的經濟實體, 實行灌區管理部門與農民用水戶共同參與、多級管理、利益雙贏的運行管理機制。

(2)建立地表水地下水取水計量與監控機制。針對涇惠渠灌區過去地下水開采沒有計量設施，對地下水開采量一般根據機井平均抽水流量和抽水時間進行地下水開采量的后估計，不利于“配水到戶、量水到戶、按方收費”。隨著IC卡水費智能管理系統的開發，可以實現對地下水開采量的計量和控制。在涇惠渠灌區推廣IC智能卡、智能水表等先進的計量設施，實施“五個一”(一井一本取水許可證、一塊水表、一個智能IC卡、一本取水臺賬、一塊井牌)管理制度作為地下水管理的長效手段，將用水計劃層層落實分解到了每一眼井。對灌區的自備井全部實行裝表計量，按月抄表、按量收費，嚴格實施水表年檢、校驗。建立灌區地下水監測網絡，通過安裝IC智能卡，對各灌溉水井的實際用水情況、購水記錄等進行控制、監測和統計，實現開采總量控制和定額管理。同時，使用IC智能卡、智能水表后，用水戶須先繳費后取水，解決了收費難的問題。對于地表水需要進一步完善灌區量水設施, 灌區全部斗渠配備量水堰，實現對灌區地表水、地下水取水準確計量和實時監控。

(3)建立總量控制與定額管理相結合的灌溉用水管理制度。由于井灌不受天然來水影響，水質好，取用方便，涇惠渠灌區井灌水價比渠灌便宜，農民更愿意采用井灌的方式，導致灌區地下水超采嚴重，地表水地下水取用失衡。為了統一調控地表和地下水資源，可以采用總量控制與定額管理相結合的灌溉用水管理制度，來限制地下水的取水量。基于地下水多年采補平衡，科學分析確定地下水的允許開采總量Wg,允；根據地表來水預報，確定水文年型，根據灌區種植面積、種植結構、作物灌水定額確定灌區灌溉總需水量W需,p；按照地表水地下水聯合調控確定的不同水文年型最佳渠井供水比例，在地下水允許開采量的范圍內，初步確定地下水供水總量Wg,p，則不同水文年型地下水供水總量指標Wg,p可以表示為：

(1)

式中：Wg,p表示不同水文年地下水供水總量；W需,p表示不同水文年灌區灌溉總需水量；Wg,允表示不同水文年地下水允許開采總量；Kp表示不同水文年灌區最佳渠井供水比例。

建立機井布局的優化模型，確定地下水限采區，在地下水限采區和超采區編制地下水年度開采計劃，將地下水總量指標按一定比例分配到機井，確定機井控制開采量，明確機井取水定額，機井定額灌溉水量指標可以用以下公式計算：

(2)

式中：qp表示不同水文年單井定額灌溉水量，m3，即單井最多允許開采水量；n表示研究區范圍內的機井眼數。

在涇惠渠灌區全面建立灌水總量、地下水開采總量與定額控制相結合的灌溉用水管理制度，限制地下水的取用水量，有效促進地表水地下的聯合調控。

(4)灌區實行“異水同價、階梯水價”，建立科學的水價形成機制。加快灌區水價改革，利用價格杠桿促進水資源的高效利用。目前，涇惠渠灌區機井主要由當地行政部門和群眾管理，井灌費用主要包括打井費用和機井電費，基本沒有包含水資源費；而渠灌水價雖然沒有達到供水成本價，但是0.17元/m3的水價已經遠遠高于機井水價，因此農民更愿意選取井灌的方式。在涇惠渠灌區改革現行的水價制定方法，調整灌區灌溉水價，降低灌區渠灌水價，政府對灌區管理單位進行水價補貼，調動群眾引用渠水灌溉的積極性；征收機井水資源費用，與渠灌水價同價，實行“一價到戶、終端水價、開票到戶”的水價管理制度；用經濟杠桿來引導群眾合理利用地下水，促進地表、地下水的科學轉化。

農業灌溉用水實行兩部制水價，基本水價和計量水價兩部分組成，水價可以用以下公式來計算：

m=m基+m計量

(3)

式中：m表示調整后的水價，元/m3；m基表示基本水價，元/m3；m計量表示計量水價，元/m3。

基本水價包括維護水利工程、機井等供水設施的管理運行費用、基層管理費、群眾管理費等費用。計量水價是指不同用戶按照供給的水量多少進行計費，灌區地表水和地下水執行統一水量標準。

計量水價實行階梯式水價管理體制，灌區按照計劃配水情況劃分階梯水量，確定階梯水價，用戶根據所用的水量，對應所屬的階梯，并按照階梯水價上交水費。不同用水戶按計量水價繳納的水費可以按以下公式計算：

M計量=(Ws,1+Wg,1)m1+(Ws,2+Wg,2)m2

(4)

式中：M計量表示按計量水價繳納的水費，元；Ws,1和Ws,2分別表示第一階梯范圍內的地表水和地下水用水量，m3；Ws,2和Wg,2分別表示超出第一階梯上限值的地表水和地下水用水量，m3；m1和m2分別表示第一階梯水價和第二階梯水價，元/m3。

具體的實施過程如下：采用水資源優化配置模型，根據不同水文年型確定灌溉總用水量，分配到戶，確定每戶灌溉配水總量，計劃配水量范圍內的水可以按照第一階梯的水價進行收取水費，超出計劃配水的水量按第二階梯水價收取水費；根據不同水文年型確定渠井用水比例，用戶通過IC智能卡購買配給的井灌水量，計劃內用水量按第一階段水價計量收費，井灌水量超出按比例分配的地下水量，則需要按第二階梯水價上交水資源費。通過灌區“異水同價、階梯水價”的水價管理體制，有效限制地下水的開采量，促進地表水和地下水的合理開發利用。

(5)逐步建立地表水地下水聯合調控智能管理決策系統。在涇惠渠灌區逐步建立地表水地下水聯合調控智能管理系統[8,9]，系統包括3個層次：①信息自動化采集層，包括地表水和地下水水量、水位、水質等水文要素在內的水文數據自動采集、傳輸系統；②模擬調控層，根據自動采集的信息，分析計算灌溉需水量，采用地表水、地下水數值模擬計算模型，擬定不同的渠井用水比例，確定地表水、地下水取用水量，將水量分配到戶；③決策管理層，以人機交互的方式確定灌區最優地表水地下水調控方案，發出控制指令，實施遠程控制灌溉管理。灌區智能管理系統[8]構成了集信息采集、數據分析、聯合調控和決策管理于一體的系統化管理模式，有效地將灌區地表水地下水聯合調控，避免了渠井雙灌區多種因素引起的渠井難以統一調控的問題，可以將地表水地下水聯合調控研究成果有效地應用于灌區。

(6)建立制度管理、市場調節、公眾參與的運行機制，建立健全輿論監督制度。通過水行政主管部門和灌區管理機構制定用水規劃，建立規章制度，統一管理，發揮灌區在水資源統一調控管理中的監管作用。建立合理的水價形成機制，實行水權交易，發揮水價在水資源配置中的引導作用，促進渠井灌區的渠井結合灌溉。完善農民用水者協會管理模式，推行協會“一事一議”制度，使其更好地服務于灌區群眾，在水資源管理的各個環節引入民主管理和廣泛參與的機制，建立公開透明、公眾參與、民主決策的管理機制。加強輿論監督，建立健全舉報機制，實行舉報獎勵。在灌區管理機構的領導下，建立專門監督輿論體系，抓熱點抓典型，對私自打井，超采地下水的行為公開曝光，同時，對文明用水，合理開采地下水資源的單位和個人及時報道表揚。通過各種公眾參與措施促進灌區地表水地下水有效合理地開發利用。

4 結 語

(1)從20世紀30年代起，涇惠渠灌區經歷了單一渠灌、渠灌與水平排水結合、渠井雙灌與水平排水結合和渠井雙灌4個發展階段，成為典型的渠井雙灌灌區，農業灌溉得到保證，同時由于渠灌井灌的惡性競爭，導致灌區地下水采補失調，地下水位下降顯著。

(2)分析涇惠渠灌區水資源統一調控實施困難的主要原因，提出灌區水資源統一調控管理機制。完善灌區水資源管理體制；建立水量計量與監控機制，在灌區推廣IC智能卡、智能水表計量設施；在灌區全面實施灌水總量控制與定額管理相結合的灌溉用水管理制度，初步確定灌區灌溉總量控制指標和灌溉定額控制指標的計算方法；建立“異水同價、階梯水價”的水價形成機制，實行 “一價到戶、終端水價、開票到戶”的水價管理制度，確定水價、水費的計算方法；建立集信息采集、數據分析、聯合調控和決策管理于一體的智能系統；建立健全運行機制和輿論監督制度。

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