南方行政區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水總量測算技術(shù)方案探討

賈 宏 偉

(浙江省水利河口研究院，杭州 310020)

0 引 言

農(nóng)業(yè)灌溉用水總量是指一定行政區(qū)域內(nèi)一個年度的農(nóng)業(yè)灌溉用水量，是行政區(qū)域全社會用水總量的重要組成部分，與用水總量控制紅線和用水效率控制紅線密切相關(guān)，是國務(wù)院確定的最嚴格水資源管理制度的重要內(nèi)容。同時，作為農(nóng)業(yè)灌溉管理的基礎(chǔ)單元，灌區(qū)灌溉用水總量則是農(nóng)業(yè)灌溉用水管理的基礎(chǔ)，“不知道用水量，就談不上有效管理”。因此，農(nóng)業(yè)灌溉用水總量測算既是落實最嚴格水資源管理制度的要求，也對指導(dǎo)灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水管理工作具有重要的現(xiàn)實意義。這里對南方行政區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水總量測算的技術(shù)方案進行探討，供實際工作借鑒。

1 南方灌區(qū)的特點及現(xiàn)有統(tǒng)計方法的局限性

1.1 南方灌區(qū)的特點

我國南方地區(qū)降雨充沛，水資源量豐富，受地形條件影響，在長期的農(nóng)業(yè)灌溉水資源開發(fā)利用過程中，南方灌區(qū)逐步形成了山丘區(qū)自流灌區(qū)、平原河網(wǎng)提水灌區(qū)及混合型灌區(qū)。

自流灌區(qū)主要分布在山區(qū)及丘陵盆地區(qū)，由于降雨多，山丘多，水源就近開發(fā)利用，建成了眾多的水庫、山塘、堰壩，逐步形成了“長藤結(jié)瓜”式的多水源灌溉系統(tǒng)。如橫錦水庫灌區(qū)，位于浙江東陽市，設(shè)計灌溉面積1.06萬hm2，多年平均降雨量1 419 mm，灌溉水源有水庫48座、山塘302處、堰壩22處，水源眾多，渠首橫錦水庫灌溉供水量不足40%，其他灌溉用水均由其他水源補充。

平原河網(wǎng)提水灌區(qū)主要分布在平原河網(wǎng)區(qū)域，地勢低平，河網(wǎng)密布、相互貫通。河網(wǎng)是農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)及畜禽養(yǎng)殖的直接水源，既可以蓄納區(qū)域內(nèi)的雨水徑流和上游水庫河道的來水，也是灌區(qū)排澇的承納區(qū)，具有蓄水、供水、輸水、排水和區(qū)域水環(huán)境調(diào)節(jié)的多種功能。平原河網(wǎng)灌區(qū)由眾多的小型提水泵站組成，一個小型泵站具有獨立的灌溉系統(tǒng)，控制灌溉面積多為20～40 hm2，相當于一個小微型灌區(qū)，因此平原河網(wǎng)提水灌區(qū)是由眾多小微型灌區(qū)組成的較大灌區(qū)。如浙江錢塘江灌區(qū)，處于浙江杭嘉湖平原區(qū)，設(shè)計灌溉面積4.2萬hm2，河道密度2.3 km/km2，水域面積率7.0%，農(nóng)業(yè)灌溉均由1 500多個小型泵站從河網(wǎng)提水灌溉。

混合型灌區(qū)這橫跨丘陵盆地和平原區(qū)，上游往往是水庫、山塘和堰壩形成的“長藤結(jié)瓜”灌溉系統(tǒng)，下游則延伸為以小型提水泵站為主的平原河網(wǎng)提水灌片。

1.2 現(xiàn)有統(tǒng)計方法的局限性

2014年，水利部印發(fā)了《用水總量統(tǒng)計技術(shù)方案(試行)》，其中農(nóng)業(yè)灌溉用水總量統(tǒng)計要求對大型灌區(qū)全部直接量測，對中型灌區(qū)或全部直接量測或由樣本灌區(qū)直接量測推求非樣本灌區(qū)。直接量測是指對灌區(qū)的所有水源安裝計量設(shè)施進行計量監(jiān)測。如前所述，我國南方灌區(qū)水源眾多，對大型灌區(qū)及中型典型灌區(qū)的所有水源進行計量監(jiān)測，是沒有可操作性的：一是監(jiān)測設(shè)施數(shù)量眾多，設(shè)施建設(shè)和日常管理費用非常高，不是灌區(qū)現(xiàn)有經(jīng)濟條件所能承受的；二是對雨水資源充沛的南方灌區(qū)，投入極大的物力和人力而僅僅是要得到灌溉用水量數(shù)據(jù)，不可能得到灌區(qū)管理單位支持并進行落實的。依據(jù)《用水總量統(tǒng)計技術(shù)方案(試行)》，落實到灌區(qū)比較困難，而要落實到包含數(shù)量眾多灌區(qū)的行政區(qū)域則更為困難。

2 總體測算技術(shù)方案

灌區(qū)是行政區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水總量測算的基礎(chǔ)單元。“測算”是觀測、調(diào)查和計算分析相結(jié)合的方法，核心是對主要水源水庫進行計量監(jiān)測，對眾多山塘、堰壩和提水泵站則通過典型監(jiān)測來測算，完全有別于《用水總量統(tǒng)計技術(shù)方案(試行)》的所有水源“直接量測”。通過測算，原則上能夠確定任一灌區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水總量。

行政區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水總量是區(qū)域內(nèi)所有大、中、小型灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水量之和[式(1)～(6)]。

省級及以下行政區(qū)域，大中型灌區(qū)數(shù)量有限，且大中型灌區(qū)面積大，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中占有重要地位，因此行政區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水總量應(yīng)對所有大中型灌區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水總量進行直接測算[式(2)、式(3)]。

小型灌區(qū)，面積小、數(shù)量眾多，一般選擇典型灌區(qū)進行測算。小型灌區(qū)分為自流灌區(qū)和提水灌區(qū)2類，根據(jù)區(qū)域地形及灌溉特點，在每一類型區(qū)選擇典型樣點灌區(qū)進行測算，得到每一灌溉類型區(qū)自流灌區(qū)和提水灌區(qū)的畝均毛灌溉水量，再通過面積加權(quán)測算該類型區(qū)自流灌區(qū)或提水灌區(qū)的總灌溉用水量，各類型灌溉區(qū)灌溉用水量之和即為區(qū)域小型灌區(qū)的灌溉用水總量[式(4)～(6)]。如浙江省可以分為杭嘉湖平原區(qū)、蕭紹甬平原區(qū)、浙東沿海平原區(qū)、浙南山區(qū)、浙北山區(qū)、海島地區(qū)、浙中丘陵盆地區(qū)等7個灌溉類型區(qū)，宜在各灌溉類型區(qū)內(nèi)選擇有代表性的小型灌區(qū)。小型樣點灌區(qū)的代表性，除考慮地形、灌溉類型、工程狀況外，種植結(jié)構(gòu)也應(yīng)接近該類型區(qū)小型灌區(qū)的平均狀況。

W區(qū)域，灌=W大型，灌+W中型，灌+W小型，灌

(3)

W小型，灌=W小型，自流，灌+W小型，提水，灌

(6)

式中：W區(qū)域，灌為行政區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水總量，萬m3；W大型，灌、W中型，灌、W小型，灌分別為行政區(qū)域內(nèi)大、中、小型灌區(qū)灌溉用水總量，萬m3；W大型，i，灌、W中型，i，灌分為第i個大型灌區(qū)和中型灌區(qū)的灌溉用水總量，萬m3；W小型，自流，灌、W小型，提水，灌分別為行政區(qū)域內(nèi)小型自流灌區(qū)和小型提水灌區(qū)的灌溉用水總量，萬m3；w自流,i、w提水,i分別為第i個灌溉類型區(qū)小型自流灌區(qū)和小型提水灌區(qū)的每公頃平均灌溉用水量，m3/0.066 7 hm2；A自流,i、A提水,i分別為第i個灌溉類型區(qū)小型自流灌區(qū)和小型提水灌區(qū)的總面積，666.7 hm2；A小型自流,樣點k,灌、A小型提水,樣點k,灌分別為第k個小型自流樣點灌區(qū)和小型提水樣點灌區(qū)的灌溉面積，666.7 hm2；W小型自流,樣點k,灌、W小型提水,樣點k,灌分別為第k個小型自流樣點灌區(qū)和小型提水樣點灌區(qū)的灌溉用水總量，萬m3。

南方灌區(qū)的灌溉系統(tǒng)除承擔灌溉任務(wù)外，大多還承擔了發(fā)電、農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖用水、魚塘補水及地方工業(yè)用水及泄洪排澇等任務(wù)。泄洪排澇等發(fā)生在非灌溉期，農(nóng)業(yè)灌溉用水即需對灌區(qū)灌溉期灌溉渠系統(tǒng)引水總量進行測算，然后扣除灌溉期畜禽養(yǎng)殖、魚塘及其他行業(yè)用水即可。

W灌區(qū)，灌=W灌區(qū)，引-W灌區(qū)，畜禽-W灌區(qū)，魚塘補水-W灌區(qū)，非農(nóng)行業(yè)用水

(7)

式中：W灌區(qū)，灌為灌區(qū)灌溉用水量，萬m3；W灌區(qū)，引為灌區(qū)灌溉系統(tǒng)灌溉期的引水總量，萬m3；W灌區(qū)，畜禽、W灌區(qū)，魚塘補水、W灌區(qū)，非農(nóng)用水分別自流灌區(qū)灌溉期通過灌溉系統(tǒng)的提供給畜禽養(yǎng)殖、魚塘及其他行業(yè)用水量，萬m3。

畜禽養(yǎng)殖、魚塘及其他行業(yè)用水量可以根據(jù)水利部《用水總量統(tǒng)計技術(shù)方案》中給定的典型測定法確定測定。由式(7)可知，灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水總量測算核心是對灌區(qū)灌溉系統(tǒng)灌溉期的引水量W灌區(qū)，引進行測算，即對由水源進入到灌溉系統(tǒng)的水量進行測算。

3 自流灌區(qū)灌溉系統(tǒng)引水量測算

自流灌區(qū)灌溉系統(tǒng)引水量是針對灌區(qū)所有水源進行測算的。對主要水源水庫，一般直接量測，山塘、堰壩則在行政區(qū)域內(nèi)選擇典型，率定基本參數(shù)，進而可應(yīng)用于灌區(qū)所有山塘、堰壩引水量進行計算。

W自流，引=W水庫+W山塘+W堰壩

(8)

式中：W自流，引為自流灌區(qū)灌溉系統(tǒng)灌溉期的引水總量，萬m3；W水庫、W山塘、W堰壩分別為灌區(qū)所有水庫、山塘和堰壩灌溉期引入灌區(qū)灌溉系統(tǒng)的水量，萬m3。

所有水庫進入灌溉系統(tǒng)的引水口進行實時計量監(jiān)測，則W水庫為灌區(qū)所有水庫灌溉期引入灌溉系統(tǒng)的總水量，即有式(9):

W水庫=∑w水庫,i

(9)

式中：w水庫,i為第i個水庫灌溉期的引水總量，萬m3。

山塘引水量通常采用復(fù)蓄系數(shù)法進行測算：

w山塘=N(P)·Y

(10)

式中：w山塘為山塘引水量，萬m3；N(P)為年內(nèi)山塘堰壩的復(fù)蓄系數(shù)，與降雨、集雨面等產(chǎn)匯流條件有關(guān)，也與山塘容積、灌溉面積和種植結(jié)構(gòu)有關(guān)，各地差異較大，需要選擇典型山塘長期觀測，建立復(fù)蓄系數(shù)N與降雨頻率P的關(guān)系；V為山塘庫容，萬m3。

典型山塘的確定要考慮灌溉類型分析，如浙江省有山塘主要分布在浙南山區(qū)、浙北山區(qū)、海島地區(qū)、浙中丘陵盆地區(qū)等4個灌溉類型區(qū)，各類型區(qū)應(yīng)布設(shè)一定數(shù)量的典型山塘，觀測典型山塘的灌溉用水量，率定各灌溉類型區(qū)不同年份的復(fù)蓄系數(shù)，供各類型區(qū)直接使用。

小型堰壩工程引水量與灌溉面積和作物種植結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，很多堰壩常年引水，其灌溉系統(tǒng)常年過水，不同地區(qū)引水情況差別加大，宜按灌溉類型區(qū)，布設(shè)一定數(shù)量的典型堰壩，觀測灌溉期引水量，確定各灌溉類型區(qū)不同年份堰壩工程的畝均灌溉水量，供同類型區(qū)堰壩工程灌溉水量估算直接使用。

(11)

自流灌區(qū)引水量測算，一方面要做好水庫及典型山塘、堰壩灌溉期引水量的觀測，同時也要對測算灌區(qū)所有水源進行詳細調(diào)查，包括山塘庫容、山塘與堰壩的灌溉面積及種植結(jié)構(gòu)等。

4 提水灌區(qū)灌溉系統(tǒng)引水量測算

提水灌區(qū)的水源主要是泵站，由于灌區(qū)泵站數(shù)量眾多，對所有泵站建量水設(shè)施進行觀測不現(xiàn)實，而每一泵站都安裝有電表，電量統(tǒng)計則很方便，故考慮選擇典型泵站，對泵站提水量、耗電量和河網(wǎng)水位進行觀測，建立河網(wǎng)水位與單位提水量能耗的關(guān)系，進而可根據(jù)灌區(qū)調(diào)查統(tǒng)計的泵站能耗，對灌區(qū)總提水量進行測算。典型泵站的選擇，要在行政區(qū)內(nèi)根據(jù)灌溉期河網(wǎng)水位變化情況進行分區(qū)，每一分區(qū)內(nèi)考慮水泵型號、額定功率及揚程等基本參數(shù)的通用性和典型性。

W提水，灌=∑w泵站=∑[Q泵站/q典型(h)]

(12)

式中：w泵站為提水灌區(qū)單個泵站的提水量，m3；Q泵站為提水灌區(qū)單個泵站的能耗，kWh；q典型(h)為通過典型泵站測定一定河網(wǎng)水位情況下泵站單位提水水量所需的能耗，m3/kWh。

5 結(jié) 語

(1)南方灌區(qū)水源眾多，在主要水源水庫量測，山塘、堰壩和泵站典型監(jiān)測的基礎(chǔ)上，對灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水總量進行測算，進而由點到面確定行政區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水總量的技術(shù)方案具有一定的可操作性，能夠滿足國家用水總量統(tǒng)計要求。

(2)本文給出了南方自流灌區(qū)和提水灌區(qū)灌溉系統(tǒng)引水量測算方法，對混合型灌區(qū)，可將將灌區(qū)分為自流灌溉部分和提水灌溉部分，分別測算。

(3)區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉用水總量測算是一項長期工作，大中型灌區(qū)及典型小型灌區(qū)水源的調(diào)查是測算的前提，同時務(wù)必重視典型山塘、堰壩和泵站的長期觀測，為農(nóng)業(yè)灌溉用水總量測算提供可靠的基礎(chǔ)參數(shù)。

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[1] 賈宏偉，鄭世宗. 灌溉水利用效率的理論、方法與應(yīng)用[M].北京:中國水利水電出版社,2013.

[2] 中國水利水電學(xué)科研究院等.用水總量統(tǒng)計方案[R].北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2014.

[3] 汪 煜，王學(xué)峰. 干旱綠洲區(qū)灌溉水價與灌溉用水量[J]. 中國農(nóng)村水利水電，2015,(12):73-74.

[4] 吳擎文. 灌區(qū)墑情自動預(yù)報系統(tǒng)技術(shù)方案探討[J]. 節(jié)水灌溉，2013,(7):73-75.