莊河市農業灌溉用水計量模式探討

閆長坤

(莊河市林業水利局，遼寧 莊河 116400)

近年來，我國的氣候條件不斷變化、工業與城市用水量持續增加、河流污染日益嚴重、水源開發潛力迅速下降，水資源問題十分嚴峻。在此情況下，我國各地均在抓緊落實最嚴格水資源管理制度、努力推進水權制度改革，并積極探索用水定額與累進水價制度的建立模式，而合理的用水計量工作是以上各項任務的前提。目前，農業灌溉用水依舊是我國的用水大戶，因此在水資源短缺情況下，農業灌溉用水計量工作的科學規劃與實施成為各地水資源管理實踐中的重中之重。農業灌溉用水計量工作可采用不同的模式，其模式的選擇應因地因時制宜、充分適應當地的自然、社會與經濟狀況，需綜合考慮技術與設備成本、工作開展難易程度與潛在糾紛、以及工程效用與效益等多項因素，決策過程較為復雜，且當前并無經典成功經驗可供借鑒，以致該項工作的實際開展進度緩慢。在目前，農業灌溉用水計量模式一般是由主要決策機構根據經驗判斷法來進行選擇與確定，易引發決策方法不客觀、決策過程不透明、決策方案不合理等問題。采用定性定量相結合的決策分析方法則可以在解決以上問題中發揮重要作用。

定性定量相結合的決策分析方法是將決策者的經驗判斷給于數量化，即通過數字與特定的公式來定量表示決策者的分析過程，從而降低決策方法的主觀性、增加決策過程的透明度、最終提高決策方案的合理性。目前，常用的此類方法包括層次分析法、灰色聚類法、模糊邏輯法、功效系數法等，在工程、經濟、管理等領域中得到了廣泛的應用。但是，以上方法幾乎沒有考慮事物發展的階段性問題，這與“因時制宜確定農業灌溉用水計量模式”的基本原則不相適應，從而限制了以上方法在我國農業灌溉用水計量問題中的實際應用。

鑒于此，本文提出農業灌溉用水計量模式的階段適用性評價法，以遼寧省莊河市為例對其進行應用，得到對應于不同社會經濟發展階段的計量模式選擇方案，并據此提出具體的工作建議。據筆者所知，農業灌溉用水計量模式的定性定量決策分析與階段適用性評價方法極少探討，因此本文可為水資源與農田灌溉管理工作者、相關決策機構提供新的分析思路。

1 研究區域概況

1.1 研究區域農業發展狀況

莊河市位于遼寧省東南部，黃海北岸，遼東半島東側。全市土地總面積38.7萬hm2，其中耕地面積12.4萬hm2，占土地面積的31.94%，是中國無公害農產品生產基地和優質水果、食用菌出口基地，盛產玉米、水稻、雜糧及各種蔬菜。糧食總產量穩定在56.5萬t以上。設施農業、都市型現代農業發展迅速，農業標準化生產水平較高，農民人均純收入10200元。

1.2 水資源變化情況

全市年均淡水總量13.49億m3，但近年來莊河市水資源量呈現不斷減少的趨勢。2015年全市大田受旱面積88.6萬畝、果樹受旱面積14.4萬畝，人畜飲水困難達15個鄉鎮，53個村，人口2.6萬。全市開展了大量的打井、挖塘、攔蓄河道徑流、降低灌溉定額、建設灌溉基礎設施等抗旱應急工作，基本解決了當前的人畜飲水問題，但水資源壓力呈不斷增大趨勢。

1.3 水資源利用現狀

莊河市人均用水量為424m3，萬元GDP用水量44m3，農田灌溉畝均用水量337m3，萬元工業增加值用水量19m3，城鎮人均生活用水量每日為49.3L，農村人均生活用水量每日為60.6L。其中，全市供水以地表水為主，約占82%；農業灌溉用水量所占比重最大，年用水量均達3.3億m3，約占62%。莊河市農業灌溉以英那河、朱隈、轉角樓、永記四大灌區為主，建有較為明確的干、支、斗、農灌溉排水系統。但是，人民節水與水權意識不高，目前依舊是以大水漫灌的灌溉方式為主，用水粗放低效、浪費嚴重。

1.4 農業灌溉用水計量現狀

莊河是全國第一批小型農田水利重點地區之一，但精細化農業灌溉用水計量體系的建設還處于較為初級的階段。目前基本以定額法進行間接的估算，且用水定額更新相對較慢，與實際情況常有脫節。為提高灌溉用水效率、使有限的水資源發揮最大的效益，相關部門計劃將水費收取方式由按畝或按區域收取轉變為按方收取，但由于計量能力不足，水費確定較為困難，以至于許多地區的水資源開采依舊處于無序狀態。因此，加強該地區的農業灌溉用水計量工作迫在眉睫。

2 農業灌溉用水計量模式與評價方法

2.1 科學量水原理

農業灌溉用水的科學量水原理可分為3種，分別為水位法、流速法和體積法。其中，水位法通過測量量水建筑物的上下游水位以及閘門開度等水情信息、再根據水位流量關系推演出建筑物的過流量；流速法是采用相關的儀器測量或推算出過流流速、再乘以斷面面積求得斷面過流量；體積法是測定流過水體的體積、再除以時間得到過流量。

2.2 常見計量模式

(1)間接估算模式。目前我國的農業灌溉用水計量模式依舊以間接估算法為主，其中基于用水定額的間接推算方法最為普遍。

(2)水工建筑物模式。指采用當前已經建成的水工建筑物、基于水位法進行量水；具體可在水工建筑物上下游標志水尺，由各地水管人員在各主要供水時段進行水尺讀數并上報，最后由水利部門專業人員進行核算。

(3)特設量水堰槽模式。指采用特設的量水堰槽進行流量觀測；該方法是通過量水堰槽(如寬頂堰、三角堰、薄壁堰等)使得過水斷面發生收縮，從而形成上下游的水位差、得到較為穩定的水位流量關系。

(4)量水儀表模式。指采用量水儀表進行流量觀測；常見的量水儀表包括超聲波水位計、電磁流量及、壓力式水位計、激光水位計等。

2.3 階段適用性評價法

定性定量相結合的分析方法可保證決策的客觀性、透明性與合理性，但以往的常規分析方法沒有考慮事物發展的階段性，因此提出農業灌溉用水計量模式的階段適用性評價法。該方法采用動態的評價指標權重體系，所以可得到各方案在不同社會經濟發展階段的適用性評價結果。該方法主要包括4個步驟：①建立層級結構；②劃分發展階段并確定相應的評價指標權重體系；③評估各計量模式的評價參數值；④推求各階段不同計量模式的適用性評價結果。

2.4 農業灌溉用水計量模式評價層級結構

類似于層次分析法與功效系數法等其它常見的定性定量相結合的評價方法，階段適用性評價法的層級結構可分為目標層(解決的問題)、決策層(各項評價標準)、指標層(具體的評價參數)。基于階段適用性評價法建立針對農業灌溉用水計量模式的評價層級結構，如圖1所示。

圖1 農業灌溉用水計量模式評價層級結構

3 莊河市農業灌溉用水計量模式探討

3.1 評價指標權重體系

社會與經濟發展大體可分為3個階段，即初級(I)、中級(II)和高級(III)，采用專家打分的方式對決策層的評價標準在各階段的重要性進行打分，分數介于0～1之間，數值越大代表該標準對目標的達成越重要。可認為評分低于0.2的為不重要(不再考慮)，0.2～0.4的為一般重要，0.5～0.7的為中等重要，0.8～1的為非常重要。每項決策層的評價標準包括兩項主要的指標層參數，兩項參數之間的相對重要性較不明顯，因此可將決策層的權重分數平均分配到指標層，具體的階段適用性評價指標權重體系見表1。

表1 階段適用性評價指標權重體系

3.2 供選方案的評價參數值

農業灌溉用水計量模式的供選方案主要包括間接估算、水工建筑物、特設堰槽、量水儀表4種，各模式的定性評價結果如下。

(1)間接估算模式。目前，莊河市的農業灌溉用水計量方式依舊以間接估算法為主，其中基于用水定額的間接推算方法最為普遍。該方法簡單易行、費用較低、經驗較為成熟，但精確度較低、主觀性較強。

(2)水工建筑物模式。莊河市各灌區建有大量的水閘、渡槽、涵管、倒虹吸等水工建筑物，因此采用水工建筑物法進行量水可減少附加量水設備的建造費用。缺點是需要對不同類型的水工建筑物逐個進行率定且需要人工觀測，工作量較大。目前，莊河地區已經建立了完整的水管員工作體系，且河長制推進工作也在不斷深入，采用分工合作的方式可以較好地實現以上目標。

(3)特設量水堰槽模式。該模式在實質上也是基于水位法，但相對于常規水工建筑物模式更為專業、精確度較高。缺點是會產生一定量的不必要水頭損失且造價成本也相對較高。當常規水工建筑物模式在實際應用中誤差不滿足工程要求且量水斷面信息較為重要時，宜采用此模式。

(4)量水儀表模式。該計量模式直觀簡便、計量精確，同時可以進行信息存儲與網絡連通，實現自動化、信息化與網絡化。但是，該模式的儀器安裝與維護費用昂貴，且莊河地區的農戶分布較為分散，因此建設成本過高。莊河市的大多數灌區位于山區，渠道內泥沙較大，而目前市場上流行的儀表在含砂水流中的精確測量性能還不夠成熟。此外，莊河地區冬季較為寒冷，目前市場上的儀器抵抗冰凍的能力也并不穩定。因此，量水儀表模式是未來的必然發展方向，但近期內距離其全面推廣使用尚有一定的距離。

在各供選方案的定量評價方面，同樣采用專家經驗判斷的方式對各方案的評價參數進行打分，其打分標準與指標重要性的判斷標準一致，即參數值介于0～1之間，參數值越大表示越有利于目標的達成，具體結果見表2。通過比較可知，定量評價結果與定性分析結論基本保持一致，說明本文所采用的方法可較準確地將專家的經驗判斷給于數量化。

表2 不同計量模式的評價參數值

3.3 供選方案的適用性評價結果

各階段不同計量模式在某一方面(評價指標)的適用性指數值可由下式確定：

S=w×c

(1)

式中，S—適用性指數；w—權重值(表1)；c—參數值(表2)。取各指標參數評價結果的平均值則可得到綜合適用性指數值。例如，在社會經濟發展的第I階段，現有條件指標的權重值為0.45，間接估算模式在該階段的現有條件指標參數評價值為0.9，因此其適用性指數值為0.45×0.90=0.405；同理可得到其它參數的評價值，再取各參數評價值的平均值為綜合適用性指數值，為0.190。各階段不同計量模式的適用性評價結果見表3。

由表3結果可知，在第I階段，莊河市農業灌溉用水計量最宜采用的還是間接估算法，主要是由于該模式最易推廣；其次為水工建筑物、特設堰槽和量水儀表模式。在第II階段，各模式的適用性由高到低排序為水工建筑物法、特設堰槽法、量水儀表法、間接估算法。在第III階段，最適宜采用量水儀表模式，主要因為該方法可極大地提升計量效率；其次為特設堰槽、水工建筑物和間接估算模式。

表3 各階段不同計量模式的適用性評價結果

3.4 用水計量工作探討

根據農業灌溉用水計量模式的評價結果，可對莊河市的農業灌溉用水計量工作進行探討，提出更為具體的政策與建議。

(1)采取最佳的計量手段根據社會經濟發展的3個階段，分別確定莊河市農業灌溉用水計量工作的3個階段：一是基礎階段，首先對全市各地區的當前用水計量方法、數據與結果進行總結與復核，從而形成全面而規范的書面材料與計量檔案；二是精度提升階段，按干、支、斗、農的順序對各渠道尤其是渠首的水工建筑物進行流量系數的率定，并在必要渠系建設量水堰槽，從而提升各地區的量水精度，保證將誤差范圍控制在5%以下(國家規定允許誤差范圍)；三是效率提高階段，逐步引進量水設施自動化管理系統、全流域數值模擬系統、IC卡自動計量灌溉收費系統等先進的技術與設備，簡化測量方法，實現信息采集的自動化、數據傳輸的網絡化、應用服務的智能化、以及決策支持的最優化。

(2)建立科學的計量體系與制度莊河市已經推行了“水庫管干渠，鄉鎮管支渠”的水資源管理模式，各鄉鎮成立了以村屯為單位的用水組織和領水員，但在計量體系與制度方面依舊較不完善。為進一步加強農業灌溉用水計量工作，可建立多級量水組織，將責任與權限落實到人，形成標準操作流程與規章制度。為解決水資源糾紛問題，應繼續努力促成供水單位與用水人員形成合作團體，共同完成計量任務，同時加強監督工作以保證計量結果的真實與公平。

(3)積極探索數據公開與共享途徑數據公開與共享可以提升水資源管理的公開透明性、促進管理公平與群眾滿意氛圍的形成，從而增強全社會的節水意識、水權意識，提高利益相關者自主投入灌區工程建設與管理的積極性。數據共享同時可以實現多部門多目標的共同合作，尤其是水利與農業部門的合作，實現增效增產的目標。此外，還可以方便該領域的學者與工作人員對其進行分析與探討。主管部門應積極探索數據公開與共享途徑，動員廣大力量共同推動量水工作的進步。

(4)推進市場化機制改革市場化機制改革可極為有效地推動量水工作的進步。目前正在大力促進農民用水協會的全面組建與完善，并由其負責當地的用水管理、灌溉服務、與水費計收等工作，從而激發農民用水協會的量水熱情。可通過莊河市水務集團成立的契機探索水資源管理的企業化運作方式，從而提升水資源管理與計量效率，并以市場機制促成農業種植結構的優化與調整。此外，還可嘗試將水資源的監測與計量工作承包給獨立的第三方專業團隊或專家、甚至引進PPP(公私合營)工作模式，從而保證計量工作的高質量與公證性。

4 結語

提出農業灌溉用水計量模式的階段適用性評價法，并基于該方法對遼寧省莊河市3個社會經濟發展階段的農業灌溉用水計量模式進行了探討。結果表明，該方法可較為準確地將決策者的經驗判斷給于數量化，從而增強決策的客觀性、透明性和合理性；莊河市在3個發展階段的最佳用水計量模式分別是間接估算法、水工建筑物法和量水儀表法。此外，根據評價結果提出具體的政策與建議：逐步改進計量手段、建立科學的計量體系與制度、積極探索數據公開與共享途徑、推進市場化機制改革，從而為建設節水型社會、落實最嚴格水資源管理、建立用水定額與累進水價制度、以及推進水權制度改革提供基礎與經驗。

[1] 單振宇. 遼寧省灌區存在問題及對策研究[J]. 水利規劃與設計, 2016(08): 19- 20.

[2] 王建文, 劉詠峰, 鄧湘漢, 等. 用水計量標準化初探[J]. 水利技術監督, 2009 (04): 4- 5.

[3] 邵永振. 順義區農業用水計量管理系統建設的實踐與探討[J]. 中國水利, 2014(17): 42- 43.

[4] 胡榮祥, 盧成, 鄭世宗, 等. 杭嘉湖平原河網地區農業用水計量方法研究[J]. 節水灌溉, 2012(04): 61- 63.

[5] 徐進, 羅尖, 耿清蔚. 加強太湖流域農業用水計量的思考[J]. 中國水利, 2016 (01): 39- 41.

[6] 竇以松. 我國節水灌溉標準及標準化[J]. 水利技術監督, 1997(03): 9- 13.

[7] 夏云林. 農田水利節水灌溉技術淺析[J]. 水利規劃與設計, 2015(09): 45- 47.

[8] 劉博, 肖長來, 田浩然, 等. 灰色關聯和層次分析法在地下水質評價中的應用——以吉林市為例[J]. 節水灌溉, 2013(01): 26- 29.

[9] 閆曉惠, 陳新, 張博威. 模糊邏輯在水利工程環境評價中的應用探析[J]. 科技展望, 2015(23): 65- 65.

[10] 李娜. 關于農業灌溉用水計量方法的探討[J]. 水科學與工程技術, 2014(06): 69- 71.