農業灌溉用水量統計中樣點灌區選擇方法研究

張運鑫，韓振中，沈瑩瑩，程東娟，吉 曄

(1. 河北工程大學，河北 邯鄲 056021； 2. 中國灌溉排水發展中心，北京 100054)

0 引 言

在我國，農業是用水大戶，占用水總量的60%以上，是用水總量控制的重點，而農業灌溉用水量占農業用水量的90%以上，其數據統計的準確性對用水總量統計有著很大的影響。而以往水資源公報主要采用典型調查獲取行業用水指標定額測算用水總量的方法，不能滿足用水總量目標控制考核工作的要求[1]。

2014年3月，水利部下發了辦資源函【2014】57號《水利部辦公廳關于印發用水總量統計方案的通知》[2](以下簡稱“方案”)，對農業用水量統計部分中灌溉樣本用水戶的選取原則、方法、數量做了初步規定。根據2011年水利普查成果等相關資料，全國共有大型灌區(設計灌溉面積30萬畝及以上灌區)456個；中型灌區(設計灌溉面積1～30萬畝)7293個，其中，5～30萬畝灌區3 730個，1～5萬畝灌區3 563個；小型灌區中50 畝～1 萬畝的灌區2 057 901個[3]。由于我國灌區數量眾多，灌區水源和工程類型復雜，灌區現狀量測水設施相對不足等多種原因，不可能對所有灌區灌溉用水量均直接量測，實現萬畝以上灌區全部作為樣點灌區直接量測并填報數據也有一個過程。因此，需要對樣點灌區選擇與布局方法進行研究，在確保農業用水量統計精度的前提下，結合《方案》中對灌溉樣本用水戶選取的相關要求，通過合理選擇樣點灌區數量和布局，既能滿足現階段灌溉用水總量統計的要求，又能盡量減少農業用水量統計的工作量。

1 各省級區樣點灌區選擇和布局方法

各省級區樣點灌區選擇和布局包括：省級區樣點灌區數量確定、灌溉分區樣點灌區數量確定、灌溉分區樣點灌區布局等。省級區樣點灌區數量根據《方案》和統計學相關理論確定[4]；灌溉分區樣點灌區數量根據各灌溉分區內灌區數量權重按比例分層抽樣方法分配確定；灌溉分區樣點灌區布局根據灌區信息、按照非隨機抽樣方法確定。

各省級區樣點灌區布局時，考慮灌區規模、節水灌溉工程形式及作物種植結構等因素進行逐層分類，在最后一層分類灌區中確定樣點灌區時，不能隨機抽樣，以保證樣點灌區的既有代表性又符合省級區域灌溉實際情況。

在非隨機抽樣選擇樣點灌區時，需要考慮到樣點灌區空間分布的均勻性，同時要在節水灌溉工程設施情況、灌水方法、種植結構等方面具有代表性，保證主要節水灌溉工程形式和主要作物種植結構均有樣點灌區。

在滿足上述要求的條件下，應優先選擇具備良好量水設施、較好管理水平和技術力量的灌區作為樣點灌區。

在樣點灌區選擇上，分為大型灌區、中型灌區、小型灌區(非純井灌區)、純井灌區四類分別確定。由于小型灌區數量較大，為了便于工作，以第一次全國水利普查數據為基礎，分為2 000～10 000、50～2 000 畝兩個檔次，限于條件，50 畝以下灌區不單獨選擇樣點，以50～2 000 畝樣點為基礎分析推算其灌溉用水量。

1.1 大型灌區

由于大型灌區數量不多，且設施、管理、技術力量等條件較好，《方案》要求所有大型灌區均屬于農業灌溉用水量統計對象，故不存在樣點灌區布局問題。

1.2 中型灌區

為了更加準確依據樣點灌區統計推算中型灌區灌溉用水量，按照灌溉分區確定中型灌區樣點的數量和布局。中型灌區按設計灌溉面積分為1～5 萬畝、5～10 萬畝、10～30 萬畝3個規模檔次，主水源類型分為自流引水、提水兩種類型。

設省級區第i個灌溉分區內的中型灌區數量為M中，i，其樣本容量為m中，i，灌溉分區內灌區規模有1～5 萬畝、5～10 萬畝、10～30 萬畝，如灌溉分區內1～5 萬畝、主水源為k的一類灌區的樣點灌區數量為m中, i，1-5，k，用公式表示為：

m中,i，1-5，k=m中× (M中,i，1-5，k/M中，i)

(1)

m中，i≥30%×M中,i

式中：M中，i為省級區第i個灌溉分區內中型灌區數量；m中，i省級區第i個灌溉分區內中型灌區樣點灌區數量；M中，i，1-5，k為第j個灌溉分區內1～5 萬畝規模灌區中水源類型為k的灌區數量；m中, i，1-5，k為第i個灌溉分區內1～5 萬畝規模灌區中水源類型為k的樣點灌區數量。

同時，樣點灌區總的設計灌溉面積應滿足下式要求：

a中，i≥30%×A中，i

(2)

式中：a中，i為第i個灌溉分區內中型灌區樣點灌區的設計灌溉面積；A中，i為第i個灌溉分區內中型灌區的設計灌溉面積。

第i個灌溉分區內5～10萬畝、10～30萬畝規模中型灌區樣點灌區數量宜采用上述公式進行計算分析。

根據上述公式計算各灌溉分區內的樣點數量時，所得數值不為整數時，則進位取整。

1.3 設計灌溉面積2 000～10 000 畝小型灌區

設計灌溉面積在2 000～10 000 畝的小型灌區的樣本容量分配方法同中型灌區。省級區某一灌溉分區i小型灌區數量為M小,i，其樣本數量為m小,i，該灌溉分區內主水源類型為k的樣點灌區數量為m小, i，k，用公式表示為：

m小, i，k=m小,r×(M小, i，k/M小, i)

(3)

m小,i=M小,i(M小≤10)

m小,i≥5%×M小,i(M小>10)

式中：M小為省級區小型灌區數量；m小省級區內小型灌區樣點灌區數量。

同時，樣點灌區總的設計灌溉面積應滿足下式要求：

a小，i≥5%×A小，i

(4)

式中：a小，i為第r個灌溉分區內小型灌區樣點灌區的設計灌溉面積；A小，i為第i個灌溉分區內小型灌區的設計灌溉面積。

根據上述公式計算各灌溉分區內的樣點數量時，所得數值不為整數，一律進位取整。

1.4 設計灌溉面積50～2 000 畝小型灌區

在同一灌溉分區內，具有相似的自然條件和農業種植結構，目前對于灌溉規模較大的灌區田間節水灌溉工程面積占比較少；而對設計灌溉面積50～2 000 畝小型灌區灌溉規模較小，灌區田間節水灌溉工程面積占比較大，種植作物差異，所以田間節水灌溉工程形式、種植作物不同就成為農業灌溉用水量主要影響因數。

省級區第i個灌溉分區內的灌區數量為Mi，分區內灌溉工程類型分為高效節水灌溉工程、節水灌溉工程及未實施節水灌溉工程3種，用N表示灌區內實施3種灌溉工程面積的占比結構。其中N1表示高效節水灌溉工程在灌區內3種灌溉工程類型中占比最大，N2表示節水灌溉工程在灌區內3種灌溉工程類型中占比最大，N3表示未實施節水灌溉工程在灌區內3種灌溉工程類型中占比最大。某灌溉工程結構類型下主要作物種植結構數量為LN，則該灌溉分區內樣點數量為：

(5)

mi≥10%×Mi(M≤100)

mi≥5%×Mi(100

式中：Mi為第i個灌溉分區內設計灌溉面積50～2 000 畝灌區數量，mi為第i個灌溉分區中的樣點灌區數量。

同時，樣點灌區總的設計灌溉面積應滿足下式要求：

ai≥1%×Ai

(6)

式中：ai為第i個灌溉分區內設計灌溉面積50～2 000 畝灌區的樣點灌區設計灌溉總面積；Ai為第i個灌溉分區內設計灌溉面積50～2 000 畝灌區的設計灌溉總面積。

設計灌溉面積50～2 000 畝小型灌區布局方法見表1。

表1 樣點灌區布局示意

1.5 純井灌區

純井灌區樣點布局在規模50 畝及以上灌區，其方法同設計灌溉面積50～2 000 畝小型灌區，樣點灌區面積總面積不能小于純井灌區總面積的0.5%。

2 樣點灌區的調整

影響樣點灌區選擇的主要因素有灌區規模、主要節水灌溉工程形式、主要作物種植結構、水源類型等，當某一因素發生較大變化時，應對樣點灌區進行調整，并對變化較大因素進行分類判斷。

(1)省級區內樣點灌區的主要節水灌溉工程形式和主要作物類型發生較大變化，由一種類型轉化為另外一種類型時，該樣點灌區不能再作為某一分層灌區中的樣點灌區，應該進行調整。

(2)省級區內樣點灌區設計灌溉面積發生較大變化，由一類規模灌區變成另一類規模灌區時，應該調整該樣點灌區。

3 樣點灌區的選擇-以廣西壯族自治區為例

基于2011年水利普查成果，由于水利普查成果中缺少灌區的節水灌溉工程形式和主要作物種植結構信息，所以在樣點灌區選擇時不將節水灌溉工程和主要作物種植結構作為分層指標；另外由于缺少補充水源的灌溉面積情況，所以不考慮補充水源作為灌區分層指標。樣點灌區選擇方法中將灌區分層因素調整為：灌區規模、灌溉分區、主水源、空間分布情況(行政區位置)。以廣西壯族自治區為例進行樣點灌區選擇和布局。

廣西壯族自治區共有大型灌區11個，中型灌區341個，小型灌區626個。水利普查的灌區名錄庫中灌區信息有市級機構、縣級機構、灌區規模、一級灌溉分區、二級灌溉分區、一級水資源分區、二級水資源分區、設計灌溉面積、市級機構、縣級機構、主水源等。

廣西壯族自治區共有2個灌溉分區，分別為桂北和桂南灌溉分區，下面以中型灌區桂北灌溉分區為例進行說明。桂北灌溉分區內中型灌區數量共計為55個，主水源類型主要包括河湖引水閘、水庫及其他，按照灌區規模分為1～5 萬畝、5～10 萬畝及10～30 萬畝三類。其中，主水源為河湖引水閘的灌區有11個灌區，主水源為水庫的有43個灌區，其他水源的有1個。按照中型灌區篩選過程進行樣點灌區選擇。以1～5 萬畝為例進行圖表展示，結果見表2及圖1。

圖1 桂北灌溉分區1～5 萬畝灌區分布圖

廣西壯族自治區樣點灌區的選擇結果：大型灌區11個、中型灌區103個，小型灌區40個，詳見表3。

表2 中型灌區桂北灌溉分區1～5 萬畝規模樣點灌區分布情況

表3 廣西壯族自治區樣點灌區選擇成果

4 結 論

樣點灌區的選擇對于農業灌溉用水量統計工作有著重要的意義。總結已有工作，得出以下結論：

(1)從灌區分區、灌溉規模、灌溉工程及主要作物種植結構等信息方面入手，逐級分層，按比例進行分配樣點灌區數量，分析方法科學合理、簡單易行，對于技術人員，尤其是基層人員更加容易掌握。

(2)當某些灌溉分區內灌區數量較少時，按照比例分配可能導致樣點灌區選擇的代表性不足，則灌溉分區內樣點灌區數量必須達到最少數量。將分配的樣點灌區數量與最少樣點灌區數量比較，取其大者，并滿足設計灌溉面積占比要求，最終確定樣點灌區數量。

(3)考慮灌區動態變化情況，對樣點灌區及時進行調整。

參考文獻：

[1] 沈瑩瑩,張紹強,吉 曄. 我國農業灌溉用水量統計方法的確定及工作開展情況[J]. 中國農村水利水電,2016,(11):133-134,138.

[2] 中華人民共和國水利部．關于印發用水總量統計方案的通知[Z]．2014．

[3] 國務院第一次全國水利普查領導小組辦公室．第一次全國水利普查總體方案[J]．中國水利，2010，( 22):11-27．

[4] 馮保清,韓振中. 全國灌溉水有效利用系數測算分析網絡構建方法與實踐[J]. 中國水利水電科學研究院學報,2013,11(2):94-98.