天津市農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計方法探討

彭慧，閆冬，柴雅彬，王勝燕

（天津市水文水資源管理中心，天津300061）

我國自古就有“有收無收在于水”的農(nóng)事諺語，可見水對于農(nóng)業(yè)的重要作用。天津市地處華北平原東北部、海河流域最下游，由于特殊的地理位置以及上游水資源的過度開發(fā)，形成了汛期洪水短歷時強下泄、枯季上游無來水的局面。因此，天津市農(nóng)業(yè)用水保證度不高。

天津市農(nóng)業(yè)用水涵蓋耕地、林地、園地、水產(chǎn)、畜禽等方面，其中耕地種植物包括各種農(nóng)作物（含蔬菜）、花卉、果樹等。由于農(nóng)業(yè)用水保證度不高，農(nóng)業(yè)用水水源涵蓋了本地地表水及入境水、淺層地下淡水及微咸水、深層地下孔隙水及巖溶水等。加之農(nóng)業(yè)用水完全安裝計量設(shè)施的財政保障不足及計量設(shè)施維護困難等，天津市農(nóng)業(yè)用水的統(tǒng)計任務(wù)繁重且艱巨，找出能反映實際用水情況的農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計方法很有必要。

1 天津市現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計方法及不足

現(xiàn)狀天津市農(nóng)業(yè)用水量的統(tǒng)計方法主要有以下3種：①對于具備用水計量設(shè)施的區(qū)域，直接讀取用水量數(shù)據(jù)；②對于不具備用水計量設(shè)施但可以計量灌溉用電量的區(qū)域，根據(jù)“以電折水”系數(shù)參考值成果，采用“以電折水”方法測算區(qū)域用水量；③選擇用水計量設(shè)施完善的典型區(qū)塊，根據(jù)典型區(qū)塊的用水情況計算出單位面積綜合定額，根據(jù)綜合定額推算出相同水資源條件區(qū)域的用水量。但在實際中，還存在兩方面不足：①由綜合用水定額推算更大區(qū)域用水量可能會由于種植結(jié)構(gòu)及各種作物種植面積的不同與實際用水量偏差較大；②同一河道取水口或同一機井的供水范圍往往涵蓋水稻、玉米、小麥、蔬菜等多種類型作物，由綜合用水定額無法推算區(qū)域不同作物的用水量。

2 “以電折水”與用水定額相結(jié)合的推算方法

2.1 “以電折水”推算方法

“以電折水”是通過計量機井、水泵灌溉的用電量乘以水電轉(zhuǎn)換系數(shù)來推算本次灌溉用水總量的一種方法[1]。水電轉(zhuǎn)換系數(shù)即通常所說的“以電折水”系數(shù)，通過分別觀測得到的機井或地表取水水泵在一定時段內(nèi)的總用水量和總用電量，將這一時段內(nèi)機井或地表取水水泵的總用電量和總用水量的比值分別定義為地下水、地表水利用的“以電折水”系數(shù)。

由于電量受電量產(chǎn)出設(shè)備的影響、水量受水量產(chǎn)出設(shè)備的影響，在電壓比較穩(wěn)定的情況下，“以電折水”系數(shù)主要受產(chǎn)出設(shè)備的影響，分機井、地表取水泵站2類情況確定。其中，機井“以電折水”系數(shù)考慮水文地質(zhì)條件及機泵參數(shù)因素，地表取水泵站則主要考慮機泵參數(shù)因素。目前，天津市“以電折水”系數(shù)經(jīng)過廣泛試驗，其成果已經(jīng)發(fā)布并逐步推廣使用，但“以電折水”推算方法還無法區(qū)分區(qū)域不同種植作物如大田、稻田、蔬菜等的年用水量。

2.2 用水定額匡算方法

用水定額是指單位時間內(nèi)單位產(chǎn)品、單位面積或人均生活所需要的用水量。按照用水主體，可分為工業(yè)用水定額、生活用水定額、農(nóng)業(yè)用水定額和生態(tài)用水定額[2]。用水定額具有時間上的動態(tài)性，隨社會、科技進步和國民經(jīng)濟發(fā)展而變化；具有區(qū)域上的差異性，包括社會、科技和國民經(jīng)濟以及氣候、下墊面等自然條件差異。因此，用水定額需要不定期地重新核定。

根據(jù)《中華人民共和國水法》《取水許可和水資源費征收管理條例》（國務(wù)院第460號令）及2011年中央一號文件，用水定額已經(jīng)在水資源管理取水許可及節(jié)水環(huán)節(jié)中發(fā)揮了相當(dāng)重要的作用，如最嚴格水資源管理中的總量控制、取水許可水量的審批、節(jié)水管理中計劃指標的下達等。鑒于農(nóng)業(yè)實際用水計量全覆蓋的難度，人們用地方發(fā)布的用水定額結(jié)合各作物種植面積匡算區(qū)域農(nóng)業(yè)用水量，其統(tǒng)計結(jié)果往往因為當(dāng)年降水量大于或小于多年平均值而大于或小于作物的實際用水量。

2.3 與用水定額相結(jié)合的推算方法及應(yīng)用

2.3.1 “以電折水”與用水定額相結(jié)合的推算方法

假定某種植區(qū)域為典型區(qū)塊，如果選取的典型區(qū)塊不具備用水計量設(shè)施，但有灌溉用電計量設(shè)施，在已知該典型區(qū)塊某一河道取水口的總用電量及該取水口供水范圍內(nèi)各種作物種養(yǎng)面積的情況下，采用如下公式組合可以計算出該區(qū)域農(nóng)業(yè)用水總量及各種作物各自的年用水量：

式中：Q總為某種植區(qū)域的農(nóng)業(yè)年用水總量（萬m3）；k為“以電折水”系數(shù)（m3/kW·h）；E總為年取用水用電總量（kW·h）；Qi為某作物年用水量（萬m3）；Ai為某作物年種植面積（hm2）；qi為某作物用水定額（m3/hm2）；Q定總為某種植區(qū)域所有作物按用水定額計算的用水總量（萬m3）。

由式（1）—（3）可以看出，在結(jié)合“以電折水”系數(shù)算出用水總量的情況下，可以根據(jù)各種作物依用水定額乘以種植面積計算的定額量占定額總和的份額來確定各種作物的年實際用水量。

2.3.2 用水計量與用水定額相結(jié)合的推算方法

對于取水口具備用水計量設(shè)施且已知該區(qū)域該取水口供水范圍內(nèi)各種作物種養(yǎng)面積的情況下，采用如下公式組合可以計算出該區(qū)域各種作物各自的年用水量。其計算公式如下：

式中：所有變量含義同上。

由式（4）—（5）可以看出，在已知用水總量的情況下，可以直接根據(jù)各種作物依用水定額乘以種植面積計算的定額量占定額總和的份額來確定各種作物的年實際用水量。

2.3.3 應(yīng)用實例

要完成某一指定區(qū)域的農(nóng)業(yè)灌溉用水統(tǒng)計，必須提前完成水源條件分區(qū)和典型區(qū)塊布設(shè)。其中，水源條件分區(qū)一般根據(jù)其均質(zhì)性分為4類，即具備地表水源條件的提水灌溉區(qū)、具備地表水源條件的自流引水灌溉區(qū)、具備機井供水條件的灌溉區(qū)、具備地表地下雙水源的灌溉區(qū)；典型區(qū)塊的布設(shè)須具備2個條件，一是具備灌溉用水或灌溉用電計量設(shè)施，二是清楚掌握典型區(qū)塊內(nèi)各種植作物的種植面積。選擇的典型區(qū)塊如果不能涵蓋水資源分區(qū)里所有種植作物，則需要增加典型區(qū)塊直至能涵蓋。

以寶坻區(qū)為例，從地表水源來看，貫穿寶坻區(qū)的主要河流有薊運河、潮白新河、青龍灣減河；從水文地質(zhì)條件來看，地下水咸淡分界線貫穿境內(nèi)。結(jié)合地面高程等因素，寶坻區(qū)按水源條件分為3個區(qū)，即地表水灌區(qū)、地下水井灌區(qū)、地表地下水混灌區(qū)。其中，井灌區(qū)全部位于地下水全淡水區(qū)，可以任意布設(shè)1個以上典型區(qū)塊；地表地下水混灌區(qū)位于潮白新河兩岸，南岸和北岸應(yīng)該分別布設(shè)典型區(qū)塊，才更具備代表意義；地表水灌區(qū)分別位于薊運河南岸、潮白新河兩岸和青龍灣減河兩岸，根據(jù)取水情況分別布設(shè)典型區(qū)塊，如圖1所示。

圖1 寶坻區(qū)水源條件分區(qū)示意

以潮白新河南岸地表水灌區(qū)為例布設(shè)典型區(qū)塊。已知該區(qū)塊地表取水口農(nóng)業(yè)用電總量及主要作物種植面積，結(jié)合發(fā)布的用水定額完成農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計。該區(qū)塊年度用電總量為176 279 kW·h，地表取水口采用200HW-12型混流泵，“以電折水”系數(shù)取平均值16.55 m3/（kW·h），計算出用水總量2 917 417 m3。采用上述公式，各作物實際用水量計算過程及結(jié)果詳見表1。

表1 某區(qū)塊農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計

從表1可以看出，根據(jù)水稻、蔬菜、玉米、小麥各自種植面積、用水定額算出各自的定額水量，再按照定額水量占所有作物定額總量的份額，結(jié)合“以電折水”算出的年度實際用水總量得出水稻、蔬菜、玉米、小麥各自的年度實際用水量，分別為2 304 477、207 727、97 949、307 264 m3，由此得出單位面積水稻、蔬菜、玉米、小麥各自的年實際用水量分別為6 492、4 335、1 080和2 160 m3/hm2。

根據(jù)上述典型區(qū)塊各作物單位面積用水量的統(tǒng)計計算結(jié)果，結(jié)合整個潮白新河南岸灌區(qū)水稻、蔬菜、玉米、小麥各自的種植面積計算整個潮白新河南岸年度總用水量及各作物年度用水量。經(jīng)計算，潮白新河南岸用水總量為15 071萬m3，其中水稻、蔬菜、玉米、小麥年度用水量分別為12 109萬、987萬、475萬和1 500萬m3。

3 結(jié)論

“以電折水”或?qū)嶋H用水計量與用水定額相結(jié)合的推算方法，是較為客觀反映當(dāng)年實際用水量的方法。這是因為，一是權(quán)威發(fā)布的用水定額是通過大量的典型性試驗及調(diào)查獲得的，利用其在定額計算的總用水量中的份額去推算其實際用水量是可靠的；二是用電量是用水過程中實際發(fā)生的電量，其準確性僅次于實測水量。因此，“以電折水”或?qū)嶋H用水計量與用水定額相結(jié)合的推算方法能滿足區(qū)域內(nèi)當(dāng)年各種作物的實際用水量的統(tǒng)計需要。

對于使用多水源的區(qū)域，可依據(jù)2種情況分別處理：①多種水源用電分別控制的情況，可按照上述方法分別推算出地表水覆蓋區(qū)、井灌區(qū)各自的用水量，并各自縮放至整個行政區(qū)；②多種水源共同用電的情況，可粗略估計各水源所占的份額實現(xiàn)不同水源各種植作物的用水統(tǒng)計。實際上，通過對天津各區(qū)廣泛的實地調(diào)研，后一種情況很少見，基本上不同水源用電都能夠分別控制。

總之，農(nóng)業(yè)用水要實現(xiàn)實際用水計量全覆蓋，既不可能實現(xiàn)，也沒有必要。選取具備總用電量計量設(shè)施或?qū)嶋H用水量計量設(shè)施的某典型區(qū)塊，采用與用水定額相結(jié)合的辦法，計算出該區(qū)塊某作物當(dāng)年的實際用水定額，縮放至同等水源條件的區(qū)域，可以完成整個行政區(qū)農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計。實踐證明，該方法是行之有效的。