南方行政區域農業灌溉用水總量測算技術方案探討

賈 宏 偉

(浙江省水利河口研究院，杭州 310020)

0 引 言

農業灌溉用水總量是指一定行政區域內一個年度的農業灌溉用水量，是行政區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，是國務院確定的最嚴格水資源管理制度的重要內容。同時，作為農業灌溉管理的基礎單元，灌區灌溉用水總量則是農業灌溉用水管理的基礎，“不知道用水量，就談不上有效管理”。因此，農業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，也對指導灌區農業灌溉用水管理工作具有重要的現實意義。這里對南方行政區域農業灌溉用水總量測算的技術方案進行探討，供實際工作借鑒。

1 南方灌區的特點及現有統計方法的局限性

1.1 南方灌區的特點

我國南方地區降雨充沛，水資源量豐富，受地形條件影響，在長期的農業灌溉水資源開發利用過程中，南方灌區逐步形成了山丘區自流灌區、平原河網提水灌區及混合型灌區。

自流灌區主要分布在山區及丘陵盆地區，由于降雨多，山丘多，水源就近開發利用，建成了眾多的水庫、山塘、堰壩，逐步形成了“長藤結瓜”式的多水源灌溉系統。如橫錦水庫灌區，位于浙江東陽市，設計灌溉面積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。

平原河網提水灌區主要分布在平原河網區域，地勢低平，河網密布、相互貫通。河網是農業灌溉、工業生產及畜禽養殖的直接水源，既可以蓄納區域內的雨水徑流和上游水庫河道的來水，也是灌區排澇的承納區，具有蓄水、供水、輸水、排水和區域水環境調節的多種功能。平原河網灌區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，控制灌溉面積多為20～40 hm2，相當于一個小微型灌區，因此平原河網提水灌區是由眾多小微型灌區組成的較大灌區。如浙江錢塘江灌區，處于浙江杭嘉湖平原區，設計灌溉面積4.2萬hm2，河道密度2.3 km/km2，水域面積率7.0%，農業灌溉均由1 500多個小型泵站從河網提水灌溉。

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

1.2 現有統計方法的局限性

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

2 總體測算技術方案

灌區是行政區域農業灌溉用水總量測算的基礎單元。“測算”是觀測、調查和計算分析相結合的方法，核心是對主要水源水庫進行計量監測，對眾多山塘、堰壩和提水泵站則通過典型監測來測算，完全有別于《用水總量統計技術方案(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的農業灌溉用水總量。

行政區域農業灌溉用水總量是區域內所有大、中、小型灌區農業灌溉用水量之和[式(1)～(6)]。

省級及以下行政區域，大中型灌區數量有限，且大中型灌區面積大，在農業生產活動中占有重要地位，因此行政區域農業灌溉用水總量應對所有大中型灌區的農業灌溉用水總量進行直接測算[式(2)、式(3)]。

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

W區域，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區域，灌為行政區域農業灌溉用水總量，萬m3；W大型，灌、W中型，灌、W小型，灌分別為行政區域內大、中、小型灌區灌溉用水總量，萬m3；W大型，i，灌、W中型，i，灌分為第i個大型灌區和中型灌區的灌溉用水總量，萬m3；W小型，自流，灌、W小型，提水，灌分別為行政區域內小型自流灌區和小型提水灌區的灌溉用水總量，萬m3；w自流,i、w提水,i分別為第i個灌溉類型區小型自流灌區和小型提水灌區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個灌溉類型區小型自流灌區和小型提水灌區的總面積，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和小型提水樣點灌區的灌溉面積，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和小型提水樣點灌區的灌溉用水總量，萬m3。

南方灌區的灌溉系統除承擔灌溉任務外，大多還承擔了發電、農村畜禽養殖用水、魚塘補水及地方工業用水及泄洪排澇等任務。泄洪排澇等發生在非灌溉期，農業灌溉用水即需對灌區灌溉期灌溉渠系統引水總量進行測算，然后扣除灌溉期畜禽養殖、魚塘及其他行業用水即可。

W灌區，灌=W灌區，引-W灌區，畜禽-W灌區，魚塘補水-W灌區，非農行業用水

(7)

式中：W灌區，灌為灌區灌溉用水量，萬m3；W灌區，引為灌區灌溉系統灌溉期的引水總量，萬m3；W灌區，畜禽、W灌區，魚塘補水、W灌區，非農用水分別自流灌區灌溉期通過灌溉系統的提供給畜禽養殖、魚塘及其他行業用水量，萬m3。

畜禽養殖、魚塘及其他行業用水量可以根據水利部《用水總量統計技術方案》中給定的典型測定法確定測定。由式(7)可知，灌區農業灌溉用水總量測算核心是對灌區灌溉系統灌溉期的引水量W灌區，引進行測算，即對由水源進入到灌溉系統的水量進行測算。

3 自流灌區灌溉系統引水量測算

自流灌區灌溉系統引水量是針對灌區所有水源進行測算的。對主要水源水庫，一般直接量測，山塘、堰壩則在行政區域內選擇典型，率定基本參數，進而可應用于灌區所有山塘、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，引為自流灌區灌溉系統灌溉期的引水總量，萬m3；W水庫、W山塘、W堰壩分別為灌區所有水庫、山塘和堰壩灌溉期引入灌區灌溉系統的水量，萬m3。

所有水庫進入灌溉系統的引水口進行實時計量監測，則W水庫為灌區所有水庫灌溉期引入灌溉系統的總水量，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蓄系數法進行測算：

w山塘=N(P)·Y

(10)

式中：w山塘為山塘引水量，萬m3；N(P)為年內山塘堰壩的復蓄系數，與降雨、集雨面等產匯流條件有關，也與山塘容積、灌溉面積和種植結構有關，各地差異較大，需要選擇典型山塘長期觀測，建立復蓄系數N與降雨頻率P的關系；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、浙北山區、海島地區、浙中丘陵盆地區等4個灌溉類型區，各類型區應布設一定數量的典型山塘，觀測典型山塘的灌溉用水量，率定各灌溉類型區不同年份的復蓄系數，供各類型區直接使用。

小型堰壩工程引水量與灌溉面積和作物種植結構關系密切，很多堰壩常年引水，其灌溉系統常年過水，不同地區引水情況差別加大，宜按灌溉類型區，布設一定數量的典型堰壩，觀測灌溉期引水量，確定各灌溉類型區不同年份堰壩工程的畝均灌溉水量，供同類型區堰壩工程灌溉水量估算直接使用。

(11)

自流灌區引水量測算，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所有水源進行詳細調查，包括山塘庫容、山塘與堰壩的灌溉面積及種植結構等。

4 提水灌區灌溉系統引水量測算

提水灌區的水源主要是泵站，由于灌區泵站數量眾多，對所有泵站建量水設施進行觀測不現實，而每一泵站都安裝有電表，電量統計則很方便，故考慮選擇典型泵站，對泵站提水量、耗電量和河網水位進行觀測，建立河網水位與單位提水量能耗的關系，進而可根據灌區調查統計的泵站能耗，對灌區總提水量進行測算。典型泵站的選擇，要在行政區內根據灌溉期河網水位變化情況進行分區，每一分區內考慮水泵型號、額定功率及揚程等基本參數的通用性和典型性。

W提水，灌=∑w泵站=∑[Q泵站/q典型(h)]

(12)

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

5 結 語

(1)南方灌區水源眾多，在主要水源水庫量測，山塘、堰壩和泵站典型監測的基礎上，對灌區農業灌溉用水總量進行測算，進而由點到面確定行政區域農業灌溉用水總量的技術方案具有一定的可操作性，能夠滿足國家用水總量統計要求。

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

(3)區域農業灌溉用水總量測算是一項長期工作，大中型灌區及典型小型灌區水源的調查是測算的前提，同時務必重視典型山塘、堰壩和泵站的長期觀測，為農業灌溉用水總量測算提供可靠的基礎參數。

□

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

[2] 中國水利水電學科研究院等.用水總量統計方案[R].北京：中國水利水電科學研究院，2014.

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

[4] 吳擎文. 灌區墑情自動預報系統技術方案探討[J]. 節水灌溉，2013,(7):73-75.