清豐縣以電折水度量方法實驗探討

黃喜明 丁偉強 張 磊

(1.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450008；2.河南省農田水利水土保持技術推廣站，河南 鄭州 450003；3.河南省山水田園規劃設計有限公司，河南 鄭州 450000)

為深入推進農業水價綜合改革，針對當前改革中農業生產小農戶經營，地塊碎片化，運用水表或流量計度量用水效率的方式操作不方便，投入產出效果不佳，不利于普及推廣的突出問題，河南省農業水價綜合改革工作領導小組辦公室印發了《關于清豐縣農業水價綜合改革試行以電折水有關事項的通知》(豫農水價改辦〔2019〕3號)，把清豐縣作為創新農業水價綜合改革計量方式試點，力求通過開展以農業灌溉用電量折算用水量(以下簡稱以電折水)度量方式改革，構建科學、精準、經濟的農業灌溉用水計量體系，提高農業灌溉用水精細化管理水平，為農業水價綜合改革措施落地生根創造條件。

1 以電折水度量方法

1.1 以電折水度量方法概述

以電折水是指將灌溉用電量折算成用水量的方法。這種方法需要通過典型測試，建立一個科學合理的可調節的變量系數，在不同灌溉工況條件下，實現統一標準的計量效果。

水電轉換系數一般定義為在一定時間段內水泵的總出水量和總用電量的比值，即

(1)

式中：Tc為水電轉換系數，m3/(kW·h)；AW為總出水量，m3；AE為總用電量，kW·h。

當Tc一定時，理論上通過精確計量水泵總用電量AE，即可推算水泵總出水量AW，計算公式為

AW=Tc·AE

(2)

1.2 水電轉換系數實驗方法步驟

a.選擇條件。為確保測試數據精確度和選擇機井的代表性，在調查的基礎上，根據區域水文地質條件、地下水含水層賦存條件、井位、井距、井深、單井涌水量的差異性，分別選擇試驗區范圍內占各行政村灌溉機電井總數10%的井作為測試典型井。

b.測試工具。利用GIS繪制典型代表井分布圖，標識典型井的坐標位置。對水電系數測量儀與機電井上安裝的流量計或電表，或與變壓器配套的電表，進行適配性比對校驗。

c.連接方法。水電系數測量儀連接在機井出水口，測量儀與水泵出水口的間距為1.5m，通過直徑為110mm的PVC或PE軟水帶連接。為保證滿管測量，度量儀器盡可能安裝在出水管平直段，水表安裝的位置前面或者后面要有10倍管徑(單位)的直管段距離。比如流量計是DN100的，那前面就要有500mm的直管段，后要有300mm的直管段距離，見圖1。

圖1 水電系數測量儀與機井出水口連接方法

d.試驗參數。主要包括試驗時長、耗電量、提水量、目錄電價等。

e.試驗記錄。每次試驗時間不少于60min，水量每隔5min讀數一次，電量以變壓器房附近農民灌溉刷卡電表計量。開始前讀取電表電量和IC卡上的金額。結束后，再一次記錄電表電量和IC卡數據。試點區電價為河南省統一目錄電價0.4842元/(kW·h)。

f.測試數據。按照機電井抽水試驗記錄表的要求詳細記錄量測數據，根據現場試驗觀測成果，將觀測數據匯總，統計測算成果。表1數據是2019年7月11日以電折水試驗成果，是河南省水價改革以電折水試驗項目，因內容較多，表中僅列部分測試結果。分析計算求出各村統計參數的算術平均值，以統計參數的算術平均值作為試點區水電轉換系數的參考值，并根據實測系數給出區間范圍。

表1 水電系數測試結果統計(部分數據)

續表

1.3 試驗成果

根據以電折水度量方法的計算公式分別求出單眼機井的水電轉換系數，再求出36眼典型機井(典型實驗井的選取見1.2)的水電轉換系數的平均值，結果為3.133m3/(kW·h)(見表2)。

表2 以電折水轉換系數測算成果

改革區配套水泵功率多是7.5kW,加上電損實際每小時用電8～10kW·h，設計出水量為32m3/s,灌溉季節帶負荷時出水量為20～32m3/s，分別剔除水電轉換系數大于4.000的3眼、小于2.000的4眼異常井數據，計算出剩余29眼機井的水電轉換系數的平均值，得出水電轉換系數為3.196m3/(kW·h)(見表2)。

經合理性分析，并反復驗證，推薦采用3.196m3/(kW·h)為試點區域以電折水系數。

2 以電折水成果應用模式

2.1 以水價折算電價模式

如保證率為50%時，水價為0.8278元/(kW·h)；保證率為75%時，水價為0.6616元/(kW·h)。然后在電價中將目錄電價和包含在電價中的代收的管理運行費部分分離，見表3。

表3 以水價折算為電價方法

2.2 以用水量折算用電量模式

在沒有安裝水表的灌區，農民灌溉以電卡計費，清豐縣糧食作物灌溉用水確權畝均定額為225m3。若以用水量折算用電量：50%保證率時，畝均年用電量為70.4kW·h，畝均年電費為34.09元；75%保證率時，畝均年用電量為98.56kW·h,畝均年電費為47.72元，見表4。

表4 以用水量折算為用電量方法

2.3 以用電量折算用水量模式

若以用電量折算用水量：50%保證率時，畝均年用水量為225m3；75%保證率時，畝均年用水量為315m3，見表5。

表5 以用電量折算為用水量方法

3 數據傳輸架構及操作流程

以電折水數據傳輸系統架構包括采集層、傳輸層、應用層。

a.采集層：利用電力系統建設的農田灌排區，按照一井一線一表模式采集農田灌溉用電數據。采用以電計量收費，實行“先充值繳納電費、后刷卡取水澆地”的方法，需先到電力部門設立的收費大廳(或網上)預繳費，然后即可在本村內任何一個機電井上刷卡啟動電機灌溉。為滿足農業灌溉總量控制與定額管理的實施要求，電力部門按照用電限額的模式，設立專門的灌溉收繳管理系統，設立電費專戶和收繳終端，辦理刷卡存儲電量，確定每個充電卡每年充值限額，超過部分比照階梯電價模式收取。

b.傳輸層：用電卡中的預繳電費隨著灌溉用電量的增加而自動扣減，直至用完再充值。同時每個用電卡的用電量信息將會傳輸到電力信息化管理系統，電力部門每月向縣級管理平臺傳輸數據。

c.應用層：由縣級信息化管理平臺存儲后，進行集中計算、分析、分解。以每個用電戶為單元，按實際用電量計算分解電費。電費分兩部分：一部分是按照農電牌價收取的電費，計算后計入供電部門賬戶；另一部分是包含在電費中的農田灌溉管理運行費用，計算后計入縣級財政專戶。

4 構建以電折水信息共享機制

以電力部門建設的用電征收管理系統、水利部門建立的農業水價綜合改革信息化管理系統和財政部門建設的支付信息化系統為骨干，構建以電折水信息化網絡系統。3個系統各自獨立管理，以電折水信息互聯互通，已分配權限的輸入輸出可實現實時查詢。

a.電力部門用電征收管理系統，負責采集、傳輸農業灌溉用電量，將數據實時傳輸到縣級平臺。將采集的數據在本級平臺整理分解，并將電費和包含在電費中的管理運行費部分數據，在每月初的3日內發送到縣級財政局支付信息系統賬戶，便于財政局核實數據。縣水利局農業水價綜合改革信息化管理系統賬戶，負責將數據分別發送到縣級、鄉級、村級 農民用水戶協會可視終端；縣級電力部門應確保各個用水戶能實時查看本人用電量信息；分布在各村的電工負責及時把本村的用電量信息實時傳遞到本村用水戶協會，以便實時掌握用電量和用水量情況，確保合理安排灌溉。

b.水利部門農業水價綜合改革信息化管理系統，負責構建與電力部門建設的用電征收管理系統、財政部門建設的支付信息化系統的交叉功能，負責接收電力部門的用電量信息和以電折水信息，負責接收和傳遞財政部門的支付信息化系統以電折水、精準補貼、節水獎勵信息，負責在各級農民用水戶協會建立輸入輸出端口，確保基層與縣級平臺之間的互聯互通。

c.財政部門支付信息化系統，負責接收和傳遞電力部門建設的用電征收管理系統以電折水數值信息、水利部門建立的農業水價綜合改革信息化管理系統的以電折水及換算后的精準補貼和節水獎勵信息，負責分析復核精準補貼和節水獎勵數據信息，并將核定情況向各關聯單位反饋。

5 結 語

通過以農業灌溉用電量折算用水量度量方式的現場實驗與實踐應用，構建科學、精準、經濟的農業灌溉用水計量體系。經清豐縣近3年的實踐檢驗，該方法投入少、易操作、可復制，受農民歡迎，可進行普及推廣，可有效提高農業灌溉用水精細化管理水平，為農業水價綜合改革措施落地生根創造條件，為落實精準補貼和節水獎勵提供量化依據。