黑龍江省“以電折水”工作思考與展望

韋力方，褚麗麗，孟 巖，單 博，尹自文

（1.黑龍江大學水利電力學院，哈爾濱 150080；2.黑龍江省水利科學研究院，哈爾濱 150080）

0 引 言

2016 年國務院辦公廳印發《關于推進農業水價綜合改革的意見》（國辦發〔2016〕2 號），提出農業用水要安裝和完善計量設施，2021 年水利部印發《關于強化取水口取水監測計量的意見》（水資管〔2021〕188 號），提出對農用灌溉機井，具備取水計量設施安裝條件的，應安裝計量設施，暫不具備取水計量設施安裝條件的，可采用“以電折水”等方法計量水量。河北省作為全國乃至世界地下水超采區最嚴重的地區之一，率先開展了“以電折水”工作，破解水資源管理瓶頸。黑龍江省作為中國的糧食大倉庫，每年的用水量大，地下水超采十分嚴重，針對用水計量難的問題，借鑒河北省先進做法，也開展了“以電折水”工作，這對提高農業計量效率、節約能源具有重要的意義。

1 “以電折水”計量背景

1.1 地下水資源嚴重超采

黑龍江省作為中國的北方糧倉，水資源利用以農業灌溉為主，其中水稻種植區主要集中在松嫩平原和三江平原，其農業灌溉主要是經由取水井進行，地下水為主要取水源，每年灌溉用水量巨大。20 世紀70 年代松嫩平原的地下水開采量為12.92×108m3/a，隨著經濟的發展，地下水的開采量也越來越大，到2012 年松嫩平原地下水開采量為36.27×108m3/a，地下水開采量形成逐年增長趨勢[1]。以2012 年為例，大慶市地下水開采量為4.1×108m3/a，開采程度達到140%以上。而三江平原多年以來的供水量60%以上來自地下水，其中農灌溉用水量占90%以上[2]，地下水開采量也十分巨大，地下水超采問題急需治理。

為了應對地下水超采問題，除了要提高水資源承載能力、加快節水型社會建設、還需要嚴格進行地下水管理。在地下水管理中，取用水量控制是關鍵。

1.2 傳統計量設施技術局限

目前灌區用水計量主要采用傳統的水表計量，該方式計量準確，但抄表記錄等環節繁瑣且需要一定的成本，同時還需要進行不定期的維護以保障水表的正常運行。部分計量設施為電子產品，除了需要考慮產品本身正常的更新換代外，還要考慮外界因素的影響，如黑龍江省的冬季漫長且十分嚴寒，在冬季電子產品容易凍脹損壞，難以實現長期的水量計量。

黑龍江省第一次水利普查結果顯示，黑龍江省共有地下水取水井327.26 萬眼，其中用于灌溉和供水的機電井高達216.73 萬眼。灌溉機井具有點多、面廣的特征，且部分機井由于地下水超采十分嚴重，已無法出水，或當地建設了新的機井導致原本的機井閑置，不少機井已進行封井處理，這部分的井利用傳統的計量監測技術難以得到及時的更新和處理，因此傳統的計量設施技術存在較大的局限性。

1.3 農業灌溉用水計量政策形成

為了促進水資源的優化配置和可持續利用，保障社會經濟發展的合理用水需求，開發利用水資源，要遵循高效利用和總量控制的原則[3]。明確農業用水水量是控制農業用水定量使用的基礎，但由于計量設施不完善，用水量監測是黑龍江省的薄弱環節。2016 年國務院出臺《關于推進農業水價綜合改革的意見》，明確要求完善用水計量監測設施，這一政策為后續進行“以電折水工作”打下了基礎。

2 “以電折水”技術

2.1 “以電折水”原理

“以電折水”方法是建立起灌溉用水量與灌溉耗電量之間的相互轉換關系，達到利用耗電量計算用水量的目的，是用水量的間接計量方法。這種方法需要通過試驗來建立一個科學的變量系數，使其能夠在不同的灌溉條件下應用。

以電折水系數定義為一段時間內總出水量和總耗電量的比值，即：

式中：C為以電折水系數，m3/kw·h；Q為水泵某時段內總出水量，m3；E為水泵同一時段內總耗電量，kw·h。

當以電折水系數能夠確定時，理論上就可以通過精確監測計量耗電量來推算用水量。

2.2 以電折水系數計算

以電折水系數主要通過抽水試驗進行確定，即選擇安裝有電量計量設施的典型機井，在其出水口安裝超聲波式水表、機械式水表等水量計量裝置，能夠實現用水量和耗電量同步計量。

對于單個機井，如已接入在線監測計量系統，就可直接進行水量和電量的在線同步監測，對以電折水系數進行動態調整。對于范圍內的多個機井，由于資源的有限性，在每個機井上都建設安裝完備的監測計量設施不太可能實現，其以電折水系數可以由典型樣本井的以電折水系數計算而得。因為對于農業灌溉機井，水泵的耗電量和抽水量在一定條件下存在穩定的比例關系，且在一定的區域范圍內，同類型灌溉機井的以電折水系數具有一致性，因此可以將典型機井測得的以電折水系數應用到同類型農業灌溉機井取水量的計算中[4]。

但以電折水系數受到多種因素的影響，如水泵特性、地下水埋深、灌溉方式等，在進行抽水試驗時應考慮到這些因素的差異性。

3 “以電折水”工作布置

3.1 取用水整治

由于黑龍江省取水口眾多，分布范圍廣，其中不少取水口已經廢棄，取用水情況復雜。為了摸清取水口現狀、加強取用水管理，在2020 年5 月，黑龍江省全面開展了取用水專項整治工作，基本摸清了全省取水口及取水監測計量現狀，按照“邊登記、邊檢查、邊整改”的工作要求，編制下發《黑龍江省取用水管理專項整治行動問題整改提升工作技術規程》等指導性文件，以市、縣為單元對取用地表水和地下水的所有工程設施進行全覆蓋排查。截止2021 年6 月底，黑龍江省全面梳理了取水口存在問題，將4592 個問題取水口按照地市進行分解整改，4592個臺賬登記取水口問題全部完成銷號，取用水整治成果突出。

黑龍江省水利廳還組織開展了關于水資源管理的培訓班，進行動員工作，剖析當前水資源管理存在的問題，根據國家對水資源管理的新要求解讀下一步工作狀況，提高基層人員對水資源管理的認識，提高水素養，進一步增強解決水問題的能力。

對于取水口，為方便進行運行維護管理和在線監測，黑龍江省開展了《黑龍江省取水口監測計量體系建設實施方案》的編制工作，提升水源監管能力。對于規模以上的取水口，即取用地表水年許可水量50 萬m3及以上、地下水年許可水量5 萬m3及以上的非農業取水口，水資源超載區取用地表水年許可水量10 萬m3及以上、地下水年許可水量1 萬m3及以上的非農業取水口，灌溉面積3333hm2及以上的灌區，要納入在線計量監測建設，爭取至2023 年取水口在線計量率達到100%。

3.2 樣本井布置

由于黑龍江省的機井數量大且分布面積廣，其用水監測困難，如果全部采用水表計量會導致工作量大、運行管理困難等問題。因此需建設抽水試驗的樣本井，利用“以電折水”的方式進行用水計量。考慮到黑龍江省的灌區主要分布在三江平原和松嫩平原，樣本井主要建設在三江平原和松嫩平原上會更具代表性。

樣本井的建設要考慮建設數量、行政區劃、水文地質單元等因素。黑龍江省在進行樣本井的選定建設中，原則上按照每1333hm2的灌溉面積建設一眼樣本井，再綜合考慮作物種植結構、地質單元、行政區劃、地下水超采程度等情況。2022 年黑龍江已完成全省341 個農業灌溉井“以電折水”樣本井的建設。樣本井要接入國家水資源監控平臺，同時需建立基礎信息臺賬，對相應的取水戶資料、取水許可證、計量設施型號、安裝日期等的相關基礎信息進行匯總整理，方便進行后續管理維護。

在建立樣本井后，還需選擇典型樣本井來進行抽水試驗，典型樣本井的選擇直接影響到以電折水系數的數值。在進行選擇時，先依據行政區劃選擇，在依據水文地質情況等調整。由于灌區主要分布在兩大平原上，則典型井多選擇上兩大平原山上。黑龍江省的水文地質單元主要為4 種類型：①松散巖類孔隙含水巖組；②碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組；③巖漿巖類裂隙含水巖組；④變質巖類裂隙含水巖組。盡量使樣本井覆蓋所有類型的水文地質單元，其中在兩大平原上以松散巖類孔隙含水巖組分布最為廣泛，因此典型井建設也較多。在水稻種植區和地下水超采區也盡量多選擇典型井。綜合考慮以上情況，選擇典型井以備作物灌溉期時進行抽水試驗。

3.3 待開展工作

在進行抽水試驗后，得到不同條件下的以電折水系數，但由于樣本井相對于全部機井在數量上占少數，需要對其進行處理才能匹配眾多機井的需要，這項工作還需要進一步的探索。

以電折水工作除了擬定出不同地區的以電折水系數外，還需要相關的制度保障才能實現持續的用水計量。對于不同的地區，地下水資源條件不同，在后續的水資源管理中，需要擬定不同的控制定額和獎懲體系，通過控制水量開采來控制地下水超采，實現水資源的可持續發展。對于在線監測計量設施，需要制定相關政策和明確責任人，確保設施的日常管理維護，同時還要建立健全監督體系，規范取用水行為。

這項工作，除了政府牽頭，還要積極宣傳，讓取用水人能夠接受計量結果。改革都是一步步進行的，眾多取水口不能全部實現精確計量，傳統的抄表計量應用時間久，接受程度廣，政府需要發揮示范引領作用，讓用水戶看到“以電折水”方法進行用水計量的優勢，在用水戶可承受的范圍內，推行智慧型現代化計量設施。

4 思考與展望

在黑龍江省平原面積大、灌區多、機井分布“點多、面廣”的背景下，推行“以電折水”工作是一種經濟、有效的方法，其勢在必行。借助這項工作的推行，對典型機井進行實測，通過以點帶面的形式推求以電折水系數，合理確定各個地區的以電折水系數，實現地區的用水量計量，可以作為水資源費征收的依據，對地下水超采地區水量控制和保障水資源稅改革具有重要意義。隨著水資源監控系統的優化和各項政策的實施，“以電折水”工作能夠穩步進行，取得了黑龍江省水資源基礎設施薄弱狀況改善、信息平臺建設等初步成果，但目前還有很多待探索的問題，如還應對以電折水系數的處理與分析、折算用水量數據的應用等問題進行進一步的研究。