南方行政区域农业灌溉用水总量测算技术方案探讨

2016-03-26贾宏伟

中国农村水利水电 2016年5期

贾宏伟

(浙江省水利河口研究院，杭州 310020)

0 引言

农业灌溉用水总量是指一定行政区域内一个年度的农业灌溉用水量，是行政区域全社会用水总量的重要组成部分，与用水总量控制红线和用水效率控制红线密切相关，是国务院确定的最严格水资源管理制度的重要内容。同时，作为农业灌溉管理的基础单元，灌区灌溉用水总量则是农业灌溉用水管理的基础，“不知道用水量，就谈不上有效管理”。因此，农业灌溉用水总量测算既是落实最严格水资源管理制度的要求，也对指导灌区农业灌溉用水管理工作具有重要的现实意义。这里对南方行政区域农业灌溉用水总量测算的技术方案进行探讨，供实际工作借鉴。

1 南方灌区的特点及现有统计方法的局限性

1.1 南方灌区的特点

我国南方地区降雨充沛，水资源量丰富，受地形条件影响，在长期的农业灌溉水资源开发利用过程中，南方灌区逐步形成了山丘区自流灌区、平原河网提水灌区及混合型灌区。

自流灌区主要分布在山区及丘陵盆地区，由于降雨多，山丘多，水源就近开发利用，建成了众多的水库、山塘、堰坝，逐步形成了“长藤结瓜”式的多水源灌溉系统。如横锦水库灌区，位于浙江东阳市，设计灌溉面积1.06万hm2，多年平均降雨量1 419 mm，灌溉水源有水库48座、山塘302处、堰坝22处，水源众多，渠首横锦水库灌溉供水量不足40%，其他灌溉用水均由其他水源补充。

平原河网提水灌区主要分布在平原河网区域，地势低平，河网密布、相互贯通。河网是农业灌溉、工业生产及畜禽养殖的直接水源，既可以蓄纳区域内的雨水径流和上游水库河道的来水，也是灌区排涝的承纳区，具有蓄水、供水、输水、排水和区域水环境调节的多种功能。平原河网灌区由众多的小型提水泵站组成，一个小型泵站具有独立的灌溉系统，控制灌溉面积多为20～40 hm2，相当于一个小微型灌区，因此平原河网提水灌区是由众多小微型灌区组成的较大灌区。如浙江钱塘江灌区，处于浙江杭嘉湖平原区，设计灌溉面积4.2万hm2，河道密度2.3 km/km2，水域面积率7.0%，农业灌溉均由1 500多个小型泵站从河网提水灌溉。

混合型灌区这横跨丘陵盆地和平原区，上游往往是水库、山塘和堰坝形成的“长藤结瓜”灌溉系统，下游则延伸为以小型提水泵站为主的平原河网提水灌片。

1.2 现有统计方法的局限性

2014年，水利部印发了《用水总量统计技术方案(试行)》，其中农业灌溉用水总量统计要求对大型灌区全部直接量测，对中型灌区或全部直接量测或由样本灌区直接量测推求非样本灌区。直接量测是指对灌区的所有水源安装计量设施进行计量监测。如前所述，我国南方灌区水源众多，对大型灌区及中型典型灌区的所有水源进行计量监测，是没有可操作性的：一是监测设施数量众多，设施建设和日常管理费用非常高，不是灌区现有经济条件所能承受的；二是对雨水资源充沛的南方灌区，投入极大的物力和人力而仅仅是要得到灌溉用水量数据，不可能得到灌区管理单位支持并进行落实的。依据《用水总量统计技术方案(试行)》，落实到灌区比较困难，而要落实到包含数量众多灌区的行政区域则更为困难。

2 总体测算技术方案

灌区是行政区域农业灌溉用水总量测算的基础单元。“测算”是观测、调查和计算分析相结合的方法，核心是对主要水源水库进行计量监测，对众多山塘、堰坝和提水泵站则通过典型监测来测算，完全有别于《用水总量统计技术方案(试行)》的所有水源“直接量测”。通过测算，原则上能够确定任一灌区的农业灌溉用水总量。

行政区域农业灌溉用水总量是区域内所有大、中、小型灌区农业灌溉用水量之和[式(1)～(6)]。

省级及以下行政区域，大中型灌区数量有限，且大中型灌区面积大，在农业生产活动中占有重要地位，因此行政区域农业灌溉用水总量应对所有大中型灌区的农业灌溉用水总量进行直接测算[式(2)、式(3)]。

小型灌区，面积小、数量众多，一般选择典型灌区进行测算。小型灌区分为自流灌区和提水灌区2类，根据区域地形及灌溉特点，在每一类型区选择典型样点灌区进行测算，得到每一灌溉类型区自流灌区和提水灌区的亩均毛灌溉水量，再通过面积加权测算该类型区自流灌区或提水灌区的总灌溉用水量，各类型灌溉区灌溉用水量之和即为区域小型灌区的灌溉用水总量[式(4)～(6)]。如浙江省可以分为杭嘉湖平原区、萧绍甬平原区、浙东沿海平原区、浙南山区、浙北山区、海岛地区、浙中丘陵盆地区等7个灌溉类型区，宜在各灌溉类型区内选择有代表性的小型灌区。小型样点灌区的代表性，除考虑地形、灌溉类型、工程状况外，种植结构也应接近该类型区小型灌区的平均状况。

W区域，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区域，灌为行政区域农业灌溉用水总量，万m3；W大型，灌、W中型，灌、W小型，灌分别为行政区域内大、中、小型灌区灌溉用水总量，万m3；W大型，i，灌、W中型，i，灌分为第i个大型灌区和中型灌区的灌溉用水总量，万m3；W小型，自流，灌、W小型，提水，灌分别为行政区域内小型自流灌区和小型提水灌区的灌溉用水总量，万m3；w自流,i、w提水,i分别为第i个灌溉类型区小型自流灌区和小型提水灌区的每公顷平均灌溉用水量，m3/0.066 7 hm2；A自流,i、A提水,i分别为第i个灌溉类型区小型自流灌区和小型提水灌区的总面积，666.7 hm2；A小型自流,样点k,灌、A小型提水,样点k,灌分别为第k个小型自流样点灌区和小型提水样点灌区的灌溉面积，666.7 hm2；W小型自流,样点k,灌、W小型提水,样点k,灌分别为第k个小型自流样点灌区和小型提水样点灌区的灌溉用水总量，万m3。

南方灌区的灌溉系统除承担灌溉任务外，大多还承担了发电、农村畜禽养殖用水、鱼塘补水及地方工业用水及泄洪排涝等任务。泄洪排涝等发生在非灌溉期，农业灌溉用水即需对灌区灌溉期灌溉渠系统引水总量进行测算，然后扣除灌溉期畜禽养殖、鱼塘及其他行业用水即可。

W灌区，灌=W灌区，引-W灌区，畜禽-W灌区，鱼塘补水-W灌区，非农行业用水

(7)

式中：W灌区，灌为灌区灌溉用水量，万m3；W灌区，引为灌区灌溉系统灌溉期的引水总量，万m3；W灌区，畜禽、W灌区，鱼塘补水、W灌区，非农用水分别自流灌区灌溉期通过灌溉系统的提供给畜禽养殖、鱼塘及其他行业用水量，万m3。

畜禽养殖、鱼塘及其他行业用水量可以根据水利部《用水总量统计技术方案》中给定的典型测定法确定测定。由式(7)可知，灌区农业灌溉用水总量测算核心是对灌区灌溉系统灌溉期的引水量W灌区，引进行测算，即对由水源进入到灌溉系统的水量进行测算。

3 自流灌区灌溉系统引水量测算

自流灌区灌溉系统引水量是针对灌区所有水源进行测算的。对主要水源水库，一般直接量测，山塘、堰坝则在行政区域内选择典型，率定基本参数，进而可应用于灌区所有山塘、堰坝引水量进行计算。

W自流，引=W水库+W山塘+W堰坝

(8)

式中：W自流，引为自流灌区灌溉系统灌溉期的引水总量，万m3；W水库、W山塘、W堰坝分别为灌区所有水库、山塘和堰坝灌溉期引入灌区灌溉系统的水量，万m3。

所有水库进入灌溉系统的引水口进行实时计量监测，则W水库为灌区所有水库灌溉期引入灌溉系统的总水量，即有式(9):

W水库=∑w水库,i

(9)

式中：w水库,i为第i个水库灌溉期的引水总量，万m3。

山塘引水量通常采用复蓄系数法进行测算：

w山塘=N(P)·Y

(10)

式中：w山塘为山塘引水量，万m3；N(P)为年内山塘堰坝的复蓄系数，与降雨、集雨面等产汇流条件有关，也与山塘容积、灌溉面积和种植结构有关，各地差异较大，需要选择典型山塘长期观测，建立复蓄系数N与降雨频率P的关系；V为山塘库容，万m3。

典型山塘的确定要考虑灌溉类型分析，如浙江省有山塘主要分布在浙南山区、浙北山区、海岛地区、浙中丘陵盆地区等4个灌溉类型区，各类型区应布设一定数量的典型山塘，观测典型山塘的灌溉用水量，率定各灌溉类型区不同年份的复蓄系数，供各类型区直接使用。

小型堰坝工程引水量与灌溉面积和作物种植结构关系密切，很多堰坝常年引水，其灌溉系统常年过水，不同地区引水情况差别加大，宜按灌溉类型区，布设一定数量的典型堰坝，观测灌溉期引水量，确定各灌溉类型区不同年份堰坝工程的亩均灌溉水量，供同类型区堰坝工程灌溉水量估算直接使用。

(11)

自流灌区引水量测算，一方面要做好水库及典型山塘、堰坝灌溉期引水量的观测，同时也要对测算灌区所有水源进行详细调查，包括山塘库容、山塘与堰坝的灌溉面积及种植结构等。

4 提水灌区灌溉系统引水量测算

提水灌区的水源主要是泵站，由于灌区泵站数量众多，对所有泵站建量水设施进行观测不现实，而每一泵站都安装有电表，电量统计则很方便，故考虑选择典型泵站，对泵站提水量、耗电量和河网水位进行观测，建立河网水位与单位提水量能耗的关系，进而可根据灌区调查统计的泵站能耗，对灌区总提水量进行测算。典型泵站的选择，要在行政区内根据灌溉期河网水位变化情况进行分区，每一分区内考虑水泵型号、额定功率及扬程等基本参数的通用性和典型性。

W提水，灌=∑w泵站=∑[Q泵站/q典型(h)]

(12)

式中：w泵站为提水灌区单个泵站的提水量，m3；Q泵站为提水灌区单个泵站的能耗，kWh；q典型(h)为通过典型泵站测定一定河网水位情况下泵站单位提水水量所需的能耗，m3/kWh。