清丰县以电折水度量方法实验探讨

黄喜明 丁伟强 张 磊

(1.河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450008；2.河南省农田水利水土保持技术推广站，河南 郑州 450003；3.河南省山水田园规划设计有限公司，河南 郑州 450000)

为深入推进农业水价综合改革，针对当前改革中农业生产小农户经营，地块碎片化，运用水表或流量计度量用水效率的方式操作不方便，投入产出效果不佳，不利于普及推广的突出问题，河南省农业水价综合改革工作领导小组办公室印发了《关于清丰县农业水价综合改革试行以电折水有关事项的通知》(豫农水价改办〔2019〕3号)，把清丰县作为创新农业水价综合改革计量方式试点，力求通过开展以农业灌溉用电量折算用水量(以下简称以电折水)度量方式改革，构建科学、精准、经济的农业灌溉用水计量体系，提高农业灌溉用水精细化管理水平，为农业水价综合改革措施落地生根创造条件。

1 以电折水度量方法

1.1 以电折水度量方法概述

以电折水是指将灌溉用电量折算成用水量的方法。这种方法需要通过典型测试，建立一个科学合理的可调节的变量系数，在不同灌溉工况条件下，实现统一标准的计量效果。

水电转换系数一般定义为在一定时间段内水泵的总出水量和总用电量的比值，即

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式中：Tc为水电转换系数，m3/(kW·h)；AW为总出水量，m3；AE为总用电量，kW·h。

当Tc一定时，理论上通过精确计量水泵总用电量AE，即可推算水泵总出水量AW，计算公式为

AW=Tc·AE

(2)

1.2 水电转换系数实验方法步骤

a.选择条件。为确保测试数据精确度和选择机井的代表性，在调查的基础上，根据区域水文地质条件、地下水含水层赋存条件、井位、井距、井深、单井涌水量的差异性，分别选择试验区范围内占各行政村灌溉机电井总数10%的井作为测试典型井。

b.测试工具。利用GIS绘制典型代表井分布图，标识典型井的坐标位置。对水电系数测量仪与机电井上安装的流量计或电表，或与变压器配套的电表，进行适配性比对校验。

c.连接方法。水电系数测量仪连接在机井出水口，测量仪与水泵出水口的间距为1.5m，通过直径为110mm的PVC或PE软水带连接。为保证满管测量，度量仪器尽可能安装在出水管平直段，水表安装的位置前面或者后面要有10倍管径(单位)的直管段距离。比如流量计是DN100的，那前面就要有500mm的直管段，后要有300mm的直管段距离，见图1。

图1 水电系数测量仪与机井出水口连接方法

d.试验参数。主要包括试验时长、耗电量、提水量、目录电价等。

e.试验记录。每次试验时间不少于60min，水量每隔5min读数一次，电量以变压器房附近农民灌溉刷卡电表计量。开始前读取电表电量和IC卡上的金额。结束后，再一次记录电表电量和IC卡数据。试点区电价为河南省统一目录电价0.4842元/(kW·h)。

f.测试数据。按照机电井抽水试验记录表的要求详细记录量测数据，根据现场试验观测成果，将观测数据汇总，统计测算成果。表1数据是2019年7月11日以电折水试验成果，是河南省水价改革以电折水试验项目，因内容较多，表中仅列部分测试结果。分析计算求出各村统计参数的算术平均值，以统计参数的算术平均值作为试点区水电转换系数的参考值，并根据实测系数给出区间范围。

表1 水电系数测试结果统计(部分数据)

续表

1.3 试验成果

根据以电折水度量方法的计算公式分别求出单眼机井的水电转换系数，再求出36眼典型机井(典型实验井的选取见1.2)的水电转换系数的平均值，结果为3.133m3/(kW·h)(见表2)。

表2 以电折水转换系数测算成果

改革区配套水泵功率多是7.5kW,加上电损实际每小时用电8～10kW·h，设计出水量为32m3/s,灌溉季节带负荷时出水量为20～32m3/s，分别剔除水电转换系数大于4.000的3眼、小于2.000的4眼异常井数据，计算出剩余29眼机井的水电转换系数的平均值，得出水电转换系数为3.196m3/(kW·h)(见表2)。

经合理性分析，并反复验证，推荐采用3.196m3/(kW·h)为试点区域以电折水系数。

2 以电折水成果应用模式

2.1 以水价折算电价模式

如保证率为50%时，水价为0.8278元/(kW·h)；保证率为75%时，水价为0.6616元/(kW·h)。然后在电价中将目录电价和包含在电价中的代收的管理运行费部分分离，见表3。

表3 以水价折算为电价方法

2.2 以用水量折算用电量模式

在没有安装水表的灌区，农民灌溉以电卡计费，清丰县粮食作物灌溉用水确权亩均定额为225m3。若以用水量折算用电量：50%保证率时，亩均年用电量为70.4kW·h，亩均年电费为34.09元；75%保证率时，亩均年用电量为98.56kW·h,亩均年电费为47.72元，见表4。

表4 以用水量折算为用电量方法

2.3 以用电量折算用水量模式

若以用电量折算用水量：50%保证率时，亩均年用水量为225m3；75%保证率时，亩均年用水量为315m3，见表5。

表5 以用电量折算为用水量方法

3 数据传输架构及操作流程

以电折水数据传输系统架构包括采集层、传输层、应用层。

a.采集层：利用电力系统建设的农田灌排区，按照一井一线一表模式采集农田灌溉用电数据。采用以电计量收费，实行“先充值缴纳电费、后刷卡取水浇地”的方法，需先到电力部门设立的收费大厅(或网上)预缴费，然后即可在本村内任何一个机电井上刷卡启动电机灌溉。为满足农业灌溉总量控制与定额管理的实施要求，电力部门按照用电限额的模式，设立专门的灌溉收缴管理系统，设立电费专户和收缴终端，办理刷卡存储电量，确定每个充电卡每年充值限额，超过部分比照阶梯电价模式收取。

b.传输层：用电卡中的预缴电费随着灌溉用电量的增加而自动扣减，直至用完再充值。同时每个用电卡的用电量信息将会传输到电力信息化管理系统，电力部门每月向县级管理平台传输数据。

c.应用层：由县级信息化管理平台存储后，进行集中计算、分析、分解。以每个用电户为单元，按实际用电量计算分解电费。电费分两部分：一部分是按照农电牌价收取的电费，计算后计入供电部门账户；另一部分是包含在电费中的农田灌溉管理运行费用，计算后计入县级财政专户。

4 构建以电折水信息共享机制

以电力部门建设的用电征收管理系统、水利部门建立的农业水价综合改革信息化管理系统和财政部门建设的支付信息化系统为骨干，构建以电折水信息化网络系统。3个系统各自独立管理，以电折水信息互联互通，已分配权限的输入输出可实现实时查询。

a.电力部门用电征收管理系统，负责采集、传输农业灌溉用电量，将数据实时传输到县级平台。将采集的数据在本级平台整理分解，并将电费和包含在电费中的管理运行费部分数据，在每月初的3日内发送到县级财政局支付信息系统账户，便于财政局核实数据。县水利局农业水价综合改革信息化管理系统账户，负责将数据分别发送到县级、乡级、村级 农民用水户协会可视终端；县级电力部门应确保各个用水户能实时查看本人用电量信息；分布在各村的电工负责及时把本村的用电量信息实时传递到本村用水户协会，以便实时掌握用电量和用水量情况，确保合理安排灌溉。

b.水利部门农业水价综合改革信息化管理系统，负责构建与电力部门建设的用电征收管理系统、财政部门建设的支付信息化系统的交叉功能，负责接收电力部门的用电量信息和以电折水信息，负责接收和传递财政部门的支付信息化系统以电折水、精准补贴、节水奖励信息，负责在各级农民用水户协会建立输入输出端口，确保基层与县级平台之间的互联互通。

c.财政部门支付信息化系统，负责接收和传递电力部门建设的用电征收管理系统以电折水数值信息、水利部门建立的农业水价综合改革信息化管理系统的以电折水及换算后的精准补贴和节水奖励信息，负责分析复核精准补贴和节水奖励数据信息，并将核定情况向各关联单位反馈。

5 结 语

通过以农业灌溉用电量折算用水量度量方式的现场实验与实践应用，构建科学、精准、经济的农业灌溉用水计量体系。经清丰县近3年的实践检验，该方法投入少、易操作、可复制，受农民欢迎，可进行普及推广，可有效提高农业灌溉用水精细化管理水平，为农业水价综合改革措施落地生根创造条件，为落实精准补贴和节水奖励提供量化依据。