超采区农业取用地下水管理指标研究

2023-02-24李磊李伟常宝军鲁关立

中国水利 2023年3期

李磊，李伟，常宝军，2，鲁关立

（1.河北省农林科学院旱作农业研究所，053000，衡水；2.河北省衡水市桃城区水利局，053000，衡水）

2014年国家在河北省开展地下水超采综合治理试点。试点工作开展以来，河北省根据各地实际情况确定了多种节水压采措施，以地表水引、调、补、蓄为主，通过以地表水替代、置换地下水，实现节约地下水。但地下水管理特别是对农业取用地下水的管理依然是短板，明确对农业取用地下水的管理指标十分关键。2020年，水利部办公厅印发《关于开展地下水管控指标确定工作的通知》（以下简称《通知》），截至2021年年底，全国28个省（自治区、直辖市）完成流域复核，13个省（自治区、直辖市）通过审查。《通知》提出了地下水控制指标与地下水管理指标，要求明确控制指标包括地下水取用水量和地下水水位控制指标，但对农业取用地下水未明确具体的管理指标。

一、地下水超采区农业用水特点

1.农业用水水量变化复杂

农业用水对水质要求低，其供水水源普遍具有多样性特点，受降雨及地表水变化等因素影响，供水量变化复杂；在用水方面，用什么水、用多少水，受水源经济性和便利性、种植作物等主客观因素影响，年际变化悬殊，具有不确定性。在制定相关政策时，必须考虑多种水源的联合运用和优化配置。

2.地下水超采区水位变化复杂

地下水超采区需针对超采情况制定相应政策。地下水超采区均属地下水漏斗区，以漏斗中心向外放射方向的水位线坡降巨大，另外由于地质断层影响，含水层并不连续，不同区域超采程度及水位埋深差别很大，导致制定统一管理政策的难度增加。

二、管理指标与超采区农业用水、地下水的复杂性不相适应

1.水量指标难以应对农业用水的复杂性

水权理论是水治理的基础。水权理论以水量管理为基本手段，如河北省试行的水资源税、阶梯水价、超用加价、累进加价等都以水权理论为基础，这种理论在水源单一、降雨稀少、供用水量相对稳定的区域已取得成功。但地下水超采区农业用水具有水源多样、水量动态变化等特点，水量管理指标的不适应性表现在两个方面：一是不能直接指向地下水。超采区治理控制目标是地下水，水权理论的管理指标是水量，可以是多种水源的组合，在理论中没有明确如何引导或约束用水者少用地下水而多用地表水。比如有两种水源：地表水A和地下水B，水权理论管理指标是A+B，而地下水超采治理指标是B，二者指标不统一。二是不能适应水量变化的动态性。农业用水和供水存在不确定性和动态性，虽然从大区域总用水量方面可以预测趋势，但对小的区域，受降雨、径流等客观不确定性影响，地下水用水量也动态变化，年际、年内变化悬殊，不可预测，用固定的水量指标管理动态的农业用水不可行。

2.水量指标难以应对地下水水位变化的复杂性

按最严格水资源管理“三条红线”要求，河北省各级水利部门根据不同地区超采程度，制定了分解到县的地表水和地下水年度管理指标。但县域内地下水超采程度和地下水水位变化也相当悬殊，以县为单元制定统一的水量指标无法区分不同区域地下水水位变化情况。

3.水价管理指标无法反映地下水超采程度

面对农业用水水量变化的复杂性，通过水价管理水量是有效办法。农业水价的构成是电价和提水深度，由于不同区域超采程度及水位埋深差异性巨大，提水深度不断变化，水价也是动态变化的，因此，不能实行统一的水价管理政策。如衡水市桃城区处于地下水超采区漏斗中心，区域内水位埋深从60 m到120 m不等，无法制定出统一的水价政策。如以村为管理单元进行水价管理，管理难度将大幅度增加。

三、对地下水超采区管理指标的再分析

1.地下水超采区管理指标要素

①必须明确指向地下水。地下水超采区农业用水水源多样、复杂多变，因此管理指标必须指向地下水，如果指向性不明确，则管理效果不明显。

②包括地下水用水量数据。管理指标中必须包括地下水用水量数据。

③包括地下水埋深数据。由于不同区域地下水超采程度不同、水位埋深不同，管理力度也不相同，管理指标中必须包括地下水埋深数据。

2.“超采用水当量”概念及计算公式

为量化单位区域开采地下水的危害程度，提出一个新概念“超采用水当量”，包括地下水取水量和水位埋深两个要素，即超采用水当量＝用水量×水位埋深，以此参数来反映某区域、某用水户取用地下水对超采区的危害程度。计算公式为：

式中，D为超采用水当量；Q为用水量，m3；H为水位埋深，m。

3.管理用电量可作为地下水超采区治理途径

（1）水利用电量概念及计算公式

水利用电量是指专门用于农业灌溉用水的耗电量。水利用电量计算公式为：

式中，W为用电量，kWh；Q为用水量，m3；H为水位埋深，m；η为综合配套效率。

（2）水利用电量基本指向地下水

虽然水利用电量是指全部农业灌溉用水的耗电量，但地表水提水高度一般仅为几米，用电量较少，而超采区农业取用地下水普遍使用电泵，提水深度可达几十米甚至100 m以上，因此管理水利用电量对地表水用电基本没有影响，而对地下水影响明显，水位埋深越大，影响越大。

（3）水利用电量可以代表地下水的“超采用水当量”

从上面公式可以推算出：水利用电量＝超采用水当量÷（综合配套效率×367.2），当综合配套效率为常数时，水利用电量与超采用水当量呈正比关系，因此水利用电量可以代表地下水超采用水当量，通过管理水利用电量对农业用水进行管理。河北省在地下水超采区综合治理试点工作中，实行“以电折水”办法，每个县通过实验形成一个以电折水系数——地下水单位水量的水利用电量，这个数据就是这个县平均地下水单位水量的超采用水当量。

（4）综合配套效率影响可忽略

河北省农林科学研究院抗旱作物研究所近几年对农业灌溉用井进行了大量测试，综合配套效率最高53%、最低32%，平均为42.5%。从调查情况看，综合配套效率低的原因主要是管理不善，如漏水、漏电、磨损、老化等。

从上面的分析可看出，地下水超采区治理是在区分不同区域超采程度的基础上，降低地下水用水量；管理水利用电量既区分了不同区域的超采程度也管理了地下水用水量。

（5）管理水利用电量的优势及局限性

因水表在技术和维修管理上存在一定限制，对农业用水全部实行按表计量存在困难，为此，河北省在安装水表有困难的地区，采取了“以电折水”、按电计量办法。这种计量方法在管理的成本核算上有明显优势，也解决了不同区域地下水超采程度和水位变化复杂性问题。但是，管理水利用电量与管理水量指标一样，无法应对农业用水水量变化的复杂性，无法适应动态的用水量变化。

四、管理“水利用电价格”的优势

1.可以应对农业用水水量变化的复杂性

对资源的管理要发挥市场配置资源的决定性作用。市场有量和价两个要素，控制量或控制价都可以发挥市场作用，减少量可以提高价格，而提高价格可以减少使用量。在地下水超采区，提高水利用电价格就提高了地下水取水成本，在其他水源成本不变时，可以通过资源的优化配置，降低地下水取水量。

2.可以应对地下水超采程度变化的复杂性

比如，同一个县有3个用水户，取水水位埋深分别为60 m、90 m、120 m，假定都用电取水且配套效率相同，均为45%,当用水价控制时，提价对所有用水户的效果是相同的，管理目的性不强，而用电价控制时，提高电价对不同超采区的影响效果是不同的，超采越严重区域，控制力度越强（见表1）。

3.具有成本优势

在电力部门，水利用电量是单独统计的，所有机井都安装了电表，并由电力部门专门人员负责管理和维修。而水表安装、管理和维修都需要投入较大的财力和人员。因此，管理水利用电价格在计量技术准确性和维护管理经济性上具有巨大的成本优势。

4.“以电折水”存在的漏洞

管理水利用电价格与“以电折水”本质不同，“以电折水”实质是管理水量。在较小范围内，地下水埋深基本相同，电、水折算系数也基本相同，“以电折水”在管理上没问题。但在较大范围，如表1示例，假如全省按平均水位埋深90 m核算电、水折算系数，则全县均按取水量2.0655 m3/kWh计算，用水户甲按实际用电量折算水量为36.31×2.0655=75.0 m3，比实际用水量少25 m3，而用水户丙按实际用电量折算水量为72.62×2.0655=150.0 m3，比实际用水量多50 m3，一旦发生纠纷，“以电折水”在法理上则存在漏洞。

表1 水价控制与电价控制比较分析

5.管理水利用电价格适应性最强

从地下水超采区治理出发，得出水利用电价格为适应性最强的管理指标（见表2）。

表2 管理指标适应性比较分析

6.可以在较大范围内制定相关政策

目前，为了区分不同区域的超采程度，河北省以县为单元实施了两套指标：超采程度和地下水水量控制指标。从超采程度方面，应按水位埋深等值线具体区分，但如此则打破了行政区域，导致管理难度加大。从应对农业用水复杂性方面，地下水属多年调节资源，而年度水量控制指标无法适应农业用水的复杂性。如果管理指标确定为水利用电价格，则全省可以制定统一的水利用电价格控制指标，不必再区分各地的超采程度，治理效果将更加显著。根据相关研究成果，如果全省水利用电价格统一提高50%，地下水节水率将达到20%。