王奕童，郭宗樓

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，杭州 310056)

2011年中共中央國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快水利改革發(fā)展決定》明確提出：實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度，要建立用水總量控制制度，相應(yīng)地劃定用水總量紅線，到2020年，全國(guó)年總用水量控制在6 700億m3以內(nèi)。2013年1月國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法》，2014年3月水利部制定并頒布《用水總量統(tǒng)計(jì)方案(試行)》，標(biāo)志著最嚴(yán)格水資源管理制度正式在全國(guó)范圍正式實(shí)施。而農(nóng)業(yè)是我國(guó)第一用水大戶，全國(guó)農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的70%，農(nóng)業(yè)用水量的90%以上用于灌溉，因此準(zhǔn)確核定灌區(qū)(尤其是南方多水源型灌區(qū))灌溉用水量對(duì)于建立健全最嚴(yán)格水資源管理制度、完善用水總量統(tǒng)計(jì)工作具有重要作用。

1 灌區(qū)灌溉用水量的定義與特性分析

灌區(qū)是指由可靠水源與引、輸、配水渠道系統(tǒng)和相應(yīng)排水溝道系統(tǒng)組成的，具有一定灌溉面積的區(qū)域總稱，灌區(qū)是人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的產(chǎn)物，隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展變化而發(fā)展變化。灌溉用水量是指需從水源引入的灌溉水量，包括作物正常生長(zhǎng)所需灌溉的水量、渠系輸水損失水量和田間灌水損失水量。因此，灌區(qū)灌溉用水量是指一定時(shí)段內(nèi)由各類水源通過引、輸、配水渠道系統(tǒng)引入灌溉田間包括各類損失在內(nèi)的灌溉水量，統(tǒng)計(jì)時(shí)段一般包括旬、月、季度或年等，按照國(guó)務(wù)院關(guān)于最嚴(yán)格水資源管理制度考核的要求，統(tǒng)計(jì)時(shí)段宜為年度。

根據(jù)以上界定，從影響灌區(qū)灌溉用水量影響因素分析，灌區(qū)灌溉用水量具有如下特性：

(1)動(dòng)態(tài)性。灌區(qū)是人類經(jīng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)物，隨著人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的拓展延伸灌區(qū)范圍不斷發(fā)展變化，因種植結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及社會(huì)需求等影響灌區(qū)取用水結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展變化，所有這些導(dǎo)致灌區(qū)灌溉用水量的動(dòng)態(tài)變化性。

(2)隨機(jī)性。因降水和蒸發(fā)等自然因素的影響作物田間需水具有隨機(jī)性和不確定性，因不同水源水量和灌溉優(yōu)先順序的影響，導(dǎo)致灌區(qū)引、輸、配水損失具有隨機(jī)性。

(3)循環(huán)性。灌區(qū)水資源系統(tǒng)包括自然水循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)兩個(gè)方面，受水源工程布局和引、輸、配水渠道布局的影響，灌區(qū)水資源系統(tǒng)呈現(xiàn)為循環(huán)性和水資源重復(fù)利用(結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單灌區(qū)除外)。

因此，灌區(qū)灌溉用水量分析必須系統(tǒng)分析、全面解決上述問題才能滿足建立健全農(nóng)業(yè)用水總量控制和管理要求。

2 南方多水源型灌區(qū)基本情況和運(yùn)行管理特點(diǎn)

本文以浙江省為例，分析南方多水源型灌區(qū)基本情況和運(yùn)行管理特點(diǎn)，根據(jù)浙江省水利普查成果，分析其特點(diǎn)如下。

(1)水源數(shù)量眾多。全省大中型灌區(qū)有大、中小型水庫(kù)525座，山塘61 684座，泵站16 655座，堰壩1 786座，全省不同規(guī)模灌區(qū)水源工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)表見表1；平均每個(gè)大型、重點(diǎn)中型和一般中型灌區(qū)分別有水源工程1 779.6、694.9和216.6個(gè)，全省不同規(guī)模灌區(qū)平均水源工程數(shù)量分析表見表2。

表1 浙江省不同規(guī)模灌區(qū)水源工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Water sources in irrigation districts of Zhejiang Province

表2 浙江省不同規(guī)模灌區(qū)平均水源工程數(shù)量分析表 座

(2)灌區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。眾多水源工程星羅棋布于灌區(qū)內(nèi)，通過天然河道或引水、輸水和配水渠道工程實(shí)現(xiàn)水資源的互聯(lián)互通、相互調(diào)劑。灌區(qū)內(nèi)地表水與地下水、地表徑流與過境水量、天然徑流與灌溉回歸水等之間分別在時(shí)間尺度和空間尺度上互相補(bǔ)充、互為條件，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源的合理有序利用。

(3)灌區(qū)管理主體多元化。大中型灌區(qū)大多有專門管理機(jī)構(gòu)，部分由鄉(xiāng)鎮(zhèn)或水利局代管，存在著“水利部門派駐機(jī)構(gòu)+用水戶(協(xié)會(huì))”、“灌區(qū)管理機(jī)構(gòu)+用水戶(協(xié)會(huì))”、“受益鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村管理模式”、“用水戶(協(xié)會(huì))”等多種管理模式。水源工程方面，大中型水庫(kù)，都有專門管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)灌區(qū)主要水源、引水及灌區(qū)引調(diào)水管理、灌區(qū)水費(fèi)征收及骨干渠道的維修養(yǎng)護(hù)；小(一)型水庫(kù)一般有專門管理單位，小(二)型水庫(kù)多由鄉(xiāng)鎮(zhèn)或村集體進(jìn)行管理。山塘、泵站、堰壩一般由村集體、用水者協(xié)會(huì)或者水利會(huì)進(jìn)行管理。

(4)灌區(qū)運(yùn)行管理具有復(fù)雜性。首先，從運(yùn)行規(guī)則方面，灌溉水源優(yōu)先水順序?yàn)楹拥浪?山塘水-小型水庫(kù)水-大中型水庫(kù)，對(duì)于不同蓄水工程，宜根據(jù)其調(diào)蓄能力合理調(diào)整其實(shí)際蓄水量；其次，由于水源工程分屬不同的管理主體，其實(shí)際調(diào)度運(yùn)行上存在差異性；第三，由于降水、蒸發(fā)等隨機(jī)性因素的影響，不同年份、不同水源工程實(shí)際灌溉管理差異明顯。

3 該領(lǐng)域研究現(xiàn)狀

圍繞南方多水源型灌區(qū)特點(diǎn)，前人開展了大量的研究工作。2005年，茆智[1]提出灌區(qū)節(jié)水潛力分析應(yīng)考慮尺度效應(yīng)，同年張新、崔遠(yuǎn)來[2]等以水量平衡原理為基礎(chǔ)運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法并以Vensim軟件包為工具，建立了稻田田間尺度水平衡轉(zhuǎn)化過程的模擬模型。2005年S.Mohana[3]等建立了多級(jí)回歸樹模型用于灌溉回歸水估計(jì)，將有效降雨量、徑流、耗水量和深層滲漏損失等設(shè)定為模型參數(shù)，回歸水為目標(biāo)函數(shù)，該模型在印度Periyar-Vaigai灌溉系統(tǒng)得到成功應(yīng)用。2005年劉路廣、崔遠(yuǎn)來[4]等為評(píng)價(jià)灌區(qū)用水效率及用水效益，構(gòu)建了考慮回歸水重復(fù)利用的灌區(qū)用水效率及效益指標(biāo)，利用地表水-地下水耦合模型、SWAP模型和線性模型對(duì)柳園口灌區(qū)的水量和作物產(chǎn)量進(jìn)行了分布式模擬，取得較好效果。2011年9月劉路廣、崔遠(yuǎn)來[5]等綜合考慮取水、耗水和回歸水3個(gè)方面，提出了農(nóng)業(yè)理論節(jié)水潛力的概念，并利用水量平衡原理對(duì)相應(yīng)計(jì)算方法進(jìn)行了推導(dǎo)。同時(shí)根據(jù)不同的節(jié)水措施，提出了農(nóng)業(yè)耗水理論節(jié)水潛力、農(nóng)業(yè)回歸水理論節(jié)水潛力和農(nóng)業(yè)取水理論節(jié)水潛力的概念及計(jì)算方法。2015年1月邵東國(guó)、何思聰[6]等分析了中等尺度區(qū)域灌溉回歸水重復(fù)利用過程，首次提出了農(nóng)業(yè)用水效率考核新指標(biāo)“千公頃灌溉取水量”概念，給出了相應(yīng)的計(jì)算依據(jù)、方法及適用條件。2015年A K Gosain[7]等用SWAT模型對(duì)Palleru河流域的灌溉回歸水進(jìn)行評(píng)估。2015年Ali Tavakoli[8]等建立了非線性兩階段隨機(jī)規(guī)劃分析模擬灌溉回歸水對(duì)河流水質(zhì)的影響。

分析前人的研究成果可以看出，對(duì)灌區(qū)灌溉用水量研究主要圍繞節(jié)水潛力的尺度效應(yīng)、灌溉回歸水分析模擬、農(nóng)業(yè)用水效率等內(nèi)容來展開，這些工作對(duì)于南方多水源型灌區(qū)灌溉用水量科學(xué)核定具有參考價(jià)值，但沒有解決其灌溉用水量統(tǒng)計(jì)計(jì)算問題，尚有諸多問題值得研究。

4 展 望

(1)灌區(qū)灌溉用水量計(jì)量監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)方法研究?；谀戏酱笾行凸鄥^(qū)存在的水源多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管理主體多元化等特點(diǎn)，研究提出可操作、能落實(shí)的灌溉用水量統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)于落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度具有重要意義。

(2)灌區(qū)水循環(huán)規(guī)律研究。灌區(qū)水循環(huán)包括自然水循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)兩個(gè)方面，受水源工程布局和引、輸、配水渠道布局的影響，存在多重循環(huán)利用問題，因此，建立結(jié)構(gòu)合理、仿真性強(qiáng)的灌區(qū)水循環(huán)規(guī)律模型具有廣闊應(yīng)用前景。

(3)灌區(qū)灌溉用水量尺度效應(yīng)研究。研究灌區(qū)灌溉用水量尺度效應(yīng)，采用模型化方法，分析灌溉回歸水、灌區(qū)內(nèi)水資源循環(huán)重復(fù)利用率與水源工程供水量、水文年型、灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)等的相互關(guān)系，在國(guó)內(nèi)外得到了普遍認(rèn)可。

(4)灌區(qū)灌溉用水量統(tǒng)計(jì)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化研究?！笆濉逼陂g，我國(guó)已經(jīng)建立起了覆蓋省、設(shè)區(qū)市和縣(市、區(qū))的用水總量指標(biāo)體系和考核評(píng)估體系。在實(shí)際考核評(píng)估過程中，迫切需要建立健全不僅符合南方大中型灌區(qū)特點(diǎn)，而且可操作能落實(shí)的灌區(qū)灌溉用水量統(tǒng)計(jì)計(jì)算的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

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[1] 茆 智.節(jié)水潛力分析要考慮尺度效應(yīng)[J].中國(guó)水利，2005,(15):14-15.

[2] 張 新，崔遠(yuǎn)來，董 斌.回歸水模擬的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2005,(1):57-62.

[3] Mohan S, Vijayalakshmi D P. Prediction of irrigation return flows through a hierarchical modeling approach[J]. Agricultural Water Management, 2009,96(2):233-246.

[4] 劉路廣，崔遠(yuǎn)來，吳 瑕.考慮回歸水重復(fù)利用的灌區(qū)用水評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].水科學(xué)進(jìn)展，2013,(4):522-528.

[5] 劉路廣，崔遠(yuǎn)來，王建鵬.基于水量平衡的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力計(jì)算新方法[J].水科學(xué)進(jìn)展，2011,(5):696-702.

[6] 邵東國(guó)，何思聰，李浩鑫.區(qū)域尺度灌溉用水效率考核指標(biāo)及計(jì)算方法[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2015,(1):9-12.

[7] Gosain A K, Rao S, Srinivasan R, et al. Return-flow assessment for irrigation command in the Palleru river basin using SWAT model[J]. Hydrological Processes, 2005,19(3):673-682.

[8] Tavakoli Ali, Nikoo M R, Kerachian R, et al. River water quality management considering agricultural return flows: application of a nonlinear two-stage stochastic fuzzy programming[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2015,187(4).