張亞東，鄭世宗，盧 成

(浙江省水利河口研究院，杭州 310020)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境意識(shí)的提高，水資源的需求與日俱增，對水資源進(jìn)行有效的監(jiān)控已經(jīng)越來越迫切，對監(jiān)控精度的要求也越來越高[1]。近年來，農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革工作深入推進(jìn)，農(nóng)業(yè)用水定額管理逐步完善，灌區(qū)計(jì)量設(shè)施建設(shè)數(shù)量逐年增多，人們積極將廣泛應(yīng)用于工業(yè)、城鎮(zhèn)供水、環(huán)境保護(hù)的先進(jìn)計(jì)量技術(shù)引進(jìn)到灌區(qū)量水工作之中，并結(jié)合灌區(qū)量水的特點(diǎn)加以改進(jìn)，形成了一系列計(jì)量類型或模式，取得了較好的效果[2]。如連少偉等[3]結(jié)合河北省農(nóng)業(yè)灌溉實(shí)際，提出了以水表計(jì)量為基礎(chǔ)、以便攜式超聲波流量計(jì)為補(bǔ)充、以歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為拓展的井灌區(qū)用水計(jì)量模式。張駿濤[4]針對天津市灌溉水源特點(diǎn)，提出了井灌區(qū)、地表水灌溉用水計(jì)量模式以及不同形式水費(fèi)征收管理模式。樊毅等[5]針對大中型灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水計(jì)量設(shè)施建設(shè)存在的普遍問題，提出了按自動(dòng)化程度和取用水口類型劃分的四川省大中型灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水計(jì)量監(jiān)測模式。王滇紅等[6]對里運(yùn)河沿線9個(gè)灌區(qū)各級渠道用水計(jì)量現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)，總結(jié)了江蘇省大中型灌區(qū)灌溉用水計(jì)量點(diǎn)布置原則和方法。但是，由于浙江省灌區(qū)眾多，工程類型、管理水平千差萬別，對于量水設(shè)備的要求差異較大，量水設(shè)備和技術(shù)均不能完全滿足灌區(qū)量水工作的要求?！墩憬∞r(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革總體實(shí)施方案》提出要強(qiáng)化用水定額管理和終端用水管理，按照因地制宜、公開透明、群眾接收的原則，確定簡便節(jié)約的用水計(jì)量方式。因此，開展浙江省農(nóng)業(yè)用水計(jì)量設(shè)施調(diào)查，分析研究計(jì)量模式及其適用范圍，對加強(qiáng)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水管理及推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革是十分必要的。

1 浙江省農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革計(jì)量設(shè)施現(xiàn)狀分析

2016年，國務(wù)院辦公廳出臺(tái)《關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革的意見》(國辦發(fā)〔2016〕2號)，對全面開展農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革做了總體部署。浙江省高度重視農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革工作，先后開展2批共21個(gè)縣(市、區(qū))農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革試點(diǎn)，探索不同地域環(huán)境農(nóng)業(yè)水價(jià)改革模式。2018年起，按照《浙江省農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革總體實(shí)施方案》要求，全省各地在第一、二批試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，廣泛開展農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革工作，積極完善農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施，配套計(jì)量設(shè)施。截止2019年底，全省累計(jì)完成改革面積1 683 萬畝，占全部改革面積的比例達(dá)83.4%，累計(jì)建設(shè)灌區(qū)計(jì)量設(shè)施2 563 處，基本覆蓋大中型灌區(qū)各重要取、分水口，為加強(qiáng)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水管理及推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革提供了基礎(chǔ)支撐。

1.1 平原型灌區(qū)計(jì)量設(shè)施建設(shè)及運(yùn)行情況

浙江省平原型灌區(qū)以泵站提水為主，共建設(shè)計(jì)量設(shè)施1 456 處，以儀表量水、以電折水為主，有1 128 處，占比77.47%；標(biāo)準(zhǔn)斷面量水、建筑物量水等其他量水型式為輔，有328處，占比22.53%。通過調(diào)查平原區(qū)各類型計(jì)量設(shè)施運(yùn)行情況，結(jié)合比測率定結(jié)果顯示，采用流量計(jì)量水的泵站平均計(jì)量誤差為4.8%，以電折水的泵站平均計(jì)量誤差為23.1%，渠道標(biāo)準(zhǔn)斷面量水的平均誤差約為30.8%，渠道水工建筑物量水的平均誤差為28.3%。泵站流量計(jì)量水精度較高且運(yùn)行穩(wěn)定，泵站以電折水設(shè)備簡單、投資成本小，該兩種方法適合平原區(qū)灌溉泵站量水。

1.2 山丘型灌區(qū)計(jì)量設(shè)施建設(shè)及運(yùn)行情況

浙江省山丘型灌區(qū)共建設(shè)計(jì)量設(shè)施1 173處，以標(biāo)準(zhǔn)斷面量水為主，有714處，占比60.87%；建筑物量水、堰槽量水、儀表量水、以電折水等其他量水型式為輔，有459處，占比39.13%。通過調(diào)查平山丘區(qū)各類型計(jì)量設(shè)施運(yùn)行情況，結(jié)合比測率定結(jié)果顯示，采用渠道標(biāo)準(zhǔn)斷面量水的平均誤差約為9.4%，渠道堰槽量水的平均誤差為11.3%，渠道水工建筑物量水的平均誤差為14.7%。山丘區(qū)以自流灌溉為主，渠道標(biāo)準(zhǔn)斷面量水、堰槽量水和水工建筑物量水等精度較高，但由于水源復(fù)雜、取分水口較多，因此選擇重要口門和典型田塊進(jìn)行計(jì)量，以點(diǎn)代面，有助于摸清面上用水情況，便于開展節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)。

1.3 計(jì)量設(shè)施運(yùn)行管理現(xiàn)狀

浙江省灌區(qū)計(jì)量設(shè)施的管理主體主要有2類：大中型灌區(qū)骨干工程計(jì)量設(shè)施運(yùn)行管理以灌區(qū)管理單位為主，大中型灌區(qū)末級渠系和小型灌區(qū)計(jì)量設(shè)施一般由農(nóng)民用水合作組織或村集體負(fù)責(zé)日常管理。農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革計(jì)量設(shè)施大部分建在末級渠系，村集體、協(xié)會(huì)、合作社、用水小組等用水管水組織的管理人員多為本地農(nóng)民，且年歲較大，具備信息化設(shè)備管理知識(shí)和能力的人較少，僅能承擔(dān)設(shè)施的安全巡查和日常管理，計(jì)量設(shè)施的技術(shù)維護(hù)仍需信息化公司承擔(dān)，且運(yùn)行管理經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重缺乏，除了大中型灌區(qū)渠首及骨干工程計(jì)量設(shè)施由灌區(qū)管理單位負(fù)責(zé)管理和籌措運(yùn)行經(jīng)費(fèi)外，其他末級渠系及田間計(jì)量設(shè)施運(yùn)行經(jīng)費(fèi)基本沒有著落。

2 浙江省農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革計(jì)量模式總結(jié)

2.1 平原型灌區(qū)“首部計(jì)量、水電結(jié)合”計(jì)量模式

2.1.1 模式概述

浙江省平原河網(wǎng)區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉以泵站提水為主，可通過在泵站首部安裝管道式流量計(jì)進(jìn)行用水量精準(zhǔn)計(jì)量，另外由于灌溉泵站的出水流量過程及出水量與運(yùn)行時(shí)間、用電量存在一定的相關(guān)關(guān)系，也可通過“計(jì)電”的方法換算出水量，這樣的計(jì)量方法相對經(jīng)濟(jì)、簡便，易于推廣應(yīng)用。因此，建立平原型灌區(qū)“首部計(jì)量、水電結(jié)合”的計(jì)量模式，通過智能化儀表量水和以電折水方式相結(jié)合，使平原型灌區(qū)用水計(jì)量更加合理科學(xué)。

2.1.2 技術(shù)特點(diǎn)

儀表量水。浙江省平原區(qū)灌溉以泵站為基礎(chǔ)，在灌區(qū)泵站安裝用水計(jì)量設(shè)施，實(shí)行泵站首部計(jì)量，達(dá)到總量控制的目的，并根據(jù)用水總量平均到每個(gè)田塊確定畝均用水量。泵站首部用水計(jì)量常用的量水設(shè)施主要有超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)，其準(zhǔn)確性、價(jià)格、安裝維護(hù)難易程度等方面有一定差異，具體分析見表1。

表1 浙江省平原區(qū)灌溉泵站常用流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)分析表Tab.1 Analysis of advantages and disadvantages of flow meters for irrigation pump stations in plain areas of Zhejing Province

以電折水。理論上來說，灌溉泵站在單位時(shí)間的出水量不完全相同，主要因素包括流量、揚(yáng)程、效率等。對于同一臺(tái)泵站，在上述因素變化不大的情況下，通過多次實(shí)測“以電計(jì)水”參數(shù)可以用來估算泵站的出水量[7]?！耙噪娪?jì)水”方法估算泵站出水量的原理：

(1)

式中：K為泵站的“以電折水”參數(shù)，m3/kWh；Q為泵站提水量，m3；E為泵站該時(shí)段運(yùn)行所消耗的電量，kWh。

在浙江省平原型灌區(qū)，采用“以電折水”計(jì)量精確度與流量計(jì)量水差距較大，因此具備安裝條件的泵站宜全部采用管道流量計(jì)等儀表量水的方式進(jìn)行計(jì)量，尚不具備安裝條件的泵站可采用“以電折水”的方式進(jìn)行間接計(jì)量。

2.2 山丘型灌區(qū)“典型計(jì)量、以點(diǎn)代面”計(jì)量模式

2.2.1 模式概述

浙江省山丘區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉以渠道自流為主，灌區(qū)除大中型水庫等主水源外，還存在溪流、堰壩、山塘等次要水源，水源條件復(fù)雜，且灌區(qū)退排水口較多，全部建設(shè)計(jì)量設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測實(shí)現(xiàn)難度較大。因此，建立山丘區(qū)“典型計(jì)量、以點(diǎn)代面”的計(jì)量模式，即在灌區(qū)選擇作物種類、所處位置、種植主體等具有一定代表性的田塊建設(shè)計(jì)量設(shè)施進(jìn)行典型計(jì)量，以典型田塊用水量情況反映灌區(qū)畝均用水總體情況，從而強(qiáng)化用水定額在用水管水方面的約束力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水和水資源可持續(xù)利用。

2.2.2 技術(shù)特點(diǎn)

典型田塊選擇要充分考慮行政轄區(qū)、作物種類和種植主體等因素，其中典型田塊所處位置要覆蓋灌區(qū)骨干渠道的上、中、下游，作物種類要包括灌區(qū)主要種植的作物，種植主體要包括散戶和大戶種植片區(qū)。山丘型灌區(qū)量水方式主要有標(biāo)準(zhǔn)斷面量水、水工建筑物量水和堰槽量水三種，具體技術(shù)特點(diǎn)如下：

標(biāo)準(zhǔn)斷面量水主要適用于具備標(biāo)準(zhǔn)斷面的渠道，且該斷面的水位—流量要求穩(wěn)定，即存在單一關(guān)系。符合標(biāo)準(zhǔn)斷面量水的渠段應(yīng)上下游渠道順直、渠床穩(wěn)定堅(jiān)固、水流平穩(wěn)、無沖刷或淤積現(xiàn)象，且不受下游建筑物回水影響，其長度應(yīng)大于20倍渠段的最大水深。在較長時(shí)期內(nèi)，某斷面的實(shí)測流量與相應(yīng)水位的點(diǎn)據(jù)呈密集帶狀分布，可用一條單一曲線來表示，這就是穩(wěn)定的水位流量關(guān)系。通過實(shí)測渠道、河道水位經(jīng)率定分析或利用經(jīng)驗(yàn)公式確定流量系數(shù)，用水力學(xué)公式計(jì)算得到流量。

水工建筑物量水主要是利用河、渠、湖、庫上已有的堰閘、涵洞、抽水站、水電站等水工泄水建筑物。建筑物本身完整無損，無變形、剝蝕或滲水；調(diào)節(jié)設(shè)備良好，啟閉設(shè)備完整、靈活，閘門無歪斜、不漏水，無扭曲變形，無損壞現(xiàn)象；建筑物前、后，閘孔或閘槽中無泥沙淤積及雜物阻水；符合水力計(jì)算要求，水位差大于5 cm，水流呈淹沒流狀態(tài)時(shí)，其淹沒度不應(yīng)大于0.9。通過實(shí)測水頭(水頭差)和閘門開啟高度等水力因素，經(jīng)率定分析或利用經(jīng)驗(yàn)公式確定流量系數(shù)或效率系數(shù)，用水力學(xué)公式計(jì)算得到流量。

堰槽量水一般是由行近渠槽、量水建筑物和下游段三部分組成，測流堰槽應(yīng)設(shè)置于順直渠段，上游行近渠段壅水高度不應(yīng)影響進(jìn)水口的正常引水，渠床穩(wěn)定堅(jiān)固、水流平穩(wěn)、無沖刷和淤積現(xiàn)象，且不受下游建筑物回水影響，長度應(yīng)大于渠寬的5～15倍；行近渠內(nèi)水流佛汝德數(shù)Fr不應(yīng)大于0.5。量水建筑物主體段過水?dāng)嗝婵茖W(xué)收縮，使得上、下游形成一定的水頭落差，即可得到較為穩(wěn)定的水位與流量關(guān)系。通過實(shí)測上下游水位經(jīng)率定分析或利用經(jīng)驗(yàn)公式確定流量系數(shù)或效率系數(shù)，用水力學(xué)公式計(jì)算得到流量。

上述3種山丘區(qū)主要量水方式水位(水深)測量宜采用自動(dòng)化水位計(jì)，如浮子式和超聲波水位計(jì)，利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或自建光纖遠(yuǎn)程傳輸至數(shù)據(jù)庫和灌區(qū)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)流量、水量的自動(dòng)計(jì)算和分析。

2.3 計(jì)量設(shè)施運(yùn)行管理模式創(chuàng)新

根據(jù)浙江省各類型灌區(qū)農(nóng)田水利設(shè)施運(yùn)行管理實(shí)際情況，確定計(jì)量設(shè)施運(yùn)行管理模式如圖1所示。

圖1 浙江省農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革計(jì)量設(shè)施運(yùn)行管理模式圖Fig.1 Operation and management mode of metering facilities for comprehensive reform of agricultural water price in Zhejiang Province

管護(hù)主體：計(jì)量設(shè)施運(yùn)行管理主體分為技術(shù)管理主體和日常管理主體，其中技術(shù)管理主體建議由縣級水行政主管部門統(tǒng)一委托第三方維保企業(yè)承擔(dān)，由維保企業(yè)負(fù)責(zé)縣域范圍內(nèi)計(jì)量設(shè)施設(shè)備的技術(shù)維護(hù)；日常管理主體建議由所在村委會(huì)承擔(dān)，村委會(huì)可聘用管水員負(fù)責(zé)村集體范圍內(nèi)計(jì)量設(shè)施設(shè)備的日常巡查和維護(hù)。

管護(hù)要求：計(jì)量設(shè)施管理單位應(yīng)制定計(jì)量設(shè)施管理規(guī)程和制度，主要內(nèi)容包括計(jì)量設(shè)施檢查內(nèi)容、檢查流程、運(yùn)行管護(hù)、問題處理等方面。日常管理主體和技術(shù)管理主體應(yīng)分別開展計(jì)量設(shè)施的常規(guī)檢查和特別檢查，形成檢查報(bào)告，并對檢查過程中發(fā)現(xiàn)的問題予以及時(shí)處理。

數(shù)據(jù)觀測及應(yīng)用：計(jì)量設(shè)施管理單位應(yīng)根據(jù)灌區(qū)實(shí)際制定量水觀測制度，按旬、月和灌溉期進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)復(fù)核，縣級水行政主管部門應(yīng)根據(jù)年度用水量數(shù)據(jù)和用水定額確定農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革精準(zhǔn)補(bǔ)貼和節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)金額，并向群眾公示。

管護(hù)經(jīng)費(fèi)：計(jì)量設(shè)施管護(hù)經(jīng)費(fèi)可在年度農(nóng)田水利維修養(yǎng)護(hù)資金、農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革精準(zhǔn)補(bǔ)貼資金和灌區(qū)水費(fèi)收入中予以安排。

3 對策與建議

灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水計(jì)量涉及監(jiān)測、傳輸、應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)，涉及面廣，應(yīng)用條件復(fù)雜，上述模式通過在各地區(qū)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革中的應(yīng)用實(shí)踐，取得了較好的效果。但在應(yīng)用過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題，對此提出以下對策和建議。

(1)平原區(qū)應(yīng)加大計(jì)量設(shè)施投入，提高泵站直接計(jì)量比例。浙江省平原型灌區(qū)通過流量計(jì)量水和以電折水相結(jié)合，用水計(jì)量整體覆蓋率較高，但是能夠直接計(jì)量水量的泵站比例較低，距離國家對農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革的要求還有較大差距，需要持續(xù)的資金和技術(shù)投入，是一項(xiàng)長期的系統(tǒng)工程，建議相關(guān)部門因地制宜、密切配合、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，不斷加大政策支持和技術(shù)及資金投入，在具備管道式流量計(jì)安裝條件的泵站應(yīng)裝盡裝，提高泵站直接計(jì)量的比例，確保灌區(qū)取用水計(jì)量的準(zhǔn)確性，為農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。

(2)山丘區(qū)應(yīng)合理布局計(jì)量設(shè)施，增強(qiáng)以點(diǎn)代面科學(xué)性。浙江省山丘區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉以渠道自流為主，灌區(qū)水源條件復(fù)雜，且灌區(qū)取、分、退、排水口較多，全部建設(shè)計(jì)量設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測實(shí)現(xiàn)難度較大。建議灌區(qū)充分考慮行政轄區(qū)、 作物種類和種植主體等因素，科學(xué)布局計(jì)量設(shè)施，加大對灌區(qū)主要水源渠首、重要分水口及典型田塊的計(jì)量監(jiān)測，合理確定支渠以下計(jì)量監(jiān)測力度和監(jiān)測布點(diǎn)密度，增強(qiáng)以點(diǎn)代面科學(xué)性，提高灌區(qū)量水精度。

(3)提升計(jì)量設(shè)施運(yùn)行管護(hù)水平，加強(qiáng)灌區(qū)計(jì)量數(shù)據(jù)使用。通過農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革項(xiàng)目的實(shí)施，浙江省灌區(qū)計(jì)量設(shè)施建設(shè)已初具規(guī)模，但是由于計(jì)量站點(diǎn)大多分布在野外，管理維護(hù)比較困難，且地方主管部門對計(jì)量數(shù)據(jù)的使用率不高，無法發(fā)揮計(jì)量設(shè)施在用水管水方面的約束作用。建議管理單位配備基本的站房保護(hù)和人員維護(hù)，以及相應(yīng)的電源和網(wǎng)絡(luò)條件，提升計(jì)量設(shè)施運(yùn)行管護(hù)水平，并加強(qiáng)灌區(qū)計(jì)量數(shù)據(jù)的采集、分析和使用，為農(nóng)業(yè)用水定額管理和節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)提供基礎(chǔ)依據(jù)。