天津市農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計(jì)方法探討

彭慧，閆冬，柴雅彬，王勝燕

（天津市水文水資源管理中心，天津300061）

我國自古就有“有收無收在于水”的農(nóng)事諺語，可見水對(duì)于農(nóng)業(yè)的重要作用。天津市地處華北平原東北部、海河流域最下游，由于特殊的地理位置以及上游水資源的過度開發(fā)，形成了汛期洪水短歷時(shí)強(qiáng)下泄、枯季上游無來水的局面。因此，天津市農(nóng)業(yè)用水保證度不高。

天津市農(nóng)業(yè)用水涵蓋耕地、林地、園地、水產(chǎn)、畜禽等方面，其中耕地種植物包括各種農(nóng)作物（含蔬菜）、花卉、果樹等。由于農(nóng)業(yè)用水保證度不高，農(nóng)業(yè)用水水源涵蓋了本地地表水及入境水、淺層地下淡水及微咸水、深層地下孔隙水及巖溶水等。加之農(nóng)業(yè)用水完全安裝計(jì)量設(shè)施的財(cái)政保障不足及計(jì)量設(shè)施維護(hù)困難等，天津市農(nóng)業(yè)用水的統(tǒng)計(jì)任務(wù)繁重且艱巨，找出能反映實(shí)際用水情況的農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計(jì)方法很有必要。

1 天津市現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計(jì)方法及不足

現(xiàn)狀天津市農(nóng)業(yè)用水量的統(tǒng)計(jì)方法主要有以下3種：①對(duì)于具備用水計(jì)量設(shè)施的區(qū)域，直接讀取用水量數(shù)據(jù)；②對(duì)于不具備用水計(jì)量設(shè)施但可以計(jì)量灌溉用電量的區(qū)域，根據(jù)“以電折水”系數(shù)參考值成果，采用“以電折水”方法測算區(qū)域用水量；③選擇用水計(jì)量設(shè)施完善的典型區(qū)塊，根據(jù)典型區(qū)塊的用水情況計(jì)算出單位面積綜合定額，根據(jù)綜合定額推算出相同水資源條件區(qū)域的用水量。但在實(shí)際中，還存在兩方面不足：①由綜合用水定額推算更大區(qū)域用水量可能會(huì)由于種植結(jié)構(gòu)及各種作物種植面積的不同與實(shí)際用水量偏差較大；②同一河道取水口或同一機(jī)井的供水范圍往往涵蓋水稻、玉米、小麥、蔬菜等多種類型作物，由綜合用水定額無法推算區(qū)域不同作物的用水量。

2 “以電折水”與用水定額相結(jié)合的推算方法

2.1 “以電折水”推算方法

“以電折水”是通過計(jì)量機(jī)井、水泵灌溉的用電量乘以水電轉(zhuǎn)換系數(shù)來推算本次灌溉用水總量的一種方法[1]。水電轉(zhuǎn)換系數(shù)即通常所說的“以電折水”系數(shù)，通過分別觀測得到的機(jī)井或地表取水水泵在一定時(shí)段內(nèi)的總用水量和總用電量，將這一時(shí)段內(nèi)機(jī)井或地表取水水泵的總用電量和總用水量的比值分別定義為地下水、地表水利用的“以電折水”系數(shù)。

由于電量受電量產(chǎn)出設(shè)備的影響、水量受水量產(chǎn)出設(shè)備的影響，在電壓比較穩(wěn)定的情況下，“以電折水”系數(shù)主要受產(chǎn)出設(shè)備的影響，分機(jī)井、地表取水泵站2類情況確定。其中，機(jī)井“以電折水”系數(shù)考慮水文地質(zhì)條件及機(jī)泵參數(shù)因素，地表取水泵站則主要考慮機(jī)泵參數(shù)因素。目前，天津市“以電折水”系數(shù)經(jīng)過廣泛試驗(yàn)，其成果已經(jīng)發(fā)布并逐步推廣使用，但“以電折水”推算方法還無法區(qū)分區(qū)域不同種植作物如大田、稻田、蔬菜等的年用水量。

2.2 用水定額匡算方法

用水定額是指單位時(shí)間內(nèi)單位產(chǎn)品、單位面積或人均生活所需要的用水量。按照用水主體，可分為工業(yè)用水定額、生活用水定額、農(nóng)業(yè)用水定額和生態(tài)用水定額[2]。用水定額具有時(shí)間上的動(dòng)態(tài)性，隨社會(huì)、科技進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展而變化；具有區(qū)域上的差異性，包括社會(huì)、科技和國民經(jīng)濟(jì)以及氣候、下墊面等自然條件差異。因此，用水定額需要不定期地重新核定。

根據(jù)《中華人民共和國水法》《取水許可和水資源費(fèi)征收管理?xiàng)l例》（國務(wù)院第460號(hào)令）及2011年中央一號(hào)文件，用水定額已經(jīng)在水資源管理取水許可及節(jié)水環(huán)節(jié)中發(fā)揮了相當(dāng)重要的作用，如最嚴(yán)格水資源管理中的總量控制、取水許可水量的審批、節(jié)水管理中計(jì)劃指標(biāo)的下達(dá)等。鑒于農(nóng)業(yè)實(shí)際用水計(jì)量全覆蓋的難度，人們用地方發(fā)布的用水定額結(jié)合各作物種植面積匡算區(qū)域農(nóng)業(yè)用水量，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果往往因?yàn)楫?dāng)年降水量大于或小于多年平均值而大于或小于作物的實(shí)際用水量。

2.3 與用水定額相結(jié)合的推算方法及應(yīng)用

2.3.1 “以電折水”與用水定額相結(jié)合的推算方法

假定某種植區(qū)域?yàn)榈湫蛥^(qū)塊，如果選取的典型區(qū)塊不具備用水計(jì)量設(shè)施，但有灌溉用電計(jì)量設(shè)施，在已知該典型區(qū)塊某一河道取水口的總用電量及該取水口供水范圍內(nèi)各種作物種養(yǎng)面積的情況下，采用如下公式組合可以計(jì)算出該區(qū)域農(nóng)業(yè)用水總量及各種作物各自的年用水量：

式中：Q總為某種植區(qū)域的農(nóng)業(yè)年用水總量（萬m3）；k為“以電折水”系數(shù)（m3/kW·h）；E總為年取用水用電總量（kW·h）；Qi為某作物年用水量（萬m3）；Ai為某作物年種植面積（hm2）；qi為某作物用水定額（m3/hm2）；Q定總為某種植區(qū)域所有作物按用水定額計(jì)算的用水總量（萬m3）。

由式（1）—（3）可以看出，在結(jié)合“以電折水”系數(shù)算出用水總量的情況下，可以根據(jù)各種作物依用水定額乘以種植面積計(jì)算的定額量占定額總和的份額來確定各種作物的年實(shí)際用水量。

2.3.2 用水計(jì)量與用水定額相結(jié)合的推算方法

對(duì)于取水口具備用水計(jì)量設(shè)施且已知該區(qū)域該取水口供水范圍內(nèi)各種作物種養(yǎng)面積的情況下，采用如下公式組合可以計(jì)算出該區(qū)域各種作物各自的年用水量。其計(jì)算公式如下：

式中：所有變量含義同上。

由式（4）—（5）可以看出，在已知用水總量的情況下，可以直接根據(jù)各種作物依用水定額乘以種植面積計(jì)算的定額量占定額總和的份額來確定各種作物的年實(shí)際用水量。

2.3.3 應(yīng)用實(shí)例

要完成某一指定區(qū)域的農(nóng)業(yè)灌溉用水統(tǒng)計(jì)，必須提前完成水源條件分區(qū)和典型區(qū)塊布設(shè)。其中，水源條件分區(qū)一般根據(jù)其均質(zhì)性分為4類，即具備地表水源條件的提水灌溉區(qū)、具備地表水源條件的自流引水灌溉區(qū)、具備機(jī)井供水條件的灌溉區(qū)、具備地表地下雙水源的灌溉區(qū)；典型區(qū)塊的布設(shè)須具備2個(gè)條件，一是具備灌溉用水或灌溉用電計(jì)量設(shè)施，二是清楚掌握典型區(qū)塊內(nèi)各種植作物的種植面積。選擇的典型區(qū)塊如果不能涵蓋水資源分區(qū)里所有種植作物，則需要增加典型區(qū)塊直至能涵蓋。

以寶坻區(qū)為例，從地表水源來看，貫穿寶坻區(qū)的主要河流有薊運(yùn)河、潮白新河、青龍灣減河；從水文地質(zhì)條件來看，地下水咸淡分界線貫穿境內(nèi)。結(jié)合地面高程等因素，寶坻區(qū)按水源條件分為3個(gè)區(qū)，即地表水灌區(qū)、地下水井灌區(qū)、地表地下水混灌區(qū)。其中，井灌區(qū)全部位于地下水全淡水區(qū)，可以任意布設(shè)1個(gè)以上典型區(qū)塊；地表地下水混灌區(qū)位于潮白新河兩岸，南岸和北岸應(yīng)該分別布設(shè)典型區(qū)塊，才更具備代表意義；地表水灌區(qū)分別位于薊運(yùn)河南岸、潮白新河兩岸和青龍灣減河兩岸，根據(jù)取水情況分別布設(shè)典型區(qū)塊，如圖1所示。

圖1 寶坻區(qū)水源條件分區(qū)示意

以潮白新河南岸地表水灌區(qū)為例布設(shè)典型區(qū)塊。已知該區(qū)塊地表取水口農(nóng)業(yè)用電總量及主要作物種植面積，結(jié)合發(fā)布的用水定額完成農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)。該區(qū)塊年度用電總量為176 279 kW·h，地表取水口采用200HW-12型混流泵，“以電折水”系數(shù)取平均值16.55 m3/（kW·h），計(jì)算出用水總量2 917 417 m3。采用上述公式，各作物實(shí)際用水量計(jì)算過程及結(jié)果詳見表1。

表1 某區(qū)塊農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)

從表1可以看出，根據(jù)水稻、蔬菜、玉米、小麥各自種植面積、用水定額算出各自的定額水量，再按照定額水量占所有作物定額總量的份額，結(jié)合“以電折水”算出的年度實(shí)際用水總量得出水稻、蔬菜、玉米、小麥各自的年度實(shí)際用水量，分別為2 304 477、207 727、97 949、307 264 m3，由此得出單位面積水稻、蔬菜、玉米、小麥各自的年實(shí)際用水量分別為6 492、4 335、1 080和2 160 m3/hm2。

根據(jù)上述典型區(qū)塊各作物單位面積用水量的統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合整個(gè)潮白新河南岸灌區(qū)水稻、蔬菜、玉米、小麥各自的種植面積計(jì)算整個(gè)潮白新河南岸年度總用水量及各作物年度用水量。經(jīng)計(jì)算，潮白新河南岸用水總量為15 071萬m3，其中水稻、蔬菜、玉米、小麥年度用水量分別為12 109萬、987萬、475萬和1 500萬m3。

3 結(jié)論

“以電折水”或?qū)嶋H用水計(jì)量與用水定額相結(jié)合的推算方法，是較為客觀反映當(dāng)年實(shí)際用水量的方法。這是因?yàn)?，一是?quán)威發(fā)布的用水定額是通過大量的典型性試驗(yàn)及調(diào)查獲得的，利用其在定額計(jì)算的總用水量中的份額去推算其實(shí)際用水量是可靠的；二是用電量是用水過程中實(shí)際發(fā)生的電量，其準(zhǔn)確性僅次于實(shí)測水量。因此，“以電折水”或?qū)嶋H用水計(jì)量與用水定額相結(jié)合的推算方法能滿足區(qū)域內(nèi)當(dāng)年各種作物的實(shí)際用水量的統(tǒng)計(jì)需要。

對(duì)于使用多水源的區(qū)域，可依據(jù)2種情況分別處理：①多種水源用電分別控制的情況，可按照上述方法分別推算出地表水覆蓋區(qū)、井灌區(qū)各自的用水量，并各自縮放至整個(gè)行政區(qū)；②多種水源共同用電的情況，可粗略估計(jì)各水源所占的份額實(shí)現(xiàn)不同水源各種植作物的用水統(tǒng)計(jì)。實(shí)際上，通過對(duì)天津各區(qū)廣泛的實(shí)地調(diào)研，后一種情況很少見，基本上不同水源用電都能夠分別控制。

總之，農(nóng)業(yè)用水要實(shí)現(xiàn)實(shí)際用水計(jì)量全覆蓋，既不可能實(shí)現(xiàn)，也沒有必要。選取具備總用電量計(jì)量設(shè)施或?qū)嶋H用水量計(jì)量設(shè)施的某典型區(qū)塊，采用與用水定額相結(jié)合的辦法，計(jì)算出該區(qū)塊某作物當(dāng)年的實(shí)際用水定額，縮放至同等水源條件的區(qū)域，可以完成整個(gè)行政區(qū)農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)。實(shí)踐證明，該方法是行之有效的。