清豐縣以電折水度量方法實(shí)驗(yàn)探討

黃喜明 丁偉強(qiáng) 張 磊

(1.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450008；2.河南省農(nóng)田水利水土保持技術(shù)推廣站，河南 鄭州 450003；3.河南省山水田園規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450000)

為深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革，針對當(dāng)前改革中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)小農(nóng)戶經(jīng)營，地塊碎片化，運(yùn)用水表或流量計(jì)度量用水效率的方式操作不方便，投入產(chǎn)出效果不佳，不利于普及推廣的突出問題，河南省農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室印發(fā)了《關(guān)于清豐縣農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革試行以電折水有關(guān)事項(xiàng)的通知》(豫農(nóng)水價(jià)改辦〔2019〕3號(hào))，把清豐縣作為創(chuàng)新農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革計(jì)量方式試點(diǎn)，力求通過開展以農(nóng)業(yè)灌溉用電量折算用水量(以下簡稱以電折水)度量方式改革，構(gòu)建科學(xué)、精準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)的農(nóng)業(yè)灌溉用水計(jì)量體系，提高農(nóng)業(yè)灌溉用水精細(xì)化管理水平，為農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革措施落地生根創(chuàng)造條件。

1 以電折水度量方法

1.1 以電折水度量方法概述

以電折水是指將灌溉用電量折算成用水量的方法。這種方法需要通過典型測試，建立一個(gè)科學(xué)合理的可調(diào)節(jié)的變量系數(shù)，在不同灌溉工況條件下，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量效果。

水電轉(zhuǎn)換系數(shù)一般定義為在一定時(shí)間段內(nèi)水泵的總出水量和總用電量的比值，即

(1)

式中：Tc為水電轉(zhuǎn)換系數(shù)，m3/(kW·h)；AW為總出水量，m3；AE為總用電量，kW·h。

當(dāng)Tc一定時(shí)，理論上通過精確計(jì)量水泵總用電量AE，即可推算水泵總出水量AW，計(jì)算公式為

AW=Tc·AE

(2)

1.2 水電轉(zhuǎn)換系數(shù)實(shí)驗(yàn)方法步驟

a.選擇條件。為確保測試數(shù)據(jù)精確度和選擇機(jī)井的代表性，在調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件、地下水含水層賦存條件、井位、井距、井深、單井涌水量的差異性，分別選擇試驗(yàn)區(qū)范圍內(nèi)占各行政村灌溉機(jī)電井總數(shù)10%的井作為測試典型井。

b.測試工具。利用GIS繪制典型代表井分布圖，標(biāo)識(shí)典型井的坐標(biāo)位置。對水電系數(shù)測量儀與機(jī)電井上安裝的流量計(jì)或電表，或與變壓器配套的電表，進(jìn)行適配性比對校驗(yàn)。

c.連接方法。水電系數(shù)測量儀連接在機(jī)井出水口，測量儀與水泵出水口的間距為1.5m，通過直徑為110mm的PVC或PE軟水帶連接。為保證滿管測量，度量儀器盡可能安裝在出水管平直段，水表安裝的位置前面或者后面要有10倍管徑(單位)的直管段距離。比如流量計(jì)是DN100的，那前面就要有500mm的直管段，后要有300mm的直管段距離，見圖1。

圖1 水電系數(shù)測量儀與機(jī)井出水口連接方法

d.試驗(yàn)參數(shù)。主要包括試驗(yàn)時(shí)長、耗電量、提水量、目錄電價(jià)等。

e.試驗(yàn)記錄。每次試驗(yàn)時(shí)間不少于60min，水量每隔5min讀數(shù)一次，電量以變壓器房附近農(nóng)民灌溉刷卡電表計(jì)量。開始前讀取電表電量和IC卡上的金額。結(jié)束后，再一次記錄電表電量和IC卡數(shù)據(jù)。試點(diǎn)區(qū)電價(jià)為河南省統(tǒng)一目錄電價(jià)0.4842元/(kW·h)。

f.測試數(shù)據(jù)。按照機(jī)電井抽水試驗(yàn)記錄表的要求詳細(xì)記錄量測數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)觀測成果，將觀測數(shù)據(jù)匯總，統(tǒng)計(jì)測算成果。表1數(shù)據(jù)是2019年7月11日以電折水試驗(yàn)成果，是河南省水價(jià)改革以電折水試驗(yàn)項(xiàng)目，因內(nèi)容較多，表中僅列部分測試結(jié)果。分析計(jì)算求出各村統(tǒng)計(jì)參數(shù)的算術(shù)平均值，以統(tǒng)計(jì)參數(shù)的算術(shù)平均值作為試點(diǎn)區(qū)水電轉(zhuǎn)換系數(shù)的參考值，并根據(jù)實(shí)測系數(shù)給出區(qū)間范圍。

表1 水電系數(shù)測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)(部分?jǐn)?shù)據(jù))

續(xù)表

1.3 試驗(yàn)成果

根據(jù)以電折水度量方法的計(jì)算公式分別求出單眼機(jī)井的水電轉(zhuǎn)換系數(shù)，再求出36眼典型機(jī)井(典型實(shí)驗(yàn)井的選取見1.2)的水電轉(zhuǎn)換系數(shù)的平均值，結(jié)果為3.133m3/(kW·h)(見表2)。

表2 以電折水轉(zhuǎn)換系數(shù)測算成果

改革區(qū)配套水泵功率多是7.5kW,加上電損實(shí)際每小時(shí)用電8～10kW·h，設(shè)計(jì)出水量為32m3/s,灌溉季節(jié)帶負(fù)荷時(shí)出水量為20～32m3/s，分別剔除水電轉(zhuǎn)換系數(shù)大于4.000的3眼、小于2.000的4眼異常井?dāng)?shù)據(jù)，計(jì)算出剩余29眼機(jī)井的水電轉(zhuǎn)換系數(shù)的平均值，得出水電轉(zhuǎn)換系數(shù)為3.196m3/(kW·h)(見表2)。

經(jīng)合理性分析，并反復(fù)驗(yàn)證，推薦采用3.196m3/(kW·h)為試點(diǎn)區(qū)域以電折水系數(shù)。

2 以電折水成果應(yīng)用模式

2.1 以水價(jià)折算電價(jià)模式

如保證率為50%時(shí)，水價(jià)為0.8278元/(kW·h)；保證率為75%時(shí)，水價(jià)為0.6616元/(kW·h)。然后在電價(jià)中將目錄電價(jià)和包含在電價(jià)中的代收的管理運(yùn)行費(fèi)部分分離，見表3。

表3 以水價(jià)折算為電價(jià)方法

2.2 以用水量折算用電量模式

在沒有安裝水表的灌區(qū)，農(nóng)民灌溉以電卡計(jì)費(fèi)，清豐縣糧食作物灌溉用水確權(quán)畝均定額為225m3。若以用水量折算用電量：50%保證率時(shí)，畝均年用電量為70.4kW·h，畝均年電費(fèi)為34.09元；75%保證率時(shí)，畝均年用電量為98.56kW·h,畝均年電費(fèi)為47.72元，見表4。

表4 以用水量折算為用電量方法

2.3 以用電量折算用水量模式

若以用電量折算用水量：50%保證率時(shí)，畝均年用水量為225m3；75%保證率時(shí)，畝均年用水量為315m3，見表5。

表5 以用電量折算為用水量方法

3 數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)及操作流程

以電折水?dāng)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)架構(gòu)包括采集層、傳輸層、應(yīng)用層。

a.采集層：利用電力系統(tǒng)建設(shè)的農(nóng)田灌排區(qū)，按照一井一線一表模式采集農(nóng)田灌溉用電數(shù)據(jù)。采用以電計(jì)量收費(fèi)，實(shí)行“先充值繳納電費(fèi)、后刷卡取水澆地”的方法，需先到電力部門設(shè)立的收費(fèi)大廳(或網(wǎng)上)預(yù)繳費(fèi)，然后即可在本村內(nèi)任何一個(gè)機(jī)電井上刷卡啟動(dòng)電機(jī)灌溉。為滿足農(nóng)業(yè)灌溉總量控制與定額管理的實(shí)施要求，電力部門按照用電限額的模式，設(shè)立專門的灌溉收繳管理系統(tǒng)，設(shè)立電費(fèi)專戶和收繳終端，辦理刷卡存儲(chǔ)電量，確定每個(gè)充電卡每年充值限額，超過部分比照階梯電價(jià)模式收取。

b.傳輸層：用電卡中的預(yù)繳電費(fèi)隨著灌溉用電量的增加而自動(dòng)扣減，直至用完再充值。同時(shí)每個(gè)用電卡的用電量信息將會(huì)傳輸?shù)诫娏π畔⒒芾硐到y(tǒng)，電力部門每月向縣級(jí)管理平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)。

c.應(yīng)用層：由縣級(jí)信息化管理平臺(tái)存儲(chǔ)后，進(jìn)行集中計(jì)算、分析、分解。以每個(gè)用電戶為單元，按實(shí)際用電量計(jì)算分解電費(fèi)。電費(fèi)分兩部分：一部分是按照農(nóng)電牌價(jià)收取的電費(fèi)，計(jì)算后計(jì)入供電部門賬戶；另一部分是包含在電費(fèi)中的農(nóng)田灌溉管理運(yùn)行費(fèi)用，計(jì)算后計(jì)入縣級(jí)財(cái)政專戶。

4 構(gòu)建以電折水信息共享機(jī)制

以電力部門建設(shè)的用電征收管理系統(tǒng)、水利部門建立的農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革信息化管理系統(tǒng)和財(cái)政部門建設(shè)的支付信息化系統(tǒng)為骨干，構(gòu)建以電折水信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。3個(gè)系統(tǒng)各自獨(dú)立管理，以電折水信息互聯(lián)互通，已分配權(quán)限的輸入輸出可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢。

a.電力部門用電征收管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)采集、傳輸農(nóng)業(yè)灌溉用電量，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇h級(jí)平臺(tái)。將采集的數(shù)據(jù)在本級(jí)平臺(tái)整理分解，并將電費(fèi)和包含在電費(fèi)中的管理運(yùn)行費(fèi)部分?jǐn)?shù)據(jù)，在每月初的3日內(nèi)發(fā)送到縣級(jí)財(cái)政局支付信息系統(tǒng)賬戶，便于財(cái)政局核實(shí)數(shù)據(jù)?？h水利局農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革信息化管理系統(tǒng)賬戶，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分別發(fā)送到縣級(jí)、鄉(xiāng)級(jí)、村級(jí) 農(nóng)民用水戶協(xié)會(huì)可視終端；縣級(jí)電力部門應(yīng)確保各個(gè)用水戶能實(shí)時(shí)查看本人用電量信息；分布在各村的電工負(fù)責(zé)及時(shí)把本村的用電量信息實(shí)時(shí)傳遞到本村用水戶協(xié)會(huì)，以便實(shí)時(shí)掌握用電量和用水量情況，確保合理安排灌溉。

b.水利部門農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革信息化管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)構(gòu)建與電力部門建設(shè)的用電征收管理系統(tǒng)、財(cái)政部門建設(shè)的支付信息化系統(tǒng)的交叉功能，負(fù)責(zé)接收電力部門的用電量信息和以電折水信息，負(fù)責(zé)接收和傳遞財(cái)政部門的支付信息化系統(tǒng)以電折水、精準(zhǔn)補(bǔ)貼、節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)信息，負(fù)責(zé)在各級(jí)農(nóng)民用水戶協(xié)會(huì)建立輸入輸出端口，確?；鶎优c縣級(jí)平臺(tái)之間的互聯(lián)互通。

c.財(cái)政部門支付信息化系統(tǒng)，負(fù)責(zé)接收和傳遞電力部門建設(shè)的用電征收管理系統(tǒng)以電折水?dāng)?shù)值信息、水利部門建立的農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革信息化管理系統(tǒng)的以電折水及換算后的精準(zhǔn)補(bǔ)貼和節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)信息，負(fù)責(zé)分析復(fù)核精準(zhǔn)補(bǔ)貼和節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)數(shù)據(jù)信息，并將核定情況向各關(guān)聯(lián)單位反饋。

5 結(jié) 語

通過以農(nóng)業(yè)灌溉用電量折算用水量度量方式的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐應(yīng)用，構(gòu)建科學(xué)、精準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)的農(nóng)業(yè)灌溉用水計(jì)量體系。經(jīng)清豐縣近3年的實(shí)踐檢驗(yàn)，該方法投入少、易操作、可復(fù)制，受農(nóng)民歡迎，可進(jìn)行普及推廣，可有效提高農(nóng)業(yè)灌溉用水精細(xì)化管理水平，為農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革措施落地生根創(chuàng)造條件，為落實(shí)精準(zhǔn)補(bǔ)貼和節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)提供量化依據(jù)。