農(nóng)業(yè)灌溉用水量統(tǒng)計(jì)中樣點(diǎn)灌區(qū)選擇方法研究

張運(yùn)鑫，韓振中，沈瑩瑩，程東娟，吉 曄

(1. 河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056021； 2. 中國灌溉排水發(fā)展中心，北京 100054)

0 引 言

在我國，農(nóng)業(yè)是用水大戶，占用水總量的60%以上，是用水總量控制的重點(diǎn)，而農(nóng)業(yè)灌溉用水量占農(nóng)業(yè)用水量的90%以上，其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性對用水總量統(tǒng)計(jì)有著很大的影響。而以往水資源公報(bào)主要采用典型調(diào)查獲取行業(yè)用水指標(biāo)定額測算用水總量的方法，不能滿足用水總量目標(biāo)控制考核工作的要求[1]。

2014年3月，水利部下發(fā)了辦資源函【2014】57號《水利部辦公廳關(guān)于印發(fā)用水總量統(tǒng)計(jì)方案的通知》[2](以下簡稱“方案”)，對農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)部分中灌溉樣本用水戶的選取原則、方法、數(shù)量做了初步規(guī)定。根據(jù)2011年水利普查成果等相關(guān)資料，全國共有大型灌區(qū)(設(shè)計(jì)灌溉面積30萬畝及以上灌區(qū))456個(gè)；中型灌區(qū)(設(shè)計(jì)灌溉面積1～30萬畝)7293個(gè)，其中，5～30萬畝灌區(qū)3 730個(gè)，1～5萬畝灌區(qū)3 563個(gè)；小型灌區(qū)中50 畝～1 萬畝的灌區(qū)2 057 901個(gè)[3]。由于我國灌區(qū)數(shù)量眾多，灌區(qū)水源和工程類型復(fù)雜，灌區(qū)現(xiàn)狀量測水設(shè)施相對不足等多種原因，不可能對所有灌區(qū)灌溉用水量均直接量測，實(shí)現(xiàn)萬畝以上灌區(qū)全部作為樣點(diǎn)灌區(qū)直接量測并填報(bào)數(shù)據(jù)也有一個(gè)過程。因此，需要對樣點(diǎn)灌區(qū)選擇與布局方法進(jìn)行研究，在確保農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)精度的前提下，結(jié)合《方案》中對灌溉樣本用水戶選取的相關(guān)要求，通過合理選擇樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量和布局，既能滿足現(xiàn)階段灌溉用水總量統(tǒng)計(jì)的要求，又能盡量減少農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計(jì)的工作量。

1 各省級區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)選擇和布局方法

各省級區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)選擇和布局包括：省級區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量確定、灌溉分區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量確定、灌溉分區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)布局等。省級區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量根據(jù)《方案》和統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)理論確定[4]；灌溉分區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量根據(jù)各灌溉分區(qū)內(nèi)灌區(qū)數(shù)量權(quán)重按比例分層抽樣方法分配確定；灌溉分區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)布局根據(jù)灌區(qū)信息、按照非隨機(jī)抽樣方法確定。

各省級區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)布局時(shí)，考慮灌區(qū)規(guī)模、節(jié)水灌溉工程形式及作物種植結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行逐層分類，在最后一層分類灌區(qū)中確定樣點(diǎn)灌區(qū)時(shí)，不能隨機(jī)抽樣，以保證樣點(diǎn)灌區(qū)的既有代表性又符合省級區(qū)域灌溉實(shí)際情況。

在非隨機(jī)抽樣選擇樣點(diǎn)灌區(qū)時(shí)，需要考慮到樣點(diǎn)灌區(qū)空間分布的均勻性，同時(shí)要在節(jié)水灌溉工程設(shè)施情況、灌水方法、種植結(jié)構(gòu)等方面具有代表性，保證主要節(jié)水灌溉工程形式和主要作物種植結(jié)構(gòu)均有樣點(diǎn)灌區(qū)。

在滿足上述要求的條件下，應(yīng)優(yōu)先選擇具備良好量水設(shè)施、較好管理水平和技術(shù)力量的灌區(qū)作為樣點(diǎn)灌區(qū)。

在樣點(diǎn)灌區(qū)選擇上，分為大型灌區(qū)、中型灌區(qū)、小型灌區(qū)(非純井灌區(qū))、純井灌區(qū)四類分別確定。由于小型灌區(qū)數(shù)量較大，為了便于工作，以第一次全國水利普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分為2 000～10 000、50～2 000 畝兩個(gè)檔次，限于條件，50 畝以下灌區(qū)不單獨(dú)選擇樣點(diǎn)，以50～2 000 畝樣點(diǎn)為基礎(chǔ)分析推算其灌溉用水量。

1.1 大型灌區(qū)

由于大型灌區(qū)數(shù)量不多，且設(shè)施、管理、技術(shù)力量等條件較好，《方案》要求所有大型灌區(qū)均屬于農(nóng)業(yè)灌溉用水量統(tǒng)計(jì)對象，故不存在樣點(diǎn)灌區(qū)布局問題。

1.2 中型灌區(qū)

為了更加準(zhǔn)確依據(jù)樣點(diǎn)灌區(qū)統(tǒng)計(jì)推算中型灌區(qū)灌溉用水量，按照灌溉分區(qū)確定中型灌區(qū)樣點(diǎn)的數(shù)量和布局。中型灌區(qū)按設(shè)計(jì)灌溉面積分為1～5 萬畝、5～10 萬畝、10～30 萬畝3個(gè)規(guī)模檔次，主水源類型分為自流引水、提水兩種類型。

設(shè)省級區(qū)第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)的中型灌區(qū)數(shù)量為M中，i，其樣本容量為m中，i，灌溉分區(qū)內(nèi)灌區(qū)規(guī)模有1～5 萬畝、5～10 萬畝、10～30 萬畝，如灌溉分區(qū)內(nèi)1～5 萬畝、主水源為k的一類灌區(qū)的樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量為m中, i，1-5，k，用公式表示為：

m中,i，1-5，k=m中× (M中,i，1-5，k/M中，i)

(1)

m中，i≥30%×M中,i

式中：M中，i為省級區(qū)第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)中型灌區(qū)數(shù)量；m中，i省級區(qū)第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)中型灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量；M中，i，1-5，k為第j個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)1～5 萬畝規(guī)模灌區(qū)中水源類型為k的灌區(qū)數(shù)量；m中, i，1-5，k為第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)1～5 萬畝規(guī)模灌區(qū)中水源類型為k的樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量。

同時(shí)，樣點(diǎn)灌區(qū)總的設(shè)計(jì)灌溉面積應(yīng)滿足下式要求：

a中，i≥30%×A中，i

(2)

式中：a中，i為第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)中型灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)的設(shè)計(jì)灌溉面積；A中，i為第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)中型灌區(qū)的設(shè)計(jì)灌溉面積。

第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)5～10萬畝、10～30萬畝規(guī)模中型灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量宜采用上述公式進(jìn)行計(jì)算分析。

根據(jù)上述公式計(jì)算各灌溉分區(qū)內(nèi)的樣點(diǎn)數(shù)量時(shí)，所得數(shù)值不為整數(shù)時(shí)，則進(jìn)位取整。

1.3 設(shè)計(jì)灌溉面積2 000～10 000 畝小型灌區(qū)

設(shè)計(jì)灌溉面積在2 000～10 000 畝的小型灌區(qū)的樣本容量分配方法同中型灌區(qū)。省級區(qū)某一灌溉分區(qū)i小型灌區(qū)數(shù)量為M小,i，其樣本數(shù)量為m小,i，該灌溉分區(qū)內(nèi)主水源類型為k的樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量為m小, i，k，用公式表示為：

m小, i，k=m小,r×(M小, i，k/M小, i)

(3)

m小,i=M小,i(M小≤10)

m小,i≥5%×M小,i(M小>10)

式中：M小為省級區(qū)小型灌區(qū)數(shù)量；m小省級區(qū)內(nèi)小型灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量。

同時(shí)，樣點(diǎn)灌區(qū)總的設(shè)計(jì)灌溉面積應(yīng)滿足下式要求：

a小，i≥5%×A小，i

(4)

式中：a小，i為第r個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)小型灌區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)的設(shè)計(jì)灌溉面積；A小，i為第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)小型灌區(qū)的設(shè)計(jì)灌溉面積。

根據(jù)上述公式計(jì)算各灌溉分區(qū)內(nèi)的樣點(diǎn)數(shù)量時(shí)，所得數(shù)值不為整數(shù)，一律進(jìn)位取整。

1.4 設(shè)計(jì)灌溉面積50～2 000 畝小型灌區(qū)

在同一灌溉分區(qū)內(nèi)，具有相似的自然條件和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，目前對于灌溉規(guī)模較大的灌區(qū)田間節(jié)水灌溉工程面積占比較少；而對設(shè)計(jì)灌溉面積50～2 000 畝小型灌區(qū)灌溉規(guī)模較小，灌區(qū)田間節(jié)水灌溉工程面積占比較大，種植作物差異，所以田間節(jié)水灌溉工程形式、種植作物不同就成為農(nóng)業(yè)灌溉用水量主要影響因數(shù)。

省級區(qū)第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)的灌區(qū)數(shù)量為Mi，分區(qū)內(nèi)灌溉工程類型分為高效節(jié)水灌溉工程、節(jié)水灌溉工程及未實(shí)施節(jié)水灌溉工程3種，用N表示灌區(qū)內(nèi)實(shí)施3種灌溉工程面積的占比結(jié)構(gòu)。其中N1表示高效節(jié)水灌溉工程在灌區(qū)內(nèi)3種灌溉工程類型中占比最大，N2表示節(jié)水灌溉工程在灌區(qū)內(nèi)3種灌溉工程類型中占比最大，N3表示未實(shí)施節(jié)水灌溉工程在灌區(qū)內(nèi)3種灌溉工程類型中占比最大。某灌溉工程結(jié)構(gòu)類型下主要作物種植結(jié)構(gòu)數(shù)量為LN，則該灌溉分區(qū)內(nèi)樣點(diǎn)數(shù)量為：

(5)

mi≥10%×Mi(M≤100)

mi≥5%×Mi(100

式中：Mi為第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)灌溉面積50～2 000 畝灌區(qū)數(shù)量，mi為第i個(gè)灌溉分區(qū)中的樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量。

同時(shí)，樣點(diǎn)灌區(qū)總的設(shè)計(jì)灌溉面積應(yīng)滿足下式要求：

ai≥1%×Ai

(6)

式中：ai為第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)灌溉面積50～2 000 畝灌區(qū)的樣點(diǎn)灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉總面積；Ai為第i個(gè)灌溉分區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)灌溉面積50～2 000 畝灌區(qū)的設(shè)計(jì)灌溉總面積。

設(shè)計(jì)灌溉面積50～2 000 畝小型灌區(qū)布局方法見表1。

表1 樣點(diǎn)灌區(qū)布局示意

1.5 純井灌區(qū)

純井灌區(qū)樣點(diǎn)布局在規(guī)模50 畝及以上灌區(qū)，其方法同設(shè)計(jì)灌溉面積50～2 000 畝小型灌區(qū)，樣點(diǎn)灌區(qū)面積總面積不能小于純井灌區(qū)總面積的0.5%。

2 樣點(diǎn)灌區(qū)的調(diào)整

影響樣點(diǎn)灌區(qū)選擇的主要因素有灌區(qū)規(guī)模、主要節(jié)水灌溉工程形式、主要作物種植結(jié)構(gòu)、水源類型等，當(dāng)某一因素發(fā)生較大變化時(shí)，應(yīng)對樣點(diǎn)灌區(qū)進(jìn)行調(diào)整，并對變化較大因素進(jìn)行分類判斷。

(1)省級區(qū)內(nèi)樣點(diǎn)灌區(qū)的主要節(jié)水灌溉工程形式和主要作物類型發(fā)生較大變化，由一種類型轉(zhuǎn)化為另外一種類型時(shí)，該樣點(diǎn)灌區(qū)不能再作為某一分層灌區(qū)中的樣點(diǎn)灌區(qū)，應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整。

(2)省級區(qū)內(nèi)樣點(diǎn)灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積發(fā)生較大變化，由一類規(guī)模灌區(qū)變成另一類規(guī)模灌區(qū)時(shí)，應(yīng)該調(diào)整該樣點(diǎn)灌區(qū)。

3 樣點(diǎn)灌區(qū)的選擇-以廣西壯族自治區(qū)為例

基于2011年水利普查成果，由于水利普查成果中缺少灌區(qū)的節(jié)水灌溉工程形式和主要作物種植結(jié)構(gòu)信息，所以在樣點(diǎn)灌區(qū)選擇時(shí)不將節(jié)水灌溉工程和主要作物種植結(jié)構(gòu)作為分層指標(biāo)；另外由于缺少補(bǔ)充水源的灌溉面積情況，所以不考慮補(bǔ)充水源作為灌區(qū)分層指標(biāo)。樣點(diǎn)灌區(qū)選擇方法中將灌區(qū)分層因素調(diào)整為：灌區(qū)規(guī)模、灌溉分區(qū)、主水源、空間分布情況(行政區(qū)位置)。以廣西壯族自治區(qū)為例進(jìn)行樣點(diǎn)灌區(qū)選擇和布局。

廣西壯族自治區(qū)共有大型灌區(qū)11個(gè)，中型灌區(qū)341個(gè)，小型灌區(qū)626個(gè)。水利普查的灌區(qū)名錄庫中灌區(qū)信息有市級機(jī)構(gòu)、縣級機(jī)構(gòu)、灌區(qū)規(guī)模、一級灌溉分區(qū)、二級灌溉分區(qū)、一級水資源分區(qū)、二級水資源分區(qū)、設(shè)計(jì)灌溉面積、市級機(jī)構(gòu)、縣級機(jī)構(gòu)、主水源等。

廣西壯族自治區(qū)共有2個(gè)灌溉分區(qū)，分別為桂北和桂南灌溉分區(qū)，下面以中型灌區(qū)桂北灌溉分區(qū)為例進(jìn)行說明。桂北灌溉分區(qū)內(nèi)中型灌區(qū)數(shù)量共計(jì)為55個(gè)，主水源類型主要包括河湖引水閘、水庫及其他，按照灌區(qū)規(guī)模分為1～5 萬畝、5～10 萬畝及10～30 萬畝三類。其中，主水源為河湖引水閘的灌區(qū)有11個(gè)灌區(qū)，主水源為水庫的有43個(gè)灌區(qū)，其他水源的有1個(gè)。按照中型灌區(qū)篩選過程進(jìn)行樣點(diǎn)灌區(qū)選擇。以1～5 萬畝為例進(jìn)行圖表展示，結(jié)果見表2及圖1。

圖1 桂北灌溉分區(qū)1～5 萬畝灌區(qū)分布圖

廣西壯族自治區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)的選擇結(jié)果：大型灌區(qū)11個(gè)、中型灌區(qū)103個(gè)，小型灌區(qū)40個(gè)，詳見表3。

表2 中型灌區(qū)桂北灌溉分區(qū)1～5 萬畝規(guī)模樣點(diǎn)灌區(qū)分布情況

表3 廣西壯族自治區(qū)樣點(diǎn)灌區(qū)選擇成果

4 結(jié) 論

樣點(diǎn)灌區(qū)的選擇對于農(nóng)業(yè)灌溉用水量統(tǒng)計(jì)工作有著重要的意義?？偨Y(jié)已有工作，得出以下結(jié)論：

(1)從灌區(qū)分區(qū)、灌溉規(guī)模、灌溉工程及主要作物種植結(jié)構(gòu)等信息方面入手，逐級分層，按比例進(jìn)行分配樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量，分析方法科學(xué)合理、簡單易行，對于技術(shù)人員，尤其是基層人員更加容易掌握。

(2)當(dāng)某些灌溉分區(qū)內(nèi)灌區(qū)數(shù)量較少時(shí)，按照比例分配可能導(dǎo)致樣點(diǎn)灌區(qū)選擇的代表性不足，則灌溉分區(qū)內(nèi)樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量必須達(dá)到最少數(shù)量。將分配的樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量與最少樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量比較，取其大者，并滿足設(shè)計(jì)灌溉面積占比要求，最終確定樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)量。

(3)考慮灌區(qū)動態(tài)變化情況，對樣點(diǎn)灌區(qū)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

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