浙江省農(nóng)業(yè)水價綜合改革計量模式研究

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)濟的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境意識的提高，水資源的需求與日俱增，對水資源進行有效的監(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)水價綜合改革工作深入推進，農(nóng)業(yè)用水定額管理逐步完善，灌區(qū)計量設施建設數(shù)量逐年增多，人們積極將廣泛應用于工業(yè)、城鎮(zhèn)供水、環(huán)境保護的先進計量技術引進到灌區(qū)量水工作之中，并結合灌區(qū)量水的特點加以改進，形成了一系列計量類型或模式，取得了較好的效果[2]。如連少偉等[3]結合河北省農(nóng)業(yè)灌溉實際，提出了以水表計量為基礎、以便攜式超聲波流量計為補充、以歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計為拓展的井灌區(qū)用水計量模式。張駿濤[4]針對天津市灌溉水源特點，提出了井灌區(qū)、地表水灌溉用水計量模式以及不同形式水費征收管理模式。樊毅等[5]針對大中型灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水計量設施建設存在的普遍問題，提出了按自動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)用水計量監(jiān)測模式。王滇紅等[6]對里運河沿線9個灌區(qū)各級渠道用水計量現(xiàn)狀進行了調(diào)查統(tǒng)計，總結了江蘇省大中型灌區(qū)灌溉用水計量點布置原則和方法。但是，由于浙江省灌區(qū)眾多，工程類型、管理水平千差萬別，對于量水設備的要求差異較大，量水設備和技術均不能完全滿足灌區(qū)量水工作的要求?！墩憬∞r(nóng)業(yè)水價綜合改革總體實施方案》提出要強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)約的用水計量方式。因此，開展浙江省農(nóng)業(yè)用水計量設施調(diào)查，分析研究計量模式及其適用范圍，對加強灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水管理及推進農(nóng)業(yè)水價綜合改革是十分必要的。

1 浙江省農(nóng)業(yè)水價綜合改革計量設施現(xiàn)狀分析

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

1.1 平原型灌區(qū)計量設施建設及運行情況

浙江省平原型灌區(qū)以泵站提水為主，共建設計量設施1 456 處，以儀表量水、以電折水為主，有1 128 處，占比77.47%；標準斷面量水、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)各類型計量設施運行情況，結合比測率定結果顯示，采用流量計量水的泵站平均計量誤差為4.8%，以電折水的泵站平均計量誤差為23.1%，渠道標準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%。泵站流量計量水精度較高且運行穩(wěn)定，泵站以電折水設備簡單、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)計量設施建設及運行情況

浙江省山丘型灌區(qū)共建設計量設施1 173處，以標準斷面量水為主，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)各類型計量設施運行情況，結合比測率定結果顯示，采用渠道標準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，渠道標準斷面量水、堰槽量水和水工建筑物量水等精度較高，但由于水源復雜、取分水口較多，因此選擇重要口門和典型田塊進行計量，以點代面，有助于摸清面上用水情況，便于開展節(jié)水獎勵。

1.3 計量設施運行管理現(xiàn)狀

浙江省灌區(qū)計量設施的管理主體主要有2類：大中型灌區(qū)骨干工程計量設施運行管理以灌區(qū)管理單位為主，大中型灌區(qū)末級渠系和小型灌區(qū)計量設施一般由農(nóng)民用水合作組織或村集體負責日常管理。農(nóng)業(yè)水價綜合改革計量設施大部分建在末級渠系，村集體、協(xié)會、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，具備信息化設備管理知識和能力的人較少，僅能承擔設施的安全巡查和日常管理，計量設施的技術維護仍需信息化公司承擔，且運行管理經(jīng)費嚴重缺乏，除了大中型灌區(qū)渠首及骨干工程計量設施由灌區(qū)管理單位負責管理和籌措運行經(jīng)費外，其他末級渠系及田間計量設施運行經(jīng)費基本沒有著落。

2 浙江省農(nóng)業(yè)水價綜合改革計量模式總結

2.1 平原型灌區(qū)“首部計量、水電結合”計量模式

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進行用水量精準計量，另外由于灌溉泵站的出水流量過程及出水量與運行時間、用電量存在一定的相關關系，也可通過“計電”的方法換算出水量，這樣的計量方法相對經(jīng)濟、簡便，易于推廣應用。因此，建立平原型灌區(qū)“首部計量、水電結合”的計量模式，通過智能化儀表量水和以電折水方式相結合，使平原型灌區(qū)用水計量更加合理科學。

2.1.2 技術特點

儀表量水。浙江省平原區(qū)灌溉以泵站為基礎，在灌區(qū)泵站安裝用水計量設施，實行泵站首部計量，達到總量控制的目的，并根據(jù)用水總量平均到每個田塊確定畝均用水量。泵站首部用水計量常用的量水設施主要有超聲波流量計和電磁流量計，其準確性、價格、安裝維護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優(yōu)缺點分析表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，灌溉泵站在單位時間的出水量不完全相同，主要因素包括流量、揚程、效率等。對于同一臺泵站，在上述因素變化不大的情況下，通過多次實測“以電計水”參數(shù)可以用來估算泵站的出水量[7]?！耙噪娪嬎狈椒ü浪惚谜境鏊康脑恚?/p>

(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為泵站該時段運行所消耗的電量，kWh。

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

2.2 山丘型灌區(qū)“典型計量、以點代面”計量模式

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，水源條件復雜，且灌區(qū)退排水口較多，全部建設計量設施進行監(jiān)測實現(xiàn)難度較大。因此，建立山丘區(qū)“典型計量、以點代面”的計量模式，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計量設施進行典型計量，以典型田塊用水量情況反映灌區(qū)畝均用水總體情況，從而強化用水定額在用水管水方面的約束力，促進農(nóng)業(yè)節(jié)水和水資源可持續(xù)利用。

2.2.2 技術特點

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)量水方式主要有標準斷面量水、水工建筑物量水和堰槽量水三種，具體技術特點如下：

標準斷面量水主要適用于具備標準斷面的渠道，且該斷面的水位—流量要求穩(wěn)定，即存在單一關系。符合標準斷面量水的渠段應上下游渠道順直、渠床穩(wěn)定堅固、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，其長度應大于20倍渠段的最大水深。在較長時期內(nèi)，某斷面的實測流量與相應水位的點據(jù)呈密集帶狀分布，可用一條單一曲線來表示，這就是穩(wěn)定的水位流量關系。通過實測渠道、河道水位經(jīng)率定分析或利用經(jīng)驗公式確定流量系數(shù)，用水力學公式計算得到流量。

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)設備良好，啟閉設備完整、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；符合水力計算要求，水位差大于5 cm，水流呈淹沒流狀態(tài)時，其淹沒度不應大于0.9。通過實測水頭(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)驗公式確定流量系數(shù)或效率系數(shù)，用水力學公式計算得到流量。

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，測流堰槽應設置于順直渠段，上游行近渠段壅水高度不應影響進水口的正常引水，渠床穩(wěn)定堅固、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，長度應大于渠寬的5～15倍；行近渠內(nèi)水流佛汝德數(shù)Fr不應大于0.5。量水建筑物主體段過水斷面科學收縮，使得上、下游形成一定的水頭落差，即可得到較為穩(wěn)定的水位與流量關系。通過實測上下游水位經(jīng)率定分析或利用經(jīng)驗公式確定流量系數(shù)或效率系數(shù)，用水力學公式計算得到流量。

上述3種山丘區(qū)主要量水方式水位(水深)測量宜采用自動化水位計，如浮子式和超聲波水位計，利用移動網(wǎng)絡或自建光纖遠程傳輸至數(shù)據(jù)庫和灌區(qū)管理平臺，實現(xiàn)流量、水量的自動計算和分析。

2.3 計量設施運行管理模式創(chuàng)新

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

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

管護主體：計量設施運行管理主體分為技術管理主體和日常管理主體，其中技術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，由維保企業(yè)負責縣域范圍內(nèi)計量設施設備的技術維護；日常管理主體建議由所在村委會承擔，村委會可聘用管水員負責村集體范圍內(nèi)計量設施設備的日常巡查和維護。

管護要求：計量設施管理單位應制定計量設施管理規(guī)程和制度，主要內(nèi)容包括計量設施檢查內(nèi)容、檢查流程、運行管護、問題處理等方面。日常管理主體和技術管理主體應分別開展計量設施的常規(guī)檢查和特別檢查，形成檢查報告，并對檢查過程中發(fā)現(xiàn)的問題予以及時處理。

數(shù)據(jù)觀測及應用：計量設施管理單位應根據(jù)灌區(qū)實際制定量水觀測制度，按旬、月和灌溉期進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計復核，縣級水行政主管部門應根據(jù)年度用水量數(shù)據(jù)和用水定額確定農(nóng)業(yè)水價綜合改革精準補貼和節(jié)水獎勵金額，并向群眾公示。

管護經(jīng)費：計量設施管護經(jīng)費可在年度農(nóng)田水利維修養(yǎng)護資金、農(nóng)業(yè)水價綜合改革精準補貼資金和灌區(qū)水費收入中予以安排。

3 對策與建議

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

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

(2)山丘區(qū)應合理布局計量設施，增強以點代面科學性。浙江省山丘區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉以渠道自流為主，灌區(qū)水源條件復雜，且灌區(qū)取、分、退、排水口較多，全部建設計量設施進行監(jiān)測實現(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，科學布局計量設施，加大對灌區(qū)主要水源渠首、重要分水口及典型田塊的計量監(jiān)測，合理確定支渠以下計量監(jiān)測力度和監(jiān)測布點密度，增強以點代面科學性，提高灌區(qū)量水精度。

(3)提升計量設施運行管護水平，加強灌區(qū)計量數(shù)據(jù)使用。通過農(nóng)業(yè)水價綜合改革項目的實施，浙江省灌區(qū)計量設施建設已初具規(guī)模，但是由于計量站點大多分布在野外，管理維護比較困難，且地方主管部門對計量數(shù)據(jù)的使用率不高，無法發(fā)揮計量設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和人員維護，以及相應的電源和網(wǎng)絡條件，提升計量設施運行管護水平，并加強灌區(qū)計量數(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)水獎勵提供基礎依據(jù)。