雙山灌區(qū)農(nóng)業(yè)供水計(jì)量的應(yīng)用研究

劉夢(mèng)婷，丁惠君，劉聚濤，張?zhí)m婷

（江西省水利科學(xué)院，江西 南昌，330029）

0 引言

我國(guó)為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)用水量比其他行業(yè)用水量高，屬用水大戶，節(jié)水潛力巨大[1，2]。雖然我國(guó)持續(xù)在推進(jìn)節(jié)水灌溉工作進(jìn)程，水資源利用率有顯著性提高，但灌區(qū)用水粗放的現(xiàn)象仍然存在。2016年，國(guó)務(wù)院提出推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革，促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水，保障國(guó)家糧食安全和水安全，全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施農(nóng)業(yè)節(jié)水的體制機(jī)制正在逐步建立。結(jié)合全面落實(shí)最嚴(yán)格的水資源管理制度，落實(shí)灌溉用水總量控制和定額管理，完善農(nóng)業(yè)供水計(jì)量體系很有必要。

江西是農(nóng)業(yè)大省、糧食主產(chǎn)區(qū)，灌區(qū)數(shù)量較多，農(nóng)業(yè)灌溉水系復(fù)雜，但配套的計(jì)量設(shè)施安裝率較低，水量計(jì)量工作難以開展[3]。2020年，江西省依據(jù)區(qū)域特點(diǎn)，提出有序開展農(nóng)業(yè)供用水計(jì)量體系建設(shè)，扎實(shí)推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革。本文主要以雙山灌區(qū)為典型案例，梳理灌區(qū)農(nóng)業(yè)供水計(jì)量設(shè)施的選型與布局情況，為江西灌區(qū)計(jì)量設(shè)施安裝工作提供參考。

1 江西灌區(qū)農(nóng)業(yè)供用水計(jì)量概況

1.1 農(nóng)業(yè)供用水計(jì)量設(shè)施現(xiàn)狀

江西省位于長(zhǎng)江中下游南岸，屬農(nóng)業(yè)大省，有13座大型灌區(qū)，111座重點(diǎn)中型灌區(qū)，206座一般中型灌區(qū)，大中型灌區(qū)為農(nóng)業(yè)灌溉提供重要保障，但農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施仍然較薄弱，管理粗放，串灌漫灌現(xiàn)象較普遍，用水浪費(fèi)嚴(yán)重[4，5]，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)僅為0.50左右。江西省的節(jié)水關(guān)鍵在農(nóng)業(yè)[6]，為了積極實(shí)施國(guó)家節(jié)水行動(dòng)，要求通過農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革，發(fā)揮水價(jià)綜合杠桿作用，達(dá)到農(nóng)業(yè)節(jié)水的效果[7]。

健全配套農(nóng)業(yè)供用水計(jì)量體系是農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革的基礎(chǔ)[8，9]。江西省水資源相對(duì)充沛，但開展計(jì)量體系建設(shè)起步晚，2012年之前，采取斷面時(shí)間法粗略分配用水量成為解決用水矛盾的主要辦法。隨著國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)、大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造、重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造等項(xiàng)目的全面推進(jìn)，江西省計(jì)量設(shè)施的建設(shè)逐步受到重視。根據(jù)國(guó)家水資源監(jiān)控能力要求，應(yīng)配套計(jì)量設(shè)施，實(shí)現(xiàn)水資源總量控制；據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)安裝的灌區(qū)計(jì)量設(shè)施約349處，有統(tǒng)一的信息化管理平臺(tái)。另外，國(guó)家要求在大中型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造過程中，計(jì)量設(shè)施應(yīng)與其他農(nóng)田水利工程實(shí)行同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工和同時(shí)驗(yàn)收，按此要求，江西省共增設(shè)各種類型的計(jì)量設(shè)施約800處。至目前，全省范圍內(nèi)已建成千余處灌區(qū)農(nóng)業(yè)供水計(jì)量設(shè)施，主要集中在大中型自流灌區(qū)渠首及骨干渠段，自動(dòng)化計(jì)量和非自動(dòng)化計(jì)量各占一半。計(jì)量設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)行為較準(zhǔn)確獲取江西省農(nóng)業(yè)灌溉用水量起到了很大作用，但由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和資金投入等方面的限制，供用水計(jì)量設(shè)施未能全面覆蓋。2020年，江西省根據(jù)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革和國(guó)家節(jié)水行動(dòng)要求，提出配套完善農(nóng)業(yè)供水計(jì)量設(shè)施；初步規(guī)劃，至2022年底，全省大中型灌區(qū)應(yīng)增加供水計(jì)量設(shè)施共2 447套，灌區(qū)計(jì)量設(shè)施信息化覆蓋率達(dá)到80%以上。

1.2 農(nóng)業(yè)供用水計(jì)量設(shè)施存在的問題

當(dāng)前，江西省灌區(qū)計(jì)量設(shè)施具體存在以下幾個(gè)方面的問題：

（1）計(jì)量設(shè)施基礎(chǔ)薄弱。江西省灌區(qū)數(shù)量較多，水系復(fù)雜，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)供用水計(jì)量設(shè)施不配套、不完善等問題突出，目前已安裝的計(jì)量設(shè)施集中于大中型灌區(qū)，且大多在主要干、支渠，斗渠及末級(jí)渠道量水設(shè)施嚴(yán)重不足。另外，末級(jí)渠系建設(shè)不夠規(guī)范，縱橫交錯(cuò)，計(jì)量工作難以開展。

（2）運(yùn)行維護(hù)困難。江西省灌區(qū)管理粗放，缺乏完善的管理制度及規(guī)范，計(jì)量設(shè)施運(yùn)行管理責(zé)任落實(shí)不到位，基層水利人員身兼數(shù)職，計(jì)量設(shè)施安裝后，未按要求定期率定校核，故障率較高，且計(jì)量設(shè)施管護(hù)資金緊缺，無專項(xiàng)資金，后期維護(hù)管理是難點(diǎn)。

（3）計(jì)量方法不科學(xué)。在計(jì)量設(shè)施的布點(diǎn)和選型過程中，未充分考慮渠道形狀、襯砌情況、水體中泥沙、漂浮物等因素的影響，部分灌區(qū)計(jì)量設(shè)施安裝位置在水閘出口或彎道位置，部分計(jì)量設(shè)施的精度會(huì)受到水體垃圾的干擾，導(dǎo)致獲取的數(shù)據(jù)誤差大，不具備科學(xué)性和有效性。

（4）信息化程度低。灌區(qū)信息化建設(shè)的資金及人力投入不足，雖然大中型灌區(qū)干渠大部分都已安裝自動(dòng)化計(jì)量設(shè)施，但缺乏統(tǒng)一的信息化平臺(tái)，終端數(shù)據(jù)采集手段落后，需要技術(shù)人員定期去機(jī)房查看并記錄，采集效率低，數(shù)據(jù)的利用率有限，距離現(xiàn)代化灌區(qū)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)還存在一定差距。

（5）缺乏專業(yè)技術(shù)人才。灌區(qū)未重視技術(shù)人才的作用，灌區(qū)大多偏離市區(qū)，計(jì)量人員的工資又較低，難以吸引或留住專業(yè)技術(shù)人員，導(dǎo)致專業(yè)技術(shù)人員匱乏，對(duì)現(xiàn)有人員的培訓(xùn)力度也不夠且不具備設(shè)備維修保養(yǎng)的專業(yè)技能，整體技術(shù)水平有限。

2 雙山灌區(qū)案例分析

2.1 灌區(qū)基本情況

雙山灌區(qū)位于江西省吉安市吉水縣西部，骨干工程為雙山水庫。雙山水庫于1960年建成，總庫容3 270萬m3，有效庫容2 030萬m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電等作用的中型水庫。灌區(qū)受益范圍涵蓋吉水縣阜田、楓江、盤谷三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，西起阜田里塘，東至楓江青水陂，南自阜田永勝，北至盤谷嶺背。灌區(qū)現(xiàn)有小型引水堰（閘）10處、提水泵站3處、干渠1條，主要支渠3條，渠系建筑物144座，灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積3 766.67hm2（56 500畝），有效灌溉面積2 600hm2（39 000畝）。

經(jīng)實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，雙山灌區(qū)僅在雙山水庫主干渠、南支渠、北支渠渠首安裝了固定式雷達(dá)波流量計(jì)，而目魚形支渠以及重要跨行政村斗渠均未設(shè)置量水設(shè)施。根據(jù)灌區(qū)管理范圍劃分，雙山水庫管理委員會(huì)主要負(fù)責(zé)干渠、支渠的運(yùn)行管護(hù)等工作，而支渠以下渠道分別由渠道歸屬的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村管理。由于具有專門的管護(hù)機(jī)構(gòu)，干支渠上安裝的計(jì)量設(shè)施運(yùn)行情況較為良好。雙山灌區(qū)量水設(shè)施現(xiàn)狀情況如表1所示。

表1 雙山灌區(qū)量水設(shè)施現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

2.2 計(jì)量設(shè)施安裝范圍

根據(jù)江西省灌區(qū)農(nóng)業(yè)供水計(jì)量點(diǎn)的特點(diǎn)，主要分為取水計(jì)量、分水計(jì)量、配水計(jì)量三大類。

（1）取水計(jì)量安裝范圍：大中型灌區(qū)擬在國(guó)家水資源監(jiān)控能力計(jì)劃建設(shè)的計(jì)量設(shè)施之外，在灌溉面積大于66.67hm2（1000畝）且流量大于0.1m3/s的單一水源取水處安裝取水計(jì)量設(shè)施；小型灌區(qū)擬在灌溉面積大于66.67hm2（1 000畝）的單一水源取水處安裝取水計(jì)量設(shè)施。

（2）分水計(jì)量安裝范圍：大中型灌區(qū)擬在灌區(qū)或水庫管理機(jī)構(gòu)與其他管理機(jī)構(gòu)的渠道交界點(diǎn)處安裝分水計(jì)量設(shè)施；小型灌區(qū)不納入分水計(jì)量安裝范圍。

（3）配水計(jì)量安裝范圍：對(duì)于灌溉多個(gè)行政村的灌區(qū)，擬在每個(gè)行政村用水口安裝配水計(jì)量設(shè)施。

結(jié)合雙山灌區(qū)的實(shí)際情況，雙山水庫主干渠已安裝1套取水計(jì)量設(shè)施，南、北支渠已各安裝了1套分水計(jì)量設(shè)施，目魚形支渠及跨行政村斗渠未安裝計(jì)量設(shè)施。根據(jù)計(jì)量設(shè)施安裝范圍，目魚形支渠的水源為盤谷目魚形水陂，需要安裝1套取水計(jì)量設(shè)施；雙山灌區(qū)共涉及27個(gè)村委（用水協(xié)會(huì)），需要安裝26套配水計(jì)量設(shè)施。綜上考慮，雙山灌區(qū)所需計(jì)量點(diǎn)主要為取水計(jì)量和配水計(jì)量。

2.3 常用計(jì)量設(shè)施主要性能比較

目前灌區(qū)供水計(jì)量模式主要分為自動(dòng)化計(jì)量與非自動(dòng)化計(jì)量?jī)纱箢?；自?dòng)化計(jì)量是利用超聲波技術(shù)或雷達(dá)技術(shù)，通過探頭測(cè)量流體液位高度，再經(jīng)過儀器內(nèi)部的微處理器運(yùn)算得到流量[10]。非自動(dòng)化計(jì)量大多是基于水位-流量關(guān)系曲線計(jì)算原理或流速-面積法計(jì)算原理，進(jìn)行人工推算流量[11]，而以電折水是先獲取機(jī)泵的灌溉用電量，再乘以率定好的水電轉(zhuǎn)換系數(shù)，最后推算出用水總量[12]。分別對(duì)常用計(jì)量設(shè)施做優(yōu)缺點(diǎn)分析，如表2所示。

表2 常用計(jì)量設(shè)施對(duì)比分析表

2.4 計(jì)量設(shè)施選型

《國(guó)家節(jié)水行動(dòng)方案》明確要求到2022年，大中型灌區(qū)渠首和干支渠口實(shí)現(xiàn)取水計(jì)量。《江西省2020年度農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革實(shí)施方案》提出在大中型灌區(qū)渠首、干支渠重要引水口、分水口、供用水?dāng)嗝娴忍幗ㄔO(shè)完善相關(guān)計(jì)量設(shè)施，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)斗口以上渠道全部供水計(jì)量，灌區(qū)骨干工程和田間工程分界斷面要全部實(shí)現(xiàn)計(jì)量，為供用水總量控制、定額管理創(chuàng)造條件。

根據(jù)實(shí)地調(diào)研，雙山灌區(qū)擬安裝取水計(jì)量設(shè)施1處，配水計(jì)量設(shè)施26處。按照水量總量控制的要求，在取水口安裝取水計(jì)量設(shè)施，為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)計(jì)量，并結(jié)合今后計(jì)量設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、安全性、方便性，采用標(biāo)準(zhǔn)斷面+雷達(dá)水位計(jì)測(cè)流。配水口基于不堵水，不宜被農(nóng)戶拆除或破壞的原則，一般采用非自動(dòng)化計(jì)量方式，對(duì)于量水精度要求不高的渠道，優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)斷面和水閘水尺等非自動(dòng)化計(jì)量方式，矛盾突出的地方采用自動(dòng)化計(jì)量，因此本次配水口主要采用標(biāo)準(zhǔn)斷面+水尺測(cè)流。雙山灌區(qū)計(jì)量設(shè)施選擇情況如表3所示。

表3 雙山灌區(qū)計(jì)量設(shè)施表

3 結(jié)論與建議

通過實(shí)施農(nóng)業(yè)供水計(jì)量，可優(yōu)化灌區(qū)水資源配置，有效提高用水效率，減少農(nóng)業(yè)廢水排放；同時(shí)，農(nóng)業(yè)用水節(jié)約的水量，通過水權(quán)交易，可置換為工業(yè)、城市、生態(tài)等非農(nóng)用水的增量，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

通過案例分析，結(jié)合江西灌區(qū)的實(shí)際情況，對(duì)灌區(qū)計(jì)量設(shè)施的選擇與應(yīng)用提出以下建議：

（1）由于不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平有所差異，應(yīng)根據(jù)實(shí)際計(jì)量的需要，基于經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，配備與當(dāng)?shù)刎?cái)力相匹配的計(jì)量設(shè)施。

（2）考慮到灌區(qū)灌溉范圍會(huì)涉及多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、多個(gè)行政村，為了便于后續(xù)準(zhǔn)確計(jì)量各用水組織用水量，需要在渠道上下游村委之間供用水分界斷面設(shè)置供水計(jì)量設(shè)施。

（3）采用逐步覆蓋的原則，先少量試運(yùn)行后大量布設(shè)，通過試運(yùn)行期間的數(shù)據(jù)收集，驗(yàn)證計(jì)量數(shù)據(jù)的科學(xué)性和有效性，觀察計(jì)量設(shè)施與渠道的相容性，為進(jìn)一步完善健全農(nóng)業(yè)供水計(jì)量體系提供依據(jù)，促進(jìn)節(jié)約用水，提高農(nóng)業(yè)用水效率。