渠井双灌区水资源统一调控的管理机制研究

康 艳，粟晓玲，党永仁

(1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100；2. 陕西省泾惠渠管理局，陕西 咸阳 713800)

渠井双灌模式是20世纪60年代我国北方一些灌区在原有渠灌系统基础上，适当发展井灌而逐渐形成的一种渠灌与井灌相结合的灌溉方式[1,2]。北方多数大型灌区实行轮灌制度，灌水周期长，单一的地表水渠灌系统依赖天然径流，难以满足作物适时灌溉的要求；而井灌机动灵活，可以适时灌溉，保证作物丰产用水，但过度开采会导致局部地下水超采漏斗、甚至地面下沉，引起区域生态环境等问题。渠井双灌模式可以实现地表水与地下水联合运用，提高灌溉水资源的利用率和灌溉用水保证率，在充分利用当地水资源的条件下，解决农业用水问题，提高粮食产量，实现农业高效用水，控制灌区地下水位，有效遏制土壤次生盐渍化。

多年来，我国学者已针对渠井双灌区地表水和地下水的统一调控、合理配置等问题展开了大量的技术研究。徐玉佩(1991年)以最小地下水开采量和防止土壤盐碱化为目的，研究了最优井渠用水比及相应开采量[3]；聂相田(2006年)以经济效益和地下水位控制为目标，计算了不同水文年井灌水量和渠灌水量[4]；代锋刚、蔡焕杰(2012年)以灌区地下水采补平衡为目标，提出泾惠渠灌区不同渠首有效灌溉引水量情况下的井渠灌水比例[5]；李慧，周维博(2015年)基于地下水合理埋深，对不同保证率下的灌区水资源进行了联合调控[6,7]；高胜国(2011年)以控制地下水位在合理范围为目的，研究了地下水与地表水联合调度智能监控系统[8]；蒋树芳(2012年)研究设计了井渠结合灌区水资源联合调度的输水灌溉信息管理与控制系统，以实现远程无线监控和信息化管理[9]。上述研究已在渠井双灌区地表水和地下水联合运用、合理配置等方面取得了丰硕的成果，提出了不同目标条件下地表水和地下水资源的优化配置方案。然而，由于灌区用水管理机制等问题，并没有实现真正意义上的地表水、地下水联合运用管理，使得大量联合调控研究成果难以在灌区应用。渠井双灌区水资源管理机制已经成为制约渠井双灌区发展的瓶颈问题。

因此，本文以泾惠渠渠井双灌区为例，纵观泾惠渠灌区渠井双灌的发展历程，分析水资源统一调控管理中存在问题，提出渠井双灌区地表地下水资源统一调控的管理机制。

1 泾惠渠渠井双灌区发展历程

泾惠渠灌区位于陕西关中平原中部，是一个自泾河自流引水、渠井双灌、灌排结合、以农业灌溉为主的大型灌区。灌区面积约1 180 km2，属于大陆性半干旱气候区，多年平均降雨量534 mm，蒸发量1 212 mm。灌区辖西安、咸阳、渭南三市的泾阳、三原、高陵、临潼、阎良、富平6个县(区)，总人口120万人。

泾惠渠灌区自1932 年6 月建成通水以来，大致经历了4个发展阶段。

(1)单一渠灌阶段(20世纪30年代至50年代中期)。灌区引泾河水为主要地表水源，泾河是雨式河流，多年平均年径流量约为17亿m3，干流长455.1 km，泾河流域总面积45 421 km2。在这一阶段灌区不断改建扩建渠系工程，扩大渠系灌溉面积，地表水水资源利用效率大幅度提高，在一定程度上满足了灌区农业灌溉用水的需求，通过灌溉水下渗，补充、涵养了地下水源。但单一渠系水灌溉导致地下水“补排失调”，地下水位急剧上升，低洼区产生了土壤沼泽和盐碱化。

(2)渠灌与水平排水结合阶段(20世纪50年代中期至60年代初期)。灌排结合不仅提高了灌溉用水保证率，而且也使地下水埋深得到有效调控，保证了良好的农业生态环境。这一阶段灌区地下水为潜水，分布广，埋藏浅、易开采，一般埋深在3～5 m。

(3)渠井双灌与水平排水结合阶段(20世纪60年代初至80年代后期)。20世纪60年代初，灌区灌溉面积扩大、泾河水源供水量不足，各地不能均衡受水和供水不及时等情况影响，井灌开始在群众自发和地方政府的引导下在灌区局部得到有计划的发展[10]，机井数量从60年代的8 400眼[10]发展到80年代的1.4万眼左右，年平均开采地下水量达到1 亿m3左右，灌区发展成为典型的渠井双灌灌区，灌区灌溉保证率得到了大幅度提高，有效地促进了农业稳产、高产及农村经济发展。

(4)渠井结合灌溉阶段(20世纪80年代后期至今)。20世纪80年代，机井数量增加较快，渠井双灌有效地发挥了引、蓄、提的调节作用。冬春灌河源水较丰，灌区以渠水灌溉为主，农灌水量下渗形成了地下水库；夏灌河源水量不足且泥沙量大，农灌用水集中，用水急，灌区适时采取“井浇远，渠浇近”、“渠井汇流、合井并灌”等措施，有效地解决供需矛盾突出的问题，灌区成为地表水地下水联合开发利用的典型渠井双灌灌区[10]。由于井灌机动灵活，适时灌溉，灌溉保证率高，水质好、且水资源费较渠水灌溉费用低，灌区农灌机井增加迅猛，到2012年机井数量已达到2.2万眼[10]，每年地下水开采量在1.5亿m3左右，加之近年泾河来水量减少，地表水源引水量减少，渠井灌溉用水比例呈明显下降趋势，导致地下水位大面积持续下降，地下水位年变幅变大，地下水出现严重采补失调现象。近30年渠井水灌溉水量比值、面积比值和地下水位年变幅情况具体见表1。

表1 泾惠渠灌区地表水地下水灌溉情况分析

2 渠井双灌区水资源统一调控难以实施的主要原因

近年，泾惠渠灌区地下水出现严重采补失调现象，灌区地下水位下降显著，灌区“渠灌为主、井灌为辅、渠井互补”的和谐发展局面受到严重破坏，渠灌井灌出现恶性竞争。虽然受气象等自然条件所制约，泾河来水量减少，导致渠灌水量减少，井灌水量增加，但是其主要原因还是受灌区管理机制制约，渠井双灌协调发展受到阻碍，地表水地下水没有实现真正意义上的统一调控和管理。分析泾惠渠灌区水资源统一调控难以实施的主要原因如下。

(1)渠井分属不同的管理主体，地表水和地下水分散管理，部门利益思想严重，难以实现水资源联合调控。灌区水资源是统一的有机体，地表水和地下水互为补充、相互平衡、相互影响。但我国水资源管理和运营长期存在“多龙管水、相互制约”的问题，渠井分属不同的管理主体，部门利益思想严重，地表水和地下水很难实现统一调控。在泾惠渠灌区，两种水源分属于两个或多个不同的管理主体，灌区管理机构对灌溉地表水统一行使管理权，管理农灌地表水的取用；地方水行政主管部门则对农灌地下水行使监督管理权，机井由地方政府管理或由群众个体承包经营，水资源管理主体不统一。由于灌区内村、组一级的管理组织较软弱涣散, 上级行政部门水资源政策和相关精神很难贯彻落实，地下水开采缺乏有效监管，群众自发打井现象普遍，大部分群众打井不办理任何审批手续，对井数、井位和井深等没有统一规划，灌区盲目开采地下水无人问津，形成了地下水管理无序的状态。灌区于1983年开始，成立了泾惠渠灌区机井规划办公室，编制了“泾惠渠灌区浅层地下水资源开发利用规划研究报告”，但缺少地方行政部门的配合和支持，无法实现对地下水的规划和管理。由于管理体制问题，使得地表水、地下水很难统一管理，水资源开发、利用、保护和管理等环节之间不协调。不同的管理主体对地表水与地下水联合运用带来诸多不便, 缺乏统一的用水调度和分配计划, 推行渠井结合灌溉存在各管理主体之间不能协调一致的问题。

(2)没有地下水监控体系，地下水取水难以计量和监控，无法实现地表水与地下水的统一调度管理。泾惠渠灌区机井主要由群众或地方政府管理和控制，并不受灌区管理机构的管理，地下水取水没有专门的量水设施，灌区没有建立地下水监控体系，地下水取水量难以计量和控制。20世纪60年代初，因泾惠渠灌区灌溉面积扩大，泾河地表水水源供水不足，在地方政府的指导下，群众自发打井灌溉，形成了“渠灌为主，井灌为辅，渠井互补”的良性灌水模式。90年代后，由于社会经济迅速发展，对水资源量不断增加，供需之间存在矛盾，机井数量盲目增加，灌区机井已由60年代的8 400多眼发展到2012年的2.2 万眼[10]。灌区没有地下水资源监控系统和相应的量水设备，地下水资源开采量很难及时掌控，地下水的无序过量开采导致地下水急剧变化，地下水位不断下降，经地下水监测资料统计，近30年间，灌区平均地下水位由395.4 m下降到383.6 m，累计下降了11.8 m。80年代初，灌区地下水位平均埋深为4.74 m，目前已下降到20 m左右，地下水年均开采量在1.5 亿m3左右，年超采约9 000万m3[11]。灌区地下水位不断下降，新增机井越打越深，导致周边机井废弃速度加快，形成恶性循环。灌区没有地下水取用水计量设施和监控体系，使灌区管理机构无法实现渠水和井水的统一管理和调控。

(3)地表水地下水水价不统一，影响渠井结合灌溉的发展和推广。灌区农业灌溉工作是一项为农业生产提高服务、以公益性为主的事业。泾惠渠灌区水价不符合市场规律，渠水实际水价远远低于供水成本。经测算泾惠渠灌区渠水供水成本价为0.284元/m3，2004年以前灌区地表水水价仅为0.1元/m3，占供水成本价格的35%[12]；2004年，在省物价局、水利厅的监督指导下, 灌区管理局按照物价部门核批的水费标准, 根据国有水费、基层管理费、群管费等，最后核定地表水与农民见面水价为0.17元/m3，未达到供水成本价的部分由政府补贴。泾惠渠水价组成及具体标准见表2。虽然地表水价不高，但是与机井水价相比较，灌区渠水水价受渠线长、管理层次多等因素影响，渠灌水价远远高于井灌水价。灌区内，有些水井并未取得用水许可证，也不需上交水资源费。受经济利益趋势，农民对渠灌积极性不高，更愿意选择井灌的方式。据资料统计，1980年以前泾惠渠灌区渠井用水比例在2.0左右，1990年至今渠井用水比例在1.0左右，地表、地下水灌溉用水发生显著变化，地表、地下水利用失衡现象严重。泾惠渠灌区地表水地下水水价不统一，严重阻碍了泾惠渠灌区渠灌与井灌相结合灌溉模式的发展与推广，难以实现地表水和地下水的统一调控和配置。

表2 泾惠渠水价组成及具体标准 元/ m3

3 渠井双灌区水资源统一调控的管理机制

根据北方渠井双灌区的特点以及泾惠渠灌区的管理现状，初步提出渠井双灌区水资源统一调控的管理机制。

(1)完善地表水地下水统一调控的灌区水资源管理体制。 统筹灌区地表水地下水，实现灌区水资源统一管理，优化配置灌区水资源，既是实现渠井双灌区水资源高效利用、灌区科学化管理的需要，也是构建节水型灌区的需要。对灌区现行管理体制进行改革，进一步完善渠井双灌区灌溉管理机制，在体制上寻求突破，打破地表水地下水分割管理的体制和格局。在灌区设立水资源管理机构专门负责灌区内的水资源开发、利用和管理工作，赋予灌区水资源管理机构对地表水和地下水统一管理的职能和权力。灌区水资源管理职责明确、分级负责、运转协调、行为规范，形成“一龙管水、多龙治水”的灌区水资源管理机制。在灌区水资源管理机构的领导下，以控制站为单元成立分支管理机构，根据灌区实际情况和需要，成立斗渠基层管理组织，建立农民用水者协会，形成“管理局-管理站-斗渠基层管理组织-农民用水者协会”四级灌区水资源管理机构。在灌区水资源管理机构领导下，灌区多级管理机构具体负责灌区地表和地下水资源的统一管理、调控和优化配置。明确灌区各级管理机构的责权范围，落实管、调、用三方责任主体。建立一整套用水管理的政策、法规、制度，保证灌区水资源管理机构在水资源管理中有章可循、有法可依。灌区成立按企业化管理的经济实体, 实行灌区管理部门与农民用水户共同参与、多级管理、利益双赢的运行管理机制。

(2)建立地表水地下水取水计量与监控机制。针对泾惠渠灌区过去地下水开采没有计量设施，对地下水开采量一般根据机井平均抽水流量和抽水时间进行地下水开采量的后估计，不利于“配水到户、量水到户、按方收费”。随着IC卡水费智能管理系统的开发，可以实现对地下水开采量的计量和控制。在泾惠渠灌区推广IC智能卡、智能水表等先进的计量设施，实施“五个一”(一井一本取水许可证、一块水表、一个智能IC卡、一本取水台账、一块井牌)管理制度作为地下水管理的长效手段，将用水计划层层落实分解到了每一眼井。对灌区的自备井全部实行装表计量，按月抄表、按量收费，严格实施水表年检、校验。建立灌区地下水监测网络，通过安装IC智能卡，对各灌溉水井的实际用水情况、购水记录等进行控制、监测和统计，实现开采总量控制和定额管理。同时，使用IC智能卡、智能水表后，用水户须先缴费后取水，解决了收费难的问题。对于地表水需要进一步完善灌区量水设施, 灌区全部斗渠配备量水堰，实现对灌区地表水、地下水取水准确计量和实时监控。

(3)建立总量控制与定额管理相结合的灌溉用水管理制度。由于井灌不受天然来水影响，水质好，取用方便，泾惠渠灌区井灌水价比渠灌便宜，农民更愿意采用井灌的方式，导致灌区地下水超采严重，地表水地下水取用失衡。为了统一调控地表和地下水资源，可以采用总量控制与定额管理相结合的灌溉用水管理制度，来限制地下水的取水量。基于地下水多年采补平衡，科学分析确定地下水的允许开采总量Wg,允；根据地表来水预报，确定水文年型，根据灌区种植面积、种植结构、作物灌水定额确定灌区灌溉总需水量W需,p；按照地表水地下水联合调控确定的不同水文年型最佳渠井供水比例，在地下水允许开采量的范围内，初步确定地下水供水总量Wg,p，则不同水文年型地下水供水总量指标Wg,p可以表示为：

(1)

式中：Wg,p表示不同水文年地下水供水总量；W需,p表示不同水文年灌区灌溉总需水量；Wg,允表示不同水文年地下水允许开采总量；Kp表示不同水文年灌区最佳渠井供水比例。

建立机井布局的优化模型，确定地下水限采区，在地下水限采区和超采区编制地下水年度开采计划，将地下水总量指标按一定比例分配到机井，确定机井控制开采量，明确机井取水定额，机井定额灌溉水量指标可以用以下公式计算：

(2)

式中：qp表示不同水文年单井定额灌溉水量，m3，即单井最多允许开采水量；n表示研究区范围内的机井眼数。

在泾惠渠灌区全面建立灌水总量、地下水开采总量与定额控制相结合的灌溉用水管理制度，限制地下水的取用水量，有效促进地表水地下的联合调控。

(4)灌区实行“异水同价、阶梯水价”，建立科学的水价形成机制。加快灌区水价改革，利用价格杠杆促进水资源的高效利用。目前，泾惠渠灌区机井主要由当地行政部门和群众管理，井灌费用主要包括打井费用和机井电费，基本没有包含水资源费；而渠灌水价虽然没有达到供水成本价，但是0.17元/m3的水价已经远远高于机井水价，因此农民更愿意选取井灌的方式。在泾惠渠灌区改革现行的水价制定方法，调整灌区灌溉水价，降低灌区渠灌水价，政府对灌区管理单位进行水价补贴，调动群众引用渠水灌溉的积极性；征收机井水资源费用，与渠灌水价同价，实行“一价到户、终端水价、开票到户”的水价管理制度；用经济杠杆来引导群众合理利用地下水，促进地表、地下水的科学转化。

农业灌溉用水实行两部制水价，基本水价和计量水价两部分组成，水价可以用以下公式来计算：

m=m基+m计量

(3)

式中：m表示调整后的水价，元/m3；m基表示基本水价，元/m3；m计量表示计量水价，元/m3。

基本水价包括维护水利工程、机井等供水设施的管理运行费用、基层管理费、群众管理费等费用。计量水价是指不同用户按照供给的水量多少进行计费，灌区地表水和地下水执行统一水量标准。

计量水价实行阶梯式水价管理体制，灌区按照计划配水情况划分阶梯水量，确定阶梯水价，用户根据所用的水量，对应所属的阶梯，并按照阶梯水价上交水费。不同用水户按计量水价缴纳的水费可以按以下公式计算：

M计量=(Ws,1+Wg,1)m1+(Ws,2+Wg,2)m2

(4)

式中：M计量表示按计量水价缴纳的水费，元；Ws,1和Ws,2分别表示第一阶梯范围内的地表水和地下水用水量，m3；Ws,2和Wg,2分别表示超出第一阶梯上限值的地表水和地下水用水量，m3；m1和m2分别表示第一阶梯水价和第二阶梯水价，元/m3。

具体的实施过程如下：采用水资源优化配置模型，根据不同水文年型确定灌溉总用水量，分配到户，确定每户灌溉配水总量，计划配水量范围内的水可以按照第一阶梯的水价进行收取水费，超出计划配水的水量按第二阶梯水价收取水费；根据不同水文年型确定渠井用水比例，用户通过IC智能卡购买配给的井灌水量，计划内用水量按第一阶段水价计量收费，井灌水量超出按比例分配的地下水量，则需要按第二阶梯水价上交水资源费。通过灌区“异水同价、阶梯水价”的水价管理体制，有效限制地下水的开采量，促进地表水和地下水的合理开发利用。

(5)逐步建立地表水地下水联合调控智能管理决策系统。在泾惠渠灌区逐步建立地表水地下水联合调控智能管理系统[8,9]，系统包括3个层次：①信息自动化采集层，包括地表水和地下水水量、水位、水质等水文要素在内的水文数据自动采集、传输系统；②模拟调控层，根据自动采集的信息，分析计算灌溉需水量，采用地表水、地下水数值模拟计算模型，拟定不同的渠井用水比例，确定地表水、地下水取用水量，将水量分配到户；③决策管理层，以人机交互的方式确定灌区最优地表水地下水调控方案，发出控制指令，实施远程控制灌溉管理。灌区智能管理系统[8]构成了集信息采集、数据分析、联合调控和决策管理于一体的系统化管理模式，有效地将灌区地表水地下水联合调控，避免了渠井双灌区多种因素引起的渠井难以统一调控的问题，可以将地表水地下水联合调控研究成果有效地应用于灌区。

(6)建立制度管理、市场调节、公众参与的运行机制，建立健全舆论监督制度。通过水行政主管部门和灌区管理机构制定用水规划，建立规章制度，统一管理，发挥灌区在水资源统一调控管理中的监管作用。建立合理的水价形成机制，实行水权交易，发挥水价在水资源配置中的引导作用，促进渠井灌区的渠井结合灌溉。完善农民用水者协会管理模式，推行协会“一事一议”制度，使其更好地服务于灌区群众，在水资源管理的各个环节引入民主管理和广泛参与的机制，建立公开透明、公众参与、民主决策的管理机制。加强舆论监督，建立健全举报机制，实行举报奖励。在灌区管理机构的领导下，建立专门监督舆论体系，抓热点抓典型，对私自打井，超采地下水的行为公开曝光，同时，对文明用水，合理开采地下水资源的单位和个人及时报道表扬。通过各种公众参与措施促进灌区地表水地下水有效合理地开发利用。

4 结 语

(1)从20世纪30年代起，泾惠渠灌区经历了单一渠灌、渠灌与水平排水结合、渠井双灌与水平排水结合和渠井双灌4个发展阶段，成为典型的渠井双灌灌区，农业灌溉得到保证，同时由于渠灌井灌的恶性竞争，导致灌区地下水采补失调，地下水位下降显著。

(2)分析泾惠渠灌区水资源统一调控实施困难的主要原因，提出灌区水资源统一调控管理机制。完善灌区水资源管理体制；建立水量计量与监控机制，在灌区推广IC智能卡、智能水表计量设施；在灌区全面实施灌水总量控制与定额管理相结合的灌溉用水管理制度，初步确定灌区灌溉总量控制指标和灌溉定额控制指标的计算方法；建立“异水同价、阶梯水价”的水价形成机制，实行 “一价到户、终端水价、开票到户”的水价管理制度，确定水价、水费的计算方法；建立集信息采集、数据分析、联合调控和决策管理于一体的智能系统；建立健全运行机制和舆论监督制度。

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