庄河市农业灌溉用水计量模式探讨

闫长坤

(庄河市林业水利局，辽宁 庄河 116400)

近年来，我国的气候条件不断变化、工业与城市用水量持续增加、河流污染日益严重、水源开发潜力迅速下降，水资源问题十分严峻。在此情况下，我国各地均在抓紧落实最严格水资源管理制度、努力推进水权制度改革，并积极探索用水定额与累进水价制度的建立模式，而合理的用水计量工作是以上各项任务的前提。目前，农业灌溉用水依旧是我国的用水大户，因此在水资源短缺情况下，农业灌溉用水计量工作的科学规划与实施成为各地水资源管理实践中的重中之重。农业灌溉用水计量工作可采用不同的模式，其模式的选择应因地因时制宜、充分适应当地的自然、社会与经济状况，需综合考虑技术与设备成本、工作开展难易程度与潜在纠纷、以及工程效用与效益等多项因素，决策过程较为复杂，且当前并无经典成功经验可供借鉴，以致该项工作的实际开展进度缓慢。在目前，农业灌溉用水计量模式一般是由主要决策机构根据经验判断法来进行选择与确定，易引发决策方法不客观、决策过程不透明、决策方案不合理等问题。采用定性定量相结合的决策分析方法则可以在解决以上问题中发挥重要作用。

定性定量相结合的决策分析方法是将决策者的经验判断给于数量化，即通过数字与特定的公式来定量表示决策者的分析过程，从而降低决策方法的主观性、增加决策过程的透明度、最终提高决策方案的合理性。目前，常用的此类方法包括层次分析法、灰色聚类法、模糊逻辑法、功效系数法等，在工程、经济、管理等领域中得到了广泛的应用。但是，以上方法几乎没有考虑事物发展的阶段性问题，这与“因时制宜确定农业灌溉用水计量模式”的基本原则不相适应，从而限制了以上方法在我国农业灌溉用水计量问题中的实际应用。

鉴于此，本文提出农业灌溉用水计量模式的阶段适用性评价法，以辽宁省庄河市为例对其进行应用，得到对应于不同社会经济发展阶段的计量模式选择方案，并据此提出具体的工作建议。据笔者所知，农业灌溉用水计量模式的定性定量决策分析与阶段适用性评价方法极少探讨，因此本文可为水资源与农田灌溉管理工作者、相关决策机构提供新的分析思路。

1 研究区域概况

1.1 研究区域农业发展状况

庄河市位于辽宁省东南部，黄海北岸，辽东半岛东侧。全市土地总面积38.7万hm2，其中耕地面积12.4万hm2，占土地面积的31.94%，是中国无公害农产品生产基地和优质水果、食用菌出口基地，盛产玉米、水稻、杂粮及各种蔬菜。粮食总产量稳定在56.5万t以上。设施农业、都市型现代农业发展迅速，农业标准化生产水平较高，农民人均纯收入10200元。

1.2 水资源变化情况

全市年均淡水总量13.49亿m3，但近年来庄河市水资源量呈现不断减少的趋势。2015年全市大田受旱面积88.6万亩、果树受旱面积14.4万亩，人畜饮水困难达15个乡镇，53个村，人口2.6万。全市开展了大量的打井、挖塘、拦蓄河道径流、降低灌溉定额、建设灌溉基础设施等抗旱应急工作，基本解决了当前的人畜饮水问题，但水资源压力呈不断增大趋势。

1.3 水资源利用现状

庄河市人均用水量为424m3，万元GDP用水量44m3，农田灌溉亩均用水量337m3，万元工业增加值用水量19m3，城镇人均生活用水量每日为49.3L，农村人均生活用水量每日为60.6L。其中，全市供水以地表水为主，约占82%；农业灌溉用水量所占比重最大，年用水量均达3.3亿m3，约占62%。庄河市农业灌溉以英那河、朱隈、转角楼、永记四大灌区为主，建有较为明确的干、支、斗、农灌溉排水系统。但是，人民节水与水权意识不高，目前依旧是以大水漫灌的灌溉方式为主，用水粗放低效、浪费严重。

1.4 农业灌溉用水计量现状

庄河是全国第一批小型农田水利重点地区之一，但精细化农业灌溉用水计量体系的建设还处于较为初级的阶段。目前基本以定额法进行间接的估算，且用水定额更新相对较慢，与实际情况常有脱节。为提高灌溉用水效率、使有限的水资源发挥最大的效益，相关部门计划将水费收取方式由按亩或按区域收取转变为按方收取，但由于计量能力不足，水费确定较为困难，以至于许多地区的水资源开采依旧处于无序状态。因此，加强该地区的农业灌溉用水计量工作迫在眉睫。

2 农业灌溉用水计量模式与评价方法

2.1 科学量水原理

农业灌溉用水的科学量水原理可分为3种，分别为水位法、流速法和体积法。其中，水位法通过测量量水建筑物的上下游水位以及闸门开度等水情信息、再根据水位流量关系推演出建筑物的过流量；流速法是采用相关的仪器测量或推算出过流流速、再乘以断面面积求得断面过流量；体积法是测定流过水体的体积、再除以时间得到过流量。

2.2 常见计量模式

(1)间接估算模式。目前我国的农业灌溉用水计量模式依旧以间接估算法为主，其中基于用水定额的间接推算方法最为普遍。

(2)水工建筑物模式。指采用当前已经建成的水工建筑物、基于水位法进行量水；具体可在水工建筑物上下游标志水尺，由各地水管人员在各主要供水时段进行水尺读数并上报，最后由水利部门专业人员进行核算。

(3)特设量水堰槽模式。指采用特设的量水堰槽进行流量观测；该方法是通过量水堰槽(如宽顶堰、三角堰、薄壁堰等)使得过水断面发生收缩，从而形成上下游的水位差、得到较为稳定的水位流量关系。

(4)量水仪表模式。指采用量水仪表进行流量观测；常见的量水仪表包括超声波水位计、电磁流量及、压力式水位计、激光水位计等。

2.3 阶段适用性评价法

定性定量相结合的分析方法可保证决策的客观性、透明性与合理性，但以往的常规分析方法没有考虑事物发展的阶段性，因此提出农业灌溉用水计量模式的阶段适用性评价法。该方法采用动态的评价指标权重体系，所以可得到各方案在不同社会经济发展阶段的适用性评价结果。该方法主要包括4个步骤：①建立层级结构；②划分发展阶段并确定相应的评价指标权重体系；③评估各计量模式的评价参数值；④推求各阶段不同计量模式的适用性评价结果。

2.4 农业灌溉用水计量模式评价层级结构

类似于层次分析法与功效系数法等其它常见的定性定量相结合的评价方法，阶段适用性评价法的层级结构可分为目标层(解决的问题)、决策层(各项评价标准)、指标层(具体的评价参数)。基于阶段适用性评价法建立针对农业灌溉用水计量模式的评价层级结构，如图1所示。

图1 农业灌溉用水计量模式评价层级结构

3 庄河市农业灌溉用水计量模式探讨

3.1 评价指标权重体系

社会与经济发展大体可分为3个阶段，即初级(I)、中级(II)和高级(III)，采用专家打分的方式对决策层的评价标准在各阶段的重要性进行打分，分数介于0～1之间，数值越大代表该标准对目标的达成越重要。可认为评分低于0.2的为不重要(不再考虑)，0.2～0.4的为一般重要，0.5～0.7的为中等重要，0.8～1的为非常重要。每项决策层的评价标准包括两项主要的指标层参数，两项参数之间的相对重要性较不明显，因此可将决策层的权重分数平均分配到指标层，具体的阶段适用性评价指标权重体系见表1。

表1 阶段适用性评价指标权重体系

3.2 供选方案的评价参数值

农业灌溉用水计量模式的供选方案主要包括间接估算、水工建筑物、特设堰槽、量水仪表4种，各模式的定性评价结果如下。

(1)间接估算模式。目前，庄河市的农业灌溉用水计量方式依旧以间接估算法为主，其中基于用水定额的间接推算方法最为普遍。该方法简单易行、费用较低、经验较为成熟，但精确度较低、主观性较强。

(2)水工建筑物模式。庄河市各灌区建有大量的水闸、渡槽、涵管、倒虹吸等水工建筑物，因此采用水工建筑物法进行量水可减少附加量水设备的建造费用。缺点是需要对不同类型的水工建筑物逐个进行率定且需要人工观测，工作量较大。目前，庄河地区已经建立了完整的水管员工作体系，且河长制推进工作也在不断深入，采用分工合作的方式可以较好地实现以上目标。

(3)特设量水堰槽模式。该模式在实质上也是基于水位法，但相对于常规水工建筑物模式更为专业、精确度较高。缺点是会产生一定量的不必要水头损失且造价成本也相对较高。当常规水工建筑物模式在实际应用中误差不满足工程要求且量水断面信息较为重要时，宜采用此模式。

(4)量水仪表模式。该计量模式直观简便、计量精确，同时可以进行信息存储与网络连通，实现自动化、信息化与网络化。但是，该模式的仪器安装与维护费用昂贵，且庄河地区的农户分布较为分散，因此建设成本过高。庄河市的大多数灌区位于山区，渠道内泥沙较大，而目前市场上流行的仪表在含砂水流中的精确测量性能还不够成熟。此外，庄河地区冬季较为寒冷，目前市场上的仪器抵抗冰冻的能力也并不稳定。因此，量水仪表模式是未来的必然发展方向，但近期内距离其全面推广使用尚有一定的距离。

在各供选方案的定量评价方面，同样采用专家经验判断的方式对各方案的评价参数进行打分，其打分标准与指标重要性的判断标准一致，即参数值介于0～1之间，参数值越大表示越有利于目标的达成，具体结果见表2。通过比较可知，定量评价结果与定性分析结论基本保持一致，说明本文所采用的方法可较准确地将专家的经验判断给于数量化。

表2 不同计量模式的评价参数值

3.3 供选方案的适用性评价结果

各阶段不同计量模式在某一方面(评价指标)的适用性指数值可由下式确定：

S=w×c

(1)

式中，S—适用性指数；w—权重值(表1)；c—参数值(表2)。取各指标参数评价结果的平均值则可得到综合适用性指数值。例如，在社会经济发展的第I阶段，现有条件指标的权重值为0.45，间接估算模式在该阶段的现有条件指标参数评价值为0.9，因此其适用性指数值为0.45×0.90=0.405；同理可得到其它参数的评价值，再取各参数评价值的平均值为综合适用性指数值，为0.190。各阶段不同计量模式的适用性评价结果见表3。

由表3结果可知，在第I阶段，庄河市农业灌溉用水计量最宜采用的还是间接估算法，主要是由于该模式最易推广；其次为水工建筑物、特设堰槽和量水仪表模式。在第II阶段，各模式的适用性由高到低排序为水工建筑物法、特设堰槽法、量水仪表法、间接估算法。在第III阶段，最适宜采用量水仪表模式，主要因为该方法可极大地提升计量效率；其次为特设堰槽、水工建筑物和间接估算模式。

表3 各阶段不同计量模式的适用性评价结果

3.4 用水计量工作探讨

根据农业灌溉用水计量模式的评价结果，可对庄河市的农业灌溉用水计量工作进行探讨，提出更为具体的政策与建议。

(1)采取最佳的计量手段根据社会经济发展的3个阶段，分别确定庄河市农业灌溉用水计量工作的3个阶段：一是基础阶段，首先对全市各地区的当前用水计量方法、数据与结果进行总结与复核，从而形成全面而规范的书面材料与计量档案；二是精度提升阶段，按干、支、斗、农的顺序对各渠道尤其是渠首的水工建筑物进行流量系数的率定，并在必要渠系建设量水堰槽，从而提升各地区的量水精度，保证将误差范围控制在5%以下(国家规定允许误差范围)；三是效率提高阶段，逐步引进量水设施自动化管理系统、全流域数值模拟系统、IC卡自动计量灌溉收费系统等先进的技术与设备，简化测量方法，实现信息采集的自动化、数据传输的网络化、应用服务的智能化、以及决策支持的最优化。

(2)建立科学的计量体系与制度庄河市已经推行了“水库管干渠，乡镇管支渠”的水资源管理模式，各乡镇成立了以村屯为单位的用水组织和领水员，但在计量体系与制度方面依旧较不完善。为进一步加强农业灌溉用水计量工作，可建立多级量水组织，将责任与权限落实到人，形成标准操作流程与规章制度。为解决水资源纠纷问题，应继续努力促成供水单位与用水人员形成合作团体，共同完成计量任务，同时加强监督工作以保证计量结果的真实与公平。

(3)积极探索数据公开与共享途径数据公开与共享可以提升水资源管理的公开透明性、促进管理公平与群众满意氛围的形成，从而增强全社会的节水意识、水权意识，提高利益相关者自主投入灌区工程建设与管理的积极性。数据共享同时可以实现多部门多目标的共同合作，尤其是水利与农业部门的合作，实现增效增产的目标。此外，还可以方便该领域的学者与工作人员对其进行分析与探讨。主管部门应积极探索数据公开与共享途径，动员广大力量共同推动量水工作的进步。

(4)推进市场化机制改革市场化机制改革可极为有效地推动量水工作的进步。目前正在大力促进农民用水协会的全面组建与完善，并由其负责当地的用水管理、灌溉服务、与水费计收等工作，从而激发农民用水协会的量水热情。可通过庄河市水务集团成立的契机探索水资源管理的企业化运作方式，从而提升水资源管理与计量效率，并以市场机制促成农业种植结构的优化与调整。此外，还可尝试将水资源的监测与计量工作承包给独立的第三方专业团队或专家、甚至引进PPP(公私合营)工作模式，从而保证计量工作的高质量与公证性。

4 结语

提出农业灌溉用水计量模式的阶段适用性评价法，并基于该方法对辽宁省庄河市3个社会经济发展阶段的农业灌溉用水计量模式进行了探讨。结果表明，该方法可较为准确地将决策者的经验判断给于数量化，从而增强决策的客观性、透明性和合理性；庄河市在3个发展阶段的最佳用水计量模式分别是间接估算法、水工建筑物法和量水仪表法。此外，根据评价结果提出具体的政策与建议：逐步改进计量手段、建立科学的计量体系与制度、积极探索数据公开与共享途径、推进市场化机制改革，从而为建设节水型社会、落实最严格水资源管理、建立用水定额与累进水价制度、以及推进水权制度改革提供基础与经验。

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