农业灌溉用水量统计中样点灌区选择方法研究

张运鑫，韩振中，沈莹莹，程东娟，吉 晔

(1. 河北工程大学，河北 邯郸 056021； 2. 中国灌溉排水发展中心，北京 100054)

0 引 言

在我国，农业是用水大户，占用水总量的60%以上，是用水总量控制的重点，而农业灌溉用水量占农业用水量的90%以上，其数据统计的准确性对用水总量统计有着很大的影响。而以往水资源公报主要采用典型调查获取行业用水指标定额测算用水总量的方法，不能满足用水总量目标控制考核工作的要求[1]。

2014年3月，水利部下发了办资源函【2014】57号《水利部办公厅关于印发用水总量统计方案的通知》[2](以下简称“方案”)，对农业用水量统计部分中灌溉样本用水户的选取原则、方法、数量做了初步规定。根据2011年水利普查成果等相关资料，全国共有大型灌区(设计灌溉面积30万亩及以上灌区)456个；中型灌区(设计灌溉面积1～30万亩)7293个，其中，5～30万亩灌区3 730个，1～5万亩灌区3 563个；小型灌区中50 亩～1 万亩的灌区2 057 901个[3]。由于我国灌区数量众多，灌区水源和工程类型复杂，灌区现状量测水设施相对不足等多种原因，不可能对所有灌区灌溉用水量均直接量测，实现万亩以上灌区全部作为样点灌区直接量测并填报数据也有一个过程。因此，需要对样点灌区选择与布局方法进行研究，在确保农业用水量统计精度的前提下，结合《方案》中对灌溉样本用水户选取的相关要求，通过合理选择样点灌区数量和布局，既能满足现阶段灌溉用水总量统计的要求，又能尽量减少农业用水量统计的工作量。

1 各省级区样点灌区选择和布局方法

各省级区样点灌区选择和布局包括：省级区样点灌区数量确定、灌溉分区样点灌区数量确定、灌溉分区样点灌区布局等。省级区样点灌区数量根据《方案》和统计学相关理论确定[4]；灌溉分区样点灌区数量根据各灌溉分区内灌区数量权重按比例分层抽样方法分配确定；灌溉分区样点灌区布局根据灌区信息、按照非随机抽样方法确定。

各省级区样点灌区布局时，考虑灌区规模、节水灌溉工程形式及作物种植结构等因素进行逐层分类，在最后一层分类灌区中确定样点灌区时，不能随机抽样，以保证样点灌区的既有代表性又符合省级区域灌溉实际情况。

在非随机抽样选择样点灌区时，需要考虑到样点灌区空间分布的均匀性，同时要在节水灌溉工程设施情况、灌水方法、种植结构等方面具有代表性，保证主要节水灌溉工程形式和主要作物种植结构均有样点灌区。

在满足上述要求的条件下，应优先选择具备良好量水设施、较好管理水平和技术力量的灌区作为样点灌区。

在样点灌区选择上，分为大型灌区、中型灌区、小型灌区(非纯井灌区)、纯井灌区四类分别确定。由于小型灌区数量较大，为了便于工作，以第一次全国水利普查数据为基础，分为2 000～10 000、50～2 000 亩两个档次，限于条件，50 亩以下灌区不单独选择样点，以50～2 000 亩样点为基础分析推算其灌溉用水量。

1.1 大型灌区

由于大型灌区数量不多，且设施、管理、技术力量等条件较好，《方案》要求所有大型灌区均属于农业灌溉用水量统计对象，故不存在样点灌区布局问题。

1.2 中型灌区

为了更加准确依据样点灌区统计推算中型灌区灌溉用水量，按照灌溉分区确定中型灌区样点的数量和布局。中型灌区按设计灌溉面积分为1～5 万亩、5～10 万亩、10～30 万亩3个规模档次，主水源类型分为自流引水、提水两种类型。

设省级区第i个灌溉分区内的中型灌区数量为M中，i，其样本容量为m中，i，灌溉分区内灌区规模有1～5 万亩、5～10 万亩、10～30 万亩，如灌溉分区内1～5 万亩、主水源为k的一类灌区的样点灌区数量为m中, i，1-5，k，用公式表示为：

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为省级区第i个灌溉分区内中型灌区数量；m中，i省级区第i个灌溉分区内中型灌区样点灌区数量；M中，i，1-5，k为第j个灌溉分区内1～5 万亩规模灌区中水源类型为k的灌区数量；m中, i，1-5，k为第i个灌溉分区内1～5 万亩规模灌区中水源类型为k的样点灌区数量。

同时，样点灌区总的设计灌溉面积应满足下式要求：

a中，i≥30%×A中，i

(2)

式中：a中，i为第i个灌溉分区内中型灌区样点灌区的设计灌溉面积；A中，i为第i个灌溉分区内中型灌区的设计灌溉面积。

第i个灌溉分区内5～10万亩、10～30万亩规模中型灌区样点灌区数量宜采用上述公式进行计算分析。

根据上述公式计算各灌溉分区内的样点数量时，所得数值不为整数时，则进位取整。

1.3 设计灌溉面积2 000～10 000 亩小型灌区

设计灌溉面积在2 000～10 000 亩的小型灌区的样本容量分配方法同中型灌区。省级区某一灌溉分区i小型灌区数量为M小,i，其样本数量为m小,i，该灌溉分区内主水源类型为k的样点灌区数量为m小, i，k，用公式表示为：

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小为省级区小型灌区数量；m小省级区内小型灌区样点灌区数量。

同时，样点灌区总的设计灌溉面积应满足下式要求：

a小，i≥5%×A小，i

(4)

式中：a小，i为第r个灌溉分区内小型灌区样点灌区的设计灌溉面积；A小，i为第i个灌溉分区内小型灌区的设计灌溉面积。

根据上述公式计算各灌溉分区内的样点数量时，所得数值不为整数，一律进位取整。

1.4 设计灌溉面积50～2 000 亩小型灌区

在同一灌溉分区内，具有相似的自然条件和农业种植结构，目前对于灌溉规模较大的灌区田间节水灌溉工程面积占比较少；而对设计灌溉面积50～2 000 亩小型灌区灌溉规模较小，灌区田间节水灌溉工程面积占比较大，种植作物差异，所以田间节水灌溉工程形式、种植作物不同就成为农业灌溉用水量主要影响因数。

省级区第i个灌溉分区内的灌区数量为Mi，分区内灌溉工程类型分为高效节水灌溉工程、节水灌溉工程及未实施节水灌溉工程3种，用N表示灌区内实施3种灌溉工程面积的占比结构。其中N1表示高效节水灌溉工程在灌区内3种灌溉工程类型中占比最大，N2表示节水灌溉工程在灌区内3种灌溉工程类型中占比最大，N3表示未实施节水灌溉工程在灌区内3种灌溉工程类型中占比最大。某灌溉工程结构类型下主要作物种植结构数量为LN，则该灌溉分区内样点数量为：

(5)

mi≥10%×Mi(M≤100)

mi≥5%×Mi(100

式中：Mi为第i个灌溉分区内设计灌溉面积50～2 000 亩灌区数量，mi为第i个灌溉分区中的样点灌区数量。

同时，样点灌区总的设计灌溉面积应满足下式要求：

ai≥1%×Ai

(6)

式中：ai为第i个灌溉分区内设计灌溉面积50～2 000 亩灌区的样点灌区设计灌溉总面积；Ai为第i个灌溉分区内设计灌溉面积50～2 000 亩灌区的设计灌溉总面积。

设计灌溉面积50～2 000 亩小型灌区布局方法见表1。

表1 样点灌区布局示意

1.5 纯井灌区

纯井灌区样点布局在规模50 亩及以上灌区，其方法同设计灌溉面积50～2 000 亩小型灌区，样点灌区面积总面积不能小于纯井灌区总面积的0.5%。

2 样点灌区的调整

影响样点灌区选择的主要因素有灌区规模、主要节水灌溉工程形式、主要作物种植结构、水源类型等，当某一因素发生较大变化时，应对样点灌区进行调整，并对变化较大因素进行分类判断。

(1)省级区内样点灌区的主要节水灌溉工程形式和主要作物类型发生较大变化，由一种类型转化为另外一种类型时，该样点灌区不能再作为某一分层灌区中的样点灌区，应该进行调整。

(2)省级区内样点灌区设计灌溉面积发生较大变化，由一类规模灌区变成另一类规模灌区时，应该调整该样点灌区。

3 样点灌区的选择-以广西壮族自治区为例

基于2011年水利普查成果，由于水利普查成果中缺少灌区的节水灌溉工程形式和主要作物种植结构信息，所以在样点灌区选择时不将节水灌溉工程和主要作物种植结构作为分层指标；另外由于缺少补充水源的灌溉面积情况，所以不考虑补充水源作为灌区分层指标。样点灌区选择方法中将灌区分层因素调整为：灌区规模、灌溉分区、主水源、空间分布情况(行政区位置)。以广西壮族自治区为例进行样点灌区选择和布局。

广西壮族自治区共有大型灌区11个，中型灌区341个，小型灌区626个。水利普查的灌区名录库中灌区信息有市级机构、县级机构、灌区规模、一级灌溉分区、二级灌溉分区、一级水资源分区、二级水资源分区、设计灌溉面积、市级机构、县级机构、主水源等。

广西壮族自治区共有2个灌溉分区，分别为桂北和桂南灌溉分区，下面以中型灌区桂北灌溉分区为例进行说明。桂北灌溉分区内中型灌区数量共计为55个，主水源类型主要包括河湖引水闸、水库及其他，按照灌区规模分为1～5 万亩、5～10 万亩及10～30 万亩三类。其中，主水源为河湖引水闸的灌区有11个灌区，主水源为水库的有43个灌区，其他水源的有1个。按照中型灌区筛选过程进行样点灌区选择。以1～5 万亩为例进行图表展示，结果见表2及图1。

图1 桂北灌溉分区1～5 万亩灌区分布图

广西壮族自治区样点灌区的选择结果：大型灌区11个、中型灌区103个，小型灌区40个，详见表3。

表2 中型灌区桂北灌溉分区1～5 万亩规模样点灌区分布情况

表3 广西壮族自治区样点灌区选择成果

4 结 论

样点灌区的选择对于农业灌溉用水量统计工作有着重要的意义。总结已有工作，得出以下结论：

(1)从灌区分区、灌溉规模、灌溉工程及主要作物种植结构等信息方面入手，逐级分层，按比例进行分配样点灌区数量，分析方法科学合理、简单易行，对于技术人员，尤其是基层人员更加容易掌握。

(2)当某些灌溉分区内灌区数量较少时，按照比例分配可能导致样点灌区选择的代表性不足，则灌溉分区内样点灌区数量必须达到最少数量。将分配的样点灌区数量与最少样点灌区数量比较，取其大者，并满足设计灌溉面积占比要求，最终确定样点灌区数量。

(3)考虑灌区动态变化情况，对样点灌区及时进行调整。

参考文献：

[1] 沈莹莹,张绍强,吉 晔. 我国农业灌溉用水量统计方法的确定及工作开展情况[J]. 中国农村水利水电,2016,(11):133-134,138.

[2] 中华人民共和国水利部．关于印发用水总量统计方案的通知[Z]．2014．

[3] 国务院第一次全国水利普查领导小组办公室．第一次全国水利普查总体方案[J]．中国水利，2010，( 22):11-27．

[4] 冯保清,韩振中. 全国灌溉水有效利用系数测算分析网络构建方法与实践[J]. 中国水利水电科学研究院学报,2013,11(2):94-98.