基于样点灌区选取方法的农田灌溉用水量统计分析

张建华

(灯塔市水利灌溉服务中心，辽宁 灯塔 111300)

水利部提出未来一定时期内要坚持“补短板、强监管”的水利改革总基调，这也是今后开展水利工作的重点。其中，对水资源的监管应符合水资源“最严格”管理的要求，全面地监管水资源调度、配置、保护、利用、开发、节约等各个环节。用水总量统计工作不仅为水资源保护、节约、管理、规划以及水资源战略宏观调控等提供必要的支撑，还能体现用水总量控制的实施效果，这是组成水资源管理工作的重要内容。

调查显示，我国农业用水占经济社会总用水量的60%以上，所以农业用水属于控制的重点，而85%以上的农业用水量消耗于农田灌溉用水，科学准确地统计灌溉用水量是贯彻执行最严格水资源管理的根本要求。根据正开展实施的《用水统计调查制度》和《用水总量统计方案(实行)》要求，以灌区为基本单元对农业灌溉用水量，采用综合推算区域农业用水量、一般用水户抽样调查、用水大户逐一计量统计等技术进行统计。依据2011年普查数据，我国拥有近百万处的小型灌区、7293处中型灌区、456处大型灌区。依据最新统计资料，2018年我国农田灌溉和农业用水总量为3256.7亿m3、3693.1亿m3，其中大中型灌区和百万计小型灌区的灌溉用水量所占比例为59.5%、40.5%[1-2]。小型灌区工况及水源各异，分布范围广，数量众多，计量设施安装率低且大多没有专门的管理机构[3]。所以，有必要深入研究样点灌区选择方法，在准确估算样点灌区数量的基础上减少农田灌溉用水量统计的工作量，以及提高其估算精度。

1 小型样点灌区的选取

1.1 选取原则

1)代表性原则。应全面考虑取水方式、灌溉规模、土壤类型、地貌形态、种植结构、渠系设施状况等因素合理选择灌溉样本用水户，其在同类型水资源分区与省级行政区内必须符合代表性要求。

2)可行性原则。为了提供可靠的数据来源，选择的样本户要具备一定的量水技术条件。

3)可持续性原则。针对计量分析和数据统计过程中样本户存在的问题，为进一步提高数据进度，可结合实际情况实时调整或增加测点。

1.2 基本要求

1)样点灌区选取时要符合各地区用水定额标准中农业灌溉分区有关要求，即以各灌溉分区内的样点灌区作为灌溉用水量推算的依据。

2)样本用水户的选取要最大程度的与取水许可监督管理、国家或省级行政区监测站点等工作相衔接，保证已有基础资源的充分利用。

3)全面分析样本户统计数量能否达到所需比例要求，以及是否满足代表性要求等，若不符合要求应按以上方法调整或增加样点灌区。

4)直接填报所有大中型灌区(设计灌溉范围不低于667hm2)水量，即大中型灌区不存在选择样点灌区的问题；采用典型推算的方法填报小型灌区(设计灌溉范围<667hm2)的农业灌溉用水量。依据不同的取水方式，对地下水源和地表水源分别选择代表型样点灌区。

1.3 选取方法

考虑不同的取水类型，应对地下水源(纯井)、地表水源两种取水方式分别选取小型样点灌区。

1)以单井控制灌溉范围作为地下水源灌区的一个样点灌区，单井灌溉的作物相对单一且控制范围一般比较小，种植的作物、土质类型和不同节水工程形式在很大程度上决定了灌溉单位面积用水量，所以选取的样点灌区较简单，每个灌溉分区内一般要求不低于3个，且在灌溉分区内必须确保样点灌区的代表性，即灌溉分区内以低压管道、滴灌、喷灌、渠道防渗等节水工程形式为主的小型地下水源灌区都要纳入样点灌区的范畴。灌溉分区内小型地下水源灌区总的节水工程现状应与不同节水工程形式下的有效灌溉面积相协调，在灌溉分区内的同类型灌区中样点灌区的作物种植结构、土壤类型、工程设施情况都要具有代表性。

2)小型地表水源灌区的工程情况和水源状况更加复杂，应按照“初步确定-最低要求-最终确定”3个阶段合理的选取样点灌区。调查样本数据来源于2018年度测算的1614个小型地表水源样点灌区调查资料，其测算依据为灌溉水有效利用系数，即确定的样点灌区耕地灌溉单位面积用水量，并对样本标准差进行计算。

阶段1：初步确定样本数量。省级区样点灌区数量的初步确定以所有小型地表水源灌区为样本总体，样本容量按照自流、提水两种取水方式确定。在合理计算抽样误差和标准误差置信水平的情况下，确定调查样本数据来源于2018年度测算的小型地表水源样点灌区，其测算依据为灌溉水有效利用系数，然后估算确定样本的标准差以及各省小型地表水源样点灌区数量。以统计学原理为基础利用以下公式确定样本容量，具体如下：

(1)

式中：z为标准误差的置信水平，置信度为95%时z取1.96；e、σ为可接受的样本误差和总体标准差，文中e取10%。调查样本数据来源于2018年度小型地表水源样点灌区，其测算依据为灌溉水有效利用系数，利用公式(2)估算样本的标准差，即：

(2)

式中：N为小型灌区的调查样本数；μ、xi为调查样本中的平均小型地表水源灌区和第i个小型地表水源灌区耕地灌溉单位面积用水量，m3/hm2。

灌溉分区样点灌区数量的初步确定以省区颁布的灌溉用水定额或行业用水定额标准为依据，大多数省区标准都划分了农业灌溉分区，结合收集整理的有关标准文件全国共有27个省区对农业灌溉分区进行了划分，其中一级、二级灌溉分区为132个和185个。根据灌溉分区比例合理分配样点灌区数量，从而初步确定各灌溉分区小型地表水样点灌区数。

阶段2：样点灌区最低数量要求。根据自流饮水、提水2种取水方式确定的样点灌区，每种取水方式的小型地表水源样点灌区在每个灌溉分区内应不低于5个，并且在灌溉分区内要确保样点灌区具有代表性。灌溉分区内各样点灌区数量、有效灌溉面积必须与同类型灌区相协调，并且选择的样点灌区工程设施、种植结构、土壤类型要符合代表性要求。

阶段3：最终确定样点灌区数量。在灌溉分区内按比例分配基于样本容量初步估算的小型地表水源灌区样点灌区数量后，对比分析相同分区内最低样点数量。若最低样点数量超过初步估算值则以最低样点数量为准，若没有超过则以初步估算的数量为准。

2 样点灌区数量分析

2.1 确定样点灌区数量

表1为确定的省级小型灌区样本容量及标准差，由于调查数据缺失无法计算安徽、浙江、黑龙江、辽宁、内蒙古部分取水方式的标准差，所以最终样本容量直接以最低数量要求确定，对于某种取水方式灌区数量较少的部分省、直辖市不布设该取水方式的样点灌输。从表1可知，初步样本容量按统计学原理确定时，应布设的自流、提水小型地表水源样点灌区为853个和858个，因调查数据具有较小的标准差部分地区所需的样点灌区数较少，如分别仅需4个样点灌区即可满足甘肃省提水、自流小型灌区用水量估算要求，为提高用水量估算精度以及保证灌溉分区内样点灌区的代表性，增加每个灌溉分区中每种取水方式的样点灌区数量至5个。最终，全国供需布设小型地下水源和地表水源样点灌区617个、2241个，其中按取水方式需布设小型自流和提水样点灌区1145个、1096个。

表1 省级小型样点灌区样本容量及标准差

2.2 对比样点灌区与现有基础

从2006年开始至2018年结束开展的灌溉水有效利用系数测算工作，全国共布设3715个样点灌区，其中小型地下水源和地表水源灌区558个、1614个，中型和大型灌区1102个、591个。该工作为后期灌区管理、升级改造等提供了大量资料，所以要密切结合该项工作开展农田灌溉用水量的统计，特别是选择样点灌区时要充分结合以上工作。

根据文中所述方法，按照灌溉分区供需布设小型地下水源和地表水源样点灌区617个、2241个。采用灌溉水有效利用系数测算的小型地下水源灌区558个、小型地表水源灌区1614个，所以采用现有系数测算的样点灌区无法达到要求。通过对比分析灌溉水有效系数测算的样点灌区和文中确定的各灌溉分区样点灌区数量，可得出以下结论：

1)总体而言，采用灌溉水有效利用系数测算的样点灌区数量与确定的各灌溉分区中样点灌区数量相差不大，为满足农田灌溉用水量的统计要求只需适当调整或增加现有系数测算样点灌区即可。

2)与现有样点灌区相比还要增加小型地下水源和地表水源灌区59个、627个。此外，在132个灌溉分区中现有小型样点灌区达到要求的灌溉分区有40个，而需要增加小型样点灌区数量的灌溉分区有92个。

3 结 论

本研究遵循样点灌区选取要求、基本原则提出一种样点灌区选取方，为农田用水量测算提供一种新的途径，主要结论如下：

1)以选取样点灌区推算以及直接填报小型、大中型灌区灌溉用水量，其中小型、纯井和地表水源样点灌区的选择要按照取水类型、最低要求、分阶段的方法确定。

2)采用文中所述方法，针对不同灌溉分区共需布设小型地下水源和地表水源样点灌区617个、2241个，与现有样点灌区相比还要增加59个地下水源和627个地表水源灌区。