1、节水灌溉Water Saving Irrigation沧县灌溉机井水电转换系数影响因素分析范雷雷1，2，马素英1，2，哈建强3，李月霞1，2，张志悦3（1.河北省水利科学研究院，石家庄 050057；2.河北省农业节水技术创新中心，石家庄 050057；3.河北省沧州水文勘测研究中心，河北 沧州 061000）摘 要：“以电折水”是河北省计量农业地下水开采量的主要管理措施，科学利用机井水电转换系数并分析其变化规律对于优化水资源配置、节约能源、提高效率等具有重要意义。依据河北省沧县境内177眼农用灌溉机井相关监测资料，对影响机井水电转换系数的地下水埋深、水泵效率、管道压力、输水管道长度等因素进行
2、单因素分析并建立回归模型，同时采用通径分析法筛选出主要因素，并对其进行精度验证。研究结果表明：机井水电转换系数受地下水位埋深影响程度较大，通径系数为-0.882；水泵效率和管道输水长度，其直接通径系数和间接通径系数均较小，对水电转换系数的改变影响较小。不同地下水埋深下的浅层井和深层井出水量计算值与实测值拟合结果较好，浅井拟合精度高于深井，R2分别为0.88和0.85。研究成果对于加快“以电折水”计量管理措施的推广具有重要现实意义。关键词：灌溉机井；水电转换系数；回归模型；通径分析；拟合精度；影响因素；水资源配置；以电折水中图分类号：S275 文献标识码：A DOI：10.12396/jsgg.
3、2022287范雷雷，马素英，哈建强，等.沧县灌溉机井水电转换系数影响因素分析 J.节水灌溉，2023（6）：117-123，131.DOI：10.12396/jsgg.2022287.FAN L L，MA S Y，HA J Q，et al.Analysis on influencing factors of water-electricity conversion coefficient of irrigation wells in Cangxian County J.Water Saving Irrigation，2023（6）：117-123，131.DOI：10.12396/jsgg.
4、2022287.Analysis on Influencing Factors of Water-electricity Conversion Coefficient of Irrigation Wells in Cangxian CountyFAN Lei-lei1，2，MA Su-ying1，2，HA Jian-qiang3，LI Yue-xia1，2，ZHANG Zhi-yue3（1.Hebei Water Conservancy Research Institute，Shijiazhuang 050057，China；2.Hebei Agricultural Water Saving
5、Technology Innovation Center，Shijiazhuang 050057，China；3.Hebei Cangzhou hydrological survey and Research Center，Hebei，Cangzhou 061000，Hebei Province，China）Abstract：Electricity to water is the main management measure for measuring agricultural groundwater extraction in Hebei Province,it is of great s
6、ignificance to optimize water resource allocation,save energy and improve efficiency by scientifically utilizing water-electricity conversion coefficient of irrigation wells and analyzing its variation law.Based on the relevant monitoring data of 177 agricultural irrigation wells in Cangxian County,
7、Hebei Province,the factors such as groundwater depth,pump efficiency,pipeline pressure,and water pipeline length,which affect the water-electricity conversion coefficient of the wells were analyzed by the single factor method,and a regression model was established.The results show that:the water-ele
8、ctricity conversion coefficient of pumping well is greatly affected by the buried depth of groundwater level,and the path coefficient is-0.882;the direct path coefficient and indirect path coefficient of the pump efficiency and the water delivery length of the pipeline are both small,which has littl
9、e impact on the change of the water-electricity conversion coefficient.The 文章编号：1007-4929（2023）06-0117-07收稿日期：2022-10-11基金项目：国家重点研发计划课题（2016YFC0401408）；河北省科技计划项目（15227006D）；河北省水利科技计划项目（2018-07）。作者简介：范雷雷（1993-），男，工程师，博士，主要从事农业灌溉和节约用水相关研究。E-mail:。通讯作者：马素英（1982-），女，正高级工程师，硕士，从事水资源管理和节约用水方面研究。E-mail:。11
10、7沧县灌溉机井水电转换系数影响因素分析 范雷雷 马素英 哈建强 等calculated and measured water yields of shallow wells and deep wells under different groundwater depths are well fitted,and the fitting accuracy of shallow wells is higher than that of deep wells,and the value of R2 is 0.88 and 0.85,respectively.The research results
11、have important practical significance for speeding up the promotion of electricity to water metering management measures.Key words：irrigation well；water-electricity conversion coefficient；regression model；path analysis；fitting accuracy；influencing factor；water resources allocation；electricity to wat
12、er0引 言农业水资源的科学管理是实现我国水资源高效利用的主要途径之一1。长期以来，我国农业用水采取水资源费缓征的保护性政策2。2016年，河北省作为典型试点地区开展水资源税改革，旨在为国家全面开征水资源税提供可复制、推广的技术模式，体现了党中央采取行政和市场“两只手”解决水资源供需矛盾的新时代治水理念，也体现了国家对河北省地下水超采问题的高度关注3-5。随着河北省农业水价综合改革的不断实施，农业用水定额管理取得显著成果，但在农业用水计量、超定额收费等方面推广进度缓慢2。传统水表计量维护成本高、效率低、易损坏，远传水表虽可以实现数据实时采集等智能化用水管理，但造价较高，且维护、防盗、管理等后期
13、成本较高，使得农业用水始终无法实现精细化管理，实现地下水的精确计量成为当前亟待解决的难题之一。针对目前农业用水计量方面存在的问题，河北省提出了“以电折水”计量方法，即通过利用水电之间的转换关系，以耗电量估算机井出水量，不仅能显著提高农业用水的计量效率、降低人工成本，还能为农业用水“以电计水、以电控水、以电管水”的发展思路提供理论支撑，该方法作为一种能较为高效准确地估算用水量的计量方式在河北地区具有良好的应用前景6,7。机井水电转换系数是实现“以电折水”计量管理的关键依据，也是估算机井出水量的重要参数之一8,9。影响机井水电转换系数的主要因素有地下水位埋深、水泵效率、管道压力、水泵使用年限、井泵
14、磨损程度、输水管道长度、含水层富水性、机井间距以及电源电压等10-12。目前对于影响机井水电转换系数单因素以及双因素方面的研究成果较多，多因素对于水电转换系数影响的分析研究还鲜有报道。由于影响因素较多，在确定水电转换系数时，最准确的方式就是在每个灌溉期之初采取现场测试法逐眼进行实测，但是对于河北省约98万眼的农业灌溉机井、文化程度偏低和年龄偏大的劳动力，工作量及困难程度非常之大，难以实现。提出一种既便捷并且准确度高的机井水电转换系数估算方法对于加快全省“以电折水”计量管理的推广具有重要意义。通径分析是数量遗传学家Sewall Wright于1921年提出来的一种多元统计方法，通过分解自变量与因
15、变量之间表面直接相关性，确定不同自变量对因变量的重要性，从而为统计决策提供可靠的理论依据。通径分析在农业领域得到了广泛应用13。基于此，本研究考虑控制其他因素在相同水平的情况下，选取较为容易测定的地下水位、水泵效率、管道压力及输水管道长度等因素分析其对机井水电转换系数的影响效应，同时采用通径分析法确定不同因素对机井水电转换系数的影响程度并筛选主要影响因素，以此提出一种相对便捷、准确、实用的水电转化系数确定方法，进而确保“以电折水”计量结果相对准确可靠。研究成果对于提高沧县地区农业用水计量效率，加快“以电折水”方法的推广具有重要的现实意义。1材料与方法1.1研究区概况沧县位于河北平原中东部、黑龙
16、港流域下游，处华北冲积平原向滨海沉积平原过渡地带，现辖19个乡镇，共515个行政村，全县总面积1 520 km2，属温带大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。试验区多年平均降水量 553.3 mm，降水年际变化显著，年内分配不均是沧县降水量的特点。地表水资源匮乏，多年平均水资源总量为 14 144 万 m3（矿化度小于2 g/L），其中，地下水资源量11 780 万m3，地表水资源量2 364 万m3。沧县处于海河流域南系的中下游，分属南运河和子牙河两大水系。多年平均地表径流深52.2 mm，主要产生于7月下旬和8月上旬的一二场暴雨，其地区分配与降水量基本一致。农业种植作物主要是小麦、玉米和枣树5。沧县境内地下水位较低，同时又由于农业种植结构不同，导致境内不同地区地下水开采强度各不相同，地下水位差别较大。1.2研究内容与方法1.2.1理论基础“以电折水”就是指基于机井耗电量与出水量之间的转换关系，通过机井用电量估算出水量，并以此为依据征收水费，具体方法就是通过农业灌溉时的水泵耗电量与水电转换系数的乘积推求机井实际出水量14。通过实时数据采集，建立机井出水量和耗电量之间的相关关系，
