2.3　区域灌溉水有效利用系数分析方法

2.3.1　区域灌溉水有效利用系数分析方法

一个区域的灌溉水有效利用系数是指区域内灌溉面积上灌溉水有效利用系数的平均值，由区域内各灌区的灌溉水有效利用系数与毛灌溉用水量加权平均后得出。一般来说，一个区域存在着许多不同规模与类型（大型、中型、小型灌区和纯井灌区，下同）的灌区，当灌区数量较多时，限于人力物力，不可能逐个对每一个灌区的灌溉水有效利用系数进行测算分析，为了能够正确反映区域灌溉水有效利用系数的平均水平，可以在区域内选取具有代表性的样点灌区，对样点灌区的灌溉水有效利用系数进行测算分析，然后，以点及面推算区域灌溉水有效利用系数平均值。

2.3.1.1　分析计算方法

一个区域内灌溉水有效系数的计算公式如下：

式中　η区域——某区域灌区灌溉水有效利用系数；

ηij——第i种规模与类型第j个灌区灌溉水有效利用系数；

Wij——第i种规模与类型第j个灌区年毛灌溉用水量，万m3；

m——某区域灌区规模与类型个数，m＝1～4；分为大型、中型、小型、纯井4种；

n——某种规模与类型灌区数量，个。

分层分类确定样点灌区后，逐个对各样点灌区的灌溉水有效利用系数进行测算分析，以样点灌区测算值为基础，推求该类灌区或该层灌区灌溉水有效利用系数的平均值，进而利用不同类或层灌区的毛灌溉水量为权重，计算得出区域灌溉水有效利用系数的加权平均值。计算公式如下：

式中　n'——某种规模与类型灌区样点灌区数量，个；

Wi——某区域第i种规模与类型灌区年毛灌溉用水量，万m3；

其他符号意义同前。

2.3.1.2　区域样点灌区选择方法

在分析区域灌溉水有效利用系数时，样点灌区选择及其代表性是关键。从概率统计学角度，有许多抽样方法，即选取样点的方法，最常用的有概率抽样和非概率抽样两种。

（1）概率抽样。概率抽样又称随机抽样，指在总体中排除主观因素，给予每一个体一定的抽取机会的抽样。其特点为，抽取样本具有一定的代表性，可以从调查结果推断总体；但操作比较复杂，需要更多的时间，而且往往需要更多的费用。常用的概率抽样方法有：单纯随机抽样、系统抽样、整群抽样和分层抽样。

单纯随机抽样也称为简单随机抽样、纯随机抽样、SRS抽样，是指从总体N个单位中任意抽取n个单位作为样本，使每个可能的样本被抽中的概率相等的一种抽样方式。

系统抽样也称为等距抽样、机械抽样、SYS抽样，它是首先将总体中各单位按一定顺序排列，根据样本容量要求确定抽选间隔，然后随机确定起点，每隔一定的间隔抽取一个单位的一种抽样方式。

整群抽样又称聚类抽样，是将总体中各单位归并成若干个互不交叉、互不重复的集合，称之为群；然后以群为抽样单位抽取样本的一种抽样方式。

分层抽样又称分类抽样或类型抽样。将总体划分为若干个同质层，再在各层内随机抽样或机械抽样。分层抽样的特点是将科学分组法与抽样法结合在一起，分组减小了各抽样层变异性的影响，抽样保证了所抽取的样本具有足够的代表性。

（2）非概率抽样。非概率抽样又称非随机抽样，指根据一定主观标准抽取样本，令总体中每个个体的被抽取不是依据其本身的机会，而是完全决定于调研者的意愿。其特点是能反映某类群体的特征，是一种快速、简易且节省成本的数据收集方法。当研究者对总体具有较好的了解时可以采用此方法，或是总体过于庞大、复杂，采用概率方法有困难时，可以采用非概率抽样来避免概率抽样中容易抽到实际无法实施或“差”的样本，从而避免影响对总体的代表度。非概率抽样主要有4种方法：方便抽样、判断抽样、配额抽样、滚雪球抽样，非概率抽样分类见表2.1。

一个区域可以是全国、省级区域或者水资源分区等其他地域分区。在一个区域内，灌区数量众多，灌区规模与类型、工程设施状况、管理水平等差别较大。从全国情况来说，灌溉面积小的灌区不到50亩，大的达1000多万亩，有的采用地面灌溉，有的采用喷灌、微灌；有的管理设施配套，管理水平高，有的管理落后。尽管千差万别，但总体上管理与技术人员对于灌区的相关情况都有一定了解和把握，根据灌区的这一特点，为了便于操作和节约成本，采用非概率抽样中的配额抽样方法确定样点灌区。

由于灌区输水过程、田间灌溉是灌溉水损失的两个关键环节，这两个环节与灌区规模和类型具有直接关系，按照非概率抽样中的配额抽样方法，结合灌区实际情况，将区域内灌区按照规模与类型分层。考虑到与工作的衔接，可以按大型（不小于30万亩）、中型（1万～30万亩）、小型（小于1万亩）和纯井等4种规模与类型来分层，然后在每一个层内再进一步分类，如大型、中型灌区的灌溉面积跨度较大，可以进一步分类，大型灌区可以分为30万～50万亩、50万～150万亩、150万～300万亩、300万～500万亩、500万亩以上等5类，也可分为6类、7类等；中型灌区也可进一步分为1万～5万亩、5万～15万亩、15万～30万亩等3类或4类、5类，根据实际需要来定。

在每一个类中，综合考虑工程设施状况、管理水平、灌溉水源条件（提水、自流引水）、种植结构、地形地貌等因素选取样点灌区。理论上来说，样点灌区的数量越多越好，具体数量以能够反映区域整体水平、可操作、便于实施为原则来确定。

为选择确定好样点灌区，使样点灌区整体能够代表区域内灌区用水效率的平均水平，需要组织具有丰富经验的专家对区域内灌区的水资源状况、工程设施和管理情况等进行全面深入的调查和了解，在此基础上，通过对比分析、系统比较，确定样点灌区，最大限度地减少主观判断偏差，使所选样点灌区具有更强的代表性。

2.3.2　省级区域灌溉水有效利用系数

根据灌溉发展以及严格水资源管理制度考核实施的实际需要，以省级行政区为分析独立区域具有典型性和实用性，以其他要素诸如水资源分区、经济水平等划分区域的测算分析评价方法与省级区域的原理相同，这里以省级区域为例做详细说明。

2.3.2.1　省级区域样点灌区选择

各省级区域灌区数量多、差异大，如上所述，需要分层选择确定样点灌区，具体如下：

（1）以灌区规模与类型分层选取。样点灌区按照大型（不小于30万亩）、中型（1万～30万亩）、小型（小于1万亩）灌区和纯井灌区4种不同规模与类型选取。

（2）在同一种类型中，综合考虑灌区工程设施状况、管理水平、灌溉水源条件（提水、自流引水）、种植结构、地形地貌等因素，分析确定该类型的样点灌区，使选择的样点灌区综合后能代表全省该类型灌区的平均情况。不能只选择条件好的灌区，也不能只选择条件差的灌区，应该兼顾不同条件的灌区。

（3）同一类型中样点灌区应有足够数量，并且样点灌区规模要大小兼顾，使其能够代表该类的整体水平。例如，中型灌区，其规模范围为1万～30万亩，在选择样点灌区时，不能只选5万亩左右的灌区，也不能只选20多万亩的灌区，而应该根据本省区域内中型灌区规模与类型分布，兼顾不同情况统筹选择确定样点灌区。

（4）在纯井灌区中，可以选择单井控制灌溉面积或井群控制灌溉面积作为一个样点灌区（测算单元），可以根据实际情况确定。影响井灌区灌溉水有效利用系数的主要因素是灌溉方式，在这一层中进一步根据土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、喷灌、微灌等不同灌溉方式分别选择代表性样点，同一种灌溉方式至少选择3个样点灌区。样点灌区个数应根据本省级区域纯井灌区实际情况确定，以能代表纯井灌区灌溉水有效利用系数的整体情况为原则。

（5）样点灌区一般应具有一定的观测条件和灌溉用水管理资料等，并具备相应的技术力量。

2.3.2.2　样点灌区动态代表性

为使测算分析得到的灌溉水有效利用系数具有可比性，灌区样本应尽量保持稳定，一般不宜进行调整。但灌区工程改造、管理水平会不断变化，有时甚至年际间有较大变化，而限于资金投入和其他条件的制约，不可能对所有灌区按同样的投入和标准来进行改造，这样不同规模与类型样点灌区与全省（自治区、直辖市）同类灌区的平均变化情况可能发生较大差异，每年均应对灌区样本进行代表性分析，必要时进行合理调整，使灌区样本既能保持相对稳定，又能动态微调，确保始终代表全省（自治区、直辖市）的平均水平。

样本动态代表性影响因素多，一般需要全面、系统、深入分析省级区域内灌区整体变化和样点灌区变化情况作出判断。为简便起见，可以用工程改造投入作为判断因素，灌区工程节水改造投入直接影响灌溉工程的状况，故样本的动态代表性可以有效灌溉面积的亩均节水改造投入作为判别指标。

当省级区域内同种规模或类型全部样点灌区连续3年的亩均节水改造投入平均增加值与省级区域同规模或类型灌区的亩均节水改造投入平均增加值相差20%以内时，参与测算分析的样点灌区不作调整，以保持稳定；当两者相差大于等于20%时，应经省级区域主管部门充分论证并复核确认后，对参与测算分析的样点灌区可进行适当调整，使两者差值控制在20%之内；再以调整后的该规模或类型样点灌区的灌溉水有效利用系数测算分析值为基础，计算省级区域同规模或类型灌区的灌溉水有效利用系数。

如果具有充分的资料，也可采用其他方法判断灌区样本的动态代表性并作合理调整，但应确保其具有统计代表性。

2.3.2.3　省级区域不同规模与类型灌区灌溉水有效利用系数计算

（1）省级区域大型、中型和小型灌区灌溉水有效利用系数计算。各省级行政区大型、中型和小型灌区灌溉水有效利用系数，可依据不同规模样点灌区灌溉水有效利用系数算术平均后得到。计算公式为

式中　ηLi——省级区域某规模第i个样点灌区灌溉水有效利用系数；

L——省级区域灌区规模类型，为大型、中型和小型3种类型；

n——省级区域某规模灌区样点灌区个数。

由于不同规模灌区数量、灌溉面积差异较大，样点灌区的选择结果可能对计算结果产生较大影响，可分规模灌区采取不同处理方式。

其中，大型灌区数量相对较少，且管理机构相对完善，测算条件较好，可全部纳入测算范围，依据各大型灌区灌溉水有效利用系数与用水量加权平均后得出该省（自治区、直辖市）大型灌区灌溉水有效利用系数。计算公式如下：

式中　η省大型——本省（自治区、直辖市）大型灌区灌溉水有效利用系数；

η大i——本省（自治区、直辖市）第i个大型灌区灌溉水有效利用系数；

W样大i——本省（自治区、直辖市）第i个大型灌区年毛灌溉用水量，万m3；

N——本省（自治区、直辖市）大型灌区数量，个。

中型灌区灌溉面积在1万～30万亩范围内，规模差异较大，可将中型灌区分为1万～5万亩、5万～15万亩和15万～30万亩3个档次进行计算，分别以3个档次样点灌区灌溉水有效利用系数为基础，采用算术平均法分别计算3个档次灌区的灌溉水有效利用系数；然后将汇总得出的3个档次灌区年毛灌溉用水量加权平均得出本省（自治区、直辖市）中型灌区的灌溉水有效利用系数。计算公式如下：

式中　 η省中型——本省（自治区、直辖市）中型灌区灌溉水有效利用系数；

η1～5、η5～15、η15～30——本省（自治区、直辖市）1万～5万亩、5万～15万亩和15万～30万亩不同规模样点灌区灌溉水有效利用系数；

W省毛1～5、W省毛5～15、W省毛15～30——本省（自治区、直辖市）1万～5万亩、5万～15万亩和15万～30万亩不同规模灌区年毛灌溉用水量，万m3。

小型灌区灌溉面积均为1万亩以下，可参照式（2.22）对样点灌区灌溉水有效利用系数进行算术平均后得到。

（2）省级区域纯井灌区灌溉水有效利用系数计算。对于纯井灌区，首先采用算术平均法分别计算土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、喷灌、微灌5种灌溉类型样点灌区的灌溉水有效利用系数；然后，按不同灌溉类型的年毛灌溉用水量加权平均计算全省（自治区、直辖市）纯井灌区的灌溉水有效利用系数。计算公式如下：

式中　 η土、η防、η管、η喷、η微——土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、喷灌和微灌5种类型样点灌区的灌溉水有效利用系数；

W土、W防、W管、W喷、W微——省级区域土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、喷灌和微灌5种类型纯井灌区的年毛灌溉用水量，万m3。

2.3.2.4　省级区域灌溉水有效利用系数计算

省级区域灌溉水有效利用系数是指省级区域年净灌溉用水总量与年毛灌溉用水总量的比值，计算公式如下：

式中　η省——省级区域灌溉水有效利用系数平均值；

W省净——省级区域年净灌溉用水总量，万m3；

W省毛——全省（自治区、直辖市）年毛灌溉用水总量，万m3。

全省（自治区、直辖市）年毛灌溉用水总量，等于全省（自治区、直辖市）大型、中型、小型和纯井灌区毛灌溉用水量之和：

式中　W省大型、W省中型、W省小型、W省纯井——全省（自治区、直辖市）大型、中型、小型灌区和纯井灌区的年毛灌溉用水量，万m3。

2.3.3　全国灌溉水有效利用系数的计算

2.3.3.1　全国大型灌区灌溉水有效利用系数计算

按照2.3.2.3得到的各省级区域大型灌区灌溉水有效利用系数后，用各省级区域大型灌区年毛灌溉用水总量加权平均得出全国大型灌区灌溉水有效利用系数。计算公式如下：

式中　m——全国省级区域总数，m＝31，当新疆生产建设兵团单列时，m＝32；

ηi省大型——全国第i个省（自治区、直辖市）的大型灌区灌溉水有效利用系数；

Wi省大型——第i个省（自治区、直辖市）的大型灌区年毛灌溉用水总量，万m3。

2.3.3.2　全国中型灌区灌溉水有效利用系数计算

按照上述方法得到省级区域中型灌区灌溉水有效利用系数后，用各省级区域中型灌区年毛灌溉用水总量加权平均得出全国中型灌区灌溉水有效利用系数。计算公式如下：

式中　m——全国省级区域总数，m＝31，当新疆生产建设兵团单列时，m＝32；

ηi省中型——全国第i个省（自治区、直辖市）的中型灌区灌溉水有效利用系数；

Wi省中型——第i个省（自治区、直辖市）的中型灌区年毛灌溉用水总量，万m3。

2.3.3.3　全国小型灌区灌溉水有效利用系数计算

按照上述方法得到省级区域小型灌区灌溉水有效利用系数后，用各省级区域小型灌区年毛灌溉用水总量加权平均得出全国小型灌区灌溉水有效利用系数。计算公式如下：

式中　ηi省小型——全国第i个省（自治区、直辖市）的小型灌区灌溉水有效利用系数；

Wi省小型——第i个省（自治区、直辖市）的小型灌区年毛灌溉用水总量，万m3；

其他符号意义同前。

2.3.3.4　全国纯井灌区灌溉水有效利用系数计算

按照上述方法得到各省级区域纯井灌区灌溉水有效利用系数后，用各省级区域纯井灌区年毛灌溉用水总量加权平均得出全国纯井灌区灌溉水有效利用系数。计算公式如下：

式中　m——全国省级区域总数，m＝31；当新疆生产建设兵团单列时，m＝32；

ηi省纯井——全国第i个省（自治区、直辖市）的纯井灌区灌溉水有效利用系数；

Wi省纯井——第i个省（自治区、直辖市）的纯井灌区年毛灌溉用水总量，万m3。

2.2.3.5　全国灌溉水有效利用系数计算

按照上述方法得到各省（自治区、直辖市）灌溉水有效利用系数后，用各省（自治区、直辖市）年毛灌溉用水总量加权平均得出全国灌溉水有效利用系数。计算公式如下：

式中　η全国——全国灌溉水有效利用系数；

其他符号意义同前。