陜西省黃河流域典型灌區地表耗水系數監測試驗研究

李 東，張偉峰，高亞軍，蔣秀華，呂文星，李忠亭，韓西宏

(1.黃河水利委員會水文局，河南 鄭州 450004；2.陜西省渭南市洛惠渠管理中心，陜西 渭南 715100)

合理準確的農業灌溉地表水耗水系數對于計劃用水、節約用水以及水資源管理等具有重要意義。由于國務院“八七分水”方案和《黃河水資源公報》是從流域角度采用“引排差法”計算地表水流域耗水量，與全國及各省(區)計算的耗水量存在一定的差異。為此開展“黃河流域部分省(區)地表水耗水系數率定”項目，提高黃河流域耗水量計算精度，本次選擇洛惠渠洛東灌區為封閉試驗區域研究，結合調研東雷灌區退水情況，進行陜西省農業地表水耗水系數計算。

通過實地查勘和調研，分析確定開展引退水調查研究的典型灌區和監測試驗的典型灌區，并對監測試驗的典型灌區進行地下水資源量分析計算等工作，從而計算出考慮不同影響因素條件下的典型灌區引退水，初步弄清典型灌區地表水引退水關系。

陜西省黃河流域灌區農業耗水系數率定采用綜合灌溉面積推廣應用方法，即利用本次典型試驗的結果，進行科學分析，即把典型灌區耗水系數或畝均地表水綜合用水量按照一定的修正量進行，一般按自流引水灌區、高抽引水灌區和小型高效節水灌區進行加權計算，最后推求陜西省黃河流域灌區灌區地表耗水系數。

1 灌區基本情況

1.1 洛東灌區

洛惠渠灌區地處陜西關中平原東端、北洛河下游。灌溉范圍東起黃河右岸，西至蒲、富縣界；北起渭北臺塬，南抵洛水，東北與東雷灌區毗鄰，西南與交口抽渭灌區相連，灌區總土地面積112.5萬畝。自澄城縣狀頭村引北洛河水，洛河自灌區中部穿過，將灌區分成洛東、洛西兩個自然部分。洛東灌區灌區設施范圍分屬渭南市大荔、蒲城、澄城三縣管轄，灌溉三縣74.32萬畝農田，受益范圍包括18個鎮、三個國有農場。洛東灌區為黃河支流洛河水系，黃河從東邊自北而南流過，洛河環繞西南經朝邑注入渭河。見圖1。

圖1 洛東灌區平面示意圖

洛東灌區渠首位于義井分水閘處，有東干渠、中干渠和西干渠3條引水渠，且引水均有計量；灌區共有13處退水口，有干溝已無水可退，經過退水匯流，洛東灌區只需設安仁、堤滸、婆合、中排干、埝橋和馮村6個監測斷面。

洛東灌區各引水干渠水位～流量關系曲線，是由各年實測流量率定的綜合水位～流量關系曲線，每年使用時先進行水位流量關系校測，經分析測驗精度符合規范要求后，由實測水位推求引水量。洛東灌區共有斗渠158條，征收水費是以斗渠計量的水量為基礎的，水量采用巴歇爾量水堰進行計量算。

1.2 東雷抽黃灌區

東雷抽黃灌區(一黃)位于陜西省渭南市的合陽、大荔、澄城、蒲城四縣，東雷抽黃工程渠首設在合陽縣以東25 km的東雷村下，總引水渠道工程全長35.5 km，設計流量85 m3/s,加大流量115 m3/s，為東雷一、二期抽黃灌區共用輸水渠道。在合陽縣的東雷，新民、大荔縣的南烏牛和加西等四個地方分別設四個二級上塬抽水站，新民灘和朝邑灘灘地上的二個灌排系統。1988年塬上開始使用，設計灌溉面積102萬畝，有效面積83.7萬畝。

東雷二期抽黃引水樞紐位于一期抽黃工程渠首以下5.9 km附近，太里灣抽黃總干渠，引至夏陽村北匯入東雷一期抽黃總干渠南下，至大荔縣北干村于塬下設北干抽水站上塬進入渭河三級階地。從北干站出水池后沿398 m高程西行，到大荔縣雙泉鎮，沿洛惠渠東西干渠的北側向西輸水。分設孫鎮、蒲城、興鎮、流曲、劉集等5個灌溉系統，最大的灌溉系統控制24萬畝。1998年11月灌溉試運行，設計灌溉面積147萬畝。實灌灌溉126.5萬畝，其中洛河以東15.5萬畝，剩余的111萬畝在洛河以西的蒲、富黃土臺原區。

東雷一期灌區塬上系統按計劃取水，不浪費。東雷二黃二級泵站進入塬上，有漢村退水閘、芝麻灣(黨川)退水口、蒲石退水，均進入北洛河。

2 計算方法

2.1 耗水系數計算原理與方法

本次研究采用流域耗水量的概念[1]，“流域耗水量”是指河道水面以外(不包括河道的用水也即水庫蓄水變量)的還原水量，也即河道“無回歸水量”，計算方法的核心是引排差。以“引排差法”計算灌區耗水量，即地表水耗水量采用引水減退水。再綜合考慮降水、地下水的影響，計算出不同影響因素下的耗水系數。

地表水耗水系數是從河道取用的耗水量與取用水量之比。向流域外引水，對于流域本身來說，只要不再回歸引出流域，即認為100%的消耗。一般情況下，高揚程或遠距離輸水、支流跨流域引取水的耗水系數較高；引取河道的水量進入灌區內的湖泊、坑塘、洼地、海子、人工開挖的小型平原水庫以及村前屋后的溝道等的灌區滯水，不再回歸河道，均視為耗水。

對于有明渠或溝道退水則進行全面控制進行統計。對于河川谷地灌區還要計算灌溉水入滲地下含水層后，以地下潛流形式排入河道的水量。

分析計算黃河流域灌區耗水系數需考慮三種情況：①、僅考慮灌區引水和明渠排回河道水量；②、在①的基礎上，再從明渠排回河道水量中剝離因降雨產生的徑流量；③、在②的基礎上，退水中加入灌溉入滲水通過地下潛流排入河道的水量。

灌區一般有自流引水灌區、高抽引水灌區和高效節水灌區。陜西省黃河流域大型灌區耗水系數計算公式如下[2]：

Kq=Kgi×x+Kgi×y+Kgk×z

(1)

式中：Kq為陜西省黃河流域大型灌區耗水系數；Kgi為自流灌區耗水系數；x為陜西省黃河流域自流灌區面積占比；Kgj為高抽引水灌區耗水系數；y為陜西省黃河流域高抽引水灌區面積占比；Kgk為節水與小型灌區耗水系數；z為陜西省黃河流域節水與小型灌區面積占比。

2.2 地下水滲漏量和農田降雨匯流量分析計算

計算灌溉水入滲補給量形成的河道排泄量采用以下步驟：

(1)首先以洛東灌區為計算單元，計算出地下水總補給量及其形成的河道排泄量；

(2)以灌溉水入滲補給量占地下水總補給量的比率，近似地作為灌溉水入滲補給量形成的河道排泄量占地下水總補給量形成的河道排泄量的比率。

洛惠渠東灌區灌溉水入滲補給量包括渠系滲漏補給量和渠灌田間入滲補給量。

(3)根據地下水總補給量、河道排泄量、灌溉水入滲補給量以及第(2)步的比率，計算灌溉水入滲補給量形成的河道排泄量。

根據地下水資源量的計算結果，洛東灌區地下水總補給量為4 863.31萬 m3，灌溉水入滲補給量為1 283.85萬 m3，則灌溉水入滲補給量占地下水總補給量的比率為0.26。

將此比率近似地作為灌溉水入滲補給量形成的河道排泄量占地下水總補給量形成的河道排泄量的比率和灌溉水入滲補給地下含水層的水量占地下水蓄變量的比率。

根據《雨水集蓄利用工程技術規范》(GB/T50596-2010)，農田降雨匯流量公式計算，灌區總排干控制灌溉面積15.5萬畝；年平均徑流系數參考甘肅省雨水集蓄利用工程技術標準中自然土坡，降雨保證率按75%計，徑流系數為0.07。根據灌區管理經驗，其它退水溝一般汛期降雨停灌，日降雨量小于15 mm時不產流，因此本研究統計≥15 mm降雨量及其產生的徑流量。

3 灌區耗水系數

3.1 洛東灌區明渠引排差耗水系數

根據2014年4月1日-2015年3月31日洛東灌區引退水監測試驗資料統計，洛東灌區引水量為5 445萬 m3，退水量為950.4萬 m3，則耗水系數為0.825。洛東灌區引、退水量統計表見表1。本次試驗區洛東灌區試驗年度明渠耗水系數為0.825。

表1 洛惠渠洛東灌區引、退水量統計表 萬m3

3.2 洛東灌區地下水回歸影響因素的耗水系數

為了使耗水系數更準確，在以上計算的基礎上，分析計算降雨和地下水影響下的洛東灌區耗水系數。

根據農田降雨匯流量的計算，2000-2014年不同灌溉階段降雨量產生的徑流量，汛期(7-10月)多年平均為132.00萬 m3，全年為183.68萬 m3。2014年汛期(7-10月)≥15 mm徑流量為146.30萬 m3，全年(1-12月)徑流量為198.94萬 m3。綜合考慮多年平均成果和2014年的成果，結合灌區的特點，采用2014年汛期數據徑流量為146.30萬 m3。

根據地下水滲漏量的分析計算，洛東灌區河道排泄量為1 714.92萬 m3，則灌溉水入滲補給量形成的河道排泄量為452.71萬 m3。

洛東灌區試驗年度監測引水量為5 445.3萬 m3；監測退水量為950.5萬 m3，其中扣除農田降雨形成的退水量146.3萬 m3，再加上灌溉水入滲補給量形成的河道排泄量452.7萬 m3，洛東灌區退水量為1 256.9萬 m3，則洛東灌區耗水系數為0.769。

3.3 東雷灌區耗水系數

東雷二期抽黃灌區從塬上(即二級站)開始，退水進入北洛河，匯流渭河后最終進入黃河。根據東雷二期抽黃灌溉年引退水資料，2012年11月-2013年8月二級站取水量為25 687.5萬 m3，退水量2 044.5萬 m3，耗水系數為0.92；2013年11月-2014年9月二級站取水量30 083.1萬 m3，退水量3 032.3 萬 m3，耗水系數為0.899；2012年11月-2014年9月二級站取水量55 770.62萬 m3，退水量5 076.73萬 m3，3年綜合耗水系數為0.91。

東雷一期抽黃塬上(即二級站)引水量，作為引黃不能回歸黃河河道的水量，東雷一期有4座揚水站，運行時間較長，計劃用水強，沒有退水，因此，塬上引水即為耗水量，耗水系數近似為1。

2014年灌溉年東雷一、二期從塬上抽黃水量為41 266.08萬 m3，退水量為二黃進入北洛河的水量為3 032.3萬 m3，引排差為38 233.78萬 m3，東雷一、二期塬上抽黃耗水系數為0.927。

從時段及對河道的引排差的基礎上考慮，本次采用東雷二期抽黃管理局耗水系數為0.91。

4 陜西省農業灌區耗水系數

陜西大力發展農田水利建國以來先后建起了以寶雞峽灌區、馮家山灌區、涇惠渠灌區、交口抽渭灌區、東雷抽黃等50萬畝以上灌區8處，目前共計建成萬畝以上灌區190處。

按灌區規模套灌溉類型對陜西省灌區進行統計，其中灌區規模分為大型(≥30萬畝)、中型(分為 15～30萬畝、5～15萬畝、1～5萬畝)、小型(≤1 萬畝)及純井灌區，灌溉類型分自流引水、提水2種類型。

陜西省12個30萬畝以上大型灌區，包括3個抽水灌區和9個自流灌區，除石門水庫灌區地處陜南漢中市漢臺區外，其它11個灌區均地處關中地區。

大中型自流灌區和高抽灌區耗水系數分別為0.825和0.91，小型灌區自流灌區和節水灌區耗水系數均按1計算。2012年陜西省黃河流域大中型自流灌區有效面積占比為67.3%，大中型高抽引水灌區面積占比22.1%，小型灌區面積占比10.6%；陜西省黃河流域大中型自流灌區實灌面積占比為61.9%，大中型高抽引水灌區面積占比25.7%，小型灌區面積占比12.3%；因此陜西省黃河流域灌區有效面積計算的綜合耗水系數為0.862，實灌面積計算的綜合耗水系數為0.868。

結合通過地下水回歸河道的洛東灌區耗水系數為0.769，陜西省黃河流域灌區有效面積計算的綜合耗水系數為0.825，實灌面積計算的綜合耗水系數為0.834。

5 結語

(1)以陜西省渭河流域洛惠渠灌區和東雷抽黃灌區兩個大型灌區為研究對象，采用流域耗水量“引排差”計算方法，對典型灌區用水、退水、耗水等規律進行了初步階段性研究。以洛惠渠灌區作為試驗區域和東雷抽黃灌區為調研對象，進行年度監測試驗。

(2)洛東灌區明渠試驗結果耗水系數為0.825，東雷抽黃二期耗水系數為0.91；按灌溉面積加權推算，陜西省黃河流域灌區有效面積計算的綜合耗水系數為0.862，實灌面積計算為0.868。

(3)結合通過地下水回歸河道的洛東灌區耗水系數為0.769，陜西省黃河流域灌區有效面積計算的綜合耗水系數為0.825，實灌面積計算的綜合耗水系數為0.834。

(4)存在問題：主要有選取的洛東灌區是一個封閉的區域，地下水回歸河道水量的計算還有待于進一步更多監測資料的支撐，關中灌區渠道水力發電站因素復雜，非灌區期也大引大排存在，典型推全省耗水系數存在考慮因素不全面的可能，還有干流供水與支流用水重復交叉，無法嚴格分開等因素。