甘肅省景泰川電力提灌灌區耗水系數監測試驗研究

李 東，呂文星，錢新鵬，閻廷才，劉東旭

(1.黃河水利委員會水文局，河南 鄭州 450004；2.甘肅省景泰川電力提灌管理局，甘肅 景泰 730499)

1 概況

國務院黃河可供水量“八七”分配方案和《黃河水資源公報》是建立在從流域角度出發[1]，采用“引排差法”計算各省區及流域地表水耗水量。因此開展“黃河流域部分省(區)地表水耗水系數率定”項目研究，提高黃河流域耗水量計算精度，提出科學合理的耗水指標，使《黃河水資源公報》中各省區的水資源開發利用情況更符合實際情況，對弄清流域地表水取退水關系，準確確定相關省(區)地表水耗水量和耗水系數，為取水許可總量控制，和編制《黃河水資源公報》、開展相關省區年度水資源管理考核指標核算，具有重要現實的意義。

選取研究灌區時，重點關注直接從河道自流引水或提水，觀測條件比較，計量基礎條件較好、水量監測系統較完整、規模較大的灌區。同時能夠得到地方水管部門積極支持，最好是十萬畝以上灌區。經篩選，甘肅省選取景泰川電力提灌灌區(高抽引黃河水)，進行灌區引水渠和退水渠溝觀測。

景電揚水灌區是黃河流域提水高程最大的灌區，也是向西北內陸河流域提供灌溉與生態補給的灌區。高揚程提水灌區不僅有灌區的退水并且還形成了一定規模的鹽堿化。揚水有計量和測驗，包括支渠斗渠都有計量，但灌區回歸沒有計量。

灌區耗水系數計算方法

地表水耗水量采用引排差法，計算公式(以灌區為例)為：

Q耗水=Q引水-Q退水

其中：Q耗水為灌區耗水量(灌區灌溉耗損水量)；Q引為灌區渠首引取河道水量(扣除引水口直接退入河道水量)；Q退為灌區灌溉用水后退入河道水量(包含入滲補給地下水后的灌溉水河道排泄量)。

地表水取水量是指直接從黃河干、支流引(提)的水量。地表水耗水量是指地表水取水量扣除其回歸到黃河干、支流河道的水量后的水量。

地表水耗水系數計算公式：

K=(Q引水-Q退水)/Q引水

式中：K為灌區耗水系數；Q引水為灌區總引水量；Q退水為灌區總退水量(含灌溉入滲地下水退入河道水量)。

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“引河道水→直接回歸河道→灌區水→地下含水層→明渠匯流→河道水面”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。本次為初步成果不僅考慮第一種情況，也進行其它情況復雜降雨產生的徑流等參考項。景電的監測斷面以上為地下水出漏為主和降雨徑流，其中灌溉水以地下水出漏匯流進入測驗斷面，降雨徑流匯流進入測驗斷面需要扣除。

2 區域自然概況

景泰川電力提灌工程總體規劃面積100萬畝，提水流量40 m3/s，分期建設。景電工程是一項跨省區、高揚程、多梯級、大流量的大Ⅱ型電力提水灌溉工程，總體規劃，分期建設。整個工程由景電一期工程、景電二期工程(簡稱二期工程)、景電二期延伸向民勤調水工程(簡稱民調工程)三部分組成，其中景電一期是一個獨立的供水系統，景電二期和民勤調水工程共用一個提水系統。目前，整個景電工程設計提水流量28.56 m3/s，加大流量33 m3/s，興建泵站43座，裝機容量270 MW，最高揚程713 m，設計年提水量4.75億 m3。建成干、支、斗渠1 391條，長2 422 km。灌區總面積1 496 km2，總土地面積197萬畝，宜農地面積142.40萬畝，控制灌溉面積100萬畝。灌溉水利用系數0.59，畝均毛用水量523 m3/畝。灌區干旱、少雨、風沙多，屬于干旱型大陸性氣候；灌區范圍內地表徑流和地下水都極度匱乏，灌溉水源來自從黃河提水。

二期工程：1984年7月開工建設，1987年10月上水。設計流量18 m3/s，加大流量21 m3/s，年均提水量2.66億 m3。建成泵站30 座，裝機容量19.27萬 kw，總揚程713 m。國家投資4.88 億元。設計灌溉面積52.05萬畝。

景電二期延伸向民勤調水工程：是一項利用景電二期工程的灌溉間隙和空閑容量向民勤調水，緩解民勤水資源枯竭、生態環境惡化趨勢的應急工程。1995年開工建設，2000年建成，2001年3月開始向民勤調水。工程設計流量6 m3/s，年調水量6 100萬 m3。工程概算3.02億元。恢復灌溉面積15.2萬畝。

總引水口2個(一期、二期)，渠首有計量設施，設計引水流量28.6 m3/s，加大流量33 m3/s。目測退水量較大，退水進入黃河，退水無計量。渠系硬化比例較高。

初步監測方案：取水口比測、較大的退水溝進行駐測、其它巡查調研。景電灌區退水主要有三條明渠(溝)直排黃河分別為：刀楞山溝、景泰水溝和蘆陽溝退水口，退水口均布設了巴歇爾量水堰進行測流，監測頻次為2次/周。2016年3月加裝自記水位計。

東風村量水堰退水量監測主要是東風溝占退水量的85%，2017年3月17日及23日兩次比測，利用景泰縣水務局的設置斷面效果較好。

3 景電灌區引退水測驗

按照實施方案和工作大綱的要求，對景電一、二期工程渠首2處、向民勤調水取水口1處、退水口3處的引、退水量進行監測。

景電灌區2001年在景電一期續建配套與節水改造過程中，分別在總干一泵站的4條壓力管道上安裝了4臺電磁流量計；在二期工程總干一泵站4條壓力管道上安裝了4臺超聲波流量計，實時測定景電一、二期工程總干一泵站取水流量和水量。2013年管理局又對景電一、二期工程總干一泵站8條壓力管道的電磁流量計進行了升級更新改造。

按照項目要求，通過現場查勘，從2015年10月開始，在灌區適當位置選取三個退水監測斷面，修建巴歇爾量水堰，安裝自記式水位計，水位采用人工和自記相結合的方法監測。水位采用人工觀測和自記式水位記錄儀監測相結合的辦法。水位穩定時每日8時人工觀測一次，水位有變化時根據情況進行加測。2016年3月20日開始為了滿足加密觀測的要求，在各監測斷面加裝了JNSW01-水位記錄儀，并設定每半小時一次記錄水位變化過程，采用便攜式IC卡每周一次讀取自記式水位計中記錄的數據。

流量采用量水建筑物法測流。根據水位變化過程，以滿足推出完整的退水流量過程為原則摘錄水位，采用堰閘過流公式計算過水流量。

根據監測計算的各引、退水斷面的2016年逐日平均流量資料并繪制灌區逐日平均引、退水流量過程線。

計算編制各引、退水斷面的2016年各月引、退水量表并繪制灌區各月引、退水量柱狀圖，見圖1和圖2。

圖1 景電灌區引水量柱狀圖

圖2 景電灌區月退水量柱狀圖

4 景電地表水耗水系數

一期從4月份開始揚水，二期從3月份開始主要供民勤生態用水，從民勤分水斷面計量2016年引水量為0.794億 m3，如果包括沿途損失將接近1億的揚水量。其中二期在總七泵站與總八泵站間供內蒙古部分供水用水。一期與二期交叉供水分界線大致在總七泵站是黃河水系與石羊河流域及沙漠的分界線。2016年一期供水1.42億 m3，二期2.38億 m3，總計為4.6億 m3。

東風溝位于灌區東南，蘆陽鎮東風村東，其中娃娃水退水溝在東風村北匯入，2016年計量退水量為2 653萬 m3，占計量退水量的85.4%，五佛鄉興水村位于景電取水泵站以北，年退水量為436萬 m3，占計量退水量的16.4%，二期總一泵管理房后年退水量為17萬 m3，占計量退水量的3.9%。

2016年一、二期工程總引水量共計45 967.2萬 m3，退水量共計3 105.9萬 m3；扣除民調引水景電灌區2016年引水量共計38 026.8萬 m3。

2016年景電揚黃灌區耗水系數計算為0.932，扣除民調0.918，如果大致按一期工程為黃河水系(含二期的泵站退水)耗水系數為0.782。

5 結語

(1)本次的成果采用與《黃河水資源公報》一致的原則理念，公報用的是“取水量”，是賦予實際內涵是特指從河道里提揚水，或引水的數量，如果在同一斷面內有直接回歸河道可以考慮直接扣除，一旦跨斷面或遠距離就應該統計為本河段或斷面的取水量。黃河水資源公報地表水耗水量實際是斷面以上供用水還原水量，不包括黃河河道里用水指水庫蓄水變化量的還原水量，從干支流引出的水量扣除回歸干流的水量，是“河道無回歸水量”，黃河流域地表水耗水量歸納為“流域耗水量”。

(2)經監測分析，2016年景電揚黃灌區明渠耗水系數計算為0.932。2016年景電灌區一、二期工程總引水量共計45 967.2萬 m3，3處退水量共計3 105.9萬 m3，明渠耗水系數計算為0.932。退水量中扣除降雨徑流與城市排水為331.3萬 m3，引黃退水量為2 774.6萬 m3，耗水系數計算為0.940。

景泰川電力提灌灌區是黃河流域高程最高的電力揚黃提灌站，試驗成果表明灌區保障了農業和生態用水一片綠洲同時，也存在引黃退水，并且進入黃河河道，也隨著灌區的云用鹽堿化問題也一直存在并且越來越嚴重。

本次試驗在一二期提水計量的同時，在3處向黃河退水口設立量水堰進行一年的退水量監測。高抽灌區存在退入黃河的水，監測成果顯示明渠退水日均接近1 m3/s，大約占總提水的6%。