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(wù)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(fā)[1]，采用“引排差法”計算各省區(qū)及流域地表水耗水量。因此開展“黃河流域部分省(區(qū))地表水耗水系數(shù)率定”項目研究，提高黃河流域耗水量計算精度，提出科學(xué)合理的耗水指標(biāo)，使《黃河水資源公報》中各省區(qū)的水資源開發(fā)利用情況更符合實際情況，對弄清流域地表水取退水關(guān)系，準(zhǔn)確確定相關(guān)省(區(qū))地表水耗水量和耗水系數(shù)，為取水許可總量控制，和編制《黃河水資源公報》、開展相關(guān)省區(qū)年度水資源管理考核指標(biāo)核算，具有重要現(xiàn)實的意義。

選取研究灌區(qū)時，重點關(guān)注直接從河道自流引水或提水，觀測條件比較，計量基礎(chǔ)條件較好、水量監(jiān)測系統(tǒng)較完整、規(guī)模較大的灌區(qū)。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(qū)。經(jīng)篩選，甘肅省選取景泰川電力提灌灌區(qū)(高抽引黃河水)，進行灌區(qū)引水渠和退水渠溝觀測。

景電揚水灌區(qū)是黃河流域提水高程最大的灌區(qū)，也是向西北內(nèi)陸河流域提供灌溉與生態(tài)補給的灌區(qū)。高揚程提水灌區(qū)不僅有灌區(qū)的退水并且還形成了一定規(guī)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(qū)回歸沒有計量。

灌區(qū)耗水系數(shù)計算方法

地表水耗水量采用引排差法，計算公式(以灌區(qū)為例)為：

Q耗水=Q引水-Q退水

其中：Q耗水為灌區(qū)耗水量(灌區(qū)灌溉耗損水量)；Q引為灌區(qū)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(qū)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(shù)計算公式：

K=(Q引水-Q退水)/Q引水

式中：K為灌區(qū)耗水系數(shù)；Q引水為灌區(qū)總引水量；Q退水為灌區(qū)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(shù)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(shù)較高；引取河道的水量進入灌區(qū)內(nèi)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(qū)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(tǒng)計。對于河川谷地灌區(qū)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(qū)耗水系數(shù)需考慮“引河道水→直接回歸河道→灌區(qū)水→地下含水層→明渠匯流→河道水面”三種情況：(1)僅考慮灌區(qū)引水和明渠排回河道水量；(2)在(1)的基礎(chǔ)上，再從明渠排回河道水量中剝離因降雨產(chǎn)生的徑流量；(3)在(2)的基礎(chǔ)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(fù)雜降雨產(chǎn)生的徑流等參考項。景電的監(jiān)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(qū)域自然概況

景泰川電力提灌工程總體規(guī)劃面積100萬畝，提水流量40 m3/s，分期建設(shè)。景電工程是一項跨省區(qū)、高揚程、多梯級、大流量的大Ⅱ型電力提水灌溉工程，總體規(guī)劃，分期建設(shè)。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(diào)水工程(簡稱民調(diào)工程)三部分組成，其中景電一期是一個獨立的供水系統(tǒng)，景電二期和民勤調(diào)水工程共用一個提水系統(tǒng)。目前，整個景電工程設(shè)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(shè)計年提水量4.75億 m3。建成干、支、斗渠1 391條，長2 422 km。灌區(qū)總面積1 496 km2，總土地面積197萬畝，宜農(nóng)地面積142.40萬畝，控制灌溉面積100萬畝。灌溉水利用系數(shù)0.59，畝均毛用水量523 m3/畝。灌區(qū)干旱、少雨、風(fēng)沙多，屬于干旱型大陸性氣候；灌區(qū)范圍內(nèi)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(shè)，1987年10月上水。設(shè)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(shè)計灌溉面積52.05萬畝。

景電二期延伸向民勤調(diào)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(diào)水，緩解民勤水資源枯竭、生態(tài)環(huán)境惡化趨勢的應(yīng)急工程。1995年開工建設(shè)，2000年建成，2001年3月開始向民勤調(diào)水。工程設(shè)計流量6 m3/s，年調(diào)水量6 100萬 m3。工程概算3.02億元?；謴?fù)灌溉面積15.2萬畝。

總引水口2個(一期、二期)，渠首有計量設(shè)施，設(shè)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(jiān)測方案：取水口比測、較大的退水溝進行駐測、其它巡查調(diào)研。景電灌區(qū)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(shè)了巴歇爾量水堰進行測流，監(jiān)測頻次為2次/周。2016年3月加裝自記水位計。

東風(fēng)村量水堰退水量監(jiān)測主要是東風(fēng)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(wù)局的設(shè)置斷面效果較好。

3 景電灌區(qū)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(diào)水取水口1處、退水口3處的引、退水量進行監(jiān)測。

景電灌區(qū)2001年在景電一期續(xù)建配套與節(jié)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(xiàn)場查勘，從2015年10月開始，在灌區(qū)適當(dāng)位置選取三個退水監(jiān)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(jié)合的方法監(jiān)測。水位采用人工觀測和自記式水位記錄儀監(jiān)測相結(jié)合的辦法。水位穩(wěn)定時每日8時人工觀測一次，水位有變化時根據(jù)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(jiān)測斷面加裝了JNSW01-水位記錄儀，并設(shè)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(shù)據(jù)。

流量采用量水建筑物法測流。根據(jù)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(jù)監(jiān)測計算的各引、退水?dāng)嗝娴?016年逐日平均流量資料并繪制灌區(qū)逐日平均引、退水流量過程線。

計算編制各引、退水?dāng)嗝娴?016年各月引、退水量表并繪制灌區(qū)各月引、退水量柱狀圖，見圖1和圖2。

圖1 景電灌區(qū)引水量柱狀圖

圖2 景電灌區(qū)月退水量柱狀圖

4 景電地表水耗水系數(shù)

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(tài)用水，從民勤分水?dāng)嗝嬗嬃?016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(nèi)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(fēng)溝位于灌區(qū)東南，蘆陽鎮(zhèn)東風(fēng)村東，其中娃娃水退水溝在東風(fēng)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(xiāng)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(diào)引水景電灌區(qū)2016年引水量共計38 026.8萬 m3。

2016年景電揚黃灌區(qū)耗水系數(shù)計算為0.932，扣除民調(diào)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(shù)為0.782。

5 結(jié)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(nèi)涵是特指從河道里提揚水，或引水的數(shù)量，如果在同一斷面內(nèi)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(yīng)該統(tǒng)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(jīng)監(jiān)測分析，2016年景電揚黃灌區(qū)明渠耗水系數(shù)計算為0.932。2016年景電灌區(qū)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(shù)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(shù)計算為0.940。

景泰川電力提灌灌區(qū)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(qū)保障了農(nóng)業(yè)和生態(tài)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(qū)的云用鹽堿化問題也一直存在并且越來越嚴(yán)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(shè)立量水堰進行一年的退水量監(jiān)測。高抽灌區(qū)存在退入黃河的水，監(jiān)測成果顯示明渠退水日均接近1 m3/s，大約占總提水的6%。