陕西省黄河流域典型灌区地表耗水系数监测试验研究

李 东，张伟峰，高亚军，蒋秀华，吕文星，李忠亭，韩西宏

(1.黄河水利委员会水文局，河南 郑州 450004；2.陕西省渭南市洛惠渠管理中心，陕西 渭南 715100)

合理准确的农业灌溉地表水耗水系数对于计划用水、节约用水以及水资源管理等具有重要意义。由于国务院“八七分水”方案和《黄河水资源公报》是从流域角度采用“引排差法”计算地表水流域耗水量，与全国及各省(区)计算的耗水量存在一定的差异。为此开展“黄河流域部分省(区)地表水耗水系数率定”项目，提高黄河流域耗水量计算精度，本次选择洛惠渠洛东灌区为封闭试验区域研究，结合调研东雷灌区退水情况，进行陕西省农业地表水耗水系数计算。

通过实地查勘和调研，分析确定开展引退水调查研究的典型灌区和监测试验的典型灌区，并对监测试验的典型灌区进行地下水资源量分析计算等工作，从而计算出考虑不同影响因素条件下的典型灌区引退水，初步弄清典型灌区地表水引退水关系。

陕西省黄河流域灌区农业耗水系数率定采用综合灌溉面积推广应用方法，即利用本次典型试验的结果，进行科学分析，即把典型灌区耗水系数或亩均地表水综合用水量按照一定的修正量进行，一般按自流引水灌区、高抽引水灌区和小型高效节水灌区进行加权计算，最后推求陕西省黄河流域灌区灌区地表耗水系数。

1 灌区基本情况

1.1 洛东灌区

洛惠渠灌区地处陕西关中平原东端、北洛河下游。灌溉范围东起黄河右岸，西至蒲、富县界；北起渭北台塬，南抵洛水，东北与东雷灌区毗邻，西南与交口抽渭灌区相连，灌区总土地面积112.5万亩。自澄城县状头村引北洛河水，洛河自灌区中部穿过，将灌区分成洛东、洛西两个自然部分。洛东灌区灌区设施范围分属渭南市大荔、蒲城、澄城三县管辖，灌溉三县74.32万亩农田，受益范围包括18个镇、三个国有农场。洛东灌区为黄河支流洛河水系，黄河从东边自北而南流过，洛河环绕西南经朝邑注入渭河。见图1。

图1 洛东灌区平面示意图

洛东灌区渠首位于义井分水闸处，有东干渠、中干渠和西干渠3条引水渠，且引水均有计量；灌区共有13处退水口，有干沟已无水可退，经过退水汇流，洛东灌区只需设安仁、堤浒、婆合、中排干、埝桥和冯村6个监测断面。

洛东灌区各引水干渠水位～流量关系曲线，是由各年实测流量率定的综合水位～流量关系曲线，每年使用时先进行水位流量关系校测，经分析测验精度符合规范要求后，由实测水位推求引水量。洛东灌区共有斗渠158条，征收水费是以斗渠计量的水量为基础的，水量采用巴歇尔量水堰进行计量算。

1.2 东雷抽黄灌区

东雷抽黄灌区(一黄)位于陕西省渭南市的合阳、大荔、澄城、蒲城四县，东雷抽黄工程渠首设在合阳县以东25 km的东雷村下，总引水渠道工程全长35.5 km，设计流量85 m3/s,加大流量115 m3/s，为东雷一、二期抽黄灌区共用输水渠道。在合阳县的东雷，新民、大荔县的南乌牛和加西等四个地方分别设四个二级上塬抽水站，新民滩和朝邑滩滩地上的二个灌排系统。1988年塬上开始使用，设计灌溉面积102万亩，有效面积83.7万亩。

东雷二期抽黄引水枢纽位于一期抽黄工程渠首以下5.9 km附近，太里湾抽黄总干渠，引至夏阳村北汇入东雷一期抽黄总干渠南下，至大荔县北干村于塬下设北干抽水站上塬进入渭河三级阶地。从北干站出水池后沿398 m高程西行，到大荔县双泉镇，沿洛惠渠东西干渠的北侧向西输水。分设孙镇、蒲城、兴镇、流曲、刘集等5个灌溉系统，最大的灌溉系统控制24万亩。1998年11月灌溉试运行，设计灌溉面积147万亩。实灌灌溉126.5万亩，其中洛河以东15.5万亩，剩余的111万亩在洛河以西的蒲、富黄土台原区。

东雷一期灌区塬上系统按计划取水，不浪费。东雷二黄二级泵站进入塬上，有汉村退水闸、芝麻湾(党川)退水口、蒲石退水，均进入北洛河。

2 计算方法

2.1 耗水系数计算原理与方法

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库蓄水变量)的还原水量，也即河道“无回归水量”，计算方法的核心是引排差。以“引排差法”计算灌区耗水量，即地表水耗水量采用引水减退水。再综合考虑降水、地下水的影响，计算出不同影响因素下的耗水系数。

地表水耗水系数是从河道取用的耗水量与取用水量之比。向流域外引水，对于流域本身来说，只要不再回归引出流域，即认为100%的消耗。一般情况下，高扬程或远距离输水、支流跨流域引取水的耗水系数较高；引取河道的水量进入灌区内的湖泊、坑塘、洼地、海子、人工开挖的小型平原水库以及村前屋后的沟道等的灌区滞水，不再回归河道，均视为耗水。

对于有明渠或沟道退水则进行全面控制进行统计。对于河川谷地灌区还要计算灌溉水入渗地下含水层后，以地下潜流形式排入河道的水量。

分析计算黄河流域灌区耗水系数需考虑三种情况：①、仅考虑灌区引水和明渠排回河道水量；②、在①的基础上，再从明渠排回河道水量中剥离因降雨产生的径流量；③、在②的基础上，退水中加入灌溉入渗水通过地下潜流排入河道的水量。

灌区一般有自流引水灌区、高抽引水灌区和高效节水灌区。陕西省黄河流域大型灌区耗水系数计算公式如下[2]：

Kq=Kgi×x+Kgi×y+Kgk×z

(1)

式中：Kq为陕西省黄河流域大型灌区耗水系数；Kgi为自流灌区耗水系数；x为陕西省黄河流域自流灌区面积占比；Kgj为高抽引水灌区耗水系数；y为陕西省黄河流域高抽引水灌区面积占比；Kgk为节水与小型灌区耗水系数；z为陕西省黄河流域节水与小型灌区面积占比。

2.2 地下水渗漏量和农田降雨汇流量分析计算

计算灌溉水入渗补给量形成的河道排泄量采用以下步骤：

(1)首先以洛东灌区为计算单元，计算出地下水总补给量及其形成的河道排泄量；

(2)以灌溉水入渗补给量占地下水总补给量的比率，近似地作为灌溉水入渗补给量形成的河道排泄量占地下水总补给量形成的河道排泄量的比率。

洛惠渠东灌区灌溉水入渗补给量包括渠系渗漏补给量和渠灌田间入渗补给量。

(3)根据地下水总补给量、河道排泄量、灌溉水入渗补给量以及第(2)步的比率，计算灌溉水入渗补给量形成的河道排泄量。

根据地下水资源量的计算结果，洛东灌区地下水总补给量为4 863.31万 m3，灌溉水入渗补给量为1 283.85万 m3，则灌溉水入渗补给量占地下水总补给量的比率为0.26。

将此比率近似地作为灌溉水入渗补给量形成的河道排泄量占地下水总补给量形成的河道排泄量的比率和灌溉水入渗补给地下含水层的水量占地下水蓄变量的比率。

根据《雨水集蓄利用工程技术规范》(GB/T50596-2010)，农田降雨汇流量公式计算，灌区总排干控制灌溉面积15.5万亩；年平均径流系数参考甘肃省雨水集蓄利用工程技术标准中自然土坡，降雨保证率按75%计，径流系数为0.07。根据灌区管理经验，其它退水沟一般汛期降雨停灌，日降雨量小于15 mm时不产流，因此本研究统计≥15 mm降雨量及其产生的径流量。

3 灌区耗水系数

3.1 洛东灌区明渠引排差耗水系数

根据2014年4月1日-2015年3月31日洛东灌区引退水监测试验资料统计，洛东灌区引水量为5 445万 m3，退水量为950.4万 m3，则耗水系数为0.825。洛东灌区引、退水量统计表见表1。本次试验区洛东灌区试验年度明渠耗水系数为0.825。

表1 洛惠渠洛东灌区引、退水量统计表 万m3

3.2 洛东灌区地下水回归影响因素的耗水系数

为了使耗水系数更准确，在以上计算的基础上，分析计算降雨和地下水影响下的洛东灌区耗水系数。

根据农田降雨汇流量的计算，2000-2014年不同灌溉阶段降雨量产生的径流量，汛期(7-10月)多年平均为132.00万 m3，全年为183.68万 m3。2014年汛期(7-10月)≥15 mm径流量为146.30万 m3，全年(1-12月)径流量为198.94万 m3。综合考虑多年平均成果和2014年的成果，结合灌区的特点，采用2014年汛期数据径流量为146.30万 m3。

根据地下水渗漏量的分析计算，洛东灌区河道排泄量为1 714.92万 m3，则灌溉水入渗补给量形成的河道排泄量为452.71万 m3。

洛东灌区试验年度监测引水量为5 445.3万 m3；监测退水量为950.5万 m3，其中扣除农田降雨形成的退水量146.3万 m3，再加上灌溉水入渗补给量形成的河道排泄量452.7万 m3，洛东灌区退水量为1 256.9万 m3，则洛东灌区耗水系数为0.769。

3.3 东雷灌区耗水系数

东雷二期抽黄灌区从塬上(即二级站)开始，退水进入北洛河，汇流渭河后最终进入黄河。根据东雷二期抽黄灌溉年引退水资料，2012年11月-2013年8月二级站取水量为25 687.5万 m3，退水量2 044.5万 m3，耗水系数为0.92；2013年11月-2014年9月二级站取水量30 083.1万 m3，退水量3 032.3 万 m3，耗水系数为0.899；2012年11月-2014年9月二级站取水量55 770.62万 m3，退水量5 076.73万 m3，3年综合耗水系数为0.91。

东雷一期抽黄塬上(即二级站)引水量，作为引黄不能回归黄河河道的水量，东雷一期有4座扬水站，运行时间较长，计划用水强，没有退水，因此，塬上引水即为耗水量，耗水系数近似为1。

2014年灌溉年东雷一、二期从塬上抽黄水量为41 266.08万 m3，退水量为二黄进入北洛河的水量为3 032.3万 m3，引排差为38 233.78万 m3，东雷一、二期塬上抽黄耗水系数为0.927。

从时段及对河道的引排差的基础上考虑，本次采用东雷二期抽黄管理局耗水系数为0.91。

4 陕西省农业灌区耗水系数

陕西大力发展农田水利建国以来先后建起了以宝鸡峡灌区、冯家山灌区、泾惠渠灌区、交口抽渭灌区、东雷抽黄等50万亩以上灌区8处，目前共计建成万亩以上灌区190处。

按灌区规模套灌溉类型对陕西省灌区进行统计，其中灌区规模分为大型(≥30万亩)、中型(分为 15～30万亩、5～15万亩、1～5万亩)、小型(≤1 万亩)及纯井灌区，灌溉类型分自流引水、提水2种类型。

陕西省12个30万亩以上大型灌区，包括3个抽水灌区和9个自流灌区，除石门水库灌区地处陕南汉中市汉台区外，其它11个灌区均地处关中地区。

大中型自流灌区和高抽灌区耗水系数分别为0.825和0.91，小型灌区自流灌区和节水灌区耗水系数均按1计算。2012年陕西省黄河流域大中型自流灌区有效面积占比为67.3%，大中型高抽引水灌区面积占比22.1%，小型灌区面积占比10.6%；陕西省黄河流域大中型自流灌区实灌面积占比为61.9%，大中型高抽引水灌区面积占比25.7%，小型灌区面积占比12.3%；因此陕西省黄河流域灌区有效面积计算的综合耗水系数为0.862，实灌面积计算的综合耗水系数为0.868。

结合通过地下水回归河道的洛东灌区耗水系数为0.769，陕西省黄河流域灌区有效面积计算的综合耗水系数为0.825，实灌面积计算的综合耗水系数为0.834。

5 结语

(1)以陕西省渭河流域洛惠渠灌区和东雷抽黄灌区两个大型灌区为研究对象，采用流域耗水量“引排差”计算方法，对典型灌区用水、退水、耗水等规律进行了初步阶段性研究。以洛惠渠灌区作为试验区域和东雷抽黄灌区为调研对象，进行年度监测试验。

(2)洛东灌区明渠试验结果耗水系数为0.825，东雷抽黄二期耗水系数为0.91；按灌溉面积加权推算，陕西省黄河流域灌区有效面积计算的综合耗水系数为0.862，实灌面积计算为0.868。

(3)结合通过地下水回归河道的洛东灌区耗水系数为0.769，陕西省黄河流域灌区有效面积计算的综合耗水系数为0.825，实灌面积计算的综合耗水系数为0.834。

(4)存在问题：主要有选取的洛东灌区是一个封闭的区域，地下水回归河道水量的计算还有待于进一步更多监测资料的支撑，关中灌区渠道水力发电站因素复杂，非灌区期也大引大排存在，典型推全省耗水系数存在考虑因素不全面的可能，还有干流供水与支流用水重复交叉，无法严格分开等因素。