甘肃省景泰川电力提灌灌区耗水系数监测试验研究

李 东，吕文星，钱新鹏，阎廷才，刘东旭

(1.黄河水利委员会水文局，河南 郑州 450004；2.甘肃省景泰川电力提灌管理局，甘肃 景泰 730499)

1 概况

国务院黄河可供水量“八七”分配方案和《黄河水资源公报》是建立在从流域角度出发[1]，采用“引排差法”计算各省区及流域地表水耗水量。因此开展“黄河流域部分省(区)地表水耗水系数率定”项目研究，提高黄河流域耗水量计算精度，提出科学合理的耗水指标，使《黄河水资源公报》中各省区的水资源开发利用情况更符合实际情况，对弄清流域地表水取退水关系，准确确定相关省(区)地表水耗水量和耗水系数，为取水许可总量控制，和编制《黄河水资源公报》、开展相关省区年度水资源管理考核指标核算，具有重要现实的意义。

选取研究灌区时，重点关注直接从河道自流引水或提水，观测条件比较，计量基础条件较好、水量监测系统较完整、规模较大的灌区。同时能够得到地方水管部门积极支持，最好是十万亩以上灌区。经筛选，甘肃省选取景泰川电力提灌灌区(高抽引黄河水)，进行灌区引水渠和退水渠沟观测。

景电扬水灌区是黄河流域提水高程最大的灌区，也是向西北内陆河流域提供灌溉与生态补给的灌区。高扬程提水灌区不仅有灌区的退水并且还形成了一定规模的盐碱化。扬水有计量和测验，包括支渠斗渠都有计量，但灌区回归没有计量。

灌区耗水系数计算方法

地表水耗水量采用引排差法，计算公式(以灌区为例)为：

Q耗水=Q引水-Q退水

其中：Q耗水为灌区耗水量(灌区灌溉耗损水量)；Q引为灌区渠首引取河道水量(扣除引水口直接退入河道水量)；Q退为灌区灌溉用水后退入河道水量(包含入渗补给地下水后的灌溉水河道排泄量)。

地表水取水量是指直接从黄河干、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归到黄河干、支流河道的水量后的水量。

地表水耗水系数计算公式：

K=(Q引水-Q退水)/Q引水

式中：K为灌区耗水系数；Q引水为灌区总引水量；Q退水为灌区总退水量(含灌溉入渗地下水退入河道水量)。

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“引河道水→直接回归河道→灌区水→地下含水层→明渠汇流→河道水面”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。本次为初步成果不仅考虑第一种情况，也进行其它情况复杂降雨产生的径流等参考项。景电的监测断面以上为地下水出漏为主和降雨径流，其中灌溉水以地下水出漏汇流进入测验断面，降雨径流汇流进入测验断面需要扣除。

2 区域自然概况

景泰川电力提灌工程总体规划面积100万亩，提水流量40 m3/s，分期建设。景电工程是一项跨省区、高扬程、多梯级、大流量的大Ⅱ型电力提水灌溉工程，总体规划，分期建设。整个工程由景电一期工程、景电二期工程(简称二期工程)、景电二期延伸向民勤调水工程(简称民调工程)三部分组成，其中景电一期是一个独立的供水系统，景电二期和民勤调水工程共用一个提水系统。目前，整个景电工程设计提水流量28.56 m3/s，加大流量33 m3/s，兴建泵站43座，装机容量270 MW，最高扬程713 m，设计年提水量4.75亿 m3。建成干、支、斗渠1 391条，长2 422 km。灌区总面积1 496 km2，总土地面积197万亩，宜农地面积142.40万亩，控制灌溉面积100万亩。灌溉水利用系数0.59，亩均毛用水量523 m3/亩。灌区干旱、少雨、风沙多，属于干旱型大陆性气候；灌区范围内地表径流和地下水都极度匮乏，灌溉水源来自从黄河提水。

二期工程：1984年7月开工建设，1987年10月上水。设计流量18 m3/s，加大流量21 m3/s，年均提水量2.66亿 m3。建成泵站30 座，装机容量19.27万 kw，总扬程713 m。国家投资4.88 亿元。设计灌溉面积52.05万亩。

景电二期延伸向民勤调水工程：是一项利用景电二期工程的灌溉间隙和空闲容量向民勤调水，缓解民勤水资源枯竭、生态环境恶化趋势的应急工程。1995年开工建设，2000年建成，2001年3月开始向民勤调水。工程设计流量6 m3/s，年调水量6 100万 m3。工程概算3.02亿元。恢复灌溉面积15.2万亩。

总引水口2个(一期、二期)，渠首有计量设施，设计引水流量28.6 m3/s，加大流量33 m3/s。目测退水量较大，退水进入黄河，退水无计量。渠系硬化比例较高。

初步监测方案：取水口比测、较大的退水沟进行驻测、其它巡查调研。景电灌区退水主要有三条明渠(沟)直排黄河分别为：刀楞山沟、景泰水沟和芦阳沟退水口，退水口均布设了巴歇尔量水堰进行测流，监测频次为2次/周。2016年3月加装自记水位计。

东风村量水堰退水量监测主要是东风沟占退水量的85%，2017年3月17日及23日两次比测，利用景泰县水务局的设置断面效果较好。

3 景电灌区引退水测验

按照实施方案和工作大纲的要求，对景电一、二期工程渠首2处、向民勤调水取水口1处、退水口3处的引、退水量进行监测。

景电灌区2001年在景电一期续建配套与节水改造过程中，分别在总干一泵站的4条压力管道上安装了4台电磁流量计；在二期工程总干一泵站4条压力管道上安装了4台超声波流量计，实时测定景电一、二期工程总干一泵站取水流量和水量。2013年管理局又对景电一、二期工程总干一泵站8条压力管道的电磁流量计进行了升级更新改造。

按照项目要求，通过现场查勘，从2015年10月开始，在灌区适当位置选取三个退水监测断面，修建巴歇尔量水堰，安装自记式水位计，水位采用人工和自记相结合的方法监测。水位采用人工观测和自记式水位记录仪监测相结合的办法。水位稳定时每日8时人工观测一次，水位有变化时根据情况进行加测。2016年3月20日开始为了满足加密观测的要求，在各监测断面加装了JNSW01-水位记录仪，并设定每半小时一次记录水位变化过程，采用便携式IC卡每周一次读取自记式水位计中记录的数据。

流量采用量水建筑物法测流。根据水位变化过程，以满足推出完整的退水流量过程为原则摘录水位，采用堰闸过流公式计算过水流量。

根据监测计算的各引、退水断面的2016年逐日平均流量资料并绘制灌区逐日平均引、退水流量过程线。

计算编制各引、退水断面的2016年各月引、退水量表并绘制灌区各月引、退水量柱状图，见图1和图2。

图1 景电灌区引水量柱状图

图2 景电灌区月退水量柱状图

4 景电地表水耗水系数

一期从4月份开始扬水，二期从3月份开始主要供民勤生态用水，从民勤分水断面计量2016年引水量为0.794亿 m3，如果包括沿途损失将接近1亿的扬水量。其中二期在总七泵站与总八泵站间供内蒙古部分供水用水。一期与二期交叉供水分界线大致在总七泵站是黄河水系与石羊河流域及沙漠的分界线。2016年一期供水1.42亿 m3，二期2.38亿 m3，总计为4.6亿 m3。

东风沟位于灌区东南，芦阳镇东风村东，其中娃娃水退水沟在东风村北汇入，2016年计量退水量为2 653万 m3，占计量退水量的85.4%，五佛乡兴水村位于景电取水泵站以北，年退水量为436万 m3，占计量退水量的16.4%，二期总一泵管理房后年退水量为17万 m3，占计量退水量的3.9%。

2016年一、二期工程总引水量共计45 967.2万 m3，退水量共计3 105.9万 m3；扣除民调引水景电灌区2016年引水量共计38 026.8万 m3。

2016年景电扬黄灌区耗水系数计算为0.932，扣除民调0.918，如果大致按一期工程为黄河水系(含二期的泵站退水)耗水系数为0.782。

5 结语

(1)本次的成果采用与《黄河水资源公报》一致的原则理念，公报用的是“取水量”，是赋予实际内涵是特指从河道里提扬水，或引水的数量，如果在同一断面内有直接回归河道可以考虑直接扣除，一旦跨断面或远距离就应该统计为本河段或断面的取水量。黄河水资源公报地表水耗水量实际是断面以上供用水还原水量，不包括黄河河道里用水指水库蓄水变化量的还原水量，从干支流引出的水量扣除回归干流的水量，是“河道无回归水量”，黄河流域地表水耗水量归纳为“流域耗水量”。

(2)经监测分析，2016年景电扬黄灌区明渠耗水系数计算为0.932。2016年景电灌区一、二期工程总引水量共计45 967.2万 m3，3处退水量共计3 105.9万 m3，明渠耗水系数计算为0.932。退水量中扣除降雨径流与城市排水为331.3万 m3，引黄退水量为2 774.6万 m3，耗水系数计算为0.940。

景泰川电力提灌灌区是黄河流域高程最高的电力扬黄提灌站，试验成果表明灌区保障了农业和生态用水一片绿洲同时，也存在引黄退水，并且进入黄河河道，也随着灌区的云用盐碱化问题也一直存在并且越来越严重。

本次试验在一二期提水计量的同时，在3处向黄河退水口设立量水堰进行一年的退水量监测。高抽灌区存在退入黄河的水，监测成果显示明渠退水日均接近1 m3/s，大约占总提水的6%。