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(zhǔn)確的農(nóng)業(yè)灌溉地表水耗水系數(shù)對于計(jì)劃用水、節(jié)約用水以及水資源管理等具有重要意義。由于國務(wù)院“八七分水”方案和《黃河水資源公報(bào)》是從流域角度采用“引排差法”計(jì)算地表水流域耗水量，與全國及各省(區(qū))計(jì)算的耗水量存在一定的差異。為此開展“黃河流域部分省(區(qū))地表水耗水系數(shù)率定”項(xiàng)目，提高黃河流域耗水量計(jì)算精度，本次選擇洛惠渠洛東灌區(qū)為封閉試驗(yàn)區(qū)域研究，結(jié)合調(diào)研東雷灌區(qū)退水情況，進(jìn)行陜西省農(nóng)業(yè)地表水耗水系數(shù)計(jì)算。

通過實(shí)地查勘和調(diào)研，分析確定開展引退水調(diào)查研究的典型灌區(qū)和監(jiān)測試驗(yàn)的典型灌區(qū)，并對監(jiān)測試驗(yàn)的典型灌區(qū)進(jìn)行地下水資源量分析計(jì)算等工作，從而計(jì)算出考慮不同影響因素條件下的典型灌區(qū)引退水，初步弄清典型灌區(qū)地表水引退水關(guān)系。

陜西省黃河流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)耗水系數(shù)率定采用綜合灌溉面積推廣應(yīng)用方法，即利用本次典型試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)行科學(xué)分析，即把典型灌區(qū)耗水系數(shù)或畝均地表水綜合用水量按照一定的修正量進(jìn)行，一般按自流引水灌區(qū)、高抽引水灌區(qū)和小型高效節(jié)水灌區(qū)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，最后推求陜西省黃河流域灌區(qū)灌區(qū)地表耗水系數(shù)。

1 灌區(qū)基本情況

1.1 洛東灌區(qū)

洛惠渠灌區(qū)地處陜西關(guān)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(qū)毗鄰，西南與交口抽渭灌區(qū)相連，灌區(qū)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(qū)中部穿過，將灌區(qū)分成洛東、洛西兩個(gè)自然部分。洛東灌區(qū)灌區(qū)設(shè)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(nóng)田，受益范圍包括18個(gè)鎮(zhèn)、三個(gè)國有農(nóng)場。洛東灌區(qū)為黃河支流洛河水系，黃河從東邊自北而南流過，洛河環(huán)繞西南經(jīng)朝邑注入渭河。見圖1。

圖1 洛東灌區(qū)平面示意圖

洛東灌區(qū)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(jì)量；灌區(qū)共有13處退水口，有干溝已無水可退，經(jīng)過退水匯流，洛東灌區(qū)只需設(shè)安仁、堤滸、婆合、中排干、埝橋和馮村6個(gè)監(jiān)測斷面。

洛東灌區(qū)各引水干渠水位～流量關(guān)系曲線，是由各年實(shí)測流量率定的綜合水位～流量關(guān)系曲線，每年使用時(shí)先進(jìn)行水位流量關(guān)系校測，經(jīng)分析測驗(yàn)精度符合規(guī)范要求后，由實(shí)測水位推求引水量。洛東灌區(qū)共有斗渠158條，征收水費(fèi)是以斗渠計(jì)量的水量為基礎(chǔ)的，水量采用巴歇爾量水堰進(jìn)行計(jì)量算。

1.2 東雷抽黃灌區(qū)

東雷抽黃灌區(qū)(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(shè)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(shè)計(jì)流量85 m3/s,加大流量115 m3/s，為東雷一、二期抽黃灌區(qū)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(gè)地方分別設(shè)四個(gè)二級上塬抽水站，新民灘和朝邑灘灘地上的二個(gè)灌排系統(tǒng)。1988年塬上開始使用，設(shè)計(jì)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(shè)北干抽水站上塬進(jìn)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(zhèn)，沿洛惠渠東西干渠的北側(cè)向西輸水。分設(shè)孫鎮(zhèn)、蒲城、興鎮(zhèn)、流曲、劉集等5個(gè)灌溉系統(tǒng)，最大的灌溉系統(tǒng)控制24萬畝。1998年11月灌溉試運(yùn)行，設(shè)計(jì)灌溉面積147萬畝。實(shí)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(qū)。

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

2 計(jì)算方法

2.1 耗水系數(shù)計(jì)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(jì)算方法的核心是引排差。以“引排差法”計(jì)算灌區(qū)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(jì)算出不同影響因素下的耗水系數(shù)。

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(rèn)為100%的消耗。一般情況下，高揚(yáng)程或遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)行全面控制進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對于河川谷地灌區(qū)還要計(jì)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(jì)算黃河流域灌區(qū)耗水系數(shù)需考慮三種情況：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。

灌區(qū)一般有自流引水灌區(qū)、高抽引水灌區(qū)和高效節(jié)水灌區(qū)。陜西省黃河流域大型灌區(qū)耗水系數(shù)計(jì)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(qū)耗水系數(shù)；Kgi為自流灌區(qū)耗水系數(shù)；x為陜西省黃河流域自流灌區(qū)面積占比；Kgj為高抽引水灌區(qū)耗水系數(shù)；y為陜西省黃河流域高抽引水灌區(qū)面積占比；Kgk為節(jié)水與小型灌區(qū)耗水系數(shù)；z為陜西省黃河流域節(jié)水與小型灌區(qū)面積占比。

2.2 地下水滲漏量和農(nóng)田降雨匯流量分析計(jì)算

計(jì)算灌溉水入滲補(bǔ)給量形成的河道排泄量采用以下步驟：

(1)首先以洛東灌區(qū)為計(jì)算單元，計(jì)算出地下水總補(bǔ)給量及其形成的河道排泄量；

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

洛惠渠東灌區(qū)灌溉水入滲補(bǔ)給量包括渠系滲漏補(bǔ)給量和渠灌田間入滲補(bǔ)給量。

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

根據(jù)地下水資源量的計(jì)算結(jié)果，洛東灌區(qū)地下水總補(bǔ)給量為4 863.31萬 m3，灌溉水入滲補(bǔ)給量為1 283.85萬 m3，則灌溉水入滲補(bǔ)給量占地下水總補(bǔ)給量的比率為0.26。

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

根據(jù)《雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T50596-2010)，農(nóng)田降雨匯流量公式計(jì)算，灌區(qū)總排干控制灌溉面積15.5萬畝；年平均徑流系數(shù)參考甘肅省雨水集蓄利用工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中自然土坡，降雨保證率按75%計(jì)，徑流系數(shù)為0.07。根據(jù)灌區(qū)管理經(jīng)驗(yàn)，其它退水溝一般汛期降雨停灌，日降雨量小于15 mm時(shí)不產(chǎn)流，因此本研究統(tǒng)計(jì)≥15 mm降雨量及其產(chǎn)生的徑流量。

3 灌區(qū)耗水系數(shù)

3.1 洛東灌區(qū)明渠引排差耗水系數(shù)

根據(jù)2014年4月1日-2015年3月31日洛東灌區(qū)引退水監(jiān)測試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)，洛東灌區(qū)引水量為5 445萬 m3，退水量為950.4萬 m3，則耗水系數(shù)為0.825。洛東灌區(qū)引、退水量統(tǒng)計(jì)表見表1。本次試驗(yàn)區(qū)洛東灌區(qū)試驗(yàn)?zāi)甓让髑乃禂?shù)為0.825。

表1 洛惠渠洛東灌區(qū)引、退水量統(tǒng)計(jì)表 萬m3

3.2 洛東灌區(qū)地下水回歸影響因素的耗水系數(shù)

為了使耗水系數(shù)更準(zhǔn)確，在以上計(jì)算的基礎(chǔ)上，分析計(jì)算降雨和地下水影響下的洛東灌區(qū)耗水系數(shù)。

根據(jù)農(nóng)田降雨匯流量的計(jì)算，2000-2014年不同灌溉階段降雨量產(chǎn)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(jié)合灌區(qū)的特點(diǎn)，采用2014年汛期數(shù)據(jù)徑流量為146.30萬 m3。

根據(jù)地下水滲漏量的分析計(jì)算，洛東灌區(qū)河道排泄量為1 714.92萬 m3，則灌溉水入滲補(bǔ)給量形成的河道排泄量為452.71萬 m3。

洛東灌區(qū)試驗(yàn)?zāi)甓缺O(jiān)測引水量為5 445.3萬 m3；監(jiān)測退水量為950.5萬 m3，其中扣除農(nóng)田降雨形成的退水量146.3萬 m3，再加上灌溉水入滲補(bǔ)給量形成的河道排泄量452.7萬 m3，洛東灌區(qū)退水量為1 256.9萬 m3，則洛東灌區(qū)耗水系數(shù)為0.769。

3.3 東雷灌區(qū)耗水系數(shù)

東雷二期抽黃灌區(qū)從塬上(即二級站)開始，退水進(jìn)入北洛河，匯流渭河后最終進(jìn)入黃河。根據(jù)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(shù)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(shù)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(shù)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(yáng)水站，運(yùn)行時(shí)間較長，計(jì)劃用水強(qiáng)，沒有退水，因此，塬上引水即為耗水量，耗水系數(shù)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(jìn)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(shù)為0.927。

從時(shí)段及對河道的引排差的基礎(chǔ)上考慮，本次采用東雷二期抽黃管理局耗水系數(shù)為0.91。

4 陜西省農(nóng)業(yè)灌區(qū)耗水系數(shù)

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

按灌區(qū)規(guī)模套灌溉類型對陜西省灌區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中灌區(qū)規(guī)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(qū)，灌溉類型分自流引水、提水2種類型。

陜西省12個(gè)30萬畝以上大型灌區(qū)，包括3個(gè)抽水灌區(qū)和9個(gè)自流灌區(qū)，除石門水庫灌區(qū)地處陜南漢中市漢臺區(qū)外，其它11個(gè)灌區(qū)均地處關(guān)中地區(qū)。

大中型自流灌區(qū)和高抽灌區(qū)耗水系數(shù)分別為0.825和0.91，小型灌區(qū)自流灌區(qū)和節(jié)水灌區(qū)耗水系數(shù)均按1計(jì)算。2012年陜西省黃河流域大中型自流灌區(qū)有效面積占比為67.3%，大中型高抽引水灌區(qū)面積占比22.1%，小型灌區(qū)面積占比10.6%；陜西省黃河流域大中型自流灌區(qū)實(shí)灌面積占比為61.9%，大中型高抽引水灌區(qū)面積占比25.7%，小型灌區(qū)面積占比12.3%；因此陜西省黃河流域灌區(qū)有效面積計(jì)算的綜合耗水系數(shù)為0.862，實(shí)灌面積計(jì)算的綜合耗水系數(shù)為0.868。

結(jié)合通過地下水回歸河道的洛東灌區(qū)耗水系數(shù)為0.769，陜西省黃河流域灌區(qū)有效面積計(jì)算的綜合耗水系數(shù)為0.825，實(shí)灌面積計(jì)算的綜合耗水系數(shù)為0.834。

5 結(jié)語

(1)以陜西省渭河流域洛惠渠灌區(qū)和東雷抽黃灌區(qū)兩個(gè)大型灌區(qū)為研究對象，采用流域耗水量“引排差”計(jì)算方法，對典型灌區(qū)用水、退水、耗水等規(guī)律進(jìn)行了初步階段性研究。以洛惠渠灌區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)域和東雷抽黃灌區(qū)為調(diào)研對象，進(jìn)行年度監(jiān)測試驗(yàn)。

(2)洛東灌區(qū)明渠試驗(yàn)結(jié)果耗水系數(shù)為0.825，東雷抽黃二期耗水系數(shù)為0.91；按灌溉面積加權(quán)推算，陜西省黃河流域灌區(qū)有效面積計(jì)算的綜合耗水系數(shù)為0.862，實(shí)灌面積計(jì)算為0.868。

(3)結(jié)合通過地下水回歸河道的洛東灌區(qū)耗水系數(shù)為0.769，陜西省黃河流域灌區(qū)有效面積計(jì)算的綜合耗水系數(shù)為0.825，實(shí)灌面積計(jì)算的綜合耗水系數(shù)為0.834。

(4)存在問題：主要有選取的洛東灌區(qū)是一個(gè)封閉的區(qū)域，地下水回歸河道水量的計(jì)算還有待于進(jìn)一步更多監(jiān)測資料的支撐，關(guān)中灌區(qū)渠道水力發(fā)電站因素復(fù)雜，非灌區(qū)期也大引大排存在，典型推全省耗水系數(shù)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(fù)交叉，無法嚴(yán)格分開等因素。