洮惠渠灌区不同尺度耗水监测研究

摘要 在对甘肃省洮惠渠灌区和典型地块进行引退水监测试验的基础上，采用引排差法开展不同尺度耗水系数率定工作。结果显示，灌区和典型地块2016年耗水系数分别为0.721和0.571。灌区和典型地块耗水系数表现出一定的尺度效应，灌区尺度上耗水系数明显高于典型地块尺度。

关键词 耗水系数;监测试验;引排差法;尺度效应;洮惠渠灌区

中图分类号 TV 211;TV 213  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）09-0188-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.09.047

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Monitoring on Water Consumption at Different Scales in Taohuiqu Irrigation Area

L Wen-xing，CHANG Yuan-yuan，LIU Dong-xu et al

（Yellow River Institute of Hydrology and Water Resources，Zhengzhou，Henan 450004）

Abstract Based on the monitoring experiment on the water diversion and return in Taohuiqu irrigation area and typical plots in Gansu Province，the water consumption coefficient at different scales was calculated by  diversion and discharge difference method. The results showed that the water consumption coefficients of irrigation area and typical plots in 2016 were 0.721 and 0.571 respectively. The water consumption coefficients of irrigation area and typical plots showed a certain scale effect，and the water consumption coefficient in irrigation area was obviously higher than that of typical plots.

Key words Water consumption coefficient;Monitoring experiment;Diversion and discharge difference method;Scale effect;Taohuiqu irrigation area

甘肃省水资源时空分布不均衡，河西内陆河流域土地面积占全省土地面积近60%，但水资源量仅占全省水资源量的19%[1];甘肃省黄河流域属干旱半干旱地区，黄河流域人口占全省总人口的70%以上，自产水资源量不到全省水资源量的50%[2]，水资源供需矛盾突出已成为甘肃省国民经济和社会发展的最大制约因素。

水资源是社会经济可持续发展的主要约束条件。加强水资源管理，实施最严格的水资源管理制度，确立用水总量控制和用水效率控制制度，是当前国家、流域和各省科学管理水资源的重要抓手。农业作为主要用水产业，深入研究农业灌溉供、用、耗、排规律对于加强用水管理、合理分配水量、严格用水制度具有重要意义。

耗水系数是评价流域用水消耗程度的关键指标。以往研究在研究方法、研究尺度、研究对象和目的、水循环过程等方面各不相同，归纳起来主要有3种：一是从水资源总量角度定义消耗，表现为耗水相关的水量比例指标;二是从经济产出角度定义消耗，表现为水分生产率指标;三是从社会产出角度定义消耗，表现为社会水循环中耗水效率指标[3-4]。

水量平衡原理是耗水系数相关研究的理论基础[5-6]。近年来，很多学者基于水量平衡原理对耗水系数进行了大量研究，主要方法包括河段差法、引排差法、最大蒸发量法、作物总需水量法、蒸渗仪法、数值模拟法等[7-9]。笔者以甘肃省洮惠渠灌区为研究对象，采用引排差法开展灌区和典型地块2个尺度上的灌溉耗水试验，旨在为进一步完善流域管理与行政区管理相结合的水资源管理体制提供技术支撑。

1 研究区概况

1.1 灌区概况

洮惠渠灌区是定西市最大的自流灌区，也是临洮县重要的商品粮、蔬菜、瓜果和花卉生产基地，提供了全县8个乡镇65个村12万人的农田灌溉和沿途部分群众的人畜饮水，成为当地粮食安全、农民增收、农村经济社会发展和构建社会主义和谐社会的重要支撑。临洮县洮惠渠灌区渠系分布见图1。

1.1.1 地理位置。洮惠渠灌区位于临洮县，地处甘肃省中部洮河下游，位于103°29′08″～104°19′34″E，35°03′42″～35°56′46″N。灌区东西最大距离78 km，南北最大距离103 km，总面积为2 851 km2，总耕地面积为7.20万hm2，其中水浇地2.53万hm2。

1.1.2 地形地貌。洮河灌区位于陇西黄土高原西缘的临夏—临洮盆地南端，属洮河下游的临洮谷地。洮河两岸山地为构造剥蚀中高山区，北有马啣山，南有南屏山石质山地，海拔2 950～3 625 m，地势总体上南高北低;河谷地区海拔1 750～2 200 m，由河床、河漫滩和Ⅰ～Ⅴ级阶地构成，其中Ⅰ级阶地为堆积阶地，Ⅱ～Ⅴ级阶地均为基座阶地。洮惠渠灌区位于Ⅱ～Ⅳ级阶地和Ⅴ级阶地前缘，阶面宽阔、平坦，适宜发展粮食、蔬菜、林果等农业经济。

1.1.3 气候条件。临洮县属于温带大陆性气候，洮河灌区地处温带半干旱区，县城南部多年平均气温4.5 ℃，多年平均降水量519.2 mm;县城北部多年平均气温7.0 ℃，多年平均降水量360.5 mm。年蒸发量1 259.3 mm，无霜期80～190 d，年日照时数2 437.9 h，平均相对湿度67%，最大风速12 m/s。

1.1.4 水利工程状况。

洮惠渠灌区现有干渠1条，自玉井镇洮河右岸姬家河大桥以南取水。2008年洮惠渠农发项目实施后，从塔沟节制分水闸分水。干渠全长78.47 km，设计流量8.2 m3/s，加大流量9 m3/s，实际引水流量7 m3/s，年灌溉引水量10 600万m3，干渠高标准衬砌长度32.36 km。支渠165条，长248.04 km，其中高标准衬砌支渠73条，长129.38 km。灌区渠系建筑物主要有水闸22座、倒虹吸1座、隧洞23座、涵洞19座、农桥44座、泵站62座，基本形成较为完备的灌溉渠系网络。

1.1.5 灌溉制度。

洮惠渠灌区涉及范围较大，上、中、下游局部小气候及降水量差异明显，现有灌溉制度及作物种植比例差异亦较大。根据灌区实际情况，分为3个区域：第一区域为渠首—大碧河段，灌溉面积0.23万hm2;第二区域为大碧河—改河段，灌溉面积0.17万hm2;第三区域为改河—中铺区域，灌溉面积0.27万hm2。根据灌区近几年的灌溉定额和灌水次数以及作物种植比例，确定灌溉制度。

1.1.6 种植结构。

洮惠渠灌区以续建配套节水改造工程和调整农业种植结构为突破口，着力发展马铃薯、蔬菜、花卉等特色产业，提高复种指数，拓宽村民增收渠道，经济效益显著提升。近年来，农经比保持在3∶7左右，目前种植的粮食作物主要有小麦、玉米、马铃薯、大豆等，经济作物主要有蔬菜、瓜果、花卉、药材以及树苗等。

1.2 典型地块概况 根据典型地块选择原则，经现场调研和实地查勘确定洮惠渠灌区大碧河—改河段黄家坪耕地作为典型地块，开展水文水资源监测试验。典型地块位置示意图如图2所示。典型地块位于临洮县新添镇黄家坪，介于103°48′46″～103°49′45″E，35°35′14″～35°34′26″N，耕地面积110.27 hm2。典型地块南、北均与小沟道接壤，西临兰临高速公路，东临洮惠渠主干渠，交通便利，地块完整，引退水口控制良好，便于开展水文监测和耗水系数试验。

2 材料与方法

2.1 水文要素监测 按照《水资源水量监测技术导则》（SL 365—2007）[10]，在洮惠渠灌区干渠进、退水口及典型地块引、退水口布设了24处水文监测断面，在典型地块布设了2处土壤墒情监测站点，从2016年4月1日起开始监测各断面的水位、流量及土壤墒情情况。

2.1.1 高程和断面测量。

2.1.1.1 高程测量。

24处水文监测断面共布设44个基本水准点。每个监测断面分别用南方测绘公司的手持GPS测定基本水准点BM1高程，使用双面水准尺、水准仪按三等水准要求引测基本水准点BM2高程。每个仪器站的允许视线长度，前、后视距不等差，黑红面所测高差之差，往返测量高差不符值等均符合规范规定的限差要求。24处水文监测断面共布设24支水尺。水尺布设后，使用双面水准尺、水准仪，分别以各监测断面基本水准点BM1为引据水准点，采用四等水准的要求测定基本水尺零点高程。

2.1.1.2 断面测量。 在已布设的渠道监测断面两岸或渠沿设立断面桩，以左岸断面桩为断面起点桩（起算零点），采用钢尺或皮卷尺测定每个横断面上渠道变化处各点的起点距，并按四等测量要求测量其高程。各监测断面测点布置能控制渠道横断面的转折变化，两岸始末断面桩之间总距离的往返测量不符值及高程测量精度均满足规范规定要求。

2.1.2 水位观测。在洮惠渠塔沟引水口、干渠退水口及典型地块引、退水口布设的24处水文监测断面开展水位观测，以便用观测的水位通过与流量建立的关系推算水量。2016年共观测水位10 528次。洮惠渠灌区引退水系统布设位置示意图见图3。

2.1.2.1 灌区渠首引水口水位。采用驻守人工观读的方式全年观测水位。灌区渠首引水口塔沟断面无灌溉用水时渠道干涸，灌溉用水时水位较为稳定，一般采用两段制（08：00、20：00）观测，并根据水情的变化过程随时加测，以能掌握水位的变化过程为原则。自2016年3月19日自来水厂供水水源补水开始引水，至12月20日结束，共观测水位502次，其中最高水位为1 862.49 m。观测次数较好地控制了水位的变化过程，满足计算日平均水位、推算日平均流量的要求和开展试验研究等方面的需要。

2.1.2.2 灌区干渠退水口水位。采用驻守人工观读的方式观测水位。16处退水口监测断面自2016年3月19日自来水厂供水水源补水开始引水至12月20日结束，共观测水位7 095次。其中东峪沟退水口断面观测水位次数最多，达555次;李莲沟退水口断面相对较少，为391次。正常退水期采用两段制（08：00、20：00）观测水位，并视具体情况加测，以准确掌握退水过程变化为原则。各断面水位监测次数的设置应满足通过与流量建立的关系推算水量的需要。

洮惠渠干渠正常情况下多数退水口不退水，退水主要出现在以下情况：①冲洗渠道退水。春灌及冬灌首次开始引水时，干渠中、上段自上而下开启退水闸冲洗渠道，退水期为1～2 d，时间较短;干渠下段水量较小，一般无退水现象。②突发事件退水。如遇渠堤决口、隧洞塌方、渡槽坍塌、上游暴雨造成渠内水位迅速雍高或漫顶、工程运行发生意外给当地群众造成损失或引起一些水事纠纷等情况时，视具体情况开启遇险段上游退水闸进行退水。③灌溉余水退水。为防止下游渠道满溢和渠系运行安全，灌溉期间东峪沟退水口根据下游灌溉用水需求将多余来水开闸退水;灌溉结束时该退水口将上游渠段来水进行退水。该退水口全年退水天数相对较多，是洮惠渠灌区的主要退水口。