姚建福

（运城市夹马口引黄服务中心 山西运城 044000）

1 夹马口灌区概况

夹马口灌区是山西省一座大型电力提黄灌溉工程，隶属于运城市夹马口引黄服务中心，位于秦晋高原临猗峨嵋岭下涑水河盆地，东经110°22′～110°51′，北纬35°00′～35°10′。灌区主要工程由吴王水源站、夹马口泵站、小樊泵站、泉杜泵站及干、支渠系和若干管理机构组成，目前，设计灌溉面积为6.06 万hm2。[2]现有一级干渠一条、二级干渠两条，总长54.5 km；支、斗、农渠2 187 条，总长1 250 km；主要灌溉临猗县的东张、七级等7 个乡镇129 个行政村。泉杜二级灌区，灌溉面积2.71 万hm2，在一级干渠23.3 km 处取水。

通过工程节水和管理节水的双重措施，工程的总体效益不断上升，联合国粮农组织对灌区快速评估认为：“灌区整体灌溉效益、灌溉水利用系数、灌溉水生产率在同类引黄灌区较高，占居全国及亚太地区领先地位”。

2 问题的提出

夹马口灌区一级干渠承担着夹马口灌区的配水、泉杜灌区的输水、泉杜泵站中断运行水量的调蓄以及沿线村庄的防洪等任务，相应地功能要满足：一是平稳、高效地输配水，二是避免发生安全事故。这两个条件都必须通过科学地水量调度才能实现，尤其是由于地形条件限制，无法设置蓄水池和泄洪口，在发生意外险情时，只能通过干渠的调蓄，把水有序地排泄到田间，否则，会引发灾难性的后果。

夹马口干渠站与夹马口泵站、泉杜泵站、支渠、干斗等在内部管理中属于买卖关系，即夹马口泵站生产的“水商品”经MGG/KL－CC 插入式电磁流量计计量后批发给夹马口干渠站，干渠站经MGG/KL－GB 管道电磁流量计趸售给泉杜泵站，经巴歇尔量水槽趸售给各支渠，经无喉道量水槽趸售给各干斗，以流速仪标定流量趸售给提灌站或移动泵，最终由干斗、提灌站或移动泵、支斗将“水商品”零售给农户。管理局对所辖泵站依据单方水耗电量指标进行奖罚考核，对干渠、支渠按吨公里损失指标考核，对斗渠水量全额计费。

影响干渠水量调度的因素十分复杂，除以上水量交接方式差异易导致人为因素亏损外，泵站受水源泥沙、柴草、系统电压、机组工况等干扰出水流量波动剧烈，干渠沿线水头变动、柴草壅堵、节制闸动作等均会造成水量损失，极端气候形成的大风、阵雨、冰雹等瞬时灾害性变化易导致大量弃水和安全事故，最终，各种因素的影响或叠加会降低管理节水成效，进而显示为干渠吨公里损失的上升。

干渠水量调度就是要采取一系列的科学处置措施，将各种因素的干扰减至最小，提升管理节水成效，降低干渠吨公里损失，提高计费率进而增加财务收入。

3 灌区灌溉节水管理对策

3.1 干渠水量调度内涵、相关指标及关系

1）干渠水量调度内涵

干渠水量调度属于管理节水之高效用水的范畴，即在保证灌区农业年增产值前提下，通过规范化、科学化、数字化调度达到降低泵站提水量的目的，进而提高灌溉水生产率，以零边际成本大幅提高管理节水成效。

2）相关指标

（1）利用率：即干渠渠道水利用系数，夹马口灌区干渠的配水量与夹马口泵站提水量的比值。

（2）适时利用率：是一种适合干渠管理运行和指标控制的实时利用率，与利用率的区别是将渠道库存水量的变化纳入计算，对于水量的科学调度、安全运行、问题解析等进行了量化，具有一定的指导性、指向性和指标性。

（3）计费率：是指夹马口和泉杜灌区在斗口配出（销售）的水量与夹马口泵站提水量的比值。

（4）吨公里损失：即每方（吨）水每运行一公里所需损失的水量。

（5）相互关系：利用率＝干渠配水量÷夹马口泵站提水量＝1÷（1＋吨公里损失×运行公里数）；计费率＝（干斗售水量＋支斗售水量）÷提水量＝［干斗售水量＋（干渠配水量－干斗售水量）×支渠平均计费率］÷提水量。

3.2 干渠水量调度方案

1）渠道库容调蓄

（1）库容划分

有效库容：为了保证供水而必须占用的和平衡流量误差而必须存储的库容，上限一般控制在设计水位以下，可以偶尔达到加大流量水位。

安全库容：为了防止泉杜泵站意外停机或灌溉与防汛叠加而必须储备的战略库容，对应于渠道设计水位以上加大流量和堤顶超高叠加的深度。

调蓄库容：介于有效库容与安全库容之间的、为了调蓄水量的库容，上限对应于渠道的设计水位，上游渠道设定为3.0 m，下游设定为1.8 m，可以偶尔突破。库容划分详见图1。

图1 库容的划分

（2）库容的利用

有效库容由三部分组成，自下而上分别为：①被泥沙占据的淤积库容，深度h淤积由现场探测。②平衡流量误差的平衡库容，深度h平衡是根据水在渠段运行的最长时间乘以平衡流量（泉杜节制闸上游选0.5 m3/s，下游取0.2 m3/s）计算的水量折算而来；也可根据选定流量基于h淤积套用梯形渠流量公式试算得出。③输配水流量对应的输配水库容，在实际操作中，《夹马口干渠配水流量计算表》计算的顺序是自渠尾段向上游渠段逐步推算直至渠首段，由于表格容量过大，下边是截取2018年春浇其中四支节制闸后h有效值的《配水流量计算表》的一个时段，具体情况见表1：吨公里损失是根据实际损耗值结合生产实际的发展变化趋势而拟定的，该值若偏小会过度消耗库存水量，若偏大则会全线水位上涨；需水流量是该渠段拟配水流量；运行公里数是《吨公里损失计算表》中核定的该渠段距渠首的平均距离；输配水流量=需水流量×（1+吨公里损失×运行公里数）＋下游渠段的输配水流量；输配水深h输配是根据输配流量基于h淤积+h平衡套用形渠流量公式试算得出的结果。有效库容对应水的深度h有效=h淤积+h平衡+h输配。在实际供水时，必须保证水位达到算得的h有效值，否则，必然引发生过度消库或供水不足或断水等一连串的问题。根据每天核定的用水计划计算的h有效值，必须经过验算无误后，才能将数值通知相应的管理段，由配水员根据节制闸闸前水位的涨落严格把控闸后水位，误差必须控制在1 cm 内；在没有变更用水计划前，任何人都无权变更h有效值，一定要维护数值的严肃性，杜绝水量调度的随意性；调度员可以根据全线水位的涨落，适度调整选定的吨公里损失值，只要在可控的幅度内，一般随用水计划的变更而调整。

表1 配水流量计算表

2）渠道水头控制

（1）开机水头控制

开机机组数量除保证正常输配水流量外，还必须根据平衡库容大小增减机组，基于淤积库容的h淤积，计算输配水流量和平衡库容流量叠加的开机水头h开机；对照比较节制闸闸前h有效与h开机接近时，水头运行到当前位置即可关停平衡库容的机组。

（2）加机水头控制

泵站加机后，由调度员通知沿线各段配水员及时调控支斗渠闸门，杜绝水头水量损失。在输水过程中，动用的节制闸均按闸前水位控制，当水头运行到末段上游节制闸位置时，动用的节制闸同步动作，均按闸后水位配水；当渠段节制闸闸前水位达到算定的h有效时，即可按计划执行该渠段配水；闸后水位严格按照计算的下游渠段的h有效精准把控，误差必须控制在0.5 cm 以内。

（3）减机水头控制

根据上报的停水流量和时间，流量上满足一台机组，时间上相差4 h 左右，则可协调各方集中减机；根据调整的配水计划按照《配水流量计算表》重新计算各节制闸后的h有效值，随减机水头自上而下依次停水、逐步执行。停水的流量和时间都比较分散，则只有利用库容调蓄，在无调蓄能力时减机；减机后，无库存水量可调配时，计划报停的流量可提前停水。当预报或突然有雨，各支斗报停计划必须经调度核定，在保证各级渠道安全情况下方可有序停机、停水。

（4）机组轮换水头控制

无论夹马口泵站还是泉杜泵站轮换机组，都必须先停后开，避免局部水头突变造成水量损失或水位失衡。

①渠段水头控制。当渠段水头异常下降或有效库容不足时，应查验来水或输配水水位，减小或间歇调控该渠段配出水量，遏制水位下降进而平衡渠段水头，尽量不波及上下游，绝不能通过增加机组处置，相应地，调度要有处置记录；当全线水位总体下降，必须修正核算吨公里损失指标，进而修改配水计划，若上游库存充分，也可动用节制闸同步动作按新的h有效值维持原配水计划。当某渠段水头涨幅过大或速度过快时，或q计（渠段内计划配出的流量值）-q实（渠段内实际配出的流量值）＞＝0.1 m3/s 时，应及时调整配水计划，根据重新计算的h有效值，上游各节制闸同时动作，把水调至四支上游存蓄。当q计（同上）-q实（同上）＜0.1 m3/s 时，不修改配水计划，除十支下游的节制至上游外，其余均在所在渠段内调蓄。对于短时间的零星供水或不同管理段间的倒口，要根据计划统筹安排、有序衔接，必须严格计划、严格调度指令，确保满足h有效水位才能实施；具体操作上，譬如接序口在上游的，可根据与下游停水口的距离适当早开；接序口在下游的，可停开同步进行。

②渠道决口水头控制。决口发生时，立即通知夹马口泵站减机，流量不小于决口泄漏量；决口点上游节制闸全部动作，分段拦蓄来水，若安全库容足够，则正常配水，否则，要通过相关支渠和干斗泄除多余水量；根据决口在渠道断面的位置高低，在不影响抢险的情况下，尽量保证下游供水。

③洪水水头控制。当洪水与渠道水头叠加时，必须动用安全库容拦蓄，能够通过正常配水消解洪水最好，否则，要立即启动相关支渠和干斗泄洪。空库迎洪分灌溉期和非灌溉期两种情况，灌溉期要事先调试好沿线各节制闸并关闭严密，将洪水分段拦蓄、统筹调配，若库容足够，原则上不考虑泄洪，结合随后的灌溉正常配用；否则，要适时启用支渠泄洪，通过九支、十支、十一支将洪水泄至涑水河，若不能满足泄洪要求时，还要启用上游相关支渠，数量根据需要临时确定。非灌溉期空库迎洪时要高度关注、严密调控干渠沿线库容，优先考虑有序经下游九支、十支和十一支渠泄洪至涑水河，如果洪水量大到仅靠下游支渠泄洪都不能满足要求时，则启动上游沿线各支渠配合泄洪。启动支渠泄洪方案时，调度员必须事先通知相关支渠长做好准备，在确保安全、万无一失情况下再实施，并做好相关记录。

4 管理节水成效

夹马口灌区持续探索干渠管理节水措施、深化管理成效，2009年夏浇创立了干渠适时利用率，这个动态考核指标以数字化的形式把干渠中静态库容和动态流量有机的进行了由点（各斗）及线（各段）再到库（库容）的相关数字整合，动态的得出了干渠适时利用率，使调度工作有了动态的数字参考，配套以综合管理措施，运用日臻成熟和完善，以2011年提水量12000 万m3计、节水505 万m3，成效十分显著；2016年夏浇，结合生产实际创立了《干渠水量调度规程》，并针对灌溉管理中出现的问题不断完善，将生产中已经发生或可能发生的问题全部纳入，尤其是结合2018年夏浇水源泥沙含量居高不下的恶劣工况和泵站干渠凸显的尖锐矛盾，《干渠水量调度规程》在经过几十次修改和补充后定稿，于2019年春浇发挥了其应有的管理节水成效，干渠吨公里损失下降至0.004 735 m3，利用率提升至91.12%，以年提水量13 000 万m3计、节水528 万m3，在不增加任何成本的情况下创造了丰厚的财务收益。我们对2008年、2011年、2019年春浇的运行指标进行了对比，详见表2。

表2 夹马口干渠2008年、2011年及2019年春浇运行指标对比表

5 结论

1）夹马口灌区《干渠水量调度规程》对灌区管理节水具有重要的实际意义，可操作性很强，具备普遍推广的价值。

2）选用自动化计量器具，一定要搞清原理，严格按照仪器说明安装，从进水流态、安装位置、环境要求等各方面尽量满足，否则会产生不必要的误差。

3）科学、准确、稳定的计量，是灌溉管理的重要抓手。应当尽快将适应黄河水的计量器具自动化、信息化、系统化，降低人工劳动强度和支出，提高工作效率，消除计量中的人为因素，为管理提供及时、准确、科学的数据，充分挖掘管理节水的成效。