黄河黑山峡河段开发的战略思考张金良1，2，鲁 俊1，张远生2（1.黄河勘察计划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；2.天津大学，天津 300354）摘 要：黄河黑山峡河段开发存在一些认识分歧，黄河流域生态掩护和高质量生长上升为重大国家战略后，需要从战略角度思考和审视该河段开发问题。通太过析黄河黑山峡河段开发面临的新形势与问题，研究黑山峡河段开发在协调黄河水沙、防凌、供水、发电等方面的作用和在区域经济社会生长等方面的作用，认为黑山峡河段开发契合黄河流域生态掩护和高质量生长重大国家战略要求，对推动重大国家战略实施具有重要支撑作用。建议选择合适的开发方案，促进工程尽快立项建设，依托黑山峡河段开发打造多能互补基地。
关键词：黑山峡河段；开发方案；高质量生长；黄河黄河黑山峡河段位于黄河上游“几”字弯上段甘肃与宁夏接壤处（见图1），起始于甘肃省靖远县大庙，在宁夏中卫市小湾出峡谷，河段长约185 km。黑山峡河段具有较好的建库条件，在黄河治理开发中占据重要职位。河段开发论证事情始于20世纪50年月，有关部门和省（区）开展了大量研究论证事情，可是各方在河段开发功效、开发任务、开发条件等方面存在差别认识，从已揭晓文献资料看，司志明［1］、林昭［2］、杨松青等［3］、郭潇等［4］、何 潜等［5］、杨振立等［6］、王 旭 强 等［7］、段 高 云等［8］、袁斌［9］等认为黑山峡河段开发在黄河水资源使用、防洪防凌、生态情况掩护以致区域经济社会生长中具有重要作用，宜建设高坝大库负担相应任务，一级开发黑山峡水库总库容约 114.8 亿 m3［8］；曲耀光等［10］、万景文［11］等少数学者研究认为黑山峡水库功效和作用已被上下游水库替代，不需要兴建黑山峡水库，宜多级开发建设径流式电站，黑山峡4级开发，4个水库总库容约4.8亿m3。
差别方面临黑山峡河段开发的认识分歧影响了国家决议，黑山峡水库迟迟未能建设。图1 黄河黑山峡河段位置示意近年来，随着黄河流域情况条件变化，在流域水灾害、水资源、水情况、水生态、工业结构、经济社会生长等诸多方面泛起了新的问题。掩护黄河是事关中华民族伟大再起的千秋大计。
2019年9月18日，习近平总书记在黄河流域生态掩护和高质量生长座谈会上揭晓重要讲话，将黄河流域生态掩护和高质量生长上升为重大国家战略［12］，指出保障黄河恒久安澜，必须牢牢抓住水沙关系调治这个牛鼻子；上中游地域是我国贫困人口相对集中的区域，要努力支持打赢脱贫攻坚战，解决好流域人民群众特别是少数民族群众体贴的防洪宁静、饮水宁静、生态宁静等问题；要把水资源作为最大的刚性约束，推动用水方式由粗放向节约集约转变。2020年1月3日，习近平总书记主持中央财经委员会第六次集会，强调要抓好黄河流域生态掩护和高质量生长，坚持生态优先、绿色生长，从过分干预、过分使用向自然修复、休养生息转变，坚定走绿色、可连续的高质量生长之路，要推进水资源节约集约使用，推进黄河“几”字弯都市圈协同生长，推动沿黄地域中心都会及都会群高质量生长。
新的形势下，黄河黑山峡河段开发应该如何定位、如作甚黄河流域生态掩护和高质量生长战略提供支撑是亟待思考的问题。本文分析了黄河黑山峡河段开发面临的形势与问题，研究了黑山峡河段开发对重大国家战略的支撑作用，提出了有关建议，以期为黄河黑山峡河段开发提供参考。
1 黑山峡河段开发面临的形势与问题（1）上游水沙关系不协调，宁蒙河段淤积形成“新悬河”。黄河流经差别的自然地理单元，流域地形地貌和气候等条件差异很大，受其影响，黄河具有水沙异源、水沙关系不协调的特点［12］。黄河水量主要来自上游头道拐以上，泥沙主要来自中游头道拐至三门峡区间。黄河上游头道拐以上流域面积为38万km2，占黄河流域面积的51%，年均天然径流量占全河的62%，而年输沙量仅占9%。
黄河上游径流主要集中泉源于流域面积仅占黄河流域面积18%的兰州以上，年均天然径流量占头道拐以上的99%，而上游兰州以下至头道拐区间的祖厉河、清水河、十大孔兑等支流泥沙以及宁蒙河段入黄风积沙大量进入河流［13-15］，所占比例凌驾上游总输沙量的50%，因此上游水沙也是异源的，造成黄河上游水沙关系不协调。以协调理［12］来表征黄河上游的水沙协调水平，河流冲淤与其关系密切。
对宁蒙河段而言，维持汛期冲淤平衡的临界来沙系数为 0.003 kg·s/m6左右［16-17］。根据式（1）盘算宁蒙河段汛期水沙关系协调理，效果见图2。式中:Cun（i）为研究河段来水来沙的水沙关系协调理，该值小于或即是0表现水沙关系不协调，大于0表现水沙关系相对协调，值越大协调理越高；i为河段编号；φi为河流实际来沙系数；φT为河流临界来沙系数，取 0.003 kg·s/m6。
图2 宁蒙河段1960年以来水沙关系协调理与河流冲淤变化从图2可以看出，宁蒙河段大多数年份的汛期水沙关系协调理小于0，协调理在20世纪80年月以前呈颠簸状态，靠近于0；80年月至21世纪初，协调理呈下降趋势；之后呈上升趋势。与之相应的是河流冲淤调整变化，20世纪80年月以前，宁蒙河段基本维持冲淤平衡，80年月以后，宁蒙河段泥沙大量连续淤积，悬河发育，至21世纪初淤积才大为减缓［18］。
停止宁蒙河段“新悬河”继续发育对黑山峡河段开发提出了要求。（2）上游防洪防凌工程体系不完善，宁蒙河段防洪防凌宁静面临严重威胁。
黄河宁蒙河段冬季干燥严寒，气温在0℃以下的时间可连续4～5个月，险些每年都市发生差别水平的凌情。河流一般从11月中下旬开始流凌，12月上旬封冻，由于气温上暖下寒，因此封河自下而上；翌年3月中下旬解冻开河，由于气温南高北低，因此开河自上而下。20世纪80年月以来，宁蒙河段中水河槽萎缩严重［18］，汛期过洪能力（特别是凌汛期冰下过流能力）大幅下降，槽蓄水增量大幅增加，最大靠近20亿m3，凌汛期（特别是开河期）险情十分突出，堤防先后发生7次决口，其中6次凌汛决口中有5次发生在开河期，堤防决口给沿河两岸地域造成庞大损失，防凌形势十分严峻［19-21］。
黄河上游防洪防凌工程包罗河防工程、水库和应急分洪区等，其中:水库主要是龙羊峡、刘家峡和海勃湾水库，应急分洪区主要是在内蒙古河段两岸设置的乌兰布和、河套灌区及乌梁素海、杭锦淖尔、蒲圪卜、昭君坟、小白河等6个应急分洪区，设计总分洪库容为4.59亿m3。现状工程条件无法恢复和恒久维持宁蒙河段对防凌有利的中水河槽规模（3 000 m3/s以上）［22］，中水河槽过流能力小（现在仅为 2 000 m3/s左右）［8］，对防洪防凌极为倒霉。龙羊峡、刘家峡水库距离内蒙古河段远（刘家峡水库距内蒙古河段900 km），在防凌运用方面存在较大的局限性，无法有效控制区间来水以及宁蒙灌区冬季引水退水，防凌调理不够实时灵活，不能有效控制槽蓄水增量，难以有效处置突发凌情；海勃湾水库原始调治库容为4.43亿m3，淤积10、50 a后的调治库容划分为1.84亿、0.54亿m3，调治库容小，对龙羊峡和刘家峡水库防凌辅助作用有限。
当前，堤防工程还存在单薄环节，应急分洪区受位置和库容条件限制，被动防守，不能有效解决宁蒙河段的防凌问题。现状工程条件下，宁蒙河段防洪防凌宁静得不到完全保障。
保障宁蒙河段防洪防凌宁静对黑山峡河段开发提出了要求。（3）上游防凌、浇灌供水和发电调理矛盾大，水资源综合效益得不到充实发挥。
黄河龙羊峡—青铜峡河段是全国十二洪流电基地之一，黑山峡河段以上是黄河上游水电基地的主体，有20余座梯级电站［23］，负担了我国西北电网的主要调峰调频任务，是西北电网供电宁静的重要保障。黑山峡河段以下是辽阔的宁蒙平原，浇灌渠系蓬勃，煤炭资源富厚，是宁夏、内蒙古两区的焦点地带，工农业用水量大。现状工程条件下，凌汛期水库防凌调理对下泄流量的控制要求，使得上游防凌与梯级电站发电之间的矛盾较为突出。以青海省为例，该省水电装机容量占全省总装机容量的80%以上，夏季电力富余、弃水量比力大，冬季为满足宁蒙河段防凌要求，龙羊峡、刘家峡水库控制下泄流量，上游梯级电站着力降低，使得青海省缺电。
2007年、2008年轻海省外购电量13.28亿、12.41亿kW·h，外购电价2 234.3、2 388.1元/（万 kW·h），缺电及高额电价对青海省人民生活水平提高、社会经济可连续生长发生了倒霉影响。凌汛期如果刘家峡水库大幅压减下泄流量，当黄河流量低于300 m3/s时，兰州市取水就会比力难题，影响该市供水宁静。宁蒙河段浇灌期（特别是浇灌岑岭期5—7月）用水需求量大，耗水流量为600～900 m3/s，加之宁蒙河段输沙要求和河口镇生态基流要求，需要上游水库泄放的流量大，该时期上游梯级电站着力严重偏大，影响梯级电站调峰作用的发挥。
现状工程条件下，黄河上游水资源综合效益得不到充实发挥。水资源综合效益提高对黑山峡河段开发提出了要求。（4）黑山峡河段四周地域生态情况懦弱，经济生长落伍，生长质量有待提高。
黑山峡河段四周地域是中国生态情况很是懦弱的地域之一，著名的巴丹吉林、腾格里、毛乌素、库布齐、乌兰布和等五大沙漠集中漫衍于黄河上中游的甘肃、宁夏、内蒙古、陕西 4省（区），区域气候极为干旱，水资源极端匮乏，植被稀疏，是我国荒原化、沙漠化最为严重的区域，也是华北地域的风沙源，面临自然灾害频发、生态系统失调、社会经济落伍等诸多严峻问题。全国592个国家级重点贫困县中，有50个在陕西、43个在甘肃、8个在宁夏，内蒙古的牧区、半牧区、疆域都在国家级重点贫困县内，干旱缺水、自然条件恶劣等是该地域贫困落伍的主因，水资源短缺制约了人民生发生活水平的提高，同时也是黑山峡河段懦弱的生态情况中最为重要的限制性因子。
黑山峡河段四周地域经济社会生长和生态情况改善相当大水平上依靠黄河水资源，这一格式预计在未来较长时期不会发生重大变化。实施跨流域调水工程［23］，使用水库提供稳定优质的水源，是区域生态情况改善和经济社会可连续、高质量生长的基本前提。区域生态情况掩护和高质量生长对黑山峡河段开发提出了要求。
2 黑山峡河段开发对国家战略的支撑作用使用实测资料分析、水库与河流数学模型盘算等多种手段，研究了黑山峡水库差别库容规模在协调黄河水沙、防凌、供水、发电以及在区域经济社会生长等方面的作用，认为建设黑山峡高坝大库对黄河流域生态掩护和高质量生长战略具有重要支撑作用，主要体现在以下方面。（1）协调水沙关系，停止宁蒙河段悬河发育，恢复和维持适宜中水河槽规模。建设黑山峡高坝大库，通过黑山峡水库反调治，增加汛期输沙水量，并拦沙减淤，塑造有利于宁蒙河段输沙的水沙历程［14］，使南水北调西线一期工程生效前进入宁蒙河段流量大于2 500 m3/s的年均天数和南水北调西线一期工程生效后流量大于3 000 m3/s的年均天数凌驾30 d，水沙关系协调水平显着趋好，宁蒙河段100 a内维持河床基本不抬高（见图3），恢复和维持河流主槽的行洪能力。同时，可为中游主干水库调水调沙和有效库容恢复提供水流动力条件，实现黄河上中下游有效联动，协调中下游的水沙关系，减轻中下游河流淤积。
图3 黑山峡库容114.8亿m3条件下宁蒙河段水沙关系协调理与河流冲淤变化（2）增强防洪防凌能力，保障黄河上游（特别是宁蒙河段）防洪防凌宁静。建设黑山峡高坝大库，由于水库库容大，距离宁蒙河段近，凌汛期出库水温升高（11月—翌年1月流凌封河期间出库水温可升高2～3℃），河流零温断面将下移至石嘴山四周，显著缩短宁蒙河段的凌汛河长，石嘴山以上300 km的河段基本不封冻，河流槽蓄水增量减小。
凭据宁蒙河段凌情的实时变化情况，可以较为灵活地控制黑山峡水库水量下泄历程，减小发生冰塞、冰坝的概率。通过上游以黑山峡水库为焦点的防洪工程体系科学合理调理，在完善河流堤防等工程的情况下，可基本保障宁蒙河段防洪防凌宁静。（3）合理调配水资源，充实发挥水资源综合效益。建设黑山峡高坝大库，可负担龙羊峡、刘家峡水库现状的供水、防凌任务，通过黑山峡水库对黄河水资源和未来南水北调西线工程入黄水量举行有效调治，协调当前黄河上游水量调理和梯级发电运用之间的矛盾，改善上游梯级电站的发电运行条件，使发电效益最大化，增加的保证着力可凌驾200万kW、年均发电量凌驾40亿kW·h。
同时，通过开发该河段水能资源，可进一步增强西北电网调峰容量、调频能力，有利于淘汰弃风弃光，实现风、光、水、火多能互补，扩大西北地域新能源规模，促进能源结构调整、绿色低碳生长。（4）为四周地域供水，提高用水保障率。
建设黑山峡高坝大库，可向四周地域提供稳定优质水资源，为银川都市圈等沿黄都会群及陇东能源基地等提供用水保障，解决陕甘宁蒙4省（区）500多万城乡群众饮水宁静问题，助力区域稳定脱贫；保障河流内外生态情况基本用水，维系适宜的绿洲规模，通过实施生态移民，集中生长生态农牧业基地，淘汰对生态懦弱区的过渡干预、使用，促进农牧业绿色、高质量生长。综上，黑山峡河段开发建设高坝大库在协调黄河（特别是宁蒙河段）水沙关系、宁蒙河段防洪防凌以及流域供水和发电等方面具有重要作用，契合黄河流域生态掩护和高质量生长重大国家战略要求。基于现在黑山峡河段开发面临的形势和问题，提出如下建议:①加速黑山峡河段开发前期事情，选择合适的河段开发方案，既能最大限度地满足河段开发功效要求，又能协调兼顾甘肃、宁夏两省（区）利益，促进黑山峡枢纽工程尽快立项建设，早日发挥工程在协调黄河水沙、防凌、供水、发电等方面的作用；②打造黄河“几”字弯多能互补基地，以黑山峡河段工程水电开发为依托，使用黑山峡河段两岸地形和区域广袤的荒原资源、富厚的风景资源，建设集水力发电、抽水蓄能、光伏发电、风力发电为一体的水、风、光电互补的清洁能源基地（开端预计，黑山峡河段可开发建设水电装机容量200万kW，使用两岸地形可建设抽水蓄能电站装机容量300万kW，配套建设光伏、风力发电装机容量2 000万kW，围绕黑山峡河段开发打造出一个凌驾2 000万kW级此外清洁能源基地），接纳入股分红、就业安置等方式对水库移民和当地贫困群众举行恒久扶持，促进区域稳定脱贫和经济社会生长，同时输出稳定优质电能，向华中、华北等火电占比力大的蓬勃地域供电，改善其能源结构，淘汰碳排放，实现区域高质量生长。3 结 论（1）黄河黑山峡河段地处黄河“几”字弯上段，在黄河治理开发中占据重要职位，河段开发面临新形势。
上游水沙关系不协调，宁蒙河段淤积形成“新悬河”，防洪防凌工程体系不完善，防洪防凌宁静面临严重威胁，现状工程难以协调防凌、浇灌供水和发电调理矛盾，水资源综合效益得不到充实发挥，四周地域生态情况懦弱，经济生长落伍，生长质量有待提高，都对黑山峡河段开发提出了要求。（2）黄河黑山峡河段开发建设高坝大库，可协调水沙关系，停止宁蒙河段悬河发育，恢复和维持适宜中水河槽规模，增强黄河上游防洪防凌能力，保障宁蒙河段防洪防凌宁静，同时有效调配使用水资源，促进能源结构调整、绿色低碳生长，为四周地域提供稳定优质水资源，提高用水保障率。（3）建议加速黑山峡河段开发前期事情，选择合适的河段开发方案，促进工程尽快立项建设，早日发挥工程作用；打造黄河“几”字弯多能互补基地，建设集水力发电、抽水蓄能、光伏发电、风力发电为一体的水、风、光电互补的清洁能源基地，接纳入股分红、就业安置等方式对水库移民和当地贫困群众举行恒久扶持，促进区域稳定脱贫和经济社会生长，同时输出稳定优质电能，向华中、华北等火电占比力大的蓬勃地域供电，改善其能源结构，淘汰碳排放，促进区域高质量生长。
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