黃河黑山峽河段開發的戰略思考

張金良 魯俊 張遠生

摘 要：黃河黑山峽河段開發存在一些認識分歧，黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略后，需要從戰略角度思考和審視該河段開發問題。通過分析黃河黑山峽河段開發面臨的新形勢與問題，研究黑山峽河段開發在協調黃河水沙、防凌、供水、發電等方面的作用和在區域經濟社會發展等方面的作用，認為黑山峽河段開發契合黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略要求，對推動重大國家戰略實施具有重要支撐作用。建議選擇合適的開發方案，促進工程盡快立項建設，依托黑山峽河段開發打造多能互補基地。

關鍵詞：黑山峽河段;開發方案;高質量發展;黃河

中圖分類號：TV213.9;TV882.1 ? 文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.07.001

Abstract：There are some divergences of understanding in the development of the Heishanxia reach of the Yellow River. After the ecological protection and high-quality development of the Yellow River basin raising to a major national strategy， it is necessary to think and examine the development of the section from a strategic perspective. This paper analyzed the new situation and problems facing the development of the Heishanxia reach of the Yellow River and studied the effect of the development of the section in the coordination of the Yellow Rivers water and sediment， ice flood control， water supply and power generation. The effect of the regional economic and social development was considered. The development of the reach is in line with the major national strategic requirements for ecological protection and high-quality development in the Yellow River basin and has an important supporting role in promoting the implementation of major national strategies. It is recommended to choose a suitable development plan， promote the project to be established as soon as possible and build a multi-energy complementary base relying on the development of the Heishanxia reach.

Key words： Heishanxia reach; development plan; high-quality development; Yellow River

黃河黑山峽河段位于黃河上游“幾”字彎上段甘肅與寧夏交界處（見圖1），起始于甘肅省靖遠縣大廟，在寧夏中衛市小灣出峽谷，河段長約185 km。黑山峽河段具有較好的建庫條件，在黃河治理開發中占據重要地位。河段開發論證工作始于20世紀50年代，有關部門和省（區）開展了大量研究論證工作，但是各方在河段開發功能、開發任務、開發條件等方面存在不同認識，從已發表文獻資料看，司志明[1]、林昭[2]、楊松青等[3]、郭瀟等[4]、何潛等[5]、楊振立等[6]、王旭強等[7]、段高云等[8]、袁斌[9]等認為黑山峽河段開發在黃河水資源利用、防洪防凌、生態環境保護乃至區域經濟社會發展中具有重要作用，宜建設高壩大庫承擔相應任務，一級開發黑山峽水庫總庫容約114.8億m3[8];曲耀光等[10]、萬景文[11]等少數學者研究認為黑山峽水庫功能和作用已被上下游水庫替代，不需要興建黑山峽水庫，宜多級開發建設徑流式電站，黑山峽4級開發，4個水庫總庫容約4.8億m3。不同方面對黑山峽河段開發的認識分歧影響了國家決策，黑山峽水庫遲遲未能建設。

近年來，隨著黃河流域環境條件變化，在流域水災害、水資源、水環境、水生態、產業結構、經濟社會發展等諸多方面出現了新的問題。保護黃河是事關中華民族偉大復興的千秋大計。2019年9月18日，習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上發表重要講話，將黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略[12]，指出保障黃河長久安瀾，必須緊緊抓住水沙關系調節這個牛鼻子;上中游地區是我國貧困人口相對集中的區域，要積極支持打贏脫貧攻堅戰，解決好流域人民群眾特別是少數民族群眾關心的防洪安全、飲水安全、生態安全等問題;要把水資源作為最大的剛性約束，推動用水方式由粗放向節約集約轉變。2020年1月3日，習近平總書記主持中央財經委員會第六次會議，強調要抓好黃河流域生態保護和高質量發展，堅持生態優先、綠色發展，從過度干預、過度利用向自然修復、休養生息轉變，堅定走綠色、可持續的高質量發展之路，要推進水資源節約集約利用，推進黃河“幾”字彎都市圈協同發展，推動沿黃地區中心城市及城市群高質量發展。新的形勢下，黃河黑山峽河段開發應該如何定位、如何為黃河流域生態保護和高質量發展戰略提供支撐是亟待思考的問題。本文分析了黃河黑山峽河段開發面臨的形勢與問題，研究了黑山峽河段開發對重大國家戰略的支撐作用，提出了有關建議，以期為黃河黑山峽河段開發提供參考。

1 黑山峽河段開發面臨的形勢與問題

（1）上游水沙關系不協調，寧蒙河段淤積形成“新懸河”。黃河流經不同的自然地理單元，流域地形地貌和氣候等條件差別很大，受其影響，黃河具有水沙異源、水沙關系不協調的特點[12]。黃河水量主要來自上游頭道拐以上，泥沙主要來自中游頭道拐至三門峽區間。黃河上游頭道拐以上流域面積為38萬km2，占黃河流域面積的51%，年均天然徑流量占全河的62%，而年輸沙量僅占9%。黃河上游徑流主要集中來源于流域面積僅占黃河流域面積18%的蘭州以上，年均天然徑流量占頭道拐以上的99%，而上游蘭州以下至頭道拐區間的祖厲河、清水河、十大孔兌等支流泥沙以及寧蒙河段入黃風積沙大量進入河道[13-15]，所占比例超過上游總輸沙量的50%，因此上游水沙也是異源的，造成黃河上游水沙關系不協調。以協調度[12]來表征黃河上游的水沙協調程度，河道沖淤與其關系密切。對寧蒙河段而言，維持汛期沖淤平衡的臨界來沙系數為0.003 kg·s/m6左右[16-17]。按照式（1）計算寧蒙河段汛期水沙關系協調度，結果見圖2。

Cun（i）=-ln（φiφT）（1）

式中：Cun（i）為研究河段來水來沙的水沙關系協調度，該值小于或等于0表示水沙關系不協調，大于0表示水沙關系相對協調，值越大協調度越高;i為河段編號;φi為河道實際來沙系數;φT為河道臨界來沙系數，取0.003 kg·s/m6。

從圖2可以看出，寧蒙河段大多數年份的汛期水沙關系協調度小于0，協調度在20世紀80年代以前呈波動狀態，接近于0;80年代至21世紀初，協調度呈下降趨勢;之后呈上升趨勢。與之相應的是河道沖淤調整變化，20世紀80年代以前，寧蒙河段基本維持沖淤平衡，80年代以后，寧蒙河段泥沙大量持續淤積，懸河發育，至21世紀初淤積才大為減緩[18]。遏制寧蒙河段“新懸河”繼續發育對黑山峽河段開發提出了要求。

（2）上游防洪防凌工程體系不完善，寧蒙河段防洪防凌安全面臨嚴重威脅。黃河寧蒙河段冬季干燥寒冷，氣溫在0 ℃以下的時間可持續4～5個月，幾乎每年都會發生不同程度的凌情。河道一般從11月中下旬開始流凌，12月上旬封凍，由于氣溫上暖下寒，因此封河自下而上;翌年3月中下旬解凍開河，由于氣溫南高北低，因此開河自上而下。20世紀80年代以來，寧蒙河段中水河槽萎縮嚴重[18]，汛期過洪能力（特別是凌汛期冰下過流能力）大幅下降，槽蓄水增量大幅增加，最大接近20億m3，凌汛期（特別是開河期）險情十分突出，堤防先后發生7次決口，其中6次凌汛決口中有5次發生在開河期，堤防決口給沿河兩岸地區造成巨大損失，防凌形勢十分嚴峻[19-21]。黃河上游防洪防凌工程包括河防工程、水庫和應急分洪區等，其中：水庫主要是龍羊峽、劉家峽和海勃灣水庫，應急分洪區主要是在內蒙古河段兩岸設置的烏蘭布和、河套灌區及烏梁素海、杭錦淖爾、蒲圪卜、昭君墳、小白河等6個應急分洪區，設計總分洪庫容為4.59億m3。現狀工程條件無法恢復和長期維持寧蒙河段對防凌有利的中水河槽規模（3 000 m3/s以上）[22]，中水河槽過流能力小（目前僅為2 000 m3/s左右）[8]，對防洪防凌極為不利。龍羊峽、劉家峽水庫距離內蒙古河段遠（劉家峽水庫距內蒙古河段900 km），在防凌運用方面存在較大的局限性，無法有效控制區間來水以及寧蒙灌區冬季引水退水，防凌調度不夠及時靈活，不能有效控制槽蓄水增量，難以有效處置突發凌情;海勃灣水庫原始調節庫容為4.43億m3，淤積10、50 a后的調節庫容分別為1.84億、0.54億m3，調節庫容小，對龍羊峽和劉家峽水庫防凌輔助作用有限。當前，堤防工程還存在薄弱環節，應急分洪區受位置和庫容條件限制，被動防守，不能有效解決寧蒙河段的防凌問題。現狀工程條件下，寧蒙河段防洪防凌安全得不到完全保障。保障寧蒙河段防洪防凌安全對黑山峽河段開發提出了要求。

（3）上游防凌、灌溉供水和發電調度矛盾大，水資源綜合效益得不到充分發揮。黃河龍羊峽—青銅峽河段是全國十二大水電基地之一，黑山峽河段以上是黃河上游水電基地的主體，有20余座梯級電站[23]，承擔了我國西北電網的主要調峰調頻任務，是西北電網供電安全的重要保障。黑山峽河段以下是廣闊的寧蒙平原，灌溉渠系發達，煤炭資源豐富，是寧夏、內蒙古兩區的核心地帶，工農業用水量大。現狀工程條件下，凌汛期水庫防凌調度對下泄流量的控制要求，使得上游防凌與梯級電站發電之間的矛盾較為突出。以青海省為例，該省水電裝機容量占全省總裝機容量的80%以上，夏季電力富余、棄水量比較大，冬季為滿足寧蒙河段防凌要求，龍羊峽、劉家峽水庫控制下泄流量，上游梯級電站出力降低，使得青海省缺電。2007年、2008年青海省外購電量13.28億、12.41億kW·h，外購電價2 234.3、2 388.1元/（萬kW·h），缺電及高額電價對青海省人民生活水平提高、社會經濟可持續發展產生了不利影響。凌汛期如果劉家峽水庫大幅壓減下泄流量，當黃河流量低于300 m3/s時，蘭州市取水就會比較困難，影響該市供水安全。寧蒙河段灌溉期（特別是灌溉高峰期5—7月）用水需求量大，耗水流量為600～900 m3/s，加之寧蒙河段輸沙要求和河口鎮生態基流要求，需要上游水庫泄放的流量大，該時期上游梯級電站出力嚴重偏大，影響梯級電站調峰作用的發揮。現狀工程條件下，黃河上游水資源綜合效益得不到充分發揮。水資源綜合效益提高對黑山峽河段開發提出了要求。

（4）黑山峽河段附近地區生態環境脆弱，經濟發展落后，發展質量有待提高。黑山峽河段附近地區是中國生態環境非常脆弱的地區之一，著名的巴丹吉林、騰格里、毛烏素、庫布齊、烏蘭布和等五大沙漠集中分布于黃河上中游的甘肅、寧夏、內蒙古、陜西4省（區），區域氣候極為干旱，水資源極度匱乏，植被稀疏，是我國荒漠化、沙漠化最為嚴重的區域，也是華北地區的風沙源，面臨自然災害頻發、生態系統失調、社會經濟落后等諸多嚴峻問題。全國592個國家級重點貧困縣中，有50個在陜西、43個在甘肅、8個在寧夏，內蒙古的牧區、半牧區、邊境都在國家級重點貧困縣內，干旱缺水、自然條件惡劣等是該地區貧困落后的主因，水資源短缺制約了人民生產生活水平的提高，同時也是黑山峽河段脆弱的生態環境中最為重要的限制性因子。黑山峽河段附近地區經濟社會發展和生態環境改善相當大程度上依靠黃河水資源，這一格局預計在未來較長時期不會發生重大變化。實施跨流域調水工程[23]，利用水庫提供穩定優質的水源，是區域生態環境改善和經濟社會可持續、高質量發展的基本前提。區域生態環境保護和高質量發展對黑山峽河段開發提出了要求。

2 黑山峽河段開發對國家戰略的支撐作用

利用實測資料分析、水庫與河道數學模型計算等多種手段，研究了黑山峽水庫不同庫容規模在協調黃河水沙、防凌、供水、發電以及在區域經濟社會發展等方面的作用，認為建設黑山峽高壩大庫對黃河流域生態保護和高質量發展戰略具有重要支撐作用，主要體現在以下方面。

（1）協調水沙關系，遏制寧蒙河段懸河發育，恢復和維持適宜中水河槽規模。建設黑山峽高壩大庫，通過黑山峽水庫反調節，增加汛期輸沙水量，并攔沙減淤，塑造有利于寧蒙河段輸沙的水沙過程[14]，使南水北調西線一期工程生效前進入寧蒙河段流量大于2 500 m3/s的年均天數和南水北調西線一期工程生效后流量大于3 000 m3/s的年均天數超過30 d，水沙關系協調程度明顯趨好，寧蒙河段100 a內維持河床基本不抬高（見圖3），恢復和維持河道主槽的行洪能力。同時，可為中游骨干水庫調水調沙和有效庫容恢復提供水流動力條件，實現黃河上中下游有效聯動，協調中下游的水沙關系，減輕中下游河道淤積。

（2）增強防洪防凌能力，保障黃河上游（特別是寧蒙河段）防洪防凌安全。建設黑山峽高壩大庫，由于水庫庫容大，距離寧蒙河段近，凌汛期出庫水溫升高（11月—翌年1月流凌封河期間出庫水溫可升高2～3 ℃），河道零溫斷面將下移至石嘴山附近，顯著縮短寧蒙河段的凌汛河長，石嘴山以上300 km的河段基本不封凍，河道槽蓄水增量減小。根據寧蒙河段凌情的實時變化情況，可以較為靈活地控制黑山峽水庫水量下泄過程，減小發生冰塞、冰壩的概率。通過上游以黑山峽水庫為核心的防洪工程體系科學合理調度，在完善河道堤防等工程的情況下，可基本保障寧蒙河段防洪防凌安全。

（3）合理調配水資源，充分發揮水資源綜合效益。建設黑山峽高壩大庫，可承擔龍羊峽、劉家峽水庫現狀的供水、防凌任務，通過黑山峽水庫對黃河水資源和未來南水北調西線工程入黃水量進行有效調節，協調當前黃河上游水量調度和梯級發電運用之間的矛盾，改善上游梯級電站的發電運行條件，使發電效益最大化，增加的保證出力可超過200萬kW、年均發電量超過40億kW·h。同時，通過開發該河段水能資源，可進一步增強西北電網調峰容量、調頻能力，有利于減少棄風棄光，實現風、光、水、火多能互補，擴大西北地區新能源規模，促進能源結構調整、綠色低碳發展。

（4）為附近地區供水，提高用水保障率。建設黑山峽高壩大庫，可向附近地區提供穩定優質水資源，為銀川都市圈等沿黃城市群及隴東能源基地等提供用水保障，解決陜甘寧蒙4省（區）500多萬城鄉群眾飲水安全問題，助力區域穩定脫貧;保障河道內外生態環境基本用水，維系適宜的綠洲規模，通過實施生態移民，集中發展生態農牧業基地，減少對生態脆弱區的過渡干預、利用，促進農牧業綠色、高質量發展。

綜上，黑山峽河段開發建設高壩大庫在協調黃河（特別是寧蒙河段）水沙關系、寧蒙河段防洪防凌以及流域供水和發電等方面具有重要作用，契合黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略要求。基于目前黑山峽河段開發面臨的形勢和問題，提出如下建議：①加快黑山峽河段開發前期工作，選擇合適的河段開發方案，既能最大限度地滿足河段開發功能要求，又能協調兼顧甘肅、寧夏兩省（區）利益，促進黑山峽樞紐工程盡快立項建設，早日發揮工程在協調黃河水沙、防凌、供水、發電等方面的作用;②打造黃河“幾”字彎多能互補基地，以黑山峽河段工程水電開發為依托，利用黑山峽河段兩岸地形和區域廣袤的荒漠資源、豐富的風光資源，建設集水力發電、抽水蓄能、光伏發電、風力發電為一體的水、風、光電互補的清潔能源基地（初步估計，黑山峽河段可開發建設水電裝機容量200萬kW，利用兩岸地形可建設抽水蓄能電站裝機容量300萬kW，配套建設光伏、風力發電裝機容量2 000萬kW，圍繞黑山峽河段開發打造出一個超過2 000萬kW級別的清潔能源基地），采取入股分紅、就業安置等方式對水庫移民和當地貧困群眾進行長期扶持，促進區域穩定脫貧和經濟社會發展，同時輸出穩定優質電能，向華中、華北等火電占比較大的發達地區供電，改善其能源結構，減少碳排放，實現區域高質量發展。

3 結 論

（1）黃河黑山峽河段地處黃河“幾”字彎上段，在黃河治理開發中占據重要地位，河段開發面臨新形勢。上游水沙關系不協調，寧蒙河段淤積形成“新懸河”，防洪防凌工程體系不完善，防洪防凌安全面臨嚴重威脅，現狀工程難以協調防凌、灌溉供水和發電調度矛盾，水資源綜合效益得不到充分發揮，附近地區生態環境脆弱，經濟發展落后，發展質量有待提高，都對黑山峽河段開發提出了要求。

（2）黃河黑山峽河段開發建設高壩大庫，可協調水沙關系，遏制寧蒙河段懸河發育，恢復和維持適宜中水河槽規模，增強黃河上游防洪防凌能力，保障寧蒙河段防洪防凌安全，同時有效調配利用水資源，促進能源結構調整、綠色低碳發展，為附近地區提供穩定優質水資源，提高用水保障率。

（3）建議加快黑山峽河段開發前期工作，選擇合適的河段開發方案，促進工程盡快立項建設，早日發揮工程作用;打造黃河“幾”字彎多能互補基地，建設集水力發電、抽水蓄能、光伏發電、風力發電為一體的水、風、光電互補的清潔能源基地，采取入股分紅、就業安置等方式對水庫移民和當地貧困群眾進行長期扶持，促進區域穩定脫貧和經濟社會發展，同時輸出穩定優質電能，向華中、華北等火電占比較大的發達地區供電，改善其能源結構，減少碳排放，促進區域高質量發展。

參考文獻：

[1] 司志明.對黃河黑山峽河段開發方案論證有關問題的意見和建議[J].水利規劃與設計，2003（3）：10-14.

[2] 林昭.再論黃河大柳樹水利樞紐工程的任務和作用[J].水利水電工程設計，2000，19（3）：1-2.

[3] 楊松青，陸占軍，鄭霞.黃河大柳樹樞紐工程與西北水資源開發[J].中國水利，2005（19）：67-69.