张兴锋

（甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院 ，甘肃 甘州 734000）

【摘要】随着黑河流域近期治理逐步接近尾声，下游生态环境恶化的趋势得到了遏制。在此基础上，黄河水利委员会委托黄河设计公司相继完成了《黑河水资源开发利用保护规划》（即黑河后七年规划）和《黑河干流骨干工程布局规划报告》（以下简称《布局规划报告》），推荐黄藏寺水库作为上游控制性骨干工程，总规模为4.44亿m³。正义峡水库调节库容的上限以不超过1.55亿m³为宜。

针对以上工程布局规划， 本文分析论证了上游大库集中调水存在的问题，并对上游山区水库以及正义峡水库的功能和规模进行了初步拟定，可供相关部门对黑河水资源进行宏观决策时参考。

【关键词】 黑河   上游水库    功能与规模   初探

1、概述

1.1流域概况

黑河是我国西部地区较大的一条内陆河，发源于祁连山区，流经青海、甘肃、内蒙古三省区，南以祁连山为界，北与蒙古人民共和国接壤，东西分别与石羊河、疏勒河相邻，流域总面积14.3万km²。

黑河流域由东、中、西三个水系组成。中部水系为酒泉地区的马营河、丰乐河诸小河流，浅山流短，归宿于肃南县明花区~高台县盐池盆地，流域面积0.58万km²；西部水系为酒泉洪水河、讨赖河水系，流域面积2.1万km²，自五十年代开始失去与黑河干流地表水的联系；东部水系即目前所指的黑河干流水系，主要由黑河干流、梨园河及其它大小20多条河流组成，流域总面积11.6万km²，径流总量24.75亿m³，其中黑河莺落峡断面为15.8亿m³，占63.8%；梨园河梨园堡水文站为2.37亿m³，其它支流为6.58亿m³。

黑河干流全长821km，以莺落峡、正义峡为界，分为上、中、下游，跨越三种不同的自然地理环境。莺落峡以上为上游祁连山区，长约303km，海拔1750米以上，森林植被较好，地势高寒，气候阴湿，年降水量约有250～400mm，是黑河干流的径流产流区。河流出莺落峡河谷后即进入中游走廊区域，全长185km，两岸地势平坦，土壤肥沃，光热资源充足，海拔1700～1300m左右，年降水量157～103mm左右，蒸发极其强烈，年蒸发量达到1400～1700mm，是依赖灌溉的农业经济区。正义峡以下为下游区，除河流沿岸和居延三角洲外，大部分为沙漠戈壁。

1.2 黑河干流梯级电站开发情况

黑河东西两岔自黄藏寺汇合后，转向北流穿行于峡谷中，两岸山崖陡峻、地形狭窄，水流湍急，黑河峡谷长95km，河道平均比降9.8‰，谷宽50～150m，总落差近千米，蕴藏着丰富的水能资源，根据《黑河干流水能资源梯级开发方案优化报告》，干流共计规划了黄藏寺、宝瓶河（夹道沟）、三道湾、二龙山（松木沟）、大孤山、小孤山、龙首二级（西流水）、龙首一级八座梯级电站，目前，龙首一级、龙首二级已建成，小孤山电站2006年全部建成，二龙山、三道湾电站已开工建设，宝瓶河电站可行性研究报告已完成，大孤山电站亚行技援项目已完成中期报告，可行性研究报告近期也已完成。黑河干流梯级电站主要指标及建设情况统计见下表1－1。

1.3 干流骨干工程规划主要成果

黑河流域人多水少，地多水少，属资源型缺水地区，流域水资源难以满足当地经济社会发展需要，自上个世纪80年代以来，流域内出现了严重的生态危机。为进一步改善中下游地区供水条件，巩固近期治理成果，使流域内生态环境恢复到上个世纪80年代水平，《黑河干流骨干工程布局规划报告》有关的主要成果如下：

1、上游骨干工程开发任务为适时向中下游配水，替代部分中游部分平原水库，促进中游灌区改造，并兼顾发电；中游正义峡水库开发任务为与上游水库联合调度，适时向下游配水，提高输水效率。

2、通过对黄藏寺、大孤山枢纽进行多方案的技术经济综合比较，推荐黄藏寺作为黑河上游骨干调节工程，总库容4.44亿m³，调节库容3.40亿m³。

3、按照水库承担的开发任务，初步分析正义峡水库需要的调节库容为0.75～1.77亿m³，综合考虑水库的淹（浸）没范围等控制因素，正义峡水库调节库容以不超过1.55亿m³为宜。

2 干流骨干工程布局存在的主要问题

黄河水利委员会从恢复和保护下游生态系统及向下游集中调水的要求出发，围绕黑河干流骨干工程的开发任务，拟定了上、中游水库的工程布局规划，但由于黑河上中游骨干工程关系重大，涉及全流域的经济、社会和生态的可持续发展，同时，随着近几年黑河上游梯级电站的逐步开发，实际情况与当时的规划水平年发生了较大的改变，干流骨干工程存在的主要问题如下：

2.1上、中游水库功能定位不准确

《规划报告》对上游水库采用大库和集中拦蓄来水，集中向下游输水的运行方式，改变了国家批准的“97”分水方案，对中游绿洲的用水过程造成重大改变，将不可避免地对中游地区地表水与地下水转换的自然规律造成破坏，减少中游地区可利用的水资源量和地下水的补给量。

2.2上游大库对中游生态影响巨大

按照《黑河流域近期治理规划》，三年治理工程结束后，中游灌区通过渠系改建、合渠并口、发展高效节水和田间配套等节水改造措施，灌区农田灌溉和人工林草的用水将从1999年的16.82亿m³减少至10.5亿m³（其中1999年农田灌溉和人工林草的用水量为16.82亿m³），用水量减少6亿m³，减少36％，该减少量和三年近期治理实施后中游渠口少引水量6亿m³基本接近，用水量减少后，田间灌溉水量入渗补给地下水量也将会大大减少。1999年灌区灌溉水利用系数按0.45计算，通过渠道和田间入渗量约为9.25亿m³，到2010年，灌区灌溉水利用系数提高到0.52，则通过渠道和田间入渗量约为5.04亿m³，二者相比，到2010年通过渠道和田间入渗补给地下水量减少了4.21亿m³。

三年治理方案沿黑河两岸安排新打机井500眼、维修改建旧井800眼，退耕还林还草调整为灌区节水改造工程安排新打机井265眼，维修改建旧井744眼，使中游地区地下水开采量从1999年的3.09亿m³增加到2010年的5.71亿m³，开采量增加了2.62亿m³。

由于补给量的减少和开采量的增加，目前，中游地区地下水位下降呈加速趋势，泉水出溢量也明显减少。据调查，1999年黑河中游泉水资源量为10.75亿m³／a，2003年泉水资源量仅为8.6亿m³/a，泉水资源的衰减速度是比较快而显著的。从2003年开始，高台、临泽靠近沙漠的部分灌区已经出现了树木死亡、天然草地退化的现象，高台县的部分湿地面积开始萎缩。中游天然生态受到较大影响。

如上所述，三年近期治理实施后，中游地区的天然生态已经出现了退化的征兆，因此，在上游修建控制性骨干工程时，在重点关注下游生态保护问题的同时，也应该关注中游的生态问题，以避免出现保护了下游生态而破坏了中游生态的局面。过去上游建库后引起中下游生态破坏的例子也较多，黑河水资源严重紧缺，属于典型的资源型缺水流域，同时地下水和地表水相互转化关系复杂，生态环境脆弱，在黑河上修建控制性骨干工程，更应注重对中下游生态环境的保护。但《黑河干流骨干工程规划报告》中对中游天然生态问题基本没有考虑，是在假定中游天然生态环境良好的基础上提出黄藏寺建大库的方案并集中向下游调水。如果上游黄藏寺大库建成后，在4、7、9月份三次以490m³／s的大流量、短时间向下游集中输水，下泄水量6亿m³，占全年来水量的38％，集中输水使河道输水效率提高，河道渗漏补给地下水量大大减少。按照《规划报告》中提出的河道输水效率从现状的约0.5提高到集中输水的0.75，输水效率提高0.25，集中输水6亿m³，河道补给地下水量减少约1.5亿m³，如果再加上田间灌溉补给量减少和开采量增加，中游地下水每年减少8.36亿m³，会造成中游地区地下水量的大幅度减少，不能满足中游天然绿洲的需水量，严重损害中游已经遭到破坏的脆弱的生态系统。

2.3、大库集中泄水使干流梯级电站蒙受巨大经济损失

根据规划，黄藏寺大库计划于2010年建成发挥效益，届时黑河干流上梯级电站将全部建成。根据黄藏寺水库调度运行方式，水库将在4、7、9月份三次以490m³／s的大流量、在短短14天的时间向下游集中输水，下泄水量6亿m³，占全年来水量的38％，而干流梯级电站的设计引水流量除黄藏寺外,最大设计引水流量为110m³／s ，最小为98m³／s ，若按上述方式运行，大部分水量不能利用，只能白白浪费，按照100 m³／s把这6亿m³的水量下泄，需要69天，扣除14天后，根据梯级各电站装机容量，集中下泄将会使梯级电站每年损失发电量8.99亿kw.h的电量，占梯级电站总发电量37％，也就是超过三分之一的发电量会损失掉，这对各梯级电站开发商是不能接受的。

《布局规划报告》为了“兼顾发电”，在冬季四个月即11月～翌年2月，每天下泄10 m³／s的发电基流，而在目前天然情况下，莺落峡冬4个月的平均流量为16.8 m³／s。目前梯级电站为了在冬季发电，装机均按照两大一小的机组配置，其中小机组的设计流量最大的为30 m³／s，最小的为19 m³／s，若按10 m³／s下泄，则这些机组在冬季实际上不能正常运行，据估计，冬季不能发电的损失电量约为1.8亿kw.h。

3 上游水库功能与规模分析

3.1 《布局规划报告》确定的上游水库规模

《布局规划报告》根据上游山区水库的开发任务和目标要求，提出上游山区水库必须满足4个方面的功能要求：一是满足黑河水量调度要求，下中下游合理配水；二是改善中游灌区供水条件；三是替代中游部分平原水库；四是兼顾发电。

为了论证上游水库的合理规模和作用，《布局规划报告》针对有上游水库的情况，提出了四个方案（为便于对比，方案编号采用《布局规划报告》中编号：

方案 = 3 \* ROMAN III₁  上游水库仅承担中游灌溉供水任务；

方案 = 3 \* ROMAN III₂  4、7、9月向下游调水；

方案 = 3 \* ROMAN III₃   7、9月向下游调水；

方案 = 3 \* ROMAN III₄   4、9月向下游调水；

然后根据黑河上游的来水情况，考虑中游地区地表水地下水多次转化特点，进行地表水地下水联合调度，以黑河分水方案为控制，以中游灌区缺水最小为优化目标，采用1960年7月～2000年6月的40年系列对上游水库进行径流调节计算，分析论证上游水库需要的调节库容。

　　　　　　　　　各方案确定的调节库容成果表

表1－2                                     单位：亿m³

3.2 上游山区水库功能与规模初探

《布局规划报告》中对上游山区水库的规模论证，设计了多个方案，对黑河的地表水地下水多次转化、重复利用的特点进行了充分考虑，对中游灌区的需水预测基本准确，所使用的计算方法也体现了黑河的特点，计算工作资料翔实，但我们对上游山区水库的运用方式和推荐的方案 = 3 \* ROMAN III₂尚有一定的看法：

首先，国家批准的黑河分水方案是黑河综合治理的重要依据，分水方案必须得到充分尊重和各方的严格执行。任何单位和部门无权随意改变国家批准的分水方案。大库集中放水和灌区节水改造使中游地下水的补给量大大减少（前已述及），必将危及中游生态安全。

其次，我们认为《布局规划报告》所提出的骨干工程作用中，没有充分考虑中游地区生态用水的要求，冬季四月黄藏寺水库下泄10m³／s的基流，比莺落峡同期天然下泄水量少一半多，在长达265km的河段内，早已消耗殆尽，这将造成中游地区地下水的补充量大幅度减少，严重影响中游生态安全。

再次，冬季泄放的发电基流实际上也不能满足梯级电站发电的最小流量要求，所谓“兼顾发电”的目标并没有实现。

综上所述，我们认为《骨干规划报告》中推荐 = 3 \* ROMAN III₃存在诸多问题，结合黑河实际，上游水库的功能定位应是：在确保中游地区地表水与地下水转换自然规律不受损害的前提下，调剂黑河来水时空分布不均，替代平原水库，提高中游供水保证率，配合正义峡水库完成分水指标。

中游正义峡水库的功能定位应是：承接中游的灌溉回归水和正常径流，集中水量适时向下游分水，在调度关键期与上游水库联合调度，提高输水效率，确保分水任务的完成。

根据以上水库功能定位，提出两种方案供决策者参考。

方案一：上游水库采用方案 = 3 \* ROMAN III₁，即调节库容为2.0亿m³,上游水库定位为只承担中游灌溉供水任务，不承担向下游调水任务。向下游调水任务由正义峡水库承担。

方案一主要优点如下：

1、上游水库不参与调水任务，对分水方案的改变较少，河道补充中游地下水量增加，缓解了中游的生态压力，中游地区灌溉不缺水，小库方案对河道来水过程的改变较少，对黑河地表水地下水相互转化的关系影响较小。

2、上游水库不集中调水，对黑河干流梯级电站不会产生大的影响，其泄放过程对电站会产生正效益。

3、水库规模减小，节省了投资。

方案一主要缺点如下：

1、由于上游水库不参与调水，水库建成后，不能减小中游的调水压力，这对黄委会、黑河局不利。

2、下游正义峡水库规模相应增加到3.5亿m³，淹没损失、水量蒸发渗漏损失和投资将会增大。

方案二：上游水库采用方案 = 3 \* ROMAN III₃，即只在7月和9月份调水，同时将9月份的调水量由原来的3.0亿m³减小为2.3092亿m³,同时将冬季发电基流从10m³／s调整为16.8m³／s。

方案二主要优点：

1、调整后的 = 3 \* ROMAN III₃符合国家确定的分水方案，库容规模比较适中，上游水库参与调水可大大减小中游的调水压力，减小正义峡水库规模。

2、将冬季发电基流从10m³／s调整为16.8m³／s。也即为现状上游无山区水库时冬季11月～翌年2月的天然流量，这样，既保持了冬4月流量的与天然状态一致，又基本满足梯级电站冬季发电的最小流量要求。

方案二主要缺点如下：

1、由于上游山区水库大流量短时间集中下泄的调度方式没有根本上改变，对中游地区的生态危害较大（前已述及），中游灌区多年平均缺水0.25亿m³ ，在枯水年和特枯水年尤为严重。

2、仅减少了梯级电站冬季的发电损失，而大流量下泄造成的电量损失仍然存在，梯级电站将蒙受巨大损失。

3.3 正义峡水库规模初探

我们认为，正义峡水库位置重要，应承担中游的分水任务，其作用应按如下考虑：

1、与上游水库联合调度，适时向下游集中泄水，确保完成国务院批准的分水方案；

    2、通过调节径流，满足下游需水用户要求。

正义峡坝址为一天然良好的水库坝址，适宜于土石坝、堆石坝等多种坝型，库容大、坝线短、库区平坦开阔。为了满足下游生态用水和集中向下游泄水的要求，正义峡水库总库容应不小于3.5亿m³。如果正义峡水库库容能够保持在3.5亿m³左右，则冬季四月中游地区的回归水2.1亿m³和正常径流1.7亿m³都能有效拦蓄，这不仅为下游生态需水时集中下泄创造条件，同时该水库向下游输水距离较上游水库短，更能快速有效地向居延海调水，实现居延海波涛汹涌的目标。

根据以上分析，《布局规划报告》已经推算了上游山区水库不同规模时正义峡水库的库容，当上游水库采用方案一时，正义峡水库总规模应为3.5亿m³左右；当上游水库采用方案二时，正义峡水库总规模应为2.5亿m³为宜；

4 结论和建议

4.1通过分析，上游水库集中泄水对中游生态影响较大、对梯级电站造成的发电量损失大，应选用方案一即上游水库只承担中游灌溉任务，调节库容为2.0亿m³，不承担向下游调水任务，向下游调水任务由正义峡水库承担，相应正义峡水库库容为3.5亿m³。

4.2 对于上游山区水库，关键问题不在其坝址而在于其库容规模和调蓄运行方式，如果采用大库容集中放水，不管坝修在那里，其对中游生态的影响和对梯级电站的发电损失都存在，反之，如果采用小库且不参与向下游分水，反而能起到调蓄洪水增加发电量的作用，对中游的水量转化及生态均有好处，因此，下一步工作的重点应放在改变上游山区水库功能定位和运用方式上的问题上，建议要求重新定位上、中游水库功能，改变上游水库调度运行方式，才能较好地解决上述存在的问题。