黃河黑山峽河段開發(fā)的戰(zhàn)略思考

張金良 魯俊 張遠(yuǎn)生

摘 要：黃河黑山峽河段開發(fā)存在一些認(rèn)識分歧，黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略后，需要從戰(zhàn)略角度思考和審視該河段開發(fā)問題。通過分析黃河黑山峽河段開發(fā)面臨的新形勢與問題，研究黑山峽河段開發(fā)在協(xié)調(diào)黃河水沙、防凌、供水、發(fā)電等方面的作用和在區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等方面的作用，認(rèn)為黑山峽河段開發(fā)契合黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略要求，對推動重大國家戰(zhàn)略實施具有重要支撐作用。建議選擇合適的開發(fā)方案，促進(jìn)工程盡快立項建設(shè)，依托黑山峽河段開發(fā)打造多能互補基地。

關(guān)鍵詞：黑山峽河段;開發(fā)方案;高質(zhì)量發(fā)展;黃河

中圖分類號：TV213.9;TV882.1 ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(yuǎn)縣大廟，在寧夏中衛(wèi)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(fā)中占據(jù)重要地位。河段開發(fā)論證工作始于20世紀(jì)50年代，有關(guān)部門和?。▍^(qū)）開展了大量研究論證工作，但是各方在河段開發(fā)功能、開發(fā)任務(wù)、開發(fā)條件等方面存在不同認(rèn)識，從已發(fā)表文獻(xiàn)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(rèn)為黑山峽河段開發(fā)在黃河水資源利用、防洪防凌、生態(tài)環(huán)境保護(hù)乃至區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中具有重要作用，宜建設(shè)高壩大庫承擔(dān)相應(yīng)任務(wù)，一級開發(fā)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(shù)學(xué)者研究認(rèn)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(fā)建設(shè)徑流式電站，黑山峽4級開發(fā)，4個水庫總庫容約4.8億m3。不同方面對黑山峽河段開發(fā)的認(rèn)識分歧影響了國家決策，黑山峽水庫遲遲未能建設(shè)。

近年來，隨著黃河流域環(huán)境條件變化，在流域水災(zāi)害、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等諸多方面出現(xiàn)了新的問題。保護(hù)黃河是事關(guān)中華民族偉大復(fù)興的千秋大計。2019年9月18日，習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上發(fā)表重要講話，將黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略[12]，指出保障黃河長久安瀾，必須緊緊抓住水沙關(guān)系調(diào)節(jié)這個牛鼻子;上中游地區(qū)是我國貧困人口相對集中的區(qū)域，要積極支持打贏脫貧攻堅戰(zhàn)，解決好流域人民群眾特別是少數(shù)民族群眾關(guān)心的防洪安全、飲水安全、生態(tài)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(jié)約集約轉(zhuǎn)變。2020年1月3日，習(xí)近平總書記主持中央財經(jīng)委員會第六次會議，強調(diào)要抓好黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展，堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，從過度干預(yù)、過度利用向自然修復(fù)、休養(yǎng)生息轉(zhuǎn)變，堅定走綠色、可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展之路，要推進(jìn)水資源節(jié)約集約利用，推進(jìn)黃河“幾”字彎都市圈協(xié)同發(fā)展，推動沿黃地區(qū)中心城市及城市群高質(zhì)量發(fā)展。新的形勢下，黃河黑山峽河段開發(fā)應(yīng)該如何定位、如何為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)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(fā)面臨的形勢與問題，研究了黑山峽河段開發(fā)對重大國家戰(zhàn)略的支撐作用，提出了有關(guān)建議，以期為黃河黑山峽河段開發(fā)提供參考。

1 黑山峽河段開發(fā)面臨的形勢與問題

（1）上游水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)，寧蒙河段淤積形成“新懸河”。黃河流經(jīng)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(guān)系不協(xié)調(diào)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(qū)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(qū)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(fēng)積沙大量進(jìn)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(guān)系不協(xié)調(diào)。以協(xié)調(diào)度[12]來表征黃河上游的水沙協(xié)調(diào)程度，河道沖淤與其關(guān)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(shù)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(guān)系協(xié)調(diào)度，結(jié)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(guān)系協(xié)調(diào)度，該值小于或等于0表示水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)，大于0表示水沙關(guān)系相對協(xié)調(diào)，值越大協(xié)調(diào)度越高;i為河段編號;φi為河道實際來沙系數(shù);φT為河道臨界來沙系數(shù)，取0.003 kg·s/m6。

從圖2可以看出，寧蒙河段大多數(shù)年份的汛期水沙關(guān)系協(xié)調(diào)度小于0，協(xié)調(diào)度在20世紀(jì)80年代以前呈波動狀態(tài)，接近于0;80年代至21世紀(jì)初，協(xié)調(diào)度呈下降趨勢;之后呈上升趨勢。與之相應(yīng)的是河道沖淤調(diào)整變化，20世紀(jì)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(xù)淤積，懸河發(fā)育，至21世紀(jì)初淤積才大為減緩[18]。遏制寧蒙河段“新懸河”繼續(xù)發(fā)育對黑山峽河段開發(fā)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(yán)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(xù)4～5個月，幾乎每年都會發(fā)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(jì)80年代以來，寧蒙河段中水河槽萎縮嚴(yán)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(fā)生7次決口，其中6次凌汛決口中有5次發(fā)生在開河期，堤防決口給沿河兩岸地區(qū)造成巨大損失，防凌形勢十分嚴(yán)峻[19-21]。黃河上游防洪防凌工程包括河防工程、水庫和應(yīng)急分洪區(qū)等，其中：水庫主要是龍羊峽、劉家峽和海勃灣水庫，應(yīng)急分洪區(qū)主要是在內(nèi)蒙古河段兩岸設(shè)置的烏蘭布和、河套灌區(qū)及烏梁素海、杭錦淖爾、蒲圪卜、昭君墳、小白河等6個應(yīng)急分洪區(qū)，設(shè)計總分洪庫容為4.59億m3?，F(xiàn)狀工程條件無法恢復(fù)和長期維持寧蒙河段對防凌有利的中水河槽規(guī)模（3 000 m3/s以上）[22]，中水河槽過流能力?。壳皟H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(nèi)蒙古河段遠(yuǎn)（劉家峽水庫距內(nèi)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(qū)間來水以及寧蒙灌區(qū)冬季引水退水，防凌調(diào)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(fā)凌情;海勃灣水庫原始調(diào)節(jié)庫容為4.43億m3，淤積10、50 a后的調(diào)節(jié)庫容分別為1.84億、0.54億m3，調(diào)節(jié)庫容小，對龍羊峽和劉家峽水庫防凌輔助作用有限。當(dāng)前，堤防工程還存在薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)急分洪區(qū)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?，F(xiàn)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(fā)提出了要求。

（3）上游防凌、灌溉供水和發(fā)電調(diào)度矛盾大，水資源綜合效益得不到充分發(fā)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(dān)了我國西北電網(wǎng)的主要調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，是西北電網(wǎng)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(fā)達(dá)，煤炭資源豐富，是寧夏、內(nèi)蒙古兩區(qū)的核心地帶，工農(nóng)業(yè)用水量大?，F(xiàn)狀工程條件下，凌汛期水庫防凌調(diào)度對下泄流量的控制要求，使得上游防凌與梯級電站發(fā)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(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)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(dāng)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(zhèn)生態(tài)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(yán)重偏大，影響梯級電站調(diào)峰作用的發(fā)揮?，F(xiàn)狀工程條件下，黃河上游水資源綜合效益得不到充分發(fā)揮。水資源綜合效益提高對黑山峽河段開發(fā)提出了要求。

（4）黑山峽河段附近地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，發(fā)展質(zhì)量有待提高。黑山峽河段附近地區(qū)是中國生態(tài)環(huán)境非常脆弱的地區(qū)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(nèi)蒙古、陜西4?。▍^(qū)），區(qū)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(yán)重的區(qū)域，也是華北地區(qū)的風(fēng)沙源，面臨自然災(zāi)害頻發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)、社會經(jīng)濟(jì)落后等諸多嚴(yán)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(nèi)蒙古的牧區(qū)、半牧區(qū)、邊境都在國家級重點貧困縣內(nèi)，干旱缺水、自然條件惡劣等是該地區(qū)貧困落后的主因，水資源短缺制約了人民生產(chǎn)生活水平的提高，同時也是黑山峽河段脆弱的生態(tài)環(huán)境中最為重要的限制性因子。黑山峽河段附近地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善相當(dāng)大程度上依靠黃河水資源，這一格局預(yù)計在未來較長時期不會發(fā)生重大變化。實施跨流域調(diào)水工程[23]，利用水庫提供穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的水源，是區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展的基本前提。區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展對黑山峽河段開發(fā)提出了要求。

2 黑山峽河段開發(fā)對國家戰(zhàn)略的支撐作用

利用實測資料分析、水庫與河道數(shù)學(xué)模型計算等多種手段，研究了黑山峽水庫不同庫容規(guī)模在協(xié)調(diào)黃河水沙、防凌、供水、發(fā)電以及在區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等方面的作用，認(rèn)為建設(shè)黑山峽高壩大庫對黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略具有重要支撐作用，主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）協(xié)調(diào)水沙關(guān)系，遏制寧蒙河段懸河發(fā)育，恢復(fù)和維持適宜中水河槽規(guī)模。建設(shè)黑山峽高壩大庫，通過黑山峽水庫反調(diào)節(jié)，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(diào)西線一期工程生效前進(jìn)入寧蒙河段流量大于2 500 m3/s的年均天數(shù)和南水北調(diào)西線一期工程生效后流量大于3 000 m3/s的年均天數(shù)超過30 d，水沙關(guān)系協(xié)調(diào)程度明顯趨好，寧蒙河段100 a內(nèi)維持河床基本不抬高（見圖3），恢復(fù)和維持河道主槽的行洪能力。同時，可為中游骨干水庫調(diào)水調(diào)沙和有效庫容恢復(fù)提供水流動力條件，實現(xiàn)黃河上中下游有效聯(lián)動，協(xié)調(diào)中下游的水沙關(guān)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(shè)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(jù)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(fā)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(xué)合理調(diào)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(diào)配水資源，充分發(fā)揮水資源綜合效益。建設(shè)黑山峽高壩大庫，可承擔(dān)龍羊峽、劉家峽水庫現(xiàn)狀的供水、防凌任務(wù)，通過黑山峽水庫對黃河水資源和未來南水北調(diào)西線工程入黃水量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，協(xié)調(diào)當(dāng)前黃河上游水量調(diào)度和梯級發(fā)電運用之間的矛盾，改善上游梯級電站的發(fā)電運行條件，使發(fā)電效益最大化，增加的保證出力可超過200萬kW、年均發(fā)電量超過40億kW·h。同時，通過開發(fā)該河段水能資源，可進(jìn)一步增強西北電網(wǎng)調(diào)峰容量、調(diào)頻能力，有利于減少棄風(fēng)棄光，實現(xiàn)風(fēng)、光、水、火多能互補，擴(kuò)大西北地區(qū)新能源規(guī)模，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、綠色低碳發(fā)展。

（4）為附近地區(qū)供水，提高用水保障率。建設(shè)黑山峽高壩大庫，可向附近地區(qū)提供穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)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?。▍^(qū)）500多萬城鄉(xiāng)群眾飲水安全問題，助力區(qū)域穩(wěn)定脫貧;保障河道內(nèi)外生態(tài)環(huán)境基本用水，維系適宜的綠洲規(guī)模，通過實施生態(tài)移民，集中發(fā)展生態(tài)農(nóng)牧業(yè)基地，減少對生態(tài)脆弱區(qū)的過渡干預(yù)、利用，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)綠色、高質(zhì)量發(fā)展。

綜上，黑山峽河段開發(fā)建設(shè)高壩大庫在協(xié)調(diào)黃河（特別是寧蒙河段）水沙關(guān)系、寧蒙河段防洪防凌以及流域供水和發(fā)電等方面具有重要作用，契合黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略要求?；谀壳昂谏綅{河段開發(fā)面臨的形勢和問題，提出如下建議：①加快黑山峽河段開發(fā)前期工作，選擇合適的河段開發(fā)方案，既能最大限度地滿足河段開發(fā)功能要求，又能協(xié)調(diào)兼顧甘肅、寧夏兩省（區(qū)）利益，促進(jìn)黑山峽樞紐工程盡快立項建設(shè)，早日發(fā)揮工程在協(xié)調(diào)黃河水沙、防凌、供水、發(fā)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(fā)為依托，利用黑山峽河段兩岸地形和區(qū)域廣袤的荒漠資源、豐富的風(fēng)光資源，建設(shè)集水力發(fā)電、抽水蓄能、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電為一體的水、風(fēng)、光電互補的清潔能源基地（初步估計，黑山峽河段可開發(fā)建設(shè)水電裝機容量200萬kW，利用兩岸地形可建設(shè)抽水蓄能電站裝機容量300萬kW，配套建設(shè)光伏、風(fēng)力發(fā)電裝機容量2 000萬kW，圍繞黑山峽河段開發(fā)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(yè)安置等方式對水庫移民和當(dāng)?shù)刎毨罕娺M(jìn)行長期扶持，促進(jìn)區(qū)域穩(wěn)定脫貧和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，同時輸出穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)電能，向華中、華北等火電占比較大的發(fā)達(dá)地區(qū)供電，改善其能源結(jié)構(gòu)，減少碳排放，實現(xiàn)區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展。

3 結(jié) 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(fā)中占據(jù)重要地位，河段開發(fā)面臨新形勢。上游水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)，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(yán)重威脅，現(xiàn)狀工程難以協(xié)調(diào)防凌、灌溉供水和發(fā)電調(diào)度矛盾，水資源綜合效益得不到充分發(fā)揮，附近地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，發(fā)展質(zhì)量有待提高，都對黑山峽河段開發(fā)提出了要求。

（2）黃河黑山峽河段開發(fā)建設(shè)高壩大庫，可協(xié)調(diào)水沙關(guān)系，遏制寧蒙河段懸河發(fā)育，恢復(fù)和維持適宜中水河槽規(guī)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(diào)配利用水資源，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、綠色低碳發(fā)展，為附近地區(qū)提供穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)水資源，提高用水保障率。

（3）建議加快黑山峽河段開發(fā)前期工作，選擇合適的河段開發(fā)方案，促進(jìn)工程盡快立項建設(shè)，早日發(fā)揮工程作用;打造黃河“幾”字彎多能互補基地，建設(shè)集水力發(fā)電、抽水蓄能、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電為一體的水、風(fēng)、光電互補的清潔能源基地，采取入股分紅、就業(yè)安置等方式對水庫移民和當(dāng)?shù)刎毨罕娺M(jìn)行長期扶持，促進(jìn)區(qū)域穩(wěn)定脫貧和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，同時輸出穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)電能，向華中、華北等火電占比較大的發(fā)達(dá)地區(qū)供電，改善其能源結(jié)構(gòu)，減少碳排放，促進(jìn)區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展。

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