黃河水沙調控體系與機制建設研究

張金良，劉繼祥

（1.黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司，450003，鄭州；2.水利部黃河流域水治理與水安全重點實驗室（籌），450003，鄭州）

2019 年9 月18 日習近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展座談會上強調， 保障黃河長久安瀾，必須緊緊抓住水沙關系調節(jié)這個“牛鼻子”，完善黃河水沙調控機制。 小浪底建成以來的20 年調水調沙實踐證明，構建完善的水沙調控體系，控制和管理洪水、協(xié)調水沙關系、優(yōu)化配置水資源， 是加強生態(tài)環(huán)境保護、保障黃河長治久安、推動黃河流域高質量發(fā)展的必由之路。

一、開發(fā)任務

根據黃河的水沙特性、資源環(huán)境特點，統(tǒng)籌兼顧黃河治理開發(fā)保護的各項任務和目標，完善的水沙調控體系建設任務是：對黃河洪水、泥沙、徑流 （包括南水北調西線工程調入水量）進行有效調控，滿足維持黃河健康生命和經濟社會發(fā)展的要求：

一是有效管理洪水，保障防洪和防凌安全。 通過削減大洪水的洪峰流量，減輕防洪壓力；通過水庫調節(jié)有效控制凌汛期流量，減少河道槽蓄水量，減輕防凌壓力。

二是協(xié)調水沙關系，減輕河道淤積、長期維持河道中水河槽行洪輸沙功能。 通過水庫群聯(lián)合運用，盡量減少水庫淤積，延長骨干工程攔沙庫容的使用年限，長期保持水庫的有效庫容；通過水庫群聯(lián)合運用，塑造人工洪水過程，減少河道淤積，維持河道基本排洪輸沙功能。

三是優(yōu)化配置黃河水資源和南水北調西線入黃水量， 保障生活、生產、生態(tài)用水，維持黃河健康生命，支持黃河流域及相關地區(qū)經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

二、體系構成

根據黃河干流各河段特點、流域經濟社會發(fā)展布局，統(tǒng)籌考慮洪水管理、協(xié)調全河水沙關系、合理配置和優(yōu)化調度水資源等綜合利用要求，按照綜合利用、 聯(lián)合調控的基本思路，構建以干流龍羊峽、劉家峽、黑山峽、磧口、古賢、三門峽、小浪底等骨干水利樞紐為主體，以海勃灣、萬家寨水庫為補充，與支流陸渾、故縣、河口村、東莊等控制性水庫共同構成完善的黃河水沙調控工程體系。 其中龍羊峽、劉家峽、黑山峽水庫主要構成黃河水量調控子體系，聯(lián)合對黃河水量進行多年調節(jié)和水資源優(yōu)化調度，并滿足上游河段防凌、防洪、減淤要求；磧口、古賢、三門峽和小浪底水庫主要構成黃河洪水、泥沙調控子體系，管理黃河中游洪水，進行攔沙和調水調沙，協(xié)調黃河水沙關系， 并進一步優(yōu)化調度水資源。同時，還需要構建由監(jiān)測體系、預報體系、決策支持系統(tǒng)組成的水沙調控非工程體系， 為黃河水沙聯(lián)合調度提供技術支撐（圖1、圖2）。

圖1 水沙調控體系構成

圖2 水沙調控工程體系現狀

三、存在問題

（1）工程體系不完善

目前黃河干流上規(guī)劃的七大水利樞紐中還有古賢、磧口、黑山峽尚未建設， 從劉家峽到三門峽2 400 余km 的河道上沒有一座控制性骨干工程，水沙調控缺乏中間“加油站”，上游水量調控子體系難以與中游洪水泥沙調控子體系精確對接，水沙調控未形成整體合力。 集中表現在上游龍羊峽、劉家峽水庫汛期大量蓄水帶來的負面影響難以消除，造成寧蒙河段水沙關系惡化、河道淤積萎縮加重形成“新懸河”，對中下游水沙關系也造成不利影響。

中游干流除小浪底水庫外，較大的水庫主要有萬家寨水庫和三門峽水庫，水沙調控能力弱。 萬家寨水庫防洪限制水位以下庫容只有2.47 億m3，蓄水量有限，且距離小浪底水庫約1 100 km，洪水傳播坦化嚴重；三門峽水庫汛期控制運用水位305 m 以下的庫容僅為0.49 億m3，黃河中游水庫調節(jié)能力小，人造洪水補充后續(xù)動力的能力十分有限。 造成小浪底水庫調水調沙后續(xù)動力不足、無法有效調控中游洪水泥沙并沖刷降低潼關高程，仍然維持在328 m 左右，居高不下； 小浪底水庫攔沙庫容淤滿后，下游河道仍會淤積， 黃河來沙3 億t、6億t、8 億t 情景方案下游河道的年均淤 積 量 分 別 為0.33 億t、1.37 億t、2.04 億t， 水庫攔沙期塑造的中水河槽難以長期維持。

（2）調控機制不健全

當前，黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略，黃河實測水沙、水庫及河道邊界條件發(fā)生了顯著變化。 新形勢下，提升水安全保障能力要求更加注重水資源、 水生態(tài)、水環(huán)境、水災害“四水”問題，對流域水沙調控提出了更高要求。 而目前黃河水沙調控側重于防洪、 減淤，對水生態(tài)考慮不足，亟須開展新形勢下綜合考慮防洪減淤、供水發(fā)電、改善生態(tài)等多目標協(xié)調下水沙調控研究。

建設智慧水利是貫徹落實習近平總書記網絡強國重要論述的具體體現，是滿足水利改革發(fā)展需求的重要手段， 是水利高質量發(fā)展的顯著標志。 當前智慧水利尚處于起步階段，普遍存在透徹感知不夠、上下聯(lián)通不暢、基礎支撐不足、智能應用不足等問題。 新形勢下為支持黃河防洪安全保障，對提升黃河水沙調控智能調度技術提出了更高要求，亟須提升黃河水沙調控智能調度關鍵技術。

四、治理對策

根據黃河水沙調控體系存在問題，結合治黃實踐經驗提出完善水沙調控體系和健全調控機制對策。

（1）推進重大工程建設，完善水沙調控工程體系

古賢水利樞紐工程位于黃河幾字彎北干流下段，控制了全河60%泥沙和80%粗泥沙， 是黃河北干流洪水、泥沙控制的關鍵性工程，與小浪底水庫聯(lián)合調水調沙具有天然的地理優(yōu)勢， 在黃河水沙調控體系中具有承上啟下的戰(zhàn)略地位。 建設古賢水庫可在60 年內減少黃河下游河道淤積71.82 億t，相當于現狀工程條件下河道34 年的淤積量， 使黃河下游中水河槽過流能力在50 年內維持在4 000 m3/s 水平，對維持黃河下游中水河槽過流能力具有顯著作用，確保黃河下游生態(tài)屏障安全；可對黃河上游水沙進行有效調控，為中游以小浪底水庫為核心的調水調沙提供水流動力條件，起到承上啟下作用，使黃河水沙調控體系的作用得到充分的發(fā)揮；可有效降低潼關高程，降低三門峽水庫灘庫容淤積，降低渭河下游洪水威脅；可從根本上改善晉陜兩省供水灌溉條件， 對鞏固兩岸脫貧攻堅成果具有重要意義； 可解決晉陜兩省電網大容量調峰電源的迫切需求。 古賢水庫能夠大大增強小浪底水庫調水調沙后續(xù)動力，投入運用時機越早，與小浪底聯(lián)合調水調沙對下游河道減淤作用也越大， 從充分發(fā)揮水沙調控體系聯(lián)合運行效果和黃河治理開發(fā)迫切需求出發(fā)，古賢水利樞紐應爭取在小浪底水庫攔沙完成前建成生效。

黑山峽水利樞紐工程位于黃河上游幾字彎甘肅與寧夏交界處，既是黃河水沙調控的關鍵節(jié)點工程，也是國家水網南水北調西線的骨干調蓄工程，在黃河治理開發(fā)中占據重要地位。 建設黑山峽水庫，通過反調節(jié)增加汛期水量并集中大流量下泄，協(xié)調水沙關系， 減輕寧蒙河段河道淤積、遏制新懸河發(fā)育并恢復和維持適宜的中水河槽規(guī)模。 利用水庫距離寧蒙河段近、出庫水溫高的優(yōu)勢，減少寧蒙河段的凌汛河段，實現石嘴山以上河段基本不封凍， 減少槽蓄水增量，可及時靈活地調度處置寧蒙河段不利凌情。 同時，建設黑山峽水庫能夠向附近地區(qū)提供穩(wěn)定可靠的水源，改善附近地區(qū)的供水條件，保障附近地區(qū)引水安全，改善城鄉(xiāng)人民生活用水水質，為附近地區(qū)生態(tài)文明建設創(chuàng)造良好條件，改善人居環(huán)境。 龍羊峽、劉家峽、黑山峽水庫為主的上游水量調控子體系可為中游洪水泥沙調控子體系提供水流動力條件。

（2）健全水沙調控機制，充分挖掘調控工程潛力

一是優(yōu)化調度增強現狀工程水沙調控能力。 現狀工程條件下，利用龍羊峽、 劉家峽等水庫攔洪削峰，在保證防洪安全的前提下，盡量多攔蓄洪水，維持水庫高水位運行，發(fā)揮“龍頭”水庫跨時空調節(jié)作用；中游小浪底水庫承上啟下， 降低水位運行，留出足夠防洪庫容， 確保防洪安全，減少洪水漫灘概率， 兼顧水庫河道沖淤， 塑造穩(wěn)定的中水河槽。 2018—2020 年汛期，黃河實際調度實現洪水最大削峰率達到60%左右， 控制青、甘、寧、蒙河段和黃河下游未超過河道安全行洪流量，確保了河道行洪安全。 小浪底水庫共排沙13.49 億t，累計凈沖刷量2.61 億t， 花園口以下河段累計沖刷0.887 億m3， 下游過洪能力提高至5 000 m3/s，打開了下游防洪調度空間，為完善水沙調控體系贏得了時間。 同時利用調度形成的大流量洪水過程，完成了黃河下游河段和內蒙古河段生態(tài)補水調度，有效改善河道、河口、湖泊濕地生態(tài)環(huán)境。

二是釋放和增加現有工程調蓄能力。 針對陸渾、故縣、三門峽庫區(qū)移民影響水庫調度的實際，應研究按原設計方案移民搬遷，論證實現原設計開發(fā)規(guī)模對增強防洪能力的必要性和效果，研究提高三門峽水庫分期運用水位增強調水調沙后續(xù)動力的可能性。 研究黃河上游龍羊峽、劉家峽等骨干水庫大壩加高擴容增強水沙調控能力的可行性。

三是優(yōu)化待建工程水沙調控運用方式。 統(tǒng)籌防洪、防凌、發(fā)電、灌溉、攔沙、減淤、生態(tài)環(huán)境等多目標調度功能，研究上游龍羊峽、劉家峽、黑山峽等水庫聯(lián)合，中游三門峽、小浪底、古賢等水庫聯(lián)合不同的運用模式和對接指標， 制定上游水量調控子體系、中游洪水泥沙調控子體系以及上中游子體系聯(lián)合運用方式，上游水沙調控需合理安排汛期、非汛期下泄水量和過程，在恢復和維持寧蒙河段中水河槽規(guī)模、保障生態(tài)環(huán)境需水的同時，為中游調控聯(lián)合調水調沙提供水流動力條件。 中游子體系對上游的來水來沙過程進行再調節(jié)，上級水庫為下級水庫提供水流動力條件，減少水庫淤積，延長水庫使用年限；中游子體系聯(lián)合調控，協(xié)調進入下游的水沙關系，減少下游河道的淤積，維持河道、河口濕地生態(tài)安全。

四是完善流域水沙調控管理體制機制。 按照流域管理與區(qū)域管理相結合的原則，建立健全事權明晰、運作規(guī)范、 權威高效的流域水沙調控管理體制，制定黃河調水調沙調度規(guī)程，統(tǒng)籌防洪減淤、城鄉(xiāng)供水、生態(tài)保護、灌溉用水、水力發(fā)電等多目標，實施黃河干支流控制性水工程統(tǒng)一調度和水沙調控智慧平臺建設，完善?。▍^(qū)）界斷面水量、水質責任監(jiān)督機制，健全突發(fā)水事事件預警和應急管理機制。

五、結 論

（1）目前黃河水沙調控工程體系不完善，上游水量調控子體系難以與中游洪水泥沙調控子體系精確對接，水沙調控未形成整體合力，小浪底水庫調水調沙后續(xù)動力不足。 黃河水沙調控側重于防洪、減淤，對水生態(tài)考慮不足， 亟需要開展統(tǒng)籌防洪減淤、供水發(fā)電、改善生態(tài)等多目標協(xié)調下水沙調控研究。

（2）分析提出完善水沙調控體系和健全調控機制對策， 一是加快推進古賢、黑山峽重大水利工程建設，完善水沙調控工程體系； 二是優(yōu)化調度增強現狀工程水沙調控能力、釋放和增加現有工程調蓄能力、優(yōu)化待建工程水沙調控運用方式、完善流域水沙調控管理體制機制，健全水沙調控機制。 ■