黃河幾字彎水網(wǎng)：南水北調(diào)西線配套東延工程構(gòu)想

趙 勇，王 浩，鄧銘江，何國華，何 凡，汪 勇

(中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100038)

加快構(gòu)建國家水網(wǎng)，是黨的十九屆五中全會明確的重大任務(wù)[1]。作為國家水網(wǎng)主骨架和大動脈的重要組成部分，西部調(diào)水工程始終受到各界高度關(guān)注。2002年國務(wù)院批復(fù)的《南水北調(diào)工程總體規(guī)劃》明確南水北調(diào)西線工程分三期實施，形成從海拔3400 m以上的通天河、雅礱江、大渡河干支流調(diào)水170億m3的總體工程布局。但是由于調(diào)水比例高、發(fā)電影響大、線路海拔高、生態(tài)環(huán)境影響突出、施工困難，以及與水源區(qū)發(fā)展需求競爭，南水北調(diào)西線工程始終沒有實施。2019年研究提出的西部調(diào)水工程構(gòu)想中，明確提出了西部調(diào)水入黃河劉家峽水庫的設(shè)計思路[2]。2020年以來，為降低水源河流調(diào)水比例，減輕對江河源區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響，南水北調(diào)西線工程調(diào)整原高線調(diào)水方案，降低調(diào)水線路高程，經(jīng)洮河入黃河劉家峽水庫的方案正式納入南水北調(diào)西線工程規(guī)劃論證[3]，西部調(diào)水經(jīng)洮河入劉家峽水庫方案的提出為黃河幾字彎水網(wǎng)構(gòu)建創(chuàng)造了有利的條件[4]。

原南水北調(diào)西線工程規(guī)劃方案在受水區(qū)始終面臨具體用戶不明確，自流覆蓋范圍有限，水低、地高、人高，取水利用困難，以及引江水進(jìn)入黃河后難以計量、管控等問題。研究提出黃河幾字彎水網(wǎng)建設(shè)構(gòu)想，旨在保障黃河幾字彎區(qū)經(jīng)濟(jì)社會合理需水要求。該方案是基于原南水北調(diào)西線方案的配套工程構(gòu)想，是對南水北調(diào)西線工程規(guī)劃方案的完善優(yōu)化，對系統(tǒng)破解幾字彎區(qū)水資源短缺問題，促進(jìn)構(gòu)建黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展新格局具有重要意義。

1 黃河幾字彎水網(wǎng)布局構(gòu)想

1.1 黃河幾字彎區(qū)概況黃河幾字彎區(qū)是黃河流經(jīng)甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西4省區(qū)所形成的“幾”字形區(qū)域，考慮黃河干流的分界作用，本研究的幾字彎區(qū)主要指黃河“幾”字形的內(nèi)部區(qū)域，由西南部洮河、南部渭河、北部和東部黃河四面合圍，不包括外部的內(nèi)蒙古呼和浩特、山西大同、朔州等地。黃河幾字彎區(qū)總面積36.66萬km2，由內(nèi)蒙古烏海和鄂爾多斯，陜西西安、銅川、寶雞、咸陽、渭南、延安和榆林，甘肅白銀、定西、天水、平?jīng)龊蛻c陽，寧夏銀川、石嘴山、吳忠、固原和中衛(wèi)，共計19個地市組成，總?cè)丝?241萬人，2020年國內(nèi)生產(chǎn)總值3.3萬億元。黃河幾字彎區(qū)是能源富集區(qū)、傳統(tǒng)特色農(nóng)牧區(qū)、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)、革命老區(qū)、少數(shù)民族聚集區(qū)、民族文化發(fā)祥區(qū)、生態(tài)脆弱區(qū)、自然災(zāi)害頻發(fā)區(qū)等“八區(qū)合一”的特殊區(qū)域[5]。由于大部分為干旱、半干旱區(qū)，加之黃河流域水資源開發(fā)利用已至極限，水資源十分匱乏是長期制約區(qū)域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的重要因素[6]。

1.2 幾字彎水網(wǎng)總體布局黃河幾字彎水網(wǎng)構(gòu)建的總體布局是基于西部調(diào)水工程入洮河的方案，充分利用洮河與黃河幾字彎區(qū)高程差，以隧洞形式穿越洮河與渭河分水嶺，向隴東黃土高原等地區(qū)延伸，全程自流引水到幾字彎中部白于山高地，形成幾字彎“水脊”，并以此為軸線，東、北、南自流輻射三大發(fā)展帶，由此形成“一軸三帶十片”的黃河幾字彎水網(wǎng)整體框架(見圖1)。

圖1 黃河幾字彎水網(wǎng)總體格局概化圖

由于幾字彎區(qū)水低地高，自然河流只能覆蓋沿河兩岸的低處，廣大的幾字彎腹地難以自流保障，提出的黃河幾字彎水網(wǎng)位于區(qū)域高處，可為經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)直接自流補(bǔ)水，避免了人高地高水低、取用水困難、提水成本高等問題，還可與自然河流相互連通，補(bǔ)充河流基本生態(tài)用水，協(xié)同保障幾字彎區(qū)水安全。

一軸：洮河(西部調(diào)水)-渭河-白于山自流引水主軸線。

三帶：依托主軸線，按照區(qū)域位置和功能定位，黃河幾字彎水網(wǎng)可以分為三個功能帶。

(1)南部關(guān)中城市群提升帶。利用渭河、涇河、北洛河等自然河流或者新建管線供水，利用渭河可以向天水、寶雞、咸陽、西安、渭南全線自流補(bǔ)水，利用涇河可以向平?jīng)龊蛻c陽幾乎所有區(qū)縣補(bǔ)水，利用北洛河可以從上而下向吳起、志丹、甘泉、富縣、洛川、黃陵、白水、澄縣等10余個縣市沿河自流補(bǔ)水。借助水系連通優(yōu)勢，支撐關(guān)中城市群構(gòu)建水資源保障穩(wěn)定、水生態(tài)健康和諧、水管理協(xié)同創(chuàng)新的一體化水網(wǎng)，全面提升生態(tài)保護(hù)修復(fù)和經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展水平。

(2)東部沿黃能源經(jīng)濟(jì)帶。以管線自流為主，向延安、榆林、鄂爾多斯等東部沿黃地區(qū)重要能源基地補(bǔ)水，也可通過向無定河水系上游補(bǔ)水，支撐橫山、米脂、綏德等縣域河川經(jīng)濟(jì)發(fā)展，全面釋放東部沿黃地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿?，?gòu)建起經(jīng)濟(jì)繁榮、環(huán)境優(yōu)美、民生富裕的國家能源基地。

(3)北部高原生態(tài)農(nóng)業(yè)帶?？梢岳霉芫€或已有溝道，向同心、定邊、鹽池、鄂托克前旗、鄂托克旗等縣旗自流補(bǔ)水。也可以根據(jù)國家和區(qū)域糧食安全大局，在確有需要的情況下，適時向幾字彎北部的毛烏素沙地、陜北風(fēng)沙灘一帶供水，開發(fā)后備耕地，并適當(dāng)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，發(fā)展高原生態(tài)特色農(nóng)業(yè)，構(gòu)建高產(chǎn)高效、生態(tài)安全的糧經(jīng)產(chǎn)業(yè)區(qū)。

十片：幾字彎水網(wǎng)覆蓋范圍可分為南部的天水片區(qū)、關(guān)中平原片區(qū)、平?jīng)銎瑓^(qū)、慶陽片區(qū)；東部的鄂爾多斯東片區(qū)、榆林片區(qū)、延安片區(qū)，北部的固原片區(qū)、吳忠片區(qū)、鄂爾多斯西片區(qū)(主要包括鄂托克旗、鄂托克前旗)。

1.3 水網(wǎng)工程干支線方案幾字彎水網(wǎng)干線即洮河(西部調(diào)水)-渭河-白于山自流引水主軸線，如圖2所示。水網(wǎng)干線采用隧洞結(jié)合管道方案，全長545 km，其中隧洞390 km，管道155 km，沿線地形剖面圖如圖3所示。幾字彎水網(wǎng)支線可以分為兩類，即沿自然河流補(bǔ)水線和管道供水專線，初步規(guī)劃9條沿河補(bǔ)水線和4條主要供水支線，支撐南部關(guān)中城市群提升帶、東部沿黃能源經(jīng)濟(jì)帶和北部高原生態(tài)農(nóng)業(yè)帶供水需求。13條支線全部自流，可以實現(xiàn)主要城市、重要能源基地和河流水系補(bǔ)水的全覆蓋。

圖2 黃河幾字彎工程布局示意圖

圖3 黃河幾字彎水網(wǎng)干線地形剖面圖

1.3.1 水網(wǎng)干線工程 (1)洮河至渭河段。幾字彎水網(wǎng)調(diào)水起點可以與不同的南水北調(diào)西線調(diào)水入洮河的方案相銜接，比如從洮河九甸峽水庫死水位2166 m取水，穿越洮河至渭河分水嶺至渭河干流，終點高程1785 m，落差381 m，全部采取隧洞輸水，隧洞長度66 km，平均坡降5.7‰。(2)渭河至清水河(固原)段。線路長205 km，全部為隧洞，水位從1785 m降低至1645 m，落差140 m，平均坡降6.8，沿途經(jīng)過咸河、散渡河、南河、葫蘆河、清水河等。(3)清水河至甜水河段。線路長119 km，全部為隧洞，水位從1645 m降低至1560 m，落差85 m，平均坡降6.4，沿途經(jīng)過折死溝、甜水河等。該段終點為隧洞和管道的分界處。(4)甜水河至管道干線終點。該段線路長155 km，考慮到損耗、管理以及冬季供水等因素，建議該段以管道輸水為主，水位從1560 m降低至1480 m，落差80 m，平均坡降5.2。

1.3.2 南部關(guān)中城市群提升帶支線工程 (1)渭河干流補(bǔ)水線。通過渭河分水口向渭河干流補(bǔ)水，補(bǔ)充位于渭河沿岸及關(guān)中平原的天水、寶雞、咸陽、西安、渭南等相關(guān)地區(qū)需水要求。(2)散渡河-南河-葫蘆河等補(bǔ)水線。通過散渡河-南河-葫蘆河等自然河流，補(bǔ)充通渭縣、靜寧縣、莊浪縣、秦安縣、張家川縣、清水縣以及西吉縣、會寧縣等需水要求。(3)涇河支線。通過清水河分水口向涇河補(bǔ)水，為平?jīng)鍪袇^(qū)、涇川縣、長武縣、彬縣等涇河流域地區(qū)供水。(4)慶陽支線。東川是苦咸水河流，無法直接補(bǔ)水，采用管道沿塬上輸水，補(bǔ)充慶陽市董志塬以及各縣區(qū)需水要求。

1.3.3 東部沿黃能源經(jīng)濟(jì)帶支線工程 (1)延安支線。向延河等河流補(bǔ)水，供水至延安市區(qū)、安塞縣、延長縣等地區(qū)。(2)北洛河支線。向北洛河補(bǔ)水，為吳起縣、志丹縣、甘泉縣、富縣、洛川縣、黃陵縣，以及下游其他可以惠及的縣區(qū)供水。(3)無定河支線。向無定河補(bǔ)水，為無定河流域的榆林市區(qū)、米脂縣、綏德縣、靖邊縣、橫山縣、子洲縣等區(qū)縣供水。(4)鄂爾多斯東支線。主要向伊金霍洛旗、烏審旗等供水。

1.3.4 北部高原生態(tài)農(nóng)業(yè)帶支線工程 (1)清水河補(bǔ)水線。通過清水河分水口向流域補(bǔ)水，主要服務(wù)固原市和同心縣等市縣。(2)折死溝補(bǔ)水線。通過折死溝分水口可補(bǔ)充清水河流域和同心縣。(3)甜水河補(bǔ)水線。通過甜水河分水口補(bǔ)充甜水河流域，主要為吳忠市。(4)寧東支線。支撐支線以西潛在土地開發(fā)，包括吳忠市和鄂爾多斯部分地區(qū)。(5)鄂爾多斯西支線?？上蚨ㄟ?、鹽池、鄂托克前旗、鄂托克旗供水，也可服務(wù)清水河流域和同心縣，支撐經(jīng)濟(jì)社會和農(nóng)牧業(yè)開發(fā)需水要求。

1.4 適宜調(diào)水規(guī)模分析黃河幾字彎區(qū)需水增量主要包括4個方面[7]。(1)生活需水要求。2020年區(qū)域主要地市城鎮(zhèn)化率介于40%～60%，未來預(yù)期將達(dá)到70%以上，隨著城鎮(zhèn)化水平提高，生活需水要求明顯增長；(2)工業(yè)發(fā)展需水要求。黃河幾字彎內(nèi)主要包括神東、寧東、陜北、黃隴四大能源基地，雖然國家實施碳達(dá)峰、碳中和行動，但是未來一個時期，煤炭、煤電和煤化工等能源產(chǎn)業(yè)鏈延長，高附加值產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的需水要求將持續(xù)增加[8]；(3)生態(tài)保護(hù)修復(fù)需水要求。主要包括控制地下水超采，保障黃河幾字彎內(nèi)渭河、涇河、北洛河、無定河等主要河流基本生態(tài)需水，維護(hù)紅堿淖等重要湖泊濕地健康生態(tài)需水，以及改善人居環(huán)境帶來的需水要求；(4)后備耕地開發(fā)需水要求。為了保障國家糧食安全，基于黃河幾字彎內(nèi)后備耕地的適宜性評價，區(qū)域具有經(jīng)濟(jì)開發(fā)價值的耕地資源面積約4400萬畝，其中高等級耕地后備資源面積為1400萬畝[9]，初步考慮將未灌溉耕地作為優(yōu)先開發(fā)區(qū)，以高等級耕地后備資源作為新增灌溉面積，按照最先進(jìn)節(jié)水種植模式和灌溉方式確定農(nóng)業(yè)新增需水。

在需水預(yù)測的基礎(chǔ)上，幾字彎水網(wǎng)調(diào)水規(guī)模主要考慮4方面的需求。(1)優(yōu)先保障生活和工業(yè)用水增量；(2)置換被生活和工業(yè)擠占的生態(tài)和農(nóng)業(yè)用水，還水于河湖，還水于地下；(3)解決水源置換后仍然存在的重大生態(tài)問題，如地下水局部超采和紅堿淖的生態(tài)補(bǔ)給等；(4)未灌溉耕地和潛在后備耕地開發(fā)的灌溉用水?；趲鬃謴澪磥斫?jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平和用水定額預(yù)測，初步估算各行業(yè)年需調(diào)水量，城鎮(zhèn)生活為7億m3，其中存量5億m3，增量2億m3；能源工業(yè)為16億m3，其中存量和增量各8億m3；生態(tài)補(bǔ)水2億m3，農(nóng)業(yè)灌溉需水29億m3。

幾字彎水網(wǎng)外調(diào)水規(guī)?？梢园凑展┧繕?biāo)的層級分期實施，也可以一次建成逐步擴(kuò)大調(diào)水規(guī)模。按照供水目標(biāo)層次分級，第一層級為生活需水，需調(diào)水量為7億m3；第二層級為生活加上工業(yè)發(fā)展需水，需調(diào)水量為23億m3；第三層級為生活、工業(yè)加上生態(tài)需水，需調(diào)水量為25億m3；第四層級為生活、工業(yè)、生態(tài)加上后備耕地開發(fā)需水，需調(diào)水量為54億m3，如圖4所示?；谝陨戏治?，建議幾字彎水網(wǎng)每年調(diào)水規(guī)模為25億～54億m3。

圖4 滿足不同發(fā)展層次的黃河幾字彎需調(diào)水量分析

1.5 工程投資初步匡算黃河幾字彎水網(wǎng)干線工程主要包括隧洞、管道兩大部分，考慮25億m3和54億m3兩種調(diào)水規(guī)模，按照單體建筑物造價進(jìn)行水網(wǎng)干線工程投資匡算，配套工程費用暫不考慮。

(1)隧洞投資匡算。隧洞全長390 km，按照25億m3調(diào)水規(guī)?？锼悖こ淘O(shè)計流量80 m3/s。按照工程施工要求，預(yù)計總洞挖方量為1803萬m3，考慮黃土高原區(qū)挖方料處置環(huán)境保護(hù)要求，挖填方及隧洞支護(hù)、襯砌等處置費用綜合按照3000元/m3[10]，對應(yīng)的隧洞造價約541億元(靜態(tài)投資)，約合1.4億元/km。同樣如果調(diào)水規(guī)模為54億m3，則隧洞工程造價為1168億元(靜態(tài)投資)，約合3.0億元/km。

(2)管道投資匡算。管道全長155 km，按照25億m3調(diào)水規(guī)?？锼?，工程輸水流量80 m3/s，參照南水北調(diào)中線工程北京段等管道投資(管道全長約56 km，流量50 m3/s，采用2根內(nèi)徑4000 mm PCCP管道并排輸水，投資12.5億元，單價約為0.22億元/km)，根據(jù)流量等比例折算工程單價，管道靜態(tài)總投資約為93億元。同樣如果調(diào)水規(guī)模為54億m3，則管道靜態(tài)總投資約為142億元。

綜上，如果黃河幾字彎水網(wǎng)干線工程調(diào)水規(guī)模為25億m3，工程造價約為634億元(靜態(tài)投資)；如果調(diào)水規(guī)模為54億m3，工程造價約為1310億元(靜態(tài)投資)。

2 黃河幾字彎水網(wǎng)建設(shè)的戰(zhàn)略效益

2.1 構(gòu)筑國家持續(xù)發(fā)展腹地經(jīng)濟(jì)區(qū)，打造黃河國家戰(zhàn)略新引擎黃河幾字彎區(qū)擁有2個省會城市(西安、銀川)、1個省域副中心城市(延安)以及鄂爾多斯、榆林、慶陽、天水等省內(nèi)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)市，以占陜、甘、寧、蒙四省20%的土地面積承載了55%的人口，創(chuàng)造了59%的GDP，是西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的橋頭堡。2020年，黃河幾字彎區(qū)共有西安、榆林等8個GDP超過1000億元的城市，2010—2020年，幾字彎區(qū)GDP年均增速達(dá)到8.6%，是西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長的重要引擎。

隨著黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展、一帶一路、東數(shù)西算、西電東送、寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)、呼包鄂榆和天水-關(guān)中城市群建設(shè)等多個重大國家戰(zhàn)略和規(guī)劃的相繼實施，幾字彎區(qū)正處于發(fā)揮優(yōu)勢、實現(xiàn)跨越式發(fā)展的難得機(jī)遇期。幾字彎水網(wǎng)工程如果實施，區(qū)域水資源制約的最大發(fā)展短板將會得以彌補(bǔ)，可有力支撐西安、銀川、鄂爾多斯、榆林、延安、慶陽等城市發(fā)展，打造極具潛力和活力的幾字彎城市群，并有效承接國際和東部發(fā)達(dá)地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，帶動一系列上下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，未來市場規(guī)模將得到巨大拓展，有望成為我國經(jīng)濟(jì)強(qiáng)勢增長點[11]。

2.2 逐步釋放能源礦產(chǎn)潛力，長期穩(wěn)定保障國家能源資源安全黃河幾字彎區(qū)是世界級能源礦產(chǎn)富集區(qū)，也是我國能源礦產(chǎn)最重要的生產(chǎn)基地。幾字彎區(qū)擁有全國66%的煤炭資源、12%的原油儲量、90%的煤層氣儲量，全國14個億噸級大型煤炭基地中的4個(寧東、神東、陜北、黃隴)分布在該地區(qū)[12]。幾字彎區(qū)也是油氣資源的富集區(qū)，且未動用儲量規(guī)模大、可采儲量采出程度低，未來具備進(jìn)一步增產(chǎn)的潛力。作為我國能源的主要輸出區(qū)，幾字彎區(qū)提供了超過50%的能源調(diào)出量，保障了京津冀、山東半島、長江三角洲、珠江三角洲、長江中游等地區(qū)的能源需求。幾字彎區(qū)還是我國重要的礦產(chǎn)資源基地，鈉鹽保有量占全國70%，鋁、鉬、稀土、鈮礦儲量占全國一半以上。

2001—2020年我國能源消費量平均每年增長11.2%，一次能源生產(chǎn)量平均每年增長8.9%，能源消費增速明顯高于生產(chǎn)增速。在國內(nèi)能源需求和國際環(huán)境不確定性呈現(xiàn)雙升態(tài)勢，以及石油和天然氣對外依存度分別高達(dá)70%和45%的情況下，穩(wěn)定并提升我國能源自給率極為迫切。而水資源短缺是幾字彎區(qū)能源開發(fā)的最主要限制性因素，新增能源項目用水必須通過存量節(jié)水和水權(quán)轉(zhuǎn)化才能得到保障。在優(yōu)化幾字彎區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高能源產(chǎn)業(yè)附加值、延長產(chǎn)業(yè)鏈、控制碳排放的基礎(chǔ)上，規(guī)劃建設(shè)幾字彎水網(wǎng)，可極大的增強(qiáng)供水保障能力，釋放能源礦產(chǎn)潛力，提升我國能源資源安全保障水平。

2.3 增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，打造秀美宜居的生態(tài)環(huán)境黃河幾字彎區(qū)作為黃河流域和“兩屏三帶”中的黃土高原生態(tài)屏障所在區(qū)域，對于維護(hù)關(guān)中平原、華北平原乃至全國生態(tài)安全都具有重要意義。由于秦嶺、太行山等山脈的阻隔作用，塔克拉瑪干、巴丹吉林、騰格里等地區(qū)風(fēng)沙經(jīng)過分選，逐次降落在幾字彎區(qū)的黃土高原，有效保障了富饒的中原地區(qū)不受大規(guī)模風(fēng)沙侵蝕。但由于該區(qū)域大部分位于干旱、半干旱地帶，溝壑縱橫，地形破碎，導(dǎo)致生態(tài)敏感區(qū)和脆弱區(qū)面積大、類型多、程度深，是全國水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定。目前黃土高原約2137萬hm2水土流失面積亟待治理，尤其是786萬hm2的多沙粗沙區(qū)和粗泥沙集中來源區(qū)對下游懸河構(gòu)成嚴(yán)重威脅[13]?？梢哉f，黃土高原的生態(tài)健康直接維系著黃河的健康運行。

由于水資源緊缺的條件約束，區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會用水和生態(tài)環(huán)境用水存在強(qiáng)烈的競爭關(guān)系，建設(shè)幾字彎水網(wǎng)可以顯著提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境治理保護(hù)能力。通過置換被生活和工業(yè)擠占的生態(tài)用水，還水于河并同時促進(jìn)污水資源化利用，渭河、延河、無定河、窟野河、石川河等主要河湖水量將會明顯增加，保障基本河湖生態(tài)需水，水體水質(zhì)也會得到普遍提升，河湖生態(tài)活力將得到大幅提高。通過水源置換等多種方式，還可實現(xiàn)治理地下水超采，并為紅堿淖等重要生態(tài)對象提供水量補(bǔ)充。未來，如果進(jìn)行后備耕地開發(fā)，隨著灌溉綠洲的建設(shè)，新建綠洲將與原有流域綠洲一起，共同構(gòu)成穩(wěn)定的生態(tài)屏障，能夠有效控制庫布齊沙漠和毛烏素沙地的擴(kuò)張，減少區(qū)域風(fēng)沙侵蝕，進(jìn)一步降低入黃泥沙含量。

2.4 促進(jìn)實現(xiàn)水沙協(xié)調(diào)治理，保障黃河流域水安全水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)是黃河流域水安全最大的威脅。河口鎮(zhèn)至三門峽區(qū)間是黃河流域泥沙的主要來源地，占全河沙量的90%以上，泥沙年內(nèi)分配十分集中，90%的輸沙集中在汛期。近年來，由于上游引黃水量增加，加之劉家峽、龍羊峽水庫聯(lián)合運用導(dǎo)致寧蒙河段汛期來水減少，寧蒙河段主槽過流能力由1980年代的約4000 m3/s減小到目前不足2000 m3/s，低于2030年寧蒙河段適應(yīng)平灘流量閾值2000 m3/s[12]，造成內(nèi)蒙古三盛公至昭君墳200 km以上河段形成新的懸河。水沙關(guān)系的不協(xié)調(diào)也加劇了寧蒙河段的凌汛災(zāi)害，1986年以來內(nèi)蒙古河段凌汛堤防決口6次，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

建設(shè)幾字彎水網(wǎng)與西部調(diào)水入黃河方案可以實現(xiàn)水沙協(xié)同治理，西部調(diào)水入黃河方案從上游水庫補(bǔ)水，結(jié)合規(guī)劃建設(shè)的黑山峽等重大樞紐工程，通過增加干流水量塑造協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系，減少河道的游蕩性[11]，逐步遏制和改善寧蒙河段、禹潼河段淤積抬升，實現(xiàn)2030年寧蒙河段適應(yīng)平灘流量閾值2000 m3/s，遠(yuǎn)期平灘流量閾值2500 m3/s，渭河下游河道、小北干流適應(yīng)的潼關(guān)高程閾值328 m左右，2070年潼關(guān)高程可沖刷下降至326 m左右的目標(biāo)[13]。此外，西線調(diào)水經(jīng)洮河進(jìn)入黃河幾字彎區(qū)，通過置換被生活和工業(yè)擠占的生態(tài)用水，助力生態(tài)恢復(fù)，降低入黃泥沙含量，將黃河上游寧蒙河段輸沙量控制在0.4億t/a左右[13]。同時幾字彎區(qū)新增退水與西部調(diào)水入黃河水量可在潼關(guān)匯合，共同促進(jìn)黃河中下游水量保障和水沙協(xié)調(diào)，確保下游河道安瀾。

2.5 鞏固和改善生活生產(chǎn)水平，建設(shè)成為造福人民的幸福河黃河幾字彎區(qū)地處老(革命老區(qū)集中)、少(少數(shù)民族地區(qū))、窮(欠發(fā)達(dá)地區(qū))地區(qū)。由于歷史、自然條件等原因，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展整體滯后，居民生產(chǎn)生活水平整體較低。2020年幾字彎區(qū)居民人均可支配收入為2.58萬元，僅為東部地區(qū)的60%，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與東部地區(qū)及長江流域相比存在著明顯的差距。與東部地區(qū)相比，該區(qū)域第三產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、層次低、缺少相對競爭優(yōu)勢，難以形成穩(wěn)定收益。因此，第二產(chǎn)業(yè)必然是幾字彎區(qū)實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會跨越式發(fā)展的主要支撐，但由于水資源短缺，工業(yè)發(fā)展難以向更高層次階段邁進(jìn)。

建設(shè)幾字彎水網(wǎng)可以系統(tǒng)升級城鄉(xiāng)水利基礎(chǔ)設(shè)施，將最大程度緩解區(qū)域生活和產(chǎn)業(yè)缺水，并通過工程建設(shè)帶動一系列上下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為眾多勘探、設(shè)計、施工、服務(wù)行業(yè)以及技術(shù)創(chuàng)新帶來市場機(jī)會和收益，是實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興與區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵。隨著能源和礦產(chǎn)資源經(jīng)濟(jì)潛力逐步發(fā)揮、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和耕地的開發(fā)，并在現(xiàn)代科技和節(jié)水觀念的引領(lǐng)下，鋼鐵、能源、電力、煤炭化工、建材、旅游等現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)作用將充分發(fā)揮，增強(qiáng)區(qū)域發(fā)展造血能力，改善老少窮地區(qū)居民生產(chǎn)生活水平。

2.6 提升后備耕地開發(fā)戰(zhàn)略潛力，成為國家糧食安全的重要壓艙石黃河幾字彎區(qū)處于北緯35°—40°農(nóng)作物黃金種植帶，同一緯度帶分布有黃淮海平原、汾渭平原等主要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)區(qū)。當(dāng)?shù)赝恋刎S富、光熱充足、氣候溫和，有利于開展大規(guī)模農(nóng)業(yè)機(jī)械化種植，較大的晝夜溫差也有利于農(nóng)業(yè)病蟲害防治。但受水資源條件制約，幾字彎區(qū)耕地灌溉率低。此外，區(qū)域土地開發(fā)適宜性評價表明，扣除城市和現(xiàn)有耕地等已經(jīng)開發(fā)利用的土地，區(qū)域具有較大開發(fā)潛力的高等級后備耕地資源面積仍有約1400萬畝。

中國是世界上糧食生產(chǎn)與消費最多的國家之一，2020年全國糧食產(chǎn)量和消費量分別占全球總量的25%和24.4%。盡管從2004年起我國糧食產(chǎn)量已經(jīng)實現(xiàn)17年連增，但受人口規(guī)模增加和飲食結(jié)構(gòu)升級等因素影響，現(xiàn)階段我國糧食供需仍處于緊平衡狀態(tài)，糧食自給率從2004年的95%，下降至2012年的88.4%，并進(jìn)一步下降到2020年的85%[14]。根據(jù)相關(guān)預(yù)測，2030年全國糧食供需缺口將在現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上再擴(kuò)大1.1億～2.0億t[15]。只要解決了水資源短缺的問題，在深度挖掘節(jié)水潛力的前提下，幾字彎區(qū)就可成為我國未灌溉耕地和后備耕地資源開發(fā)的重要基地，具備建設(shè)大規(guī)模國家農(nóng)場的先天條件。若我國出現(xiàn)大幅增加糧食產(chǎn)量的任務(wù)需求，幾字彎區(qū)即可通過建設(shè)配套灌溉工程，保障國家糧食安全。

3 對南水北調(diào)西線工程的優(yōu)化完善作用

調(diào)水入黃河干流是南水北調(diào)西線工程的主要目標(biāo)，幾字彎水網(wǎng)是南水北調(diào)西線配套東延工程，主要解決黃河干流難以保障的幾字彎區(qū)域需水要求，是對南水北調(diào)西線工程規(guī)劃方案的完善優(yōu)化，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)可以實現(xiàn)“高水高用”，解決水低地高用水困難的問題。南水北調(diào)西線工程現(xiàn)有規(guī)劃主要是調(diào)水入黃河，然后再從黃河干流取水利用，由于水低、地高、人高，黃河只能自流覆蓋沿河兩岸的低處，廣大腹地供水難以保障。幾字彎水網(wǎng)位于區(qū)域制高點，人工“水脊”位于地理最高處，可為經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)全程自流補(bǔ)水，避免了取用水困難、提水成本高、難以持續(xù)利用等問題。還可與低處的自然河流連通補(bǔ)水，系統(tǒng)破解水資源短缺制約，使西線調(diào)水工程效益最大化。

(2)可以實現(xiàn)“專線專用”，避免多水源混合運行管理難題。原南水北調(diào)西線工程方案會導(dǎo)致高成本的外調(diào)水與黃河干流水量完全混合，造成兩種水源的水權(quán)界定、水價制定、監(jiān)管監(jiān)控等十分困難，運行管理必然面臨極大的挑戰(zhàn)，甚至可能導(dǎo)致低效運行的困境。幾字彎水網(wǎng)不與黃河水源直接混合，專線專用，用戶明確，權(quán)限明晰，可避免水權(quán)、水價、取用、計量、監(jiān)管等一系列運行管理難題，有利于調(diào)水工程管理運行。

(3)可以打通“渭河通道”，解決渭河流域缺水和水沙不協(xié)調(diào)問題。如同黃河干流一樣，渭河流域也深受缺水和洪澇災(zāi)害影響，幾字彎水網(wǎng)可打通南水北調(diào)西線工程的渭河輸水通道，一方面可從上游向渭河干流直接補(bǔ)水，保障經(jīng)濟(jì)社會用水，支撐以國家中心城市西安為核心的關(guān)中平原城市群發(fā)展；還可以滿足河湖生態(tài)需水，全面提升水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。另一方面，將渭河作為南水北調(diào)西線輸水通道，還可以協(xié)調(diào)渭河水沙關(guān)系，改變下游河道演變和河床沖淤現(xiàn)狀，促進(jìn)渭河回歸自然河流侵蝕面，減緩洪澇災(zāi)害。

(4)可以形成“三線配水”優(yōu)化格局，促進(jìn)西線調(diào)水高效輸配。幾字彎水網(wǎng)可以實現(xiàn)將渭河與黃河共同作為南水北調(diào)西線的戰(zhàn)略輸水通道，由此形成黃河、渭河和幾字彎水網(wǎng)三線輸配水的優(yōu)化格局。“三線配水”可實現(xiàn)高低處、上下線布局，各自具有特定功能，形成連通互補(bǔ)、整體互劑的水網(wǎng)格局，協(xié)同保障區(qū)域水資源安全。

(5)可以構(gòu)建“互補(bǔ)協(xié)同”工程體系，保障黃河流域水安全。南水北調(diào)西線工程入黃河方案可基本保持原規(guī)劃供水對象和目標(biāo)，解決幾字彎內(nèi)黃河干流水量難以自流供給區(qū)域的水安全保障問題。在潼關(guān)以上，可與南水北調(diào)西線工程入黃河干流方案協(xié)同保障幾字彎區(qū)水安全；在潼關(guān)匯合后，可以提升調(diào)水調(diào)沙潛力，為黃河中下游水資源保障和促進(jìn)水沙協(xié)調(diào)提供新動力。此外，幾字彎水網(wǎng)與規(guī)劃和在建的黑山峽水利樞紐、引漢濟(jì)渭等工程具有很好的時空互補(bǔ)性。

(6)可以與南水北調(diào)中線“豐枯互濟(jì)”，提高供水保障率。南水北調(diào)中線已經(jīng)成為華北地區(qū)人民群眾飲水安全、河湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇和南北經(jīng)濟(jì)循環(huán)暢通的生命線。幾字彎水網(wǎng)和南水北調(diào)中線可通過引漢濟(jì)渭工程產(chǎn)生直接水力聯(lián)系，從而實現(xiàn)水資源“豐枯互濟(jì)”。當(dāng)?shù)そ谒畮靵硭蛔?，北調(diào)水量難以保障時，可適當(dāng)減少引漢濟(jì)渭工程取水量，增加幾字彎水網(wǎng)供給，從而保障中線工程北調(diào)水量，反之亦然。通過與南水北調(diào)中線工程“互補(bǔ)互濟(jì)”，大幅提高南水北調(diào)中線工程受水區(qū)和幾字彎區(qū)供水安全保障程度。

4 生態(tài)環(huán)境風(fēng)險及應(yīng)對措施

黃河幾字彎水網(wǎng)具有顯著的經(jīng)濟(jì)社會效益，但如果開發(fā)利用方式不當(dāng)，也可能帶來一定的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險。首先是外調(diào)水替換當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活用水后，一方面還水于河湖，另一方面回歸水量增加，這可能會降低河流侵蝕基準(zhǔn)面，增加對河道兩岸的沖刷[16]；其次外調(diào)水增加可能改變局部區(qū)域氣候水文要素，加劇氣候水文條件的不確定變化[17]；黃河幾字彎區(qū)部分區(qū)域地勢平坦低洼，若發(fā)展灌溉面積、開發(fā)后備耕地，如果排水不暢可能會導(dǎo)致局部區(qū)域出現(xiàn)土壤次生鹽漬化等問題。面對潛在的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險，需要通過科學(xué)的應(yīng)對措施進(jìn)行防范。

(1)調(diào)水后河道徑流增加帶來的侵蝕問題。黃土高原溝壑縱橫，控制適宜穩(wěn)定的河道徑流量是防止河道侵蝕，減少入黃泥沙的關(guān)鍵。調(diào)水后，通過置換當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活用水，增加河道徑流，改變原本的河道侵蝕基準(zhǔn)面，需要做好以下幾方面措施：①對潛在影響的河流做好適宜生態(tài)補(bǔ)水過程的基礎(chǔ)研究，確定不同河流適宜的生態(tài)補(bǔ)水量、適宜流速等關(guān)鍵閾值；②需要優(yōu)化水量調(diào)度模式，充分利用已建和規(guī)劃的調(diào)蓄工程，以恢復(fù)河道徑流自然過程為目標(biāo)，合理調(diào)控水流過程；③在可能造成沖刷的重點河段，采取措施將侵蝕強(qiáng)度控制在可接受范圍內(nèi)。

(2)外調(diào)水可能改變局部氣候水文要素的問題。參考西部調(diào)水對區(qū)域氣候影響相關(guān)研究結(jié)果[18]，外調(diào)水會增加局部水汽，導(dǎo)致降水、溫度等氣候水文要素變化，在黃河幾字彎這種生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)域，需要充分考慮可能帶來的影響：①開展調(diào)水對區(qū)域氣候水文影響的基礎(chǔ)研究，模擬預(yù)測未來不同調(diào)水規(guī)模的定量影響；②結(jié)合工程與非工程措施提升重點區(qū)域的保護(hù)程度，在水土流失重點區(qū)域完善工程措施，同時突破空中云水資源預(yù)測-預(yù)報-調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)，開展云水資源的合理開發(fā)利用。

(3)發(fā)展灌溉面積、開發(fā)后備耕地可能導(dǎo)致的次生鹽漬化問題。高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計灌區(qū)排水，合理管控區(qū)域地下水位是建設(shè)防止生態(tài)灌區(qū)次生鹽漬化的關(guān)鍵，需要提前做好如下幾方面的工作：①開展黃河幾字彎區(qū)潛在灌溉面積發(fā)展區(qū)域水鹽運移規(guī)律的機(jī)理研究，確定形成次生鹽漬化的關(guān)鍵閾值；②通過高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)灌溉排水設(shè)施，防止次生鹽漬化發(fā)生；③探索外調(diào)水與微咸水的二次混合利用技術(shù)，加強(qiáng)灌溉排水重復(fù)利用和生態(tài)補(bǔ)水。

5 結(jié)論與建議

(1)黃河幾字彎水網(wǎng)是借助南水北調(diào)西線工程調(diào)水入洮河的方案，充分利用洮河與黃河幾字彎區(qū)的高程差，以隧洞形式穿越洮河與渭河分水嶺，向隴東黃土高原等地區(qū)延伸，全程自流引水到幾字彎中部白于山高地，形成人工“水脊”，并以此為軸線，東、北、南自流輻射三大發(fā)展帶，由此形成“一軸三帶十片”黃河幾字彎水網(wǎng)整體框架，初步設(shè)計調(diào)水規(guī)模為25億～54億m3。(2)幾字彎區(qū)能源和礦產(chǎn)資源富集，但區(qū)域自然生態(tài)環(huán)境脆弱，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展相對滯后，水資源是制約幾字彎區(qū)生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的主要因素。建設(shè)黃河幾字彎水網(wǎng)可以充分激發(fā)經(jīng)濟(jì)活力，釋放能源和礦產(chǎn)潛力，提升生態(tài)治理能力，不僅有望成為黃河重大國家戰(zhàn)略的新引擎，帶動國家腹地經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，對于保障黃河長治久安以及國家能源安全、生態(tài)安全和糧食安全也將發(fā)揮巨大作用。(3)南水北調(diào)西線工程現(xiàn)有規(guī)劃主要從黃河干流取水利用，水低、人高、地高，難以利用。幾字彎水網(wǎng)可以避免大規(guī)模從黃河提水的高成本問題，還可以實現(xiàn)高水高用、專線專用，可以打通“渭河通道”，實現(xiàn)“三線配水”優(yōu)化格局，并可與中線工程“互補(bǔ)互濟(jì)”，是西線規(guī)劃方案的優(yōu)化完善。 (4)南水北調(diào)西線事關(guān)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略建設(shè)實施，事關(guān)我國北方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展戰(zhàn)略全局和民生改善。建議將黃河幾字彎水網(wǎng)納入南水北調(diào)西線工程規(guī)劃方案，進(jìn)行整體比選論證，優(yōu)化完善南水北調(diào)西線工程規(guī)劃布局。