黑河黄藏寺水库调节库容分析论证

杨丽丰 杨永建 李福生 武见

摘 要：黄藏寺水库是黑河干流控制性骨干调蓄工程，水库为多目标开发，供水对象涉及下游额济纳绿洲天然生态、国防科研、中游灌区灌溉及工业、生活、发电用水等，加之黑河中游具有地表水地下水多次转换、重复利用的特点，边界条件复杂，限制因素多，给水库调节库容论证带来了较大困难。按照“合理调配中下游生态和经济社会用水，提高黑河水资源综合管理能力，兼顾发电等综合利用”的水库开发任务，基于水库供水范围内黑河中下游地区不同需水特点和要求，根据水库运用方式，利用黑河二元结构水资源配置模型，进行了多方案、长系列径流调节计算。综合分析推荐黄藏寺水库调节库容采用2.95亿m3，能够满足实现黑河分水方案和供水、灌溉、发电的需要，助力黑河水资源综合管理提档升级。

关键词：调节库容;论证;黄藏寺水库;黑河

中图分类号：TV62+2;TV697.1+1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.12.020

引用格式：杨丽丰，杨永建，李福生，等.黑河黄藏寺水库调节库容分析论证[J].人民黄河，2021，43（12）：105-108，114.

Abstract： Huangzangsi reservoir is a key control regulation and storage project in the main stream of Heihe River. The reservoir is developed with multi-objectives and the water supply objects refer to the natural ecology， national defense scientific research of Ejina Oasis in the lower reaches， irrigation， industrial， domestic and power generation use in the middle reaches of Ejina Oasis. In addition， the middle reaches of Heihe River has the characteristics of repeated conversion and reuse of surface water and groundwater， complex boundary conditions and many limiting factors， which brings great difficulties to the demonstration of reservoir regulation capacity. According to the reservoir development task of “rational allocation of ecological， economic and social water use in the middle and lower reaches of the Heihe River， improving the comprehensive management capacity of water resources of the river， taking into account the comprehensive utilization of power generation and other comprehensive utilization”， based on the different water demand characteristics and requirements of the middle and lower reaches of the Heihe River within the reservoir water supply range， according to the reservoir operation mode， using the Heihe dual structure water resources allocation model， a multi-scheme and long series runoff regulation calculation was carried. According to the comprehensive analysis， it is recommended that the regulating capacity of Huangzangsi Reservoir should be 295 million m3， which can meet the needs of water diversion scheme， water supply， irrigation and power generation of Heihe River and help to upgrade the integrated management of water resources of Heihe River.

Key words： regulating reservoir capacity; demonstration; Huangzangsi Reservoir; Heihe River

1 黃藏寺水库概况

黄藏寺水库位于黑河干流上，坝址在黑河东西两岔汇合后的峡谷河段，左岸为肃南县，右岸为祁连县，水库坝址控制流域面积7 648 km2，多年平均天然径流量12.85亿m3。黄藏寺水库属大（2）型Ⅱ等工程，拦河坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高123 m。水库正常蓄水位2 628 m，正常死水位2 580 m，极限死水位2 560 m，设计洪水位2 628 m，校核洪水位2 628.70 m;水库总库容4.03亿m3，调节库容3.34亿m3（淤积前）～2.95亿m3（淤积后），死库容0.61亿m3;水库电站装机容量为4.9万kW，多年平均发电量2.03亿kW·h[1-2]。水库开发任务为：合理调配中下游生态和经济社会用水，提高黑河水资源综合管理能力，兼顾发电等综合利用。

2 水库供水范围及规模

2.1 水库供水范围

根据黄藏寺水库的开发任务和开发目标，对黑河中下游进行水资源合理配置、高效利用，保证正义峡断面下泄水量满足国务院批复的黑河分水方案要求，兼顾下游额济纳绿洲生态关键期用水需求，同时保证国务院批复的《黑河流域近期治理规划》确定的中游地区灌溉面积的用水要求[3]。黑河上游用水较少，因此黄藏寺水库的供水范围为：黑河中下游经济社会从黑河干流引水的区域和下游生态用水区域，包括黑河中游灌区、下游鼎新灌区、东风场区和额济纳绿洲。

2.2 需水要求

2.2.1 中游灌区

黄藏寺水库对黑河中游的供水范围为以黑河干流为水源的12个灌区。灌区现状总人口为70.18万人，城镇化率37.9%，牲畜150.22万头（只），工业增加值46.12亿元，有效灌溉面积12.18万hm2，其中农田面积9.48万hm2、人工林草面积2.70万hm2。

根据预测，设计水平年2030年灌区总人口为78.93万人，城镇化率57.6%，牲畜184.42万头（只），工业增加值261.86亿元，有效灌溉面积维持12.18万hm2不变。预测总需水量为10.89亿m3，其中农田灌溉需水量为7.92亿m3，人工林草灌溉需水量为1.57亿m3，工业需水量为0.88亿m3，城乡生活需水量为0.52亿m3（见表1）。

2.2.2 黑河下游

黑河下游主要包括甘肃省金塔县的鼎新灌区、东风场区和位于下游绿洲核心区的内蒙古额济纳旗。

（1）国民经济需水。根据预测，设计水平年2030年黑河下游国民经济需水量为2.67亿m3，其中城乡生活需水量0.10亿m3，工业需水量0.27亿m3，农田及林草灌溉需水量2.30亿m3（见表2）。

（2）额济纳绿洲天然生态需水[4]。利用解译的遥感卫片成果进行生态分区，建立植物生长与地下水位埋深关系模型，采用实测资料对不同植被蒸腾参数进行确定。在此基础上，分析计算了黑河下游额济纳绿洲天然植被不同群落、不同地下水位埋深的植物蒸腾和潜水蒸发量，计算额济纳绿洲天然生态需水量。现状年总需水量为5.47亿m3，设计水平年2030年总需水量为7.46亿m3（见表3）。可以看出，年内7月需水量最大，6月次之，1月需水量最小。

《黑河下游绿洲生态水需求研究报告》（中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，2010年1月）中分析了植物叶片尺度及植物群落尺度的植物耗水过程、地下水位的时空变化特征等，成果表明，额济纳绿洲天然生态需水的关键期为4月和8月，其中4月需水量0.79亿m3，8月需水量1.07亿m3。

2.2.3 水库坝下生态基流

采用90%来水频率枯水期平均流量计算法、近10 a最小月平均流量法、典型年最小月径流法和最小月平均实测径流量法等多种方法计算，经综合分析，枯水期（10月—次年3月）黄藏寺水库下游河道最小生态基流采用9.0 m3/s，兼顾发电。

3 水库运用方式

根据黄藏寺水库的开发任务，通过对水库集中输水时机、输水量和输水流量等进行分析研究，拟定水库的运用方式[5]。汛期（7—9月），利用7月中旬、8月中旬中游灌区灌溉间歇期，实施生态调度，水库相对大流量集中向下游输水，输水流量为300～500 m3/s，9月中下旬视年度黑河分水方案完成情况，相机向下游输水，输水流量为110 m3/s，其他时段水库按照设计的中游灌区需水要求泄水;10—11月水库在按照设计的中游灌区需水要求泄水的同时开始蓄水运用，蓄水位最高可至水库正常蓄水位;10月—次年3月，水库按坝下游生态要求泄放生态基流（9 m3/s），兼顾发电;4—6月，选择4月上中旬实施生态调度，相对较大流量集中向下游输水，输水流量为110 m3/s，其余时段水库按照设计的中游灌区需水要求泄水。

4 水库调节库容论证

4.1 计算模型

计算模型采用黑河二元结构水资源配置模型。该模型包括黑河上游水库调度模型、黑河中游地下水均衡模型、地下水数值计算模型和水资源供需配置模型等[6]。模型总体结构见图1。

4.2 计算条件

（1）黑河干流水量分配方案[7]。当莺落峡多年平均来水15.8亿m3时，分配正义峡下泄水量9.5亿m3，其中分配给鼎新灌区毛水量0.9亿m3，东风场区毛水量0.6亿m3。莺落峡不同保证率来水时正义峡分配水量见表4。

（2）入库径流。采用1960年7月—2013年6月53 a径流系列，该系列黄藏寺坝址断面多年平均天然径流量为12.85亿m3，扣除坝址以上耗水0.12亿m3后，设计年入库径流量为12.73亿m3。

（3）其他可利用水资源量。除利用黑河地表水资源量外，黄藏寺供水范围内黑河中游灌区可利用其他水资源量为4.64亿m3，其中地表水资源量为0.25亿m3、地下水资源量为4.39亿m3;下游可利用其他水资源量2.22亿m3，其中额济纳绿洲区为1.47亿m3。

（4）水库有效库容曲线。采用数学模型进行库区泥沙冲淤计算。根据水库泥沙淤积分析，采用黄藏寺水库淤积50 a后有效庫容曲线（见图2）进行径流调节计算。黄藏寺水库淤积50 a后，死水位2 580 m以下有效库容为0.38亿m3，正常蓄水位以下有效库容为3.33亿m3。

（5）其他。黄藏寺水电站综合出力系数采用8.2，水头损失采用水头损失曲线进行计算。

4.3 计算原则

根据黄藏寺水库的开发任务，按照黑河分水方案，结合黑河中游灌区和下游额济纳绿洲天然生态不同的需水要求及特点，提出如下水库径流调节计算原则。

（1）优先满足黑河分水方案。在来水无法满足水库供水范围供水对象的需水要求时，来水优先满足黑河分水方案正义峡断面下泄水量要求，对中游灌区供水量进行缩减。

（2）地下水利用。保持适度的地下水开采规模，开采量以基本维持地下水均衡为原则。中游灌区地下水可开采量为4.39亿m3，下游地下水可开采量为0.96亿m3，地下水优先满足生活、工业用水，其次作为高效节水灌溉水源，多余水量补充农业灌溉地表供水的不足。

（3）调节库容选择。在满足黑河分水方案要求的前提下，以中游灌区缺水量最小为目标，通过迭代计算，选择水库调节库容。

（4）在满足正义峡断面下泄水量的前提下，兼顾额济纳绿洲天然生态关键需水期的需水要求。

（5）兼顾发电，开发河段水能资源。

4.4 水库调节库容计算

（1）水库供水过程。黑河中游存在地表水、地下水多次转换、重复利用的特点，根据供水范围内的需水预测成果，需水过程不能完全等同于需要黄藏寺水库调节的供水过程。如经水库调节供出的1 m3水对于灌区可以发挥大于1 m3水的供水作用，这是黑河中游有别于其他河流的显著特点，这一特点的存在给黄藏寺水库调节库容分析论证带来了特殊的要求。

计算中，以中游灌区的需水量和需水过程为基础，在满足黑河分水方案要求的前提下，以中游灌区缺水量最小为目标，采用黑河二元结构水资源配置模型进行黄藏寺水库不同调度运用方式、不同来水年份的径流模拟计算，得到各方案的水库出库流量过程。i时段黄藏寺水库出库流量为

（2）计算结果。利用1960年7月—2013年6月53 a径流系列，以旬为计算时段，进行黄藏寺水库径流调节计算[8]，得出逐年的水库调节库容。对水库调节库容按照从小到大的顺序排频，黄藏寺水库基本调节库容频率曲线见图3，设计保证率50%时黄藏寺水库需要的基本调节库容为2.95亿m3。

4.5 水库调节库容确定

以水库基本调节库容2.95亿m3为基础，按照水库径流调节计算条件和计算原则及拟定的运行方式，利用黑河二元结构水资源配置模型，进行黄藏寺水库长系列逐旬径流调节计算和中游灌区水资源供需平衡模拟计算。计算结果表明，黄藏寺水库调节库容采用2.95亿m3，经水库调节，正义峡下泄水量可以实现国务院批复的黑河分水方案，同时兼顾了下游额济纳绿洲天然生态年内春季4—6月关键需水期的需水要求，使中游灌区灌溉供水保证率达到51%，满足设计要求。

在2.95亿m3调节库容上下，选择了2.70亿、3.20亿、3.40亿m3等3个调节库容方案作为比选方案，对水库调节库容进行技术经济比较（见表5）。通过对各方案正义峡断面来水量及額济纳绿洲天然生态需水关键期水量、中游灌区供水、水库蓄满率和发电指标、工程投资及经济内部收益率等技术经济指标分析比较，水库调节库容为2.95亿m3方案较优。

通过综合分析，确定黄藏寺水库的调节库容为2.95亿m3。

5 结 语

黄藏寺水库是黑河干流控制性骨干调蓄工程，水库为多目标开发，供水对象涉及黑河下游额济纳绿洲天然生态用水和国防科研用水，中游灌区灌溉、工业生活用水和水库电站发电用水等，加之黑河中游具有地表水和地下水多次转换、重复利用的特点，边界条件复杂，限制因素多，水库调节库容论证难度大。根据黄藏寺水库的开发任务，基于水库供水范围内黑河中游国民经济和下游额济纳绿洲天然生态不同需水要求及其特点，按照拟定的水库运用方式，充分考虑黑河中游地表水、地下水多次转化和重复利用的特点，利用黑河二元结构水资源配置模型，进行了水库多方案、长系列径流调节计算，并进行技术经济比较，推荐黄藏寺水库调节库容采用2.95亿m3，能够满足实现国务院批复的黑河分水方案和水库开发任务及目标要求。

参考文献：

[1] 黄河勘测规划设计有限公司.黑河黄藏寺水利枢纽工程可行性研究报告[R].郑州：黄河勘测规划设计有限公司，2015：4.

[2] 黄河勘测规划设计有限公司.黑河黄藏寺水利枢纽工程初步设计报告[R].郑州：黄河勘测规划设计有限公司，2016：4.

[3] 中华人民共和国水利部.黑河流域近期治理规划[M].北京：中国水利水电出版社，2002：5-6.

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[6] 李福生，侯红雨，谢越韬.黑河中游地表水、地下水转化及水资源配置模型[J].人民黄河，2008，30（8）：64-66.

[7] 黄河水利委员会.黑河流域综合规划[R].郑州：黄河水利委员会，2018：80-81.

[8] 叶守泽.水文水利计算[M].北京：中国水利水电出版社，1992：30-45.

【责任编辑 张华岩】