朱天平
目前,黄河古贤水利枢纽工程已列入国务院重点推进的172项重大水利工程项目。建议及早上报项目建议书,抓紧开展项目建议书的评估立项、项目法人组建等相关工作,力促项目早日落地。
工程概况
黄河古贤水利枢纽(以下简称古贤工程)位于黄河中游北干流碛口至禹门口河段,壶口瀑布上游约10.1公里处,左岸为山西省吉县,右岸为陕西省宜川县。古贤工程控制黄河流域总面积的65%,控制黄河80%的水量和66%的沙量,特别是控制黄河80%的粗泥沙量。古贤工程是黄河水沙调控体系的重要组成部分、黄河七大控制性骨干工程之一。工程开发任务为:以防洪减淤为主,兼顾发电、供水和灌溉等综合利用。
古贤水库为大(1)型水库,防洪标准按1000 年一遇洪水设计,10000年一遇洪水校核。设计洪峰流量为38500立方米每秒 ,校核洪峰流量为49400立方米每秒。水库总库容134.61亿 立方米,其中防洪库容12亿立方米,调水调沙库容20亿立方米,拦沙库容93.6亿立方米。电站总装机容量2100兆瓦,多年平均年发电量70.83亿度。
古贤工程主要建筑物包括1座混凝土面板堆石坝、5条排沙洞、3条明流泄洪洞、1座开敞式溢洪道和引水发电系统等。混凝土面板堆石坝最大坝高180.5米,坝顶长1011米,宽12米。8条泄洪排沙洞和6台机组电站引水发电系统均布置在左岸,14条隧洞的进口集中布置在呈“一”字形排列的8座进水塔内。泄洪排沙洞洞线平行直线布置,出口集中消能。溢洪道布置在右岸,共3孔,单孔净宽13米。古贤工程总泄洪量为12100 立方米每秒。为满足两岸远期灌溉供水要求,两岸分别布置进口高程578米的进水塔和直径6.4米的圆形灌溉洞。
古贤工程总占地面积36.5万亩,淹没影响总人口2.01万人,吴堡县城不受淹没影响。按2015年第一季度价格水平计算,工程静态总投资为455亿元。
历次规划对古贤工程的定位
1954年的《黄河综合利用规划技术经济报告》中,龙羊峡以下黄河干流布置了46座梯级枢纽工程。碛口至禹门口河段的开发采用七级开发方案,布置了7座梯级径流电站,河段开发目标主要是发电,其中最后一级为龙门水电站。为了保证航运,龙门水电站的蓄水淹没了壶口瀑布。
1960年,黄河水利委员会(以下简称黄委)提出的《黄河中游干流开发意见的报告》中,认为碛口至禹门口河段位于峡谷区,水库淹没损失少,梯级开发方案应根据地形地质条件,尽可能加大坝高,建议采用三交、龙门两级开发,开发任务仍以发电为主。
1978年,原黄委设计院提出了《龙门水库选坝报告》,同年原水利电力部对该报告进行了批示。明确提出,碛口至禹门口河段宜按军渡、三交、龙门、禹门口四级开发,龙门水库采用高坝方案,坝址选在舌头岭,主要任务是灌溉、发电兼顾防洪减淤,不再考虑航运要求。
1988年8月,国务院以《批转建设部关于审定第二批国家重点风景名胜区报告的通知》(国发【1988】51号文),确定黄河壶口瀑布风景名胜区为国家重点风景名胜区。因壶口瀑布位于龙门水库上游,水库的修建将淹没壶口瀑布。为了保留壶口瀑布景观,在1993年水利部审查通过的《黄河北干流碛口—禹门口河段梯级开发规划修订报告》中,将龙门坝址移至壶口瀑布上游10.1公里处的古贤坝址,河段开发任务调整为防洪、减淤、灌溉和发电。
1997年编制的《黄河治理开发规划纲要》中,提出龙羊峡、刘家峡、大柳树、碛口、古贤、三门峡和小浪底等7大控制性骨干工程为综合利用枢纽工程,构成黄河水沙调控体系的主体。中游的碛口、古贤、三门峡和小浪底水利枢纽构成黄河洪水和泥沙调控工程体系的主体。
2002年7月国务院批复的《黄河近期重点治理开发规划》中,进一步明确了上述7座控制性骨干工程构成黄河水沙调控体系的主体,明确了古贤水利枢纽在黄河下游防洪减淤工程体系中的重要地位,并提出早日开工建设。
2008年7月国务院以国函【2008】63号文批复《黄河流域防洪规划》,进一步明确了古贤工程的功能定位和任务,指出“在黄河上中游兴建一批水库工程,形成以龙羊峡、刘家峡、大柳树、碛口、古贤、三门峡和小浪底七座干流骨干水利枢纽工程为主体的黄河水沙调控体系,拦蓄洪水泥沙,调水调沙”。规划明确古贤工程的开发任务以防洪减淤为主,综合利用。
2013年3月,国务院批复的《黄河流域综合规划(2012—2030年)》中,指出“根据黄河干流来水来沙条件和地形地质条件,在来沙较多,特别是粗泥沙产沙量较为集中的北干流河段,规划建设古贤、碛口水利枢纽,与三门峡和小浪底水库共同构成中游洪水泥沙调控子体系的主体”,“工程开发任务以防洪减淤为主,兼顾发电、供水和灌溉等综合利用”。
工程建设的必要性
(1)黄河长治久安是国家政治经济稳定发展的重要保障。黄河下游是举世闻名的“地上悬河”,河道高悬于黄淮海平原之上,束范于1371公里的两岸长堤之间。目前黄河下游防洪保护区约12万平方公里,洪水泥沙灾害影响范围涉及冀、鲁、豫、皖、苏5省110个县(市);区内有开封、新乡等重要城市和京广、陇海、京九、津浦、新菏等重要铁路干线及连霍、京珠等高速公路;还有中原油田、胜利油田、兖济煤田、淮北煤田等国家重要的能源基地等。黄河洪水决溢不仅将对经济社会造成极大破坏,更为严重的是,水退沙存,洪水携带的泥沙将淤高城市、农村地面,淤堵灌溉排水系统及治淮、治海河系,使大片良田沙化,生态环境将遭受严重破坏,且长期难以恢复。
因此,要维持黄河下游防洪保护区社会稳定、经济发展的战略环境,必须在一个较长时期内,保障黄河现行河道安全稳定行河,岁岁安澜。
(2)建设古贤工程是实现黄河长治久安的关键举措之一。黄河问题的根本症结在于“水少沙多,水沙关系不协调”。解决黄河的洪水泥沙问题,必须治水治沙并重,统筹安排,通过“拦、调、排、放、挖”综合措施处理和利用泥沙。
具体措施主要包括:在上中游黄土高原地区坚持不懈地开展水土保持工作,减少进入黄河下游的泥沙;干流骨干水库群(包括三门峡、小浪底、古贤和碛口等水库)进行调水调沙;利用下游河防工程(包括堤防和河道整治工程)排洪排沙;实施小北干流滩区、温孟滩区、下游滩区放淤,减少进入下游的泥沙;对“驼峰”河段、“二级悬河”严重的河段、畸形河段和河口地区,采用“挖”的办法疏浚河道,减缓淤积,加固堤防。
在黄土高原地区开展水土流失治理,是解决黄河泥沙问题的最根本措施。按照《黄河流域综合规划》(2012—2030年),通过坚持不懈地开展水土流失综合治理,争取在全面完成规划的建设任务后,使水利水保措施年均减沙量达到8亿吨。但是,假定减沙量8亿吨的目标能按期实现,黄河仍旧是一条输沙量很高的河流。因此,除坚持不懈地开展水土保持工作外,解决黄河泥沙问题还必须采取其他有效措施。
规划安排在小浪底水库拦沙期结束时(2030年左右)建成运用古贤工程,可拦沙121.68亿吨,在古贤水库拦沙期(约30年)内可减少下游河道淤积达79.33亿吨,大体相当于小浪底水库调水调沙和水土保持措施作用下33年的淤积量。预估2060年左右古贤水库拦沙完成,古贤水库和小浪底水库联合调水调沙,可以减少下游河道淤积1.0亿吨。
古贤水库拦沙结束后,小浪底和古贤水库联合调水调沙,并持续开展水土保持工作,估算下游河道年淤积量为2.0亿吨左右,下游河道淤积量大大减轻,但仍不能满足控制黄河下游不淤积抬升的需要。需要进一步完善水沙调控体系,规划在古贤水库拦沙期结束时,可拦沙144亿吨的碛口水库建成运用,拦沙期(30年左右)内可以减轻下游河道淤积约90亿吨,大体相当于小浪底和古贤水库联合调水调沙以及水土保持措施作用下黄河下游河道45年的淤积量。碛口水库拦沙库容淤满以后,小浪底、古贤、碛口水库联合调水调沙可以减少下游河道淤积1.5亿吨。
由于在古贤水库拦沙期,尤其是在碛口水库拦沙期,坝址以下仍有部分泥沙加入,下游河道将处于微淤或者淤积状态;碛口水库拦沙任务完成以后,小浪底、古贤、碛口水库联合调水调沙以及水土保持措施作用下,下游河道每年还将淤积约1.5亿吨。规划进一步安排实施黄河中游小北干流两岸滩区放淤,结合黄河下游“二级悬河”治理,继续实施下游滩区放淤,放淤泥沙总计约200亿吨,减淤量相当于小浪底、古贤、碛口水库联合调水调沙以及水土保持措施作用下的80年淤积量。
上述措施的实施,可以保障在22世纪中叶以前黄河下游河道不显著淤积升高。22世纪中叶以后,小浪底、古贤、碛口水库联合调水调沙,并坚持不懈地开展水土保持工作,以及通过南水北调西线调水补充河道冲刷用水,下游河道每年淤积0.5亿~1.0亿吨。届时,利用较为完善的水沙调控体系联合调控洪水、泥沙,协调水沙关系,同时辅以挖河疏浚或利用管道高效输沙等措施,可控制下游河道不显著淤积升高,达到现行河道长期安全行河的目的。
(3)古贤工程是黄河水沙调控体系中的核心工程。黄河水沙调控工程体系是以干流的龙羊峡、刘家峡、黑山峡、碛口、古贤、三门峡、小浪底等骨干水利枢纽为主体,以干流的海勃湾、万家寨水库及支流的陆浑、故县、河口村、东庄等水库为补充共同构成。其中,位于上游的龙羊峡、刘家峡、黑山峡水利枢纽构成黄河水量调控子体系,通过联合运用,对黄河水资源进行优化配置,恢复宁蒙河段协调的水沙关系;位于中游的碛口、古贤、三门峡、小浪底和万家寨、陆浑、故县、河口村、东庄水利枢纽构成黄河洪水、泥沙调控子体系,调节下游超标准洪水、拦减进入下游的泥沙、调水调沙,通过调水调沙塑造相对协调的水沙关系进入下游,减少下游河道淤积,维持下游中水河槽过流能力。
黄河干流水沙调控体系的两个子体系,其功能各有侧重,但又密不可分,两者共同构成一个有机的整体。
小浪底水库投入运用以来,通过水库拦沙和调水调沙运用,在减少河道淤积、恢复主河槽过流能力等方面发挥了重要作用。2002年以来,以小浪底水库为主进行了16次调水调沙,至2013年4月小浪底水库拦截泥沙28亿立方米,在拦沙和调水调沙的共同作用下,下游河道全线发生冲刷,累计将23.35亿吨泥沙冲刷入海,主河槽最小过流能力由1800立方米每秒恢复到了4000立方米每秒以上,对稳定河势、保障黄河防洪安全和黄河滩区群众正常的生产生活发挥了巨大作用。
以小浪底水库为主的调水调沙治黄实践表明,利用水沙调控体系坚持不懈地调水调沙,对减少下游河道淤积、遏制主河槽淤积萎缩、长期保持主河槽适宜的行洪输沙能力,具有巨大的作用,是行之有效的重大举措。然而,由于现在黄河水沙调控体系尚不完善,目前主要依靠小浪底水库调水调沙在泥沙调节方面存在着很大的局限性,对下游河道的减淤作用和主槽维持作用将大为降低。
按目前的设计水沙条件预估,小浪底水库拦沙库容淤满后,仅利用10亿立方米的槽库容调水调沙,预估黄河下游平均年淤积量为2.83亿~3.29亿吨,河道年均淤积抬升0.071~0.083米。通过小浪底水库拦沙和调水调沙创造的较好的河道形态又将逐步趋于恶化。
因此,迫切需要在黄河中游干流上建设一座控制性水库,与小浪底水库形成一个相对完善的调控体系,从根本上克服现状工程调水调沙的局限性。这一座控制性水库就是古贤工程。为使小浪底水库有限的库容和水资源条件发挥最大的减淤效果,古贤水库在小浪底水库拦沙库容淤满前投入运用是十分必要的。
■ 古贤工程的重要作用
(1)与小浪底水库联合运用,减轻黄河下游河道淤积。古贤工程基本控制了河口镇至龙门区间的洪水和泥沙。水库可拦沙140.2亿吨,有效减少进入下游河道的泥沙。如果按规划时间投入运用,古贤、小浪底水库联合运用60年可减少黄河下游河道淤积量达110.24亿吨,扣除小浪底水库调水调沙的减淤作用后,古贤水库可减少黄河下游河道淤积量达85.22亿吨,相当于现状工程条件下30年的淤积量。
古贤水库拦沙完成后,利用其长期有效库容20亿立方米和小浪底水库长期有效库容10亿立方米进行调水调沙,可以平均每年减少下游河道淤积1亿吨左右。
因此,继小浪底水库之后,不失时机地建设古贤工程,是处理黄河泥沙、缓解黄河下游河道淤积、保障防洪安全的重大战略措施。
(2)与小浪底水库联合运用,可以较长期维持下游的中水河槽泄洪排沙能力。古贤工程投入运用后,与小浪底水库联合调水调沙,可对小洪水过程进行重新塑造,较长时期协调进入黄河下游的水沙关系。在黄河遇不利水沙条件、下游主槽严重淤积萎缩时,与小浪底水库联合调水调沙泄放适合塑槽的流量过程,对维持小浪底水库恢复的黄河下游河道中水河槽行洪输沙能力具有十分重要的作用。对一般情况的来水来沙条件,在古贤、小浪底水库的联合作用下,可使黄河下游中水河槽过流能力在50年内基本维持在4000立方米每秒水平;即使遇连续枯水年,也可使中水河槽过流能力不低于3500立方米每秒。对减缓黄河下游河道泥沙淤积、提高下游中水河槽过流能力具有显著作用。
(3)降低潼关高程,有利于渭河下游防洪。长期以来,潼关高程及其引发的一系列问题一直受到国家和社会各界的高度重视,降低潼关高程和控制潼关高程也是治黄工作的重要目标之一,并采取了诸如调整水库运用水位、挖河疏浚、河道裁弯取直、优化并利用桃汛洪水冲刷降低潼关高程试验等多种措施进行治理,起到了一定的作用,但这些措施受到多方面的限制,目前潼关高程仍在328米左右。
多年的研究结果表明,潼关高程变化与黄、渭(包括北洛河)来水来沙条件、三门峡水库运用、前期河道淤积及河势条件等因素有关,相关因素交织,规律复杂。在其他条件相近的条件下,水沙条件是影响潼关高程升降的主要因素。因此,改善潼关河段的水沙条件是降低潼关高程的重要途径。
古贤工程建成后,通过水库拦沙和调水调沙运用将从根本上改变小北干流和潼关河段不利的水沙关系,可使小北干流河段显著冲刷,潼关高程显著下降。研究表明,古贤工程投入运用后,小北干流河段最大冲刷量达14.07亿吨,潼关高程与水库运用之初相比最大下降值达2.29米。由于潼关高程降低,溯源冲刷至支流渭河入黄口以上距离达200公里,使支流渭河华县断面平均河底高程下降1.5米,从而有效减轻渭河的防洪压力并显著提升渭河下游的防洪标准。
(4)减少小北干流和潼关以下三门峡库区滩区淹没损失,减轻三门峡水库淤积,有利于三门峡水库长期发挥削减黄河下游洪水作用。古贤工程基本上控制了河口镇至龙门区间的洪水,水库对入库大洪水分级控制,可将坝址1000年一遇洪峰流量由38500立方米每秒削减到12100立方米每秒;100年一遇洪峰流量由27400立方米每秒削减到10500立方米每秒;20年一遇洪峰流量由19600立方米每秒削减到8990立方米每秒。古贤水库运用后可以减轻小北干流、三门峡潼关以下库区的滩区洪水淹没损失。
黄河壶口至潼关河段呈北南流向,流凌时易形成冰塞堵塞河道,水位快速上涨,淹没滩地。古贤工程建成以后,由于水库对坝址以上冰的拦蓄,冬季来自古贤以上的冰块不再进入该河段,大大减轻由冰块壅塞河道的物质条件,可减少因冰塞造成的滩区淹没损失。
古贤水库还可大幅度减少三门峡水库滩库容损失。对于1933年型1000年一遇洪水,三门峡水库滩库容淤积由无古贤水库的14.89亿立方米减少为7.43亿立方米;100年一遇洪水滩库容淤积由8.57亿立方米减少为1.82亿立方米;50年一遇洪水滩库容淤积由5.89亿立方米减少为0.91亿立方米。三种频率洪水分别减少库容淤损7.46亿立方米、6.75亿立方米和4.98亿立方米,滩库容损失比无古贤水库条件下减小50%~85%。由于水库滩地以上库容不具有可恢复性,古贤水库防洪运用大幅减少了三门峡水库滩库容淤损,对长期发挥三门峡水库对黄河下游河道的防洪作用具有重要意义。
由此可见,古贤工程对减轻壶口至潼关滩区洪(凌)灾害损失,对减轻三门峡潼关以下库区滩区洪灾损失,对三门峡水库长期运用具有重要的作用。
(5)改善黄河金三角地区供水条件,对相关地区经济发展提供水源保障。黄河金三角包括山西的临汾市、运城市,以及陕西的渭南市、河南的三门峡市,处于我国中西部结合带和欧亚大陆桥重要地段,是实施西部大开发战略和促进中部地区崛起战略的重点区域,是我国中西部地区特色农产品生产加工、能源原材料、煤化工及装备制造业基地,在我国区域发展格局中具有重要作用。
山西的临汾市、运城市和陕西的渭南市,对黄河干流水源主要采用高扬程提水,运行费巨大,开发的灌溉面积远小于设计灌溉面积。古贤工程的兴建,通过坝上预留的取水口及地方配套工程,使得山西临汾、运城盆地和陕西渭北的泾东地区由高抽供水变为自流供水,将极大改善上述三市的黄河干流供水条件。陕西延安市供水区可减少抽黄扬程110米以上,从而为加快区域经济社会发展提速助力。
(6)开发水能资源,为两岸经济发展提供优质电量。古贤工程总装机容量2100兆瓦,年均发电量70.83亿度,可替代2310兆瓦火电装机,相当于每年节约286万吨标准煤,不仅为流域经济社会发展提供新的能源,同时还将起到减少环境污染、节能减排等作用。
(7)基本解除壶口至潼关河段冰凌灾害。古贤工程建成后,由于水库对坝址以上冰的拦蓄,冬季不再有大量的流冰进入该河段,基本消除了由冰块壅塞形成冰坝的物质条件,同时水库拦沙和调水调沙作用使小北干流河段河槽过流能力大幅提高,也增加了水流输冰能力,对解除该河段冰凌灾害具有重要作用。
(8)为小北干流大规模放淤创造条件。小北干流放淤是处理黄河粗泥沙的重要举措之一,可放淤量约150亿吨。古贤工程建成后,在无支流高含沙洪水时,可以水库淤积的粗泥沙为沙源,以河口镇来水为动力冲刷库区淤积的泥沙,形成含沙量相对较高的出库水流,人工塑造适合于放淤的水沙过程,进行淤粗排细,使进入黄河下游和小浪底水库的粗沙明显减少。
古贤工程与小北干流放淤工程结合,还有利于延长古贤水库拦沙运用年限、长期保持有效库容,对长期协调黄河水沙关系具有重要作用。
综上所述,古贤工程是黄河干流控制性骨干工程,在黄河水沙调控体系中具有承上启下的战略地位。工程建设关系黄河下游的安澜、国家经济社会发展战略部署,并具有巨大的社会、经济、环境和生态效益,尤其是对下游河道减淤、维持中水河槽过洪排沙能力和改善两岸供水条件,以及确保区域供水安全、粮食安全具有巨大作用,对实现黄河长治久安具有极其重要的战略意义。