方案集：不考虑调水方案的优化方法

本节以来水、来沙（含沙量）、参与水沙调控水库数目及其组合、可调水量等调控指标为基础，在不考虑调水的条件下，分析各种情景下的指标值，以设置不考虑西线调水的典型年水沙调控方案集。

1.来水

来水主要包括龙羊峡以上来水、龙羊峡—刘家峡区间来水以及刘家峡—兰州站区间来水。其中，以龙羊峡以上来水的形势变化作为重点分析对象。唐乃亥站是龙羊峡水库的控制站。龙羊峡以上来水由唐乃亥站水量决定。因此，本节根据唐乃亥站天然径流序列，对1956—2010年唐乃亥站径流变化进行分析，选取典型年的来水过程作为龙羊峡以上来水的重要参考依据。

为了定量描述龙羊峡水库的来水，拟通过典型年选取，以典型年确定不同情况的来水。以95%、75%、50%、25%和5%分别作为枯水年、偏枯水年、中水年、偏丰水年和丰水年的来水频率。为了更贴切近几十年唐乃亥站的来水情况，以龙羊峡水库建库以后1987—2010年作为典型年选取系列，分别选取2006年、1995年、2007年、1999年、2009年作为枯水年、偏枯水年、中水年、偏丰水年和丰水年，见表3-3、表3-4和图3-3。

可以看出，来水主要集中在汛期6—10月；偏丰水年在7月获得了月平均流量的最大值，而不是发生在丰水年份；丰水年份的年水量最大。

考虑到来水对水沙调控的影响以及黄河干流水资源供需情况，在平水年、偏枯、枯水年份不考虑梯级水库群的水沙调控，仅考虑在部分偏丰、丰水年进行梯级水库群水沙调控，以免加剧日益恶化的水资源供需矛盾。对于龙羊峡—刘家峡以及刘家峡—兰州站的区间来水，取水沙调控期间各区间来水的多年平均值作为参考依据。

2.来沙（含沙量）

由4.4.1的研究成果可知，黄河上游沙漠宽谷河段的泥沙主要来自河道自产沙，即除上游断面带来少量泥沙外，多数泥沙以塌岸、风沙及支流洪水的形式进入河道，主要来源于宁夏河东沙地、内蒙古乌兰布和沙漠、库布齐沙漠及支流十大孔兑四大重点粗砂区，且区间来沙量有时甚至大于支流来沙量。可见，受河岸坍塌、降雨、支流汇入、洪水等因素的影响，河道各断面来沙以及区间产沙情况无法人为控制。来沙或含沙量作为不可调控因子，主要影响冲沙输沙流量的大小以及河道的输沙能力，最终影响水沙调控各方案的输沙量值，是重要的水沙调控参数。此外，由2.2.1水沙调控的途径可知，河道各断面的泥沙经水土保持固沙拦沙、河道滩地疏浚引沙放淤、人工挖河减淤等泥沙治理措施后，减少了入黄沙量，改变了各断面的含沙量。考虑到“固”“拦”“放”“挖”等措施实施力度的不同，减少的入黄沙量和引走的沙量都是未知的、不确定的。因此，鉴于来沙、产沙、治沙多方面的不确定性，根据5.1.3各区间河段水沙规律的研究成果，将各河段含沙量分为四个区间，即0～3kg/m3，3～7kg/m3，7～15kg/m3和大于15kg/m3。考虑到黄河上游沙漠宽谷河段严重淤积河段的含沙量主要在3～7kg/m3、7～15kg/m3区间内，且大于15kg/m3以上的含沙量时河道基本不具有冲沙输沙条件。因此，本节主要以含沙量在3～7kg/m3、7～15kg/m3区间的泥沙调控为主，不考虑0～3kg/m3以及大于15kg/m3的情况。鉴于区间来沙和区间引沙主要发生在汛期，在非汛期进行水沙调控时暂不考虑区间来沙和区间引沙的影响。

以“固”“拦”“放”“挖”等综合水沙调控措施为减少源区以及区间泥沙的有效手段，考虑水土保持、防风固沙、部分水库拦沙以及区间放水引沙、挖沙等水沙调控手段，以梯级水库群调沙手段为主，其他减沙调控手段为辅，设置不同的减沙情景，见表6-3。仅考虑“固”“拦”“放”“挖”等其他水沙调控辅助措施对研究区域各断面沙量减沙所做的贡献。

表6-3　不考虑调水各调控手段组合情况

3.参与水沙调控水库数目及其组合

参与水沙调控的水库包括龙羊峡、刘家峡、黑山峡梯级水库群，参与发电调度的水库包括龙羊峡、拉西瓦、李家峡、公伯峡、积石峡、刘家峡、黑山峡梯级水电站（群）。黄河上游沙漠宽谷河段参与水沙调控水库3座，具体的组合方式见表6-4。

表6-4　参与水沙调控的水库及其组合情况

4.可调水量(www.xing528.com)

由图6-3龙羊峡水库1987—2010年的蓄/补水量过程可以看出，龙羊峡水库的蓄补过程与丰枯年份具有良好的吻合程度，水库在枯水年份补水，可调水量不足。龙羊峡水库补水年份11年，多年总补水量349亿m3，多年平均补水量32亿m3。因此，为了保证龙羊峡水库多年补水水量，除死水位对应的53.43亿m3死库容外，水库至少需要保证32亿m3调节库容来应对枯水年份的补水情况，对应的龙羊峡水库水位为2546.50m，即龙羊峡水库的年终消落水位不得低于2546.50m。理论上可认为，龙羊峡水位在2546.50m以上的水量作为可调水量。具体的可调水量取决于来水以及水库蓄水情况。

图6-3　龙羊峡水库1987—2010年蓄/补水量

本节分别取2010年（偏丰水年）、2020年和2030年作为基准年和远景年，在不同的来水和供水情况下，分析可调水量。设置不同的可调水量情景，为黄河上游沙漠宽谷河段水沙调控方案的构建奠定基础。以2010年为例。2010年唐乃亥站来水较丰，为偏丰水年。对于黄河全流域来说，2010年唐乃亥站年实测径流量为197.10亿m3，其中龙羊峡—兰州站区间年径流量为106亿m3。为了保证兰州断面的综合供水要求，龙羊峡水库补水31亿m3，兰州站年实测径流量达到了314亿m3，超过兰州断面综合用水流量控制方案的最小水量238亿m3，确保了黄河全流域的水资源供需平衡。本节以2010年黄河上游梯级水电站群和河道水沙输移的实际情况为准，作为初始方案。

对于龙羊峡水库来水，龙羊峡入库水量185亿m3，出库水量215亿m3，水库向下游补水量30亿m3。龙羊峡水库蓄水位从2010年1月初的2591.15m降至12月末的2582.56m，总降幅8.59m，对应库容从214.24亿m3减少到184.41亿m3，库容减少约31亿m3，与水库补水量吻合。据此，可以推算2011年龙羊峡水库的可调水量为129亿m3。

远景年的可调水量不仅与龙羊峡蓄/补水量有关，还与远景年份龙羊峡水库的起始水位有关。理论上，起始水位与龙羊峡水库年末消落水位之间的水量可作为可调水量。取不同的年初水位作为远景年龙羊峡水库的起始水位，可以得到不同情景下的可调水量，见表6-5。

表6-5　不同年份的可调水量

注 龙羊峡蓄/补水量中，正值表示龙羊峡蓄水，负值表示龙羊峡补水。

由表6-5可以看出，可调水量主要由三部分组成：来水量、供水量和水库蓄水量，且可调水量的多少受来水、供水、龙羊峡水库蓄补水量以及起始水位的限制，是一项综合的调控指标。

以水沙调控持续30天、控制流量为2240m3/s和2580m3/s为例，开展黄河上游沙漠宽谷河段水沙调控，可调水量分别为58亿m3、67亿m3。与龙羊峡水库的可调水量比较，不同年份的可调水量均能够满足梯级水库群水沙调控期间的水量要求，可以开展黄河上游梯级水库群的水沙联合调度。

以梯级水库群的调沙手段为主，“固”“拦”“放”“挖”等水沙调控手段为辅，考虑龙羊峡、刘家峡、黑山峡等水库的不同组合情况，设置典型年的水沙调控方案集，见表6-6。其中，将2010年的实际情况作为初始方案。

表6-6　典型年的水沙调控方案集

注 表中“★”表示方案生成时选择的水沙调控手段，其数量表示调控力度。龙代表龙羊峡，刘代表刘家峡，黑代表黑山峡。