2020远景年：展望未来

2020年作为远景年，不同的来水、供水、来沙、水库电站初始条件等决定了龙羊峡水库可供调沙水量的不同。根据6.2节的研究成果，在2020年为偏丰或丰水年时对黄河上游沙漠宽谷河段进行水沙调控，各方案的调控成果见表9-2。

表9-2　2020年各方案计算结果

按照水沙调控的控制流量，将2020年水沙调控方案可分为两部分：一部分是研究区域含沙量大于7kg/m3、控制流量为2580m3/s的方案，如方案4～方案7；另一部分是研究区域含沙量小于7kg/m3、控制流量为2240m3/s的方案，如方案8。由于方案4与方案5、方案6与方案7仅仅是龙羊峡水库起调水位的不同，龙羊峡水库来水、龙羊峡—兰州站区间来水引水、下河沿—头道拐区间河段的来水及引水、来沙引沙、水沙调控的控制流量等均未发生变动，使得龙羊峡、刘家峡水库的下泄流量以及黄河上游沙漠宽谷河段各控制断面的流量过程未发生变化，各控制段面的来沙情况也未发生变化。因此，研究区域的冲刷输沙效果是相同的。对于方案8与方案7而言，其对比分析规律与方案1、方案2类似。

9.1.2.1　发电

由于刘家峡水库的始末水位未发生变化，各方案梯级发电量的变化主要由龙羊峡水电站的运行情况决定。由表9-2可以看出，各方案中龙羊峡水库的补水量依次减少，龙羊峡水库的发电流量减小，龙羊峡水电站发电量减少，造成梯级发电量呈减少趋势。方案4与方案5、方案6与方案7中，梯级发电量的变化主要是龙羊峡水库运行水位的高低引起的。方案4、方案6分别较方案5、方案7的运行水位高，同一流量的发电量大，因此在同样的流量过程条件下，方案4、方案6的梯级发电量均比方案5、方案7分别增加1.88亿k W·h、3.27亿k W·h。方案4与方案6相比，即丰水年较偏丰水年相比，由于来水大，方案4龙羊峡水电站满发月份大于方案6，加之方案6中龙羊峡、刘家峡水库的弃水量增加，发电量减小，梯级发电量相差6.50亿k W·h。若将方案4、方案6龙羊峡年末水位持平比较，方案4较方案6梯级发电量增加幅度更大，这主要归功于较大来水对梯级发电量增加的积极作用。对于方案7与方案8，与2010年方案2与方案1的比较分析一致。水沙调控控制流量的减少，龙羊峡、刘家峡弃水量减少，加之龙羊峡水位升高，使方案8中梯级发电量较方案7增加4.22亿k W·h，且龙羊峡水库年末水位较方案7抬高了1.9m。由此可以看出，龙羊峡、刘家峡梯级水库发电量的增加与水库来水、水库高水位运行以及弃水减少是分不开的，特别是来水，不仅可以保证梯级发电量的增加，而且还能够使得龙羊峡水库蓄水。

9.1.2.2　防洪、防凌

图9-7　2020年各方案刘家峡水库水位变化过程

对于防洪目标的分析，图9-7给出了2020年各方案刘家峡水库的水位过程。可以看出，在汛前，刘家峡水库7月初水位均降至1726m以下，8月水位一直在防洪限制水位1728m以下，预留足够的防洪库容，以保证2020年的防洪安全。刘家峡水库水位在汛期利用预留的防洪库容蓄水运行，到汛末将水库水位蓄至较高水位运行。10月初，刘家峡水库蓄至高水位，在流凌前，刘家峡水库11月的水位降至1724m以下，预留了足够的防凌库容进入防凌期，保证了各方案的防凌安全。在2020年年初，刘家峡水库水位为了保证开河期的小流量下泄，水位逐步抬高，蓄水量增加，在防凌安全不受到威胁的前提下，为水沙调控提供了充足的水量。因此，由2020年刘家峡水库水位变化过程可知，各方案能够保证汛期和凌期的防洪防凌安全，且刘家峡汛前水位主要由6月、7月龙羊峡来水、泄水及兰州断面供水流量决定。

9.1.2.3　供水

为了深入分析防凌目标和供水目标，图9-8给出了2020年各方案兰州断面的流量过程。2020年的水沙调控方案中，防凌期兰州断面的控制流量根据防凌预案中刘家峡水库的控泄流量推求得到，在封河期取各年最大值，保证宁蒙河段以大流量封河，开河期取各年最小值，保证断面的防凌安全。为了保证2020年沿黄各省（自治区）、二级区的工农业生态需求，2020年兰州断面的供水量需达到326亿m3，通过修正“87分水方案”可得到2020年各月的供水流量。将2020年兰州断面要求的控制流量过程绘入各调控方案计算的兰州断面控制流量过程图中，以分析各方案防凌和供水情况。

(www.xing528.com)

图9-8　2020年各方案兰州断面流量变化过程

由图9-8可以看出，从防凌期兰州断面流量控制而言，各方案兰州断面的流量严格按照要求的流量控制，能够保证凌汛期的防凌安全。从供水目标而言，各方案兰州断面的年供水总量分别为374亿m3、361亿m3、355亿m3，达到了326亿m3的供水总量要求。但部分方案的月供水控制流量未能达到要求供水流量。方案6～方案8兰州断面5月的供水流量达不到2020年要求的控制流量1508m3/s，其他月份流量均在要求的控制流量线以上；方案4、方案5兰州断面的供水流量达到了要求值，能满足兰州断面2020年的供水要求。产生供水破坏月份的原因是：受4月水沙调控的影响，龙羊峡水库的补水量不足以满足输沙冲沙流量，刘家峡水库将库区水量放空以补充不足的输沙冲沙流量，到达5月后，刘家峡水库无水可补，而为了避免产生弃水，龙羊峡以满发流量1200m3/s进行下泄，加上龙羊峡—刘家峡区间和刘家峡—兰州站区间流量，方案6～方案8中兰州断面的流量分别为1300m3/s、1300m3/s和1382m3/s，不能够达到1508m3/s的供水要求，进而造成5月产生供水破坏。方案4、方案5中兰州断面5月的供水流量之所以达到了要求流量，是因为丰水年区间来水较大，在龙羊峡满发的条件下，龙羊峡—刘家峡区间和刘家峡—兰州站区间来水补充流量308m3/s，使得兰州断面流量恰好达到了要求的流量，满足了供水需求。

因此，2020年偏丰水年的情况下，当水沙调控控泄流量为2580m3/s时，受水沙调控和区间来水较少的影响，兰州断面5月的控制流量未能满足供水要求，产生供水破坏月份。直接原因是：刘家峡水库因水沙调控放空后无水可补，龙羊峡水电站在保证不弃水的情况下满发流量仅1200m3/s，加上区间流量少，达不到5月兰州断面的供水流量，故而产生破坏。在防凌期，兰州各断面流量能够满足要求的控泄流量，各方案的防凌安全能够得到保证。

9.1.2.4　水沙调控

对于各方案的水沙调控目标而言，由表9-2可以看出，在龙羊峡、刘家峡水库出库流量一定的条件下，各断面输沙量及各区间河段冲淤量主要取决于各河段区间入流和区间引水的变化量。变化量为正区间入流大于区间引水，各断面的水沙调控流量增加；反之，各断面的水沙调控流量减少。在丰水年，由于下河沿—头道拐河段区间入流大于区间引水，除龙羊峡、刘家峡补充的水沙调控流量外，区间来水使部分断面的流量增加，方案4、方案5头道拐断面的输沙量以及下河沿—头道拐区间河段的冲刷量较方案6、方案7分别增加0.0025亿t和0.0571亿t，在龙羊峡、刘家峡水库相同的出库流量过程下，调度期内区间来水大的水沙调控方案的输沙冲沙效果得到改善。随着方案8中输沙冲沙流量的减少，含沙量和来沙量同步减少，使各断面的输沙量减少，区间冲淤量同步减少。由此，在确定了龙羊峡、刘家峡出库流量后，研究区域河段的输沙冲沙效果主要取决于区间来水、区间引水的变化量。

9.1.2.5　各方案敏感性分析

与2010年各水沙调控方案一致，选取梯级发电量、刘家峡汛前水位、兰州断面年供水量及月供水流量、区间冲淤量作为评定各调控目标的依据，对水沙调控各方案的敏感性进行分析，绘制2020年各水沙调控方案各调控目标及其变化过程，如图9-9所示。

与2010年不同，在供水目标的衡量参数中，除了兰州断面供水总量外，加入了各月流量（以5月为例）的控制值对供水过程量进行评比。当兰州断面供水总量满足2020年要求值后，对各月兰州断面流量进行分析，若不能满足各月供水控制流量，该方案为供水破坏方案。因此，2020年各方案中以梯级发电量、刘家峡汛前水位、兰州断面供水总量及月流量、各区间河段冲淤量为各目标的量化参数，将2020年各水沙调控方案各调控目标绘入图中，不同方案相同调控目标的计算结果绘在同一点上，坐标轴上方数字表示水沙调控方案。

可以看出，在偏丰水年的方案6～方案8中，兰州断面各月的供水流量未能达到目标值，造成供水目标破坏。可见，随着未来2020年黄河流域供水量的增加，水沙调控调度可能威胁供水安全，供水与水沙调控目标存在潜在矛盾，要保证供水目标，要么梯级水库群弃水流量增加，要么区间冲刷流量减小，发电或水沙调控目标势必受到负面影响。兰州断面供水总量越大，刘家峡水库汛前水位越低，越能保障汛期的防洪安全。此外，随着水沙调控控制流量的增大，发电弃水量增大，不利于偏丰水年的发电目标，与2010年得到的结论一致。

图9-9　2020年各方案各目标变化过程

在2020年丰水年调控计算结果中，随着来水的增加，龙羊峡水库可调水量与可调冲沙水量增加，在丰水年情况下水沙调控方案均实现了各调控目标。特别地，由于区间来水增加，恰好达到了兰州断面各月要求的供水流量，方案4、方案5均满足了黄河干流供水要求，且其他调控目标均优于偏丰水年的调控结果。