黄河几字弯区水网优化策略与总体格局研究丨中国工程科学

摘要：黄河几字弯区是南水北调西线工程的重要受水区，国家水网建设、南水北调西线工程前期工作正在加速推进。面向西线工程调水的新形势，考虑洮河集中自流工程投资高、分散引黄提水工程运行成本高，深入研究集中与分散相结合的黄河几字弯区水网总体格局，对促进区域后续水网工程的良性有

本文选自中国工程院院刊《中国工程科学》2025年第4期

作者：张金良，崔萌，唐梅英，张权，张钰，王建利，雷凯旋

黄河几字弯区是南水北调西线工程的重要受水区，国家水网建设、南水北调西线工程前期工作正在加速推进。面向西线工程调水的新形势，考虑洮河集中自流工程投资高、分散引黄提水工程运行成本高，深入研究集中与分散相结合的黄河几字弯区水网总体格局，对促进区域后续水网工程的良性有序建设、重塑黄河几字弯区水土关系与国土空间战略布局、因势利导推进水 ‒ 土 ‒ 经济高质量协同发展具有重要意义。

中国工程院院刊《中国工程科学》2025年第4期刊发水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室研究团队的《黄河几字弯区水网优化策略与总体格局研究》一文。文章系统梳理了黄河几字弯区的引调水工程现状，辨识了重要引调水工程的关联关系与竞争互补效应，分析了分散供水与集中自流供水方案，进而提出了“集中+分散”供水的黄河几字弯区水网优化策略。建议依托南水北调西线工程调入水量，优化黄河几字弯区水网总体格局，形成以九甸峡 ‒ 无定河集中供水工程和黄河干流为“纲”，古贤供水、黑山峡供水和其他引黄供水工程为“目”，防溃决能蓄水多拦沙高标准淤地坝工程和中小型水库为“结”的黄河几字弯区三级水网。该格局可充分利用黄河几字弯区各省份现状已／在建供水工程并有效实现自流，具有调蓄能力强、水源保障程度高、工程投资低等优点，可为高质量推进黄河几字弯区后续水网工程建设提供方案参考。

一、前言

黄河流经甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西5个省份形成了黄河几字弯区，主要位于黄河流域第二阶梯的黄土高原地区，属于美丽中国中脊带核心区域，也是国家粮食、能源、生态、国防、产业转移的战略腹地交错地带。然而，黄河几字弯区大部分处于干旱和半干旱区，水资源相对匮乏，用水竞争强烈，如人均水资源量（338 m3）仅为全国平均值的17%；在自产水资源量低、流域水资源开发利用已近极限的情况下，黄河几字弯区的经济社会发展和生态保护修复均受到严重的水资源制约。在黄河流域生态保护和高质量发展、全力打好黄河“几字弯”攻坚战、推进西部大开发形成新格局的背景下，亟需提升域内水资源供给能力。

《国家水网建设规划纲要》（2023年）提出，到2035年基本形成国家水网总体格局。加快国家水网建设，构建具备综合功能的宏观性物理水网，提升跨流域水流的时空调配能力和水资源丰枯互济水平，是实现水平衡与国土空间协调发展的基础。水网是黄河流域经济社会发展的命脉，建设南水北调西线工程以破解水资源短缺、生态环境脆弱、高质量发展不足，将是推动黄河流域空间均衡发展的关键；依托南水北调西线工程与黄河水资源，利用古贤、黑山峡等工程的调节能力，协调水、光、风能源开发，统筹黄河几字弯区的节水、调水、防护林建设、生态农业发展等，利于系统解决水患和沙患，构建能源、生态、农牧、碳汇综合基地。2022年，有关单位提出了南水北调西线受水区高水高用方案，研究了从洮河九甸峡水库自流引水至黄河几字弯区的西线东延集中供水方案。2023年，有学者提出了“一轴三带十片”黄河几字弯区水网整体框架，该框架通过南水北调西线调水入洮河方案，充分利用高程差并以隧洞形式全程自流引水至黄河几字弯中部的白于山高地，构成人工水脊轴线并向东、南、北自流辐射三大发展带。此外，结合黄河几字弯区相关省份的水网规划成果来看，几字弯区现状已／在建和规划的引调水工程有多处，也多为高扬程提水工程，而水网建设统筹布局缺失。

二、黄河几字弯区水网优化的基础条件

黄河几字弯区水、土、风、光资源丰富。根据区域水电、抽蓄、风电、光伏资源开发潜力并结合土地资源利用条件，提出了黄河几字弯区绿色产业的总体布局：构建清洁能源多能互补基地，总装机容量为5.2×108kW，发展黑山峡灌区生态农业（面积为1.457×10725黄河几字弯区的绿色产业需水包括清洁能源基地需水、生态农业需水，总需水量约为4.01×1093。① 清洁能源基地需水细分为光伏电站需水、抽水蓄能电站需水：前者主要考虑清洗设备用水及冷却用水，用水定额标准为0.17~0.22 m3/MW·h，基地光伏电站装机容量为3.1×108kW，则合计需水1.2×1083；后者涉及上下水库蒸发渗漏损失、水道渗漏损失，基地抽蓄装机容量为1.17×108kW，则合计需水2.3×1083。② 在黑山峡灌区开展大豆种植，可缓解国内大豆市场供应压力。大豆灌溉毛定额为251 m3/亩，种植面积为1.457×107亩，则合计需水3.66×1093。饲草地利用光伏板清洗设备水量开发，不再新增需水量。在考虑南水北调西线工程有关研究成果后，黄河几字弯区需水规模为3.42×1099由于定位目标与研究内容不同导致界定不统一，黄河几字弯区范围存在近20种划分方法。本研究考虑的范围主要指黄河“几”字形内部区域，由北、东、西部黄河干流，东南部渭河，西南部洮河四面合围，总面积约为3.666×1052黄河几字弯区已／在建和规划引调水工程多为从黄河干支流直接引水的分散供水工程（见表1）。已／在建主要引调水工程18处，包括甘肃引洮供水、宁夏银川都市圈东线工程、内蒙古鄂尔多斯镫口引黄、陕西榆林东线马镇引黄、跨流域引汉济渭工程等。根据相关省份的水网规划成果，黄河几字弯区规划重要引调水工程5处，包括甘肃白龙江引水、宁夏黑山峡右岸干渠工程、陕宁供水、陕西古贤供水、榆林马镇引黄二期工程。此外，黄河流域共建设淤地坝约5.88×104座，其中在几字弯区分布约3.1×104

表1 黄河几字弯区已／在建、规划主要引调水工程信息

注：宁东供水设计年供水规模为2.4×10838黄河几字弯区发展的年需水规模为3.42×109~7.43×10。选择域内引汉济渭、南水北调西线一期工程、白龙江引水等供水规模较大的跨流域调水工程，从调水量、供水范围、工程投资3个方面分析了重要引调水工程的关联关系与竞争互补效应。从调水量和供水范围看，引汉济渭工程的年调水量为1.5×1093，仅能解决黄河几字弯区渭河两岸宝鸡、西安、咸阳、渭南等地2030年水平的用水需求；白龙江引水工程的年调水量为7.74×10，仅能解决甘肃天水、平凉、庆阳三市，陕西延安等区域共24个县域2040年水平的用水需求；引汉济渭与白龙江引水工程在供水范围、水源方面不存在竞争关系，主要用于解决黄河几字弯区南部的关中城市群用水需求，但调水量有限，不能解决域内全部用水需求。南水北调西线一期工程年调水量为8×1093，受水区为黄河流域内青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西6个省份和邻近河西走廊地区；下线方案调水入洮河，是解决黄河几字弯区缺水现状的根本性措施。从工程投资看，引汉济渭工程（含调水工程、输配水工程）总投资约为363亿元，单方水投资约为24.2元；白龙江引水工程总投资约为636亿元，单方水投资约为82.2元；南水北调西线一期工程静态总投资约为2576亿元，单方水投资约为32.2元。显然，引汉济渭工程的单方水投资最低。

引汉济渭一期工程已建成通水，二期工程拟于2026年建成通水，可作为黄河几字弯区水网的有效组成部分。南水北调西线一期工程与白龙江引水工程在供水量、供水范围方面呈竞争态势，但白龙江引水工程年调水量较小、供水范围有限、经济性相对差，可以南水北调西线一期工程调入水量为水源、白龙江引水工程的部分配水线路作为配套工程，联合解决黄河几字弯区的用水需求。此外，黄河几字弯区宁东供水等已／在建供水工程受黄河分水指标限制，无法充分发挥供水效益，部分规划供水工程受分水指标制约而致实施难度较大；在南水北调西线一期工程建成生效后，区域已／在建和规划供水工程即可充分发挥与西线主体工程的互补效应，作为西线配套工程共同为黄河几字弯区供水。

图1 黄河几字弯区分散供水方案水网布局

黄河几字弯区淤地坝分布广泛，运用长效减沙防溃淤地坝系构建关键技术改造或新建骨干淤地坝系，增强防溃决、蓄水、保水等功能；拦蓄雨季洪水，形成分布式的点状水源，用于涵养水源、发展雨养农业等，进一步提高黄河几字弯区的水源保障水平。

三、黄河几字弯区水网优化策略

黄河几字弯区已／在建与规划供水工程多从黄河干、支流直接引水。与此工程实际情况结合，本研究综合考虑相关省份的水网规划、南水北调西线工程调水入洮河方案、域内重要引调水工程的关联关系与竞争互补效应，结合西线配套东延工程方案，提出了新的黄河几字弯水网布局初步方案。在引汉济渭工程生效的情况下，以年输水量5×1093为代表值，研究黄河几字弯区的供水方案与水网优化策略；该输水量可保障黄河几字弯区的城乡生活和工业用水需求，解决清洁能源基地用水3.1×10836

（一）分散供水

结合黄河几字弯区已／在建与规划供水工程布置，提出了黄河几字弯区分散供水方案（见图1）。该方案充分利用现有供水工程，针对有供水工程覆盖但供水能力不足的区域，扩建现状供水工程；对于无供水工程覆盖的区域以及依托古贤、黑山峡水利枢纽改善供水条件的区域，结合相关省份水网规划新建供水工程。

分散供水方案共布置供水工程16处，含扩建工程10处，新建工程6处，总配置水量为5×1093。根据区域供水工程投资指标，匡算总投资为2141亿元、单方水投资为42.8元。为了充分挖掘已建供水工程的潜力，对引洮供水工程、白银市沿黄提水工程、银川都市圈东线工程等10处已建工程进行扩建，可增加供水能力1.63×109 3，总投资约为385亿元。新建供水工程6处，包括榆林东线马镇引黄二期工程、古贤陕西供水工程、黑山峡右岸干渠工程、西线配套九甸峡供水工程、陕宁供水工程（分为陕西、宁夏部分），可增加供水能力3.37×1093南水北调西线一期工程下线从大渡河双江口水库调水4×1093至洮河，顺洮河而下经九甸峡水库至黄河干流刘家峡水库。本着高水高用、尽量扩大受水区自流覆盖范围的原则，综合考虑工程布置、工程投资及规模等因素，提出了从洮河九甸峡取水、以隧洞形式穿越洮河与渭河分水岭、向陇东黄土高原地区至无定河营盘山集中自流的供水方案。

1. 工程布局

集中自流供水工程拟从九甸峡库区死水位（高程为2166 m）取水，取水口位于库区右岸坝址上游约1.6 km处，线路沿东北方向采用隧洞穿越洮河与渭河分水岭后，于源头区跨越渭河及支流咸河、南河、葫芦河，在六盘山镇附近穿越六盘山、泾河，继续向东北方向布置，跨越泾河支流洪河、茹河、蒲河以及马莲河支流合道川，在山城堡纪念园上游15 km处跨越马莲河支流西川后向东布置，再依次跨越马莲河支流东川、北洛河至无定河营盘山，出口高程为1449 m。该工程采用明流洞输水，线路总长为527.9 km，其中隧洞总长度为474.3 km，最长隧洞段长度为77.2 km，比降为1/400~1/2000。

集中自流供水工程沿线设置5个分水口、9条分水支线（见图2）。5个分水口分别为渭河分水口、散渡河分水口、南河分水口、葫芦河分水口、北洛河分水口，直接分水至自然河流。9条分水支线分别为祖厉河支线、泾河支线、清水河支线、庆阳支线、甜水河支线、鄂尔多斯支线、宁东支线、延安支线、无定河支线，直接自流输水至受水区。黄河几字弯区集中供水工程可实现主要城市、重要能源基地的自流供水全覆盖，保障经济社会、农牧业发展的用水需求。

图2 黄河几字弯区集中供水方案水网布局

2. 工程规模与投资

93，洞段设计流量为224.6~39.6 m3/s，输水洞径为5.4~9.6 m。5个分水口直接分水至相应河流，年分水量约为9.3×108 3。9条分水支线通过隧洞或管道输水至受水区域，年供水量约为4.07×1093，其中宁东支线供水量最大（1.2×1093），泾河支线供水量最小（1.2×1083）；鄂尔多斯、宁东、无定河支线采用管道输水，其他支线采用隧洞输水。

参照引汉济渭、滇中引水、南水北调西线一期工程等重大引调水工程的投资指标，匡算集中供水方案投资约为2319亿元，其中输水干线总投资约为1424亿元，输水支线总投资约为895亿元；单方水投资约为46.4元。

分散供水、集中自流供水均能满足黄河几字弯用水需求，各有优缺点。分散供水方案多数为提水工程，运行成本相对高；但工程分别从黄河、洮河取水，能够充分利用西线上线和下线调入水量，水源保障程度较高。集中供水方案基本能够自流覆盖黄河几字弯区的主要城市和能源基地，运行成本相对低；但工程集中从洮河调水，水源保障程度较低，工程投资较大。为此，按照尽量扩大自流供水范围、提高水源保障程度、降低工程投资的原则，在集中自流供水方案的基础上，考虑取消线路较长、供水量较大的支线并由沿黄分散供水工程替代，据此提出了“集中+分散”供水的黄河几字弯区水网布局方案（见图3、表2）。

图3 黄河几字弯区水网“集中+分散”供水布局

表2 黄河几字弯区“集中+分散”供水布局工程信息

集中供水工程由1条输水干线、6个分水口、5条分水支线组成。与集中自流供水工程方案相比，输水干线布置相同，新增无定河分水口，取消甜水河支线、鄂尔多斯支线、宁东支线、无定河支线。6个分水口、5条分水支线全部自流，可实现黄河几字弯区白银、定西、天水、平凉、庆阳、固原、延安等地的自流供水。集中供水工程输水干线的年供水量为1.89×1093，设计流量为30.7~84.8 m3/s，输水洞径为4.7~5.9 m。6个分水口直接分水至相应河流，年分水量约为1.15×1093，其中渭河干流为2.9×1083，散渡河、南河、葫芦河均为2.4×1083，北洛河为6×1073，无定河为5.6×1083。5条分水支线通过隧洞输水至受水区，年供水量约为7.4×108 3837对于集中供水工程不能覆盖的中卫、银川、吴忠、乌海、鄂尔多斯、渭南等地，由7处分散供水工程保障用水需求，年供水量为3.11×1093。其中，扩建工程4处，为内蒙古乌海、鄂尔多斯等地供水，年供水量为5.9×1083；新建工程3处，年供水量为2.52×1093，包括古贤陕西供水工程的3.5×1083、黑山峡右岸干渠工程的2.07×10938“集中+分散”供水方案的年供水量为5×109 3，工程总投资约为1820亿元，单方水投资约为36.4元。其中，集中供水工程总投资约为879亿元，单方水投资约为46.6元；分散供水工程总投资约为940亿元，单方水投资约为30.2元。

（四）水网布局优化策略

遵循高水高用、尽量自流供水的原则，在黄河几字弯水网供水方案的基础上，明确水网格局优化方向，重点解决域内因水资源匮乏而影响发展的“牛鼻子”问题。

1. 工程布局

分散供水方案将充分利用各省份现状已／在建和规划供水工程，由16处供水工程组成；尽管工程布局相对分散，但各工程之间相对独立，运行管理较为灵活；部分工程需提水，提水扬程在400 m以上，运行成本较高。

集中自流供水方案由1条输水干线、5个分水口、9条分水支线组成，工程布局较为集中，可充分利用渭河、葫芦河、散渡河、南河、北洛河等河流输水。

“集中+分散”供水方案由1个集中供水工程、7处分散供水工程组成，既可尽量扩大自流供水范围，又能充分利用各省份现状已／在建和规划供水工程。

2. 水源保障程度

分散供水、“集中+分散”供水方案各工程分别从洮河、黄河取水，可充分利用南水北调西线一期工程上线和下线调入水量，水源保障程度较高。集中自流供水从洮河取水。根据《洮河流域综合规划》九甸峡断面可外调水量分析成果，九甸峡断面多年平均径流量为3.399×1093，河道外的经济社会发展年需水量为8.8×107 3，河道内用水年需求量为2.456×1093，引洮供水工程规划年调水量为5.5×1083，剩余每年最大可外调水量为3.05×108393，九甸峡断面年可调水量为4.305×109393的要求，即水源保障程度较低。

3. 自流供水范围

3类方案的供水范围均为黄河几字弯区。分散供水方案中，仅甘肃的定西、白银、天水、平凉、庆阳，陕西的延安宜川、渭南等地可自流供水，而其他区域均需提水。集中自流供水方案利用洮河与黄河几字弯区的高程差，从九甸峡断面取水，全程自流引水至无定河上游营盘山，形成人工“水脊”，确保黄河几字弯区的主要城市和重要能源基地均可自流供水。“集中+分散”供水方案中，由集中供水工程覆盖的甘肃白银、定西、天水、平凉、庆阳，宁夏固原，陕西延安等地可自流供水；由古贤陕西供水工程覆盖的延安宜川、渭南区域可自流供水；其他区域需提水。

4. 地质条件

3个方案均位于黄河流域中部相对隆起的黄土高原，属于山地工程地质区，区域地质条件相差不大。

5. 施工条件

分散供水工程多为管道或明渠，施工条件较好。集中自流供水工程的输水干线为隧洞，最大洞径为9.6 m，施工难度较大。“集中+分散”供水方案的施工条件居中。

6. 工程投资

分散供水方案总投资约为2141亿元，单方水投资约为42.8元。集中自流供水方案总投资约为2319亿元，单方水投资约为46.4元。“集中+分散”供水方案总投资约为1820亿元，单方水投资约为36.4元。可见，“集中+分散”供水方案总投资最低，分散供水方案稍高，集中自流供水方案投资最大。

综上，分散供水方案可充分利用各省份现状已／在建和规划供水工程，水源保障程度较高且总投资居中，但自流供水范围小，多数工程为提水工程，后期运行费用较高。集中自流供水方案基本可自流覆盖黄河几字弯区，运行成本较低，但工程水源保障程度较低、施工难度较大、总投资最大。“集中+分散”供水方案既尽量扩大自流供水范围，又充分利用各省份现状已／在建和规划供水工程，水源保障程度高、工程总投资最低，可推荐为黄河几字弯区水网总体布局方案。

四、优化后的黄河几字弯水网格局与建设影响

（一）水网总体格局

结合南水北调西线一期工程调水方案，黄河几字弯区及周边的水源条件可分为3类：几字弯北部和东部的黄河干流、南水北调西线工程上线调入水量，几字弯西部的洮河及西线下线调入水量，几字弯区内部的降雨径流。

根据黄河几字弯区的水源条件、水网优化策略研究结论，黄河几字弯区水网总体格局由集中供水工程、分散供水工程两部分组成；以洮河及南水北调西线下线水量为水源的九甸峡 ‒ 无定河集中供水工程和黄河干流构成几字弯区水网的“纲”，以黄河和南水北调西线上线水量为水源的古贤供水、黑山峡供水以及其他分散引黄供水工程构成几字弯区水网的“目”，以几字弯区内部降雨径流为水源的防溃决能蓄水多拦沙高标准淤地坝工程及中小型水库等构成几字弯区水网的“结”。

“集中+分散”的黄河几字弯区供水总体格局，既能自流为白银、定西、天水、平凉、庆阳、固原、延安等地供水，也可充分利用各省份现状已／在建和规划供水工程，水源保障程度较高，工程投资较低。对于宝鸡、西安、咸阳、铜川等地的用水需求，近期由引汉济渭工程、东庄供水工程解决，远期通过集中供水工程解决。此外，对于黄河几字弯区水网工程难以覆盖或覆盖成本较高、用水量小且分散、海拔较高的地区，可结合淤地坝建设条件，开展防溃决能蓄水多拦沙高标准淤地坝工程建设，解决局部用水需求。

根据黄河几字弯区水网总体布局方案，将黄河几字弯区划分为6个子区域（几字弯西部片区、榆林片区、延安片区、黑山峡片区、鄂尔多斯片区、关中平原片区），据此提出了黄河几字弯区水网分区布局（见图4）。① 几字弯西部片区由集中供水工程满足区域用水需求，年供水量为1.15×1093，其中平凉、庆阳两地由供水支线直接供水，其他区域通过集中供水工程分水口泄放相应水量补水至河道上游，再由天然河道向地方供水。② 对于榆林片区用水需求，通过集中供水工程输水至无定河后，沿无定河自流而下至王圪堵水库，年供水量为5.6×1083。③ 延安片区用水需求主要通过集中供水工程的北洛河分水口和延安支线保障，年供水量为1.8×1083。④ 黑山峡片区用水需求通过黑山峡水利枢纽新建的黑山峡右岸干渠解决，年供水量为2.07×109 3。⑤ 鄂尔多斯片区用水需求通过对区域现状供水工程扩建、新建几字弯内流区光伏基地供水工程保障，年供水量为6.9×108 3。⑥ 在关中平原片区，2030年前宝鸡、咸阳、西安用水需求由引汉济渭工程保障，铜川市用水需求由在建东庄水利枢纽供水工程保障；2030年后增加用水可由集中供水工程保障，渭南用水需求由古贤陕西供水工程保障，年供水量为3.5×1083。

图4 黄河几字弯区水网分区布局

（三）水网建设影响

建设黄河几字弯区水网工程，将有效破解区域水资源短缺困境，为当地经济社会发展注入新的活力。水网建成之后，可与渭河、黄河干流、引汉济渭工程互联互通，达到优化区域水网格局、提升区域水源保障水平的目标。此外，黄河几字弯区面临水土流失与荒漠化问题，通过调水可补充区域内的生态用水，促进生态修复，助力荒漠化治理。

水网工程建设在给区域带来正面影响的同时，不可避免地存在一定的负面影响。在生态方面，南水北调西线工程从长江上游调水至黄河，可能导致潜在的生物入侵风险，对黄河流域现有生态平衡造成冲击。在社会管理方面，水网工程建设可能涉及移民迁建，需要解决补偿、就业等社会矛盾。此外，水网建成后跨省份调水可能引发区域内甘肃、宁夏、内蒙古等省份之间的用水竞争，需要进一步完善水权分配机制。

五、结语

黄河几字弯区属于典型的资源型与工程型缺水并存地区，水资源与能源资源、土地资源逆向分布特征显著。黄河几字弯区相关省份的已／在建和规划供水工程多为引黄提水工程，部分工程扬程在400 m以上，运行成本较高；受黄河分水指标限制，部分工程供水能力未能充分发挥。黄河几字弯区又是黄河流域淤地坝建设的集中区，但现有淤地坝“先天不足、后天失养”，不能有效拦蓄雨洪资源，不利于充分发挥综合利用效益。鉴于黄河几字弯区相关省份水资源匮乏、水网工程未经统一规划建设且整体合力不够，建议依托国家水网 ‒ 南水北调西线工程建设的重大历史机遇，加快优化几字弯区水网布局，争取形成工程建设和运维经济可行、水源保障高效有力的水网总体格局，从而破解黄河几字弯区水资源制约瓶颈，支撑区域生态保护和高质量发展。

后续，相关工程研究与建设可着重开展两方面工作。一是实施南水北调西线一期工程下线以及远期工程的前期工作，为黄河几字弯区高质量发展精准提供水源保障。二是依托南水北调西线工程调入水量，优化黄河几字弯区水网总体格局，形成以九甸峡 ‒ 无定河集中供水工程和黄河干流为“纲”，古贤供水、黑山峡供水以及其他引黄供水工程为“目”，防溃决能蓄水多拦沙高标准淤地坝工程及中小型水库为“结”的黄河几字弯区三级水网。

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