補償調節的城鎮供水效益計算方法研討

劉明崗，吳明官

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

1 問題的提出

目前，隨著城鎮化進程的逐步深入和城鎮規模的不斷擴大，城鎮供水問題已成為普遍的社會問題，供需矛盾不斷升級，因此，為了解決民生問題各級政府想方設法修建各種供水工程來，滿足人民群眾生活水平日益提高和改善的需求。

由于北方河流年徑流的時空分配極不均勻，特別是每年的12月至翌年3月徑流量很小，甚至經常斷流。在這種情況下，若修建控制性蓄水工程后，只要能夠滿足4個月(占全年1/3)枯水期城鎮供水量要求，則其他8個月城鎮供水量大部分時間可利用區間徑流即可。

從此可以看出，該水庫工程雖然只承擔其中少部分城鎮供水量，但實際上采用區間徑流補償調節方法，可以承擔全部的城鎮供水任務。故修建控制性蓄水工程后，通過區間徑流補償調節來，提供城鎮供水的過程中，往往涉及到如何準確地計算城鎮供水效益水量問題。一般對水庫直接供水量，均無可非議;但取用水庫下游區間可利用水量時，大家卻眾說紛紜，意見不統一，具體很難操作。迄今為止，城鎮供水效益水量的具體計算，還沒有準確的計算方法。

因此，修建蓄水工程后，計算補償調節的城鎮供水效益時，若采用水庫直接供水量(又稱:水庫補水量)，則城鎮供水效益明顯偏小，出庫水價較高，用水戶難以承受，既不公平、也不合理;若采用總供水量(水庫補水量與區間用水量之和)，則利用區間用水量部分的全部水量作為水庫間接供水量，很難說服供水單位和用水戶，且無可靠的科學依據。

那么，如何計算城鎮供水效益水量就成了關鍵性的核心問題。具體來講，除了水庫直接供水量(補水量)以外，水庫間接供水量如何準確計算，就是本次研究的重點，即水庫間接供水量就是破壞年提高保證率部分的區間可利用水量如何準確計算的問題。

因此，為了改善控制性蓄水工程的技術經濟指標，提高補償調節的城鎮供水效益，有效推動城鎮供水民生水利事業的發展，筆者特提出了“補償調節的城鎮供水效益計算方法”。

2 算法研究

2.1 常規計算方法

補償調節的城鎮供水效益計算，迄今為止，還沒有準確的計算方法。目前，大家常用的方法是只計算水庫直接供水效益，故城鎮供水效益明顯偏小，出庫水價較高，用水戶難以承受。

另外，有時候還采用水庫補水量與區間用水量之和的總供水量，作為城鎮供水效益計算水量，也就是除了水庫直接供水量以外，利用區間用水量部分的全部水量作為水庫間接供水量，這種算法計算的城鎮供水效益水量，明顯偏大，結果很難說服供水單位和用水戶。

有時候還憑經驗取介于水庫直接供水量與總供水量之間的水量，作為城鎮供水效益計算水量，這種算法隨意性大，而且無可靠的科學依據。

2.2 新方法研究

近期穆棱市城鎮總供水量為6 404×104m3/a，遠期城鎮總供水量8 818×104m3/a。其中水庫近期補水量為1 666×104m3/a，遠期補水量為2 790×104m3/a;近期區間徑流用水量為4 738×104m3/a(12.98×104m3/d)，遠期為6 028×104m3/a(16.52×104m3/d)。

根據奮斗水庫～穆棱水文站1956～2008年區間來水量系列大小排序，并計算經驗頻率后，繪制區間徑流補償調節的城鎮供水效益計算水量分析圖1中，可以看出，該區間來水量與遠期城鎮供水量(16.52×104m3/d)交點的頻率接近于45% ，這正是本方法所求的現狀條件下遠期城鎮供水量相應的保證率。該保證率就是無奮斗水庫的情況下，區間徑流城鎮供水的保證程度。

奮斗水庫修建后，城鎮供水年保證率取95%，破壞年供水保正系數取0.8，故所提高保證率相應的ΔQ(供水量的增量)，應該為奮斗水庫所貢獻的區間徑流可利用的城鎮供水效益。具體詳見圖1。

城鎮供水效益計算水量，應包括水庫直接供水量(水庫補水量)和水庫間接供水量(破壞年提高保證率的區間可利用水量)，具體計算公式如下:

式中:W效為城鎮供水效益計算水量，104m3;W補為水庫補水量，104m3;△W為水庫貢獻的城鎮供水區間可利用水量，104m3。

下面具體介紹破壞年由水庫提高保證率后，增加的多年平均城鎮供水區間可利用流量△Q計算公式:

式中:P0為無水庫條件下區間徑流的供水保證率，%;Pi、Pi+1為破壞年的區間徑流對應頻率，%;Qi、Qi+1為破壞年區間可利用的用水流量，104m3/d;Q－1為Pi＞P0時，區間多年平均城鎮需水流量，104m3/d;Q－2為Pi＞P0時，區間多年平

均實際城鎮供水流量，104m3/d;ΔQ為破壞年由水庫提高保證率后，增加的多年平均城鎮供水區間可利用流量，104m3/d。

3 實例

3.1 工程概況

奮斗水庫位于穆棱河上游，距穆棱市穆棱鎮東南14.1 km處，壩址以上流域面積1 740 km2，是一座具有城鎮供水、農業灌溉、下游防洪和生態環境用水，并結合城鎮供水、灌溉、生態環境用水和棄水發電等綜合利用功能的大型水利樞紐工程。該工程建成后，將為穆棱市“七鎮兩局”和雞西市梨樹區提供年城鎮用水量8 818×104m3，其中水庫補水量2 790×104m3，計算效益水量5 232×104m3;灌溉該水庫下游0.82萬hm2水田，為灌區提供直灌水量6 776×104m3;可提高穆棱河干流兩岸奮斗水庫以下至八面通鎮區間城鎮、村屯及農田的防洪標準，其中穆棱市八面通右岸城鎮防洪標準可由20 a一遇提高到30 a一遇;利用城鎮供水、灌溉補水、生態環境用水、棄水等發電，電站裝機容量5 MW，多年平均發電量1 377×104kW·h。此外，該水庫建成后，還可發揮其山、水、林等自然資源和地理優勢，發展多種經營，促進該地區經濟發展。

3.2 區間徑流頻率分析

團結水庫壩址以上流域面積445 km2，奮斗水庫壩址以上流域面積1 740 km2，穆棱水文站控制斷面以上流域面積2 613 km2。團結水庫～穆棱水文站區間面積2 168 km2，奮斗水庫～穆棱水文站區間面積873 km2。下面針對奮斗水庫～穆棱水文站1956～2008年區間來水量系列大小排序后，再進行經驗頻率分析，具體成果見表1。從表1中可以看出，公式(2)中(Qi+Qi+1)/2就是代表該表中的平均值Q，而公式(2)中Q－

2就是該表中的△P×Q的總和。

3.3 城鎮供水效益水量

奮斗水庫修建后，近期為下游“七鎮兩局一區”直接供水量1 666×104m3，遠期直接供水量2 790×104m3。可使下游城鎮供水保證率達到95%，破壞年的供水保證系數為0.8，所以，提高水庫下游區間城鎮供水保證率相應的水量ΔQ(供水量的增量)，也應該為奮斗水庫貢獻的城鎮供水效益水量。

近期穆棱市城鎮總供水量為6 404×104m3/a，遠期城鎮總供水量8 818×104m3/a，其中水庫近期補水量為1 666×104m3/a，占總供水量為 26.0%;遠期補水量為2 790×104m3/a，占總供水量的31.6%;近期區間徑流用水量為4 738×104m3/a，占總供水量的 74.0%;遠期為6 028×104m3/a，占總供水量的68.4%。

此文著重對水庫下游區間徑流的可利用水量進行分析，并計算奮斗水庫的貢獻流量ΔQ。城鎮供水保證率為95%，破壞年供水系數為0.8。

從奮斗水庫～穆棱水文站區間日平均來水量頻率曲線中可以查得，近期P0=51%、遠期P0=45%，而且求得近期為1.473×104m3/d，遠期為2.233×104m3/d。因此，經過計算后，求得近期為6.23×104m3/d，ΔQ為4.76×104m3/d，增加效益水量 ΔW 經過計算后為1 737×104m3/a，占區間徑流用水量的36.7%;遠期為8.92×104m3/d，ΔQ為6.69×104m3/d，ΔW經過計算后為2 442×104m3/a，占區間徑流用水量的40.5%。

綜上所述，奮斗水庫實際的城鎮供水效益水量為W效= W補+ΔW，經計算，近期城鎮供水效益水量為3 403×104m3/a，占城鎮總供水量的53.14%;遠期城鎮供水效益水量為5 232×104m3/a，占城鎮總供水量的59.33%。

3.4 城鎮供水效益計算

本工程計劃2012年開工建設，2015年全部建成投產，2020年達到設計供水規模，該水庫工程效益主要包括供水、灌溉、防洪及發電等，在這里只計算城鎮供水效益。

城鎮供水效益可分為居民生活用水效益和工業用水效益，經調查分析居民生活用水單方水效益，雖遠大于工業單方水效益，但較難估算，故暫按工業用水效益計算。工業用水效益采用工業產值分攤系數法估算，萬元增加值用水量按本次供水規劃成果，工業分攤系數采用2.0%～3.5%，隨著工業的快速發展，其用水量的增多，節水技術也將以較高水平發展，工業萬元增加值用水量逐年下降，分攤系數也呈下降趨勢。

單方水效益采用各水平年的平均值為3.12元/m3。水庫建成后，工程運行期第一年按2020年供水量的50%計算，近期2020水平年可直供水量1 666×104m3;遠期2030水平年可直供水量2 790×104m3。成果見表1。

表1 奮斗水庫直供水量成果表 104m3

由于本次推薦的奮斗水庫城鎮供水方式為補償調節，所以，奮斗水庫城鎮供水效益水量不僅包括水庫直供水量，還應包括提高城鎮供水保證率部分的供水量，根據上述的計算公式(1)、(2)及(3)，計算出枯水徑流對應的城鎮供水量，然后以此為基礎計算奮斗水庫修建后，提高保證率部分的城鎮供水量，從而計算出城鎮供水效益水量，然后計算城鎮供水效益。

經過分析計算，奮斗水庫修建后，2015年提高保證率供水量為722×104m3，2020年提高保證率供水量為1 737×104m3，2030年提高保證率供水量為2 442×104m3，因此，奮斗水庫城鎮供水效益水量2015年為1 555×104m3，2020年為3 403×104m3，2030年為5 232×104m3。成果見表2。

表2 奮斗水庫效益水量成果表 104m3

根據上述內容計算的城鎮供水效益2015年為4 852萬元、2020年為10 617萬元、2030年為16 324萬元，城鎮供水效益應按水源工程與水廠、輸水管線及市內管網的投資比例分攤，經分析水源工程分攤系數為60%。因此，奮斗水庫工程近期(2020年)城鎮供水分攤效益為6 370萬元，遠期(2030年)城鎮供水分攤效益為9 794萬元。成果見表3。

表3 奮斗水庫城鎮供水效益表 萬元

按2020年供水量3 403×104m3計算，單方水分攤效益為1.87元/m3。

3.5 成本水價分析

由于本工程是以城鎮供水、農田灌溉、下游防洪和生態環境用水為主，結合城鎮供水、灌溉、生態環境用水和棄水發電等綜合利用工程，故該工程的總成本費用全部由城鎮供水來承擔。奮斗水庫工程投資77 912.56萬元，計入水資源費后遠期2030年總成本費用為2 945.2萬元，經分析，本工程遠期2030年成本水價為0.563元/m3，常規法計算的成本水價為1.056元/m3。成果見表4。

表4 2030年成本水價比較表 元/m3

3.6 成果比較

3.6.1 現狀水價

穆棱市城區供水系統由市自來水公司、熱電廠供水系統、八面通林業局供水系統、東山倉庫水源及企業自備井共五部分構成。

穆棱市現狀城鎮供水工程供水價格，依據穆政發［2000］18號文《穆棱市人民政府關于調整八面通鎮自來水收費標準的通知》規定，進行統計分析。

1)居民用水:穆棱市居民生活用水為2.50元/m3。

2)工業用水:穆棱市工業用水4.00元/m3。

3)其他行業用水:穆棱市機關事業單位用水為4.00元/m3，洗浴等特種行業用水為5.00元/m3。

4)污水處理費:穆棱市現在還沒有集中的生活污水處理設施，故暫不收取污水處理費。

5)綜合水價:按穆棱市各業用水量比例計算綜合水價。估算穆棱市現狀綜合水價3.57元/m3，按本次供水規劃估算水源工程投資約占60%，按用水結構估算的現狀出庫水價為2.14元/m3。

3.6.2 出庫水價

奮斗水庫工程，按常規方法和本次推薦方法，在完成相同工程任務和控制參數的情況下，貸款能力測算結果，常規方法推薦的出庫水價為2.40元/m3，高于本次估算的現狀出庫水價2.14元/m3;本次推薦方法計算的相同條件下的出庫水價為1.22元/m3，遠低于本次估算的現狀出庫水價2.14元/m3，故為了增強財務抗風險能力，吸引廣大的投資者，最后推薦的出庫水價為2.14元/m3，與現狀出庫水價相等。

4 分析與討論

大中型綜合利用的水利樞紐工程規劃設計中，大家一般習慣的做法是農田灌溉往往采用補償調節的方式，而城鎮供水普遍采用直接供水的方式。這種供水方式的主要優點是由少量的灌溉補水量可保證農田灌溉全部的用水需求，還能確保城鎮供水量和水質安全。但是這種供水方式相應的水庫興利規模往往較大，特別是目前正在實施的《中華人民共和國耕地占用稅暫行條例實施細則》規定，除了直接為農業生產服務的生產設施以外，其他均要交納耕地占用稅(黑龍江省平均的耕地占用稅單價為17.50元/m2)。由于農田灌溉采用區間徑流補償調節的方式供水，結果水庫興利規模中農業分攤的比例較小，故耕地占用稅減免的比例也小，而且水庫淹沒補償投資往往較大。這種常規的供水方式雖然技術上完全可行，但目前的現行政策條件下經濟上不一定較優，因此，建議進行不同供水方式的技術經濟、生態環境、社會影響等方面綜合比較后，合理選定較優的方案。

大中型綜合利用的控制性蓄水工程，農田灌溉和城鎮供水具體的供水方式有如下的四種組合方案。

方案1:農田灌溉和城鎮供水均采用直接供水方式。

方案2:農田灌溉采用補償調節的方式，城鎮供水采用直接供水方式。

方案3:農田灌溉采用直接供水方式，城鎮供水采用補償調節的方式。

方案4:農田灌溉和城鎮供水均采用區間徑流補償調節的方式供水。

在完成相同的供水任務的情況下，城鎮供水水質能夠滿足或無特殊要求的前提下，可以比較上述的方案。上述的四個方案中，方案1的水庫規模最大，方案2的水庫規模次大，方案3的水庫規模次小，方案4的水庫規模最小。但是工程總投資大小及經濟指標優劣不一定這種排序。

上述的4個方案中，方案3和方案4采用補償調節的方式城鎮供水，故涉及到城鎮供水效益水量的計算問題，該問題就是本次研究和討論的核心問題。補償調節的城鎮供水效益，若采用常規的方法計算，即只考慮水庫直接供水效益，而不考慮破壞年提高保證率的間接供水效益，則城鎮供水效益明顯偏小，財務指標較差，出庫水價較高，用水戶難以承受;若采用本次研討的補償調節的城鎮供水效益水量新方法，則城鎮供水效益明顯改善，出庫水價能夠控制在用水戶承受能力范圍之內，相對于常規方法可提高水庫工程上馬的可能性，較容易吸引投資者，而且公平合理，有可靠的科學依據。

5 結語

總結過去，面向未來，全省擬建的綜合利用控制性蓄水工程普遍面臨著嚴峻的形勢，就是國家嚴格控制土地資源等現狀政策的條件下，水庫的淹沒損失所占比例將越來越大，而且工程效益中農田灌溉分攤的成本水價老百姓很難承受，防洪、生態環境供水等公益性部分很難收到財務收益，小水電雖然是可再生能源，但實際的上網電價難以彌補水電站所分攤的成本電價等。

在這種情況下，目前，往往水庫工程的投資壓力全部由城鎮供水來承擔，結果出庫水價較高，財務指標較差，財務風險較大，水庫工程上馬較困難。

因此，若采用本次推薦的新方法，則在城鎮供水區間徑流補償調節的情況下，可以由少量的水庫補水量(又稱:直接供水量)，將承擔全部的城鎮供水任務，而且水庫的興利規模(正常蓄水位)大幅度降低，水庫淹沒損失隨著減小。

另外，城鎮供水效益按本次提出的新方法計算，可以大大改善水庫工程的財務指標，而且非常有利于招商引資和多渠道集資建設水庫工程。

總而言之，本次筆者在穆棱市奮斗水庫工程項目建議書編制過程中采用了本方法，其效果非常好，因此，在修建大中型綜合利用控制性蓄水工程中，符合城鎮供水區間徑流補償調節的條件下，建議推廣應用本法將取得更多的效益。

圖1 奮斗水庫～穆棱站區間來水量

表1 奮斗水庫區間來水量頻率分析表萬m3/d

［1］ 黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省穆棱市奮斗水庫項目建議書報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2010.