東港灌區水資源掙值模型預警類別劃分及預警閾值計算研究

(1.遼寧省水文局,遼寧 沈陽 110003；2.遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118001)

水資源“三條紅線”中，用水總量控制指標、用水效率控制指標綜合評價是水資源管理的難點，唐雷彬[1]針對上述問題，引進工程管理中的掙值模型，以工業產值和萬元工業用水量構建用水總量的掙值模型。掙值模型有利于用水總量實時監控，能有效區分用水效率與經濟產值不同變化對用水總量的綜合影響，有機統一了用水總量控制指標和用水效率控制指標。掙值模型屬于事中監控，在一個考核年度內，預警類別如何劃分，預警閾值如何計算等問題沒有深入分析。本文以灌區“三條紅線”考核指標為實例，以掙值模型偏差理論和預測理論為基礎，確定預警類別及閾值計算。

1 灌區水資源掙值模型

掙值模型(Earned Value Model，EVM)始于1967年，綜合考慮項目成本與進度指標，評估與測量項目績效和進展，具有實時監控和早期預警能力。掙值模型的4個參數分別是預算單價、實際單價、計劃工程量和實際工程量，參數計算的3個關鍵指標是計劃成本、掙值、實際成本。指標值既需分階段(通常以周或月為單位)監測和報告，又需按階段對累計值進行監測和報告[2-3]。

灌區水資源掙值模型對應的參數是計劃灌溉定額、實際灌溉定額、計劃灌溉畝數和實際灌溉畝數，基本公式如下：

PV=BCWS

(1)

EV=BCWP

(2)

AC=RCWP

(3)

式中BC——計劃灌溉定額；

WS——計劃灌溉畝數；

WP——實際完成灌溉畝數；

RC——實際發生的灌溉定額；

PV——計劃灌溉用水量；

EV——已完成畝數的計劃灌溉用水量；

AC——實際完成灌溉用水量。

2 預警類別

預警類別劃分以掙值法的三個關鍵指標的邏輯關系為核心，同時分析灌區“三條紅線”達標情況，現狀原因、改進措施難易等[4-5]。

3個關鍵指標PV、EV、AC共組合成6類情況，其中灌區用水總量和灌溉定額雙達標的2個，核心要素是AC值最小；單參數達標的2個，核心要素是AC值介于PV和EV之間；都不達標的2個，核心要素是AC值最大(見表1)。

表1 灌區掙值法預警類別劃分

不考慮雙達標情況，預警類別分為四類，序號增大則預警級別提高。?一類預警時，用水總量不達標，但用水定額達標，主要原因是灌溉畝數超過原計劃。達標措施較容易，主要減少灌溉畝數；?二類預警時，灌溉定額不達標，但用水總量達標，主要原因是灌溉畝數減少，且畝數減少量的影響大于定額增加量的影響。達標措施較難，必須減少灌溉定額，但多余水量可以外調或增加灌溉畝數；?三類預警時，灌溉定額和用水總量都不達標，主要原因是灌溉定額增加，灌溉畝數增加。達標措施較難，必須降低灌溉定額，可以降低灌溉畝數；?四類預警時，灌溉定額和用水總量都不達標，主要原因是灌溉定額增加，灌溉畝數減少，且定額增加的影響大于畝數減少的影響。達標措施難，必須降低灌溉定額，且降幅較大。

3 閾值計算

預警閾值計算以掙值法偏差理論和預測理論為基礎，根據期間績效完工估算為指標，進行閾值計算。

3.1 績效指數

績效指數包括成本績效指數和進度績效指數[4]。進度績效指數(SPI)是比較灌溉已完成進度與計劃進度的一種指標。SPI等于EV與PV的比值。

(4)

當SPI<1.0時，說明已完成的灌溉畝數未達到計劃要求；當SPI>1.0時，則說明已完成的灌溉畝數超過計劃。成本績效指數(CPI)是比較計劃灌溉定額與實際灌溉定額的一種指標。CPI等于EV與AC的比值。

(5)

當CPI<1.0時，說明已完成灌溉的定額增大；當CPI>1.0時，則說明已完成灌溉的定額減小。

3.2 預測分析

績效指數說明項目的狀態，為預測年末灌溉用水量提供依據。根據當前灌溉績效對年末灌溉用水量(EAC，estimate at completion)進行預測，EAC用已完工作的灌溉水量，加上剩余工作的尚需水量估算(ETC, estimate to completion)。預測的結果與年度計劃灌溉用水量(BAC, budget at completion)進行比較，BAC是PV的年度累計值[2-3]。

EAC=AC+ETC

(6)

考慮實施ETC的兩種情況。

a.當前CPI完成ETC工作。該法假設灌溉將按截至目前的情況繼續進行，即ETC工作將按項目截至目前的績效指數(CPI)實施。

(7)

b. SPI與CPI同時影響ETC工作。這種預測中，假設灌溉必須達到計劃畝數，需要計算一個由成本績效指數與進度績效指數綜合決定的效率指標，并假設ETC工作將按該效率指標完成。使用這種方法需要分別給CPI和SPI賦予不同的權重，如 80/20、50/50，或其他比率。

(8)

3.3 閾值計算

唐雷彬[1]給出的預警閾值是上半年AC值大于PV值10%以上需進行預警，下半年AC值大于PV值5%以上需進行預警。

AC值是現狀值，是現狀的對比。從EAC與BAC的大小邏輯關系入手,EAC是現狀與預測值的整體，是整體的對比，更具合理性。閾值的確定參考唐雷彬[1]文采用5%，因為EAC預測可以有效解決達標措施實施時間長短的影響，不需要進行上下半年的人為離散化處理。如果EAC大于BAC的值超過5%，則進行預警。

參考式7，當前CPI完成ETC工作時，閾值計算公式為

(9)

參考式8，當SPI與CPI同時影響ETC工作時，閾值計算公式為

(10)

式8綜合考慮了進度績效和成本績效，適用于進度落后的預警二類和四類。

4 實例應用

東港灌區為多水源取水的大型灌區，灌區用水量占丹東地區用水量的70%以上。水資源“三條紅線”考核指標用水總量是7.5億m3，灌溉水利用系數是0.55。

4.1 參數值計算

以2015年為掙值監控年。

a.灌溉用水按分期灌溉定額確定(BC)。畝均用水量(BC)按年下降5%計算得出，各月分配按2013—2014年平均值分配。經計算畝均用水量為689m3/畝，4—9月不均勻分布，丹東市灌區用水總量掙值模型計算見表2。

b.計劃灌溉畝數(WS)。灌溉畝數(WS)按2014年設計有效灌溉面積計算。

c.實際定額(RC)和實際灌溉畝數(WP)。2015年實際數據由統計得到，式中RC由實際用水量和灌溉畝數計算得到，見表2。

表2 丹東市灌區用水總量掙值模型計算

4.2 預警類別劃分

根據表1對表2數據進行分析，預警類別見表3，由表3可以看出：4月份雙達標；5月份為四類預警，用水總量和用水定額都不達標；剩下4個月份都是二類預警。

4.3 閾值計算

閾值分別按式7和式8計算，式8中的權重按0.5計算，結果見表3和下圖。

表3 東港灌區掙值模型預警類別與閾值計算

東港灌區掙值分析圖

5月份兩種方法計算結果都大于5，需要發出預警；T1大于T2，也說明了定額增加的影響大于畝數減少的影響，因為T2考慮了一半進度績效的影響。

6—9月份都是T1小于T2，說明畝數減少量的影響大于定額增加量的影響，差值越大說明影響程度差異越大。在考慮進度績效影響后，6月和3月都達到了預警閾值，灌區在用水總量不超標的情況下，考慮灌溉畝數減少的影響是有必要的，需要發出預警。

從預警效果看，預警類別和預警閾值計算，不僅能反應未達標情況，更能體現具體原因、達標偏離程度和達標難度。

5 結 論

水資源掙值模型預警類別分為4類：?預警用水總量不達標；?預警灌溉定額不達標；?預警灌溉定額和用水總量都不達標，且灌溉畝數增加；?預警灌溉定額和用水總量都不達標，且灌溉畝數減少。預警類別序號越大，則達標難度越大。

預警閾值計算以掙值法偏差理論和預測理論為基礎，根據期間績效完工估算為指標，按只考慮成本績效和成本與進度績效都考慮兩種方法進行計算，其中雙績效計算適應于預警二類和預警四類。

東港灌區案例分析表明，預警類別和預警閾值計算，提高了預警的準確性和針對性。兩種不同閾值計算方法的比較，可定量對比出灌溉定額變化與灌溉畝數變化的影響大小。

[1] 唐雷彬.基于掙值模型的水資源用水總量和用水效率實時監控研究[J].水利規劃與設計,2017(12):11-13,50.

[2] Project Management Institute.The standard for program management—third edition[M].Project Management Institute,2012(4).

[3] Andrzej.C.Application of Earned Value Method to Progress Control of Construction Projects[J]. Procedia Engineering,2014,91-97.

[4] 于璐,王偲,竇明.最嚴格水資源管理考核指標體系研究[J].人民黃河,2016(8):38-42.

[5] 張志強,左其亭,馬軍霞.基于人水和諧理念的“三條紅線”評價及應用[J].水電能源科學,2015(1):136-140.