沙灘水庫工程技術經濟分析*

Faith Chan

(1.貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550001； 2.貴州省水利投資(集團)有限責任公司，貴州 貴陽 550001； 3.諾丁漢大學，英國 諾丁漢 NG1 4BU)

1 工程概況

貴州省德江縣沙灘水庫設計壩址位于川巖河支流沙灘河上。水庫壩址以上流域集水面積72.6km2，主河道長15.50km，主河道平均比降13.88‰。沙灘水庫工程主要功能是集鎮供水、工業供水、農村供水及灌溉供水，無防洪功能。

沙灘河屬烏江水系六池河流域，是六池河的一級支流(六池河上游段又叫川巖河)。沙灘河發源于平原鄉田壩附近，河源高程1353m，全流域集水面積92km2，主河道全長21km。

2 供水對象和規模的確定

2.1 工程任務

沙灘水庫開發的直接目標是解決德江縣復興鎮集鎮、煎茶工業園區、灌溉和農村供水，供水范圍涉及復興鎮和煎茶鎮。受水區范圍內，各受水對象目前主要靠農村安全飲水工程、山泉水以及河流自提水解決生產生活用水問題，急需興建水利工程解決工程性缺水問題。根據《德江縣煎茶水庫可行性研究報告》，煎茶水庫擬為煎茶集鎮的發展用水服務，所以，沙灘水庫集鎮供水對象僅考慮復興鎮片區；煎茶水庫向煎茶工業園區提供園區部分用水，年供水量為660萬m3(出廠水產水量)，園區剩余用水量由沙灘水庫補充解決。此外，沙灘水庫還承擔34000畝灌面的灌溉供水任務和沿線農村供水任務。根據供水對象的特點，結合當地水資源條件，供水保證率為95%，灌溉保證率為80%。

2.2 需水預測

2.2.1 工業需水預測

工業園區需水預測按萬元工業增加值法和占地法進行預測。

a.萬元增加值用水量法。根據《德江縣工業園區發展規劃》，園區工業主要以農副產品加工、生物制藥、礦產加工、生物發電等為主,2030年工業增加值為55億元，按此綜合擬定供水區2030年工業萬元增加值取凈水量為40m3/萬元(含職工生活用水)，2030年的管網損失率取12%，見表1。

表1 工業需水預測成果(萬元增加值法)

b.單位工業用地用水量法。根據《德江縣工業園區發展規劃》，未來煎茶工業園區將重點布局農副產品加工、生物制藥、礦產加工和配套產業等，工業園區用地主要分為居住用地、公共管理服務設施用地、工業用地、倉儲用地、道路與交通設施用地、市政公用設施用地、綠地及廣場用地、水域和其他用地等，共20km2，其中建設用地面積為14.68km2。結合《城市給水工程規劃規范》(GB50282—2016)，該工程公共管理服務設施用地、工業用地、倉儲用地、道路與交通設施用地、市政公用設施用地、綠地及廣場用地、居住用地用水指標分別取45、70、35、45、35、25、100m3/(hm2·d)；居住用地用水按照園區人口數量進行需水預測，不重復計算居住用地用水；水域和其他用地不考慮工程供水。日變化系數取1.3。該項工業用地用水量指標為規劃期最高日用水量指標，且包括了管網漏失水量。計算可知，煎茶工業園區2030年需水量為2623萬m3，見表2。

表2 工業需水預測成果表(用地法)

注工業用地用水天數按330天計，公共事業及服務業用地用水天數按365天計，道路廣場及綠化用地用水天數按182.5天計。

工業園區用水量按兩種方法計算成果的均值計，2030年為2561萬m3。

2.2.2 集鎮需水預測

根據《村鎮供水工程設計規范》(SL687—2014)和《貴州省行業用水定額》(DB52/T 725—2011)，2030年集鎮居民綜合用水定額取150L/(d·人)，管網損失按12%計算。

集鎮需水預測成果見表3。

表3 集鎮需水預測成果

2.2.3 農村需水預測

沙灘水庫的灌區涉及復興鎮，根據復興鎮水利管理站提供的資料以及農村人畜預測成果，2030年沙灘水庫灌區范圍內農村人口為12151人，大牲畜3645頭，小牲畜7290頭。

根據《村鎮供水工程設計規范》(SL687—2014)及《貴州省行業用水定額》(DB52/T 725—2011)，2030年農村人口用水定額按90L/(d·人)計算，2030大牲畜、小牲畜用水定額分別取50、30L/(d·頭)。

農村需水預測成果見表4。

表4 農村需水預測成果

2.3 供需平衡

水資源供需二次平衡是指在采取節水措施前提下充分發揮和挖掘現有供水工程的供水潛力，并考慮規劃建設當地水源工程，對未來各水平年水資源供需平衡進行分析。二次平衡是在一次平衡基礎上，結合產業結構調整、節水和治污、挖潛等措施所進行的基于當地水資源承載能力的供需平衡。經分析計算，基于產業結構調整、節水和治污、挖潛等措施所進行的水資源二次平衡計算結果見表5～表7。

表5 集鎮供需平衡分析成果 單位：萬m3

考慮5%的水廠自用水和3%的輸水損失后，2030年復興集鎮毛取水量(水庫取水口處)為108萬m3。

表6 工業園區供需平衡分析成果 單位：萬m3

考慮5%的水廠自用水和3%的輸水損失后，2030年工業園區毛取水量(水庫取水口處)為1771萬m3。

表7 農村人畜供需平衡分析成果 單位：萬m3

考慮20%的管網損失和輸水損失后，2030年受水區農村人畜毛取水量(水庫取水口處)為32萬m3。

3 工程技術經濟比選

3.1 水庫死水位的確定

沙灘水庫壩址處多年平均年輸沙量2.35萬m3(3.05萬t)，其中懸移質1.95萬m3(2.54萬t)，推移質0.391萬m3(0.508萬t)，取多年平均泥沙淤積成果，壩址攔沙率0.940，年淤積量2.23萬m3，50年使用年限總淤積量111萬m3，水平淤沙高程706.16m，壩前淤沙高程698.77m。

根據水工布置，取水口位于壩址處，死水位的選擇主要受到水工布置、淤沙高程、取水管距離底板的距離、取水管徑、取水管淹沒深度的影響。取水管距離底板1.5m，考慮布置DN2000mm的取水管，根據水工計算取水管頂部預留1.5m的淹沒深度。則壩前取水最低高程為：698.77m+1.5m+2m+1.5m=703.77m。死水位選擇還需考慮水平淤沙高程，壩前取水最低高程和水平淤沙高程的外包線取整后為死水位，因此在考慮渠首淤沙、取水管淹沒深度時，壩址最低死水位為707m。

3.2 水庫不同死水位技術經濟比選

a.灌面分布對死水位抬高的影響。沙灘水庫工程灌面主要分布在750m以下，且705～750m高程范圍內均勻分布，未出現分布拐點，所以灌面高程分布未對死水位抬高的經濟評價產生決定性影響。

b.供水效益分析。在保持供水效益不變(興利庫容基本相同)情況下，分別以707m、712m、717m、722m、725m、727m、732m為死水位時做技術經濟比較，所需要的對應正常蓄水位分別為753m、753.6m、754.3m、755.2m、755.9m、756.3m、757.5m，成果見表8。

表8 不同死水位技術經濟比較成果表(同效益)

通過現場調查，平原鄉政府高程為765m左右，在論證正常蓄水位時，應以此高程作為庫區淹沒影響區的控制高程。

由表8可知，隨著死水位的增加，庫區淹沒投資逐漸增加，且增幅逐漸增大；50年運行費用現值逐漸減小，當死水位低于722m時，50運行費用現值遞減幅度基本相同，當死水位由722m抬高至725m時，由于大部分灌區能夠自流，50年運行費用現值減少幅度較大，但超過725m后，50年運行費用現值呈平穩下降；隨著死水位抬高，為保證供水效益，正常蓄水位則相應抬高，大壩樞紐工程投資相應增加，且增加的幅度逐漸增大。依據前述，當死水位高于725m后，管線能夠穿越客店、彭家寨一帶，但需開挖客店隧洞、彭家寨隧洞，且由于管線富裕水頭較少，管線布置較為迂回，管線較長，且提水泵站較為分散，運行管理人員配置較多，導致管線投資增幅及50年運行費用現值較大。

總投資費用現值(工程靜態投資+50運行費用現值)隨死水位抬高而逐漸增加，且在725m處增幅最大。總投資費用現值在死水位707時最小，結合前述其他因素，死水位為707m最優。

3.3 水庫正常蓄水位技術經濟比選

正常蓄水位以需水規模、庫區淹沒指標、壩區工程地質及庫區地質、工程投資及產生的效益等因素進行技術經濟綜合比較確定。依據前述確定的死水位，調整正常蓄水位進行技術經濟必選。

根據灌溉規模、城鎮供水規模，按“以需定供”的原則，進行水庫興利調節計算，宏觀上綜合考慮庫容系數以及單方庫容供水量關系等，在確保滿足供水要求前提下，擬定正常蓄水位751m、752m、753m、754m、755m進行技術經濟比較。該工程不涉及防洪功能，因此不對防洪庫容進行技術經濟比較。壩址不同正常蓄水位比選成果見下頁表9。

a.從供水效益比較。由表9可知，正常蓄水位的增高，供水量也隨之增加，但單方庫容可供水量卻在減少。根據需水預測成果，工業園區供水、城鎮供水及灌溉總需水量為3084萬m3，只有當正常蓄水位達到753m時，水庫的供水才能滿足需水要求，依據不同正常蓄水位興利調算成果比較，推薦753m為正常蓄水位。

表9 壩址不同正常蓄水位比選成果

b.從工程運行的經濟指標方面分析。壩址不同正常蓄水位經濟指標比較主要從單方供水投資、各方案單方增量投資、各方案的國民經濟內部收益率及各方案之間的“差額投資內部收益率”進行分析。綜合考慮水資源利用、工程投資、經濟效益等方面的因素進行正常蓄水位論證，從中選擇最優的壩址正常蓄水位方案。壩址各正常蓄水位方案技術經濟比較指標成果見下頁表10。

c.“國民經濟內部收益率”及“差額投資內部收益率”分析。各方案內部收益率均大于8%，其中正常蓄水位753m時，內部收益率最大，則正常蓄水位753m時最優。對以上正常蓄水位方案進行比較，以751m方案和752m方案進行差額內部收益率比較，差額投資內部收益率大于8%的基準收益率，以投資大的752m方案為經濟效果較好的方案，淘汰751m方案；用753m方案與752m方案相比，差額投資內部收益率大于8%

表10 壩址各正常蓄水位方案技術經濟比較指標成果

的基準收益率，以投資大的753m方案為經濟效果較好的方案，淘汰752m方案；用754m方案與755m方案相比，差額投資內部收益率小于8%的基準收益率，以投資小的754m方案為經濟效果較好的方案，淘汰755m方案，用753m方案與754m方案相比，差額投資內部收益率小于8%的基準收益率，以投資小的753m方案為經濟效果較好的方案，淘汰754m方案，從“差額投資內部收益率”分析來看，753m正常蓄水位方案為最優。

受城鎮、工業供水及灌溉供水需求限制，當正常蓄水位低于753m時(751m、752m)，水庫供水量不能滿足需求；而當正常蓄水位大于753m時(754m、755m方案)，水庫產生的多余供水量不能產生效益，同時，隨著正常蓄水位抬升，工程投資增加，灌溉和供水效益不變。通過“國民經濟內部收益率”及“差額投資內部收益率”分析，753m正常蓄水位方案為最優方案。內部收益率指標成果見表11。

表11 內部收益率指標成果

續表

注計算各方案IRR，IRR<8%的方案淘汰，IRR>8%的方案按投資由小到大順序開始比較。投資大方案-投資小方案，若△IRR>8%，投資大方案優，反之，△IRR<8%，則投資小優。

d.正常蓄水位選擇結論。綜上幾個方面進行綜合比較，本階段壩址推薦正常蓄水位753m。

4 結論與建議

水利工程是民生工程，在水資源市場改革尚未完善的大背景下，水利工程的民生工程特性在近期內難以發生根本改變。這就決定了水利工程在短期內仍然會以政府直接投資為主，PPP等其他融資模式為輔。水利工程運行時間長，負債率高，因此建設前期的工程技術經濟分析顯得尤為重要。本文基于實際工程分析了水庫不同規模的內部收益率(IRR)、差額內部收益率(△IRR)等技術經濟指標，為更高效地進行水利工程投資決策做參考。

在分析水庫工程技術經濟指標時，基礎折現率受到地區、行業、時間的影響較大，這就使得計算凈現值難度較大。本文在水利工程技術經濟分析時，引入IRR、△IRR等指標，從而避免基礎折現率難以確定的難點。將來對于不同壽命周期的水利工程進行技術經濟分析時，還可以引入凈年值等年值指標，從而避免不同壽命周期的項目之間難以比較現值指標的難題。特別是對于政府直接投資的水利工程，將來應該重點研究利息備付率、償債備付率等償債能力指標，盡量減少運營期補貼，獨立運營，減少政府債務負擔。