跨流域引調水工程供水效益量化分析

方國華，宋子奇，廖 濤，聞 昕，陸承璇

(1.河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098；2.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司南京分院，江蘇 南京 210029)

隨著經濟社會的迅速發展、城市化進程的加速推進，水資源的需求量顯著增加，水資源短缺、分布不均等問題愈發突出，為此世界各國都開始大規模興建跨流域引調水工程[1]。為了能夠更好地發揮跨流域引調水工程在解決水資源分布不均上的巨大優勢，科學優化地區水資源配置，為跨流域引調水工程的建設管理、合理規劃提供參考依據，必須對跨流域引調水工程產生的效益進行分析研究、合理量化。

水利工程供水效益計算主要是針對生活、“三產”供水效益的計算，目前多采用單一方法進行計算，如基于分攤思想的經濟價值分攤法和分攤系數法、缺水損失法[2]、影子水價法[3]、最優等效替代法[4]等。其中，缺水損失法的重點在于估計缺水損失值，適用于現有水利設施無法滿足用水需求的嚴重缺水地區。影子水價法中的影子價格與不同地區水資源量及其分布、水資源供求情況及稀缺程度等因素密切相關，需進行詳細研究方可確定，所以只適用于已取得影子價格合理研究成果的地區。最優等效替代法是一種間接計算供水效益的方法，在如何確定替代工程是否達到“最優”和“等效”上目前仍存在較大爭議，且替代方案的費用與所求工程供水效益之間并無內在必然聯系，計算結果的合理性、可靠度易受質疑，只在極度缺乏資料時使用。在實際工程應用中，多采用經濟價值分攤法[5-7]和分攤系數法[8-10]，這兩種方法雖均基于分攤思想，但對效益的量化方式有所不同。經濟價值分攤法以實際利用的引調水量為主、單方水價值為單位計算效益。而我國《水利建設項目經濟評價規范(SL 72—2013)》中推薦的分攤系數法，以產量、價格直接計算效益，強調工程修建前后產值變化。相比較而言，以上兩種方法的適用情況較為廣泛，計算原理易于理解，計算過程更為簡便，但兩種方法各有側重，可根據不同產業的效益表現形式在兩者之間進行選擇。由此可見，采用單一方法進行供水效益計算難以做到完全貼近工程實際，適用于復雜的實際運行情況。應針對供水格局，對不同產業供水情況進行分析，采用適宜的量化計算方法，取得更為有效合理的計算結果。筆者將針對跨流域引調水工程的特性，結合工程實際運行情況及計算資料獲取難易程度，對其供水效益量化方法進行分析探討，并舉例說明量化方法的可行性。

1 跨流域引調水工程特點

水資源維系著生態系統功能，支撐著社會經濟系統發展，是一個國家至關重要的基礎性戰略資源。當今世界經濟快速發展、物質生活需求不斷提高，人類社會對水資源需求量的急劇上升，區域水資源量與需水量愈發難以達到供需平衡，水資源短缺已成為制約社會經濟發展的主要因素。為解決水資源供需矛盾問題，跨流域引調水的規劃應運而生。經過多年的研究與建設，目前我國已經興建了南水北調中線，東線，引灤入津，引黃濟青，引大入秦，引江濟太，引灤入津等多個大型跨流域調水工程[11]，跨流域引調水工程已成為解決水資源時空分布不均的最科學、最有效的途徑之一[12]。

跨流域引調水工程是指在不同流域系統間修建的,通過調節水量供需平衡關系以達到合理開發利用和配置水資源目標的水利工程[13]。工程運行后能夠優化地區水資源配置格局，改善沿線地區水生態環境，提高河道防洪能力，為區域社會經濟發展注入活力。跨流域引調水工程具有以下特點：

a. 跨流域引調水工程涉及不同流域及地區，不確定性更突出。跨流域引調水工程流經不同流域和地區，水資源情況、自然環境條件、社會經濟發展形勢都不相同，不確定性、風險性程度更大，且各地區之間在引調水調度上必然存在利益沖突，跨流域引調水工程需協調各地區不同的水資源需求，做出科學有效的規劃與管理[14]。

b. 跨流域引調水工程多為多目標水利樞紐。大型跨流域引調水工程通常是集供水、灌溉、航運、發電、防洪、旅游及生態改善于一體的多目標、多用途綜合性工程，需合理解決各目標間水量分配的沖突與矛盾，最大化社會經濟和生態環境效益[15]。

c. 跨流域引調水工程具有高度的復雜性。由于橫跨兩個及以上流域和地區，輸水距離長，引水渠道與各流域地區的蓄水水庫、湖泊、天然河道及當地輸配水設施存在多種串、并聯及混聯的關系，水量補償調節過程復雜，規劃設計和運行管理難度較大，需做出細致全面的調水規劃，并對工程沿線各樞紐進行科學統籌管理[16]。

由于跨流域引調水工程具有以上特點，涉及不同流域，不確定性、復雜性突出，所以其與普通引水工程、水電工程的效益計算不盡相同，下面針對跨流域引調水工程的供水效益量化進行分析。

2 供水效益量化方法

跨流域引調水工程的供水效益，廣義上來說，包括社會經濟供水效益和生態供水效益，但一般多對社會經濟供水效益進行量化計算，故下文主要分析討論社會經濟供水效益。根據供水結構，可將社會經濟供水效益劃分為生活供水效益、第一產業供水效益、第二產業供水效益和第三產業供水效益。

2.1 生活供水效益

生活供水效益主要表現為因滿足居民日常生活用水而產生的居民生活水平和健康水平的提高。水利措施、社會經濟發展、物價變化等因素都會對居民生活供水效益產生重要影響，所以在量化生活供水效益時，宜基于分攤思想按水利工程與其他影響因素的貢獻比例對產生的效益進行分攤。

由于生活水平的提高不能以產值的形式來衡量，且城鎮、農村居民生活實際利用的引調水量較為明確，所以目前多采用經濟價值分攤的方法進行量化。其中，城鎮居民生活利用的引調水量可根據自來水公司來水結構確定，而對于農村居民生活利用的引調水量，缺水地區由水庫供水，可根據引調水量在水庫來水中的占比進行推算；欠發達地區多利用地下水[17]，一般不由跨流域引調水工程供給；而水資源豐富地區以天然河道取水為主，取水量無計量，但可由農村居民生活用水定額大致確定。

因此，宜使用經濟價值分攤法計算居民生活供水效益。經濟價值分攤法把生活用水單方水價值在引調水量與生活水平進步之間分攤，再乘以居民生活利用的引調水量，將此值作為生活供水效益。生活用水單方水價值可用居民生活用水價值與人均年用水量之比來計算[18]，其中的居民生活用水價值可考慮使用恩格爾系數法以居民人均可支配收入和恩格爾系數的乘積——居民年均食品支出計算，用居民年均食品支出反映居民生活水平。生活供水效益具體計算公式如下：

(1)

式中：BL為生活供水效益，元；V為生活用水單方水價值，元/m3；f為引水效益分攤系數，即在引調水工程與生活水平進步之間分攤，可參照鄰近地區已有研究成果取值，無量綱數；Q為受水區居民生活實際利用的引調水量，m3；r為居民年人均可支配收入，元；e為恩格爾系數，無量綱數；p為人均年用水量，m3。

2.2 第一產業供水效益

第一產業供水效益主要表現為向農林牧漁業供水而獲得的效益。其中，大規模畜牧養殖業主要從當地地表徑流或地下水源(井水)取水，一般不直接由引調水工程供水。同時，我國林業主要集中分布在山地地區，水源主要為天然降水及本地地表徑流，而引調水工程多位于人口密集的平原地區，并不向其供水。因此，跨流域引調水工程的第一產業供水效益主要為農業灌溉效益和水產養殖效益。

2.2.1農業灌溉效益

當引調水工程向灌區供水后，農業種植、農田管理等技術會隨著供水條件的改善而提高，在水利措施與農業生產措施的共同作用下灌區農作物產量必將產生明顯的增加，因而在農業灌溉增產效益計算時必須在工程供水與農業生產措施之間進行分攤。

若采用以實際利用的引調水量為主、單方水價值為單位的經濟價值分攤法進行計算存在以下問題：①由于跨流域引調水工程橫跨不同流域，水系交錯，水量調配復雜，很難明確各受水區實際使用的引調水量，且目前我國除北方缺水地區外，華東、華南地區均未對農業灌溉用水收取水費，農業灌溉水量統計資料匱乏，很難獲取有效的水量數據資料[19]。②農業單方水價值的確定存在爭議。若以農業增加值與農業總用水量之比作為農業單方水價值，而農業增加值計算需明確的農業生產成本中的人力成本不易把握；若以第一產業增加值與第一產業總用水量之比作為農業單方水價值，又與跨流域引調水工程只產生農業、漁業效益的實際供水情況不符，只能用作近似計算。③以水量為主的分攤計算方法不能反映作物種類、農業技術措施、地理、土壤以及氣候條件等因素對灌溉效益的影響，其方法本身就含有誤差[20]。而強調工程修建前后產值變化的分攤系數法正好解決了以上問題，且從效益計算方式本身來說，以產量、價格直接計算產值的分攤方法能夠更直接地體現該工程帶來的效益變化，更適用于進行跨流域引調水工程供水效益的量化計算，故采用分攤系數法計算跨流域引調水工程的農業灌溉效益。分攤系數法，將引調水工程修建前后的作物產值之差，在引調水量與農業生產措施之間分攤，具體計算公式如下：

(2)

式中：BA為農業灌溉效益，元；ε為引水效益分攤系數，即在引調水工程與農業生產措施之間分攤，可參照鄰近地區已有研究成果取值，無量綱數；Ai為第i種作物的種植面積，一般為作物實灌面積，畝；Yi、Y′i為引調水工程修建后第i種作物主、副產品的多年平均單位面積產量，kg/畝，實際應用時注意應去除當地農業自身發展的影響；Yoi、Y′oi為引調水工程修建前第i種作物主、副產品的多年平均單位面積產量，kg/畝；Pi、P′i為第i種作物主、副產品的價格，元/kg；n為計算區域內共有n種作物。

2.2.2水產養殖效益

水產養殖效益一般指直接增加的水產品產量，目前水產養殖效益主要采用增加收益法、最優等效替代法進行量化。由于供水條件是決定水產養殖效益最主要的影響因素，所以在實際應用中多使用增加收益法計算，只有在極度缺乏資料時才會使用最優等效替代法。且增加收益法是按跨流域引調水工程修建后增加的水產品產量乘以價格計算即總產值進行計算，計算資料相對易獲得，資料來源多為當地《統計年鑒》或《國民經濟與社會發展公報》，公信力高，被公眾廣泛認可，所得計算結果更為可靠。所以應采用增加收益法計算跨流域引調水工程的水產養殖效益，計算公式如下：

(3)

式中：BW為水產養殖效益，元；Ai為第i種水產品的養殖面積，畝；Yi為引調水工程修建后第i種水產品的多年平均單位面積產量，kg/畝，實際應用時注意應去除當地水產養殖業自身發展的影響；Yoi為引調水工程修建前第i種水產品的多年平均單位面積產量，kg/畝；Pi為第i種水產品的價格，元/kg；n為計算區域內共有n種水產品；Q為引調水工程修建后水產養殖總產值，元；Qo為引調水工程修建前水產養殖總產值，元。

2.3 第二產業供水效益

第二產業主要包括工業和建筑業。與工業相比，建筑業較為特殊，其產值大部分來自外埠市場，而并非當地，且建筑施工用水水源多為自備井、沉砂池回收水、市政處理中水等，并不使用跨流域引調水工程引水，因此跨流域引調水工程第二產業供水效益主要以工業供水效益為主。工業供水效益主要反映在工業產值的提升上，但產值的增加不僅與水利工程增供水量有關，工業生產設備的升級、人員技術水平的提高以及企業管理制度的完善均對此有著至關重要的影響，因此宜采用效益分攤的方法計算跨流域引調水工程的工業供水效益。

從效益計算方法本身來說，強調工程修建前后產值變化的分攤系數法能夠更直接地表現出工程有無引起的工業產值的變化。且工業企業實際利用的引調水量在確定時易產生較大偏差，原因如下：①跨流域引調水工程引水渠道與沿線受水區河網、水利設施存在多種混合交叉的相連關系，難以確定引調水量在用水水源中的占比。②當前大中型工業企業多以自來水公司供給為主，但仍有部分企業采用河道取水的方式，現實中還存在部分企業私自引水未上報、地處管轄區域交界未納入統一管理監控等復雜情況。這使得工業企業實際使用的引調水量難以得到明確，僅以部分企業提供的水量記錄并不能切實反映實際情況，實際使用引調水量的取值可能偏小。

綜上，宜采用強調工程修建前后產值變化的分攤系數法計算工業供水效益，以有無該引調水工程的增產值乘以供水效益的分攤系數近似估算工業供水效益。而對于效益產值的分攤又可分為分攤工業凈效益和分攤工業毛效益兩種，具體工程中(如南水北調工程)多分攤工業凈效益，我國現行統計制度下工業凈效益的統計口徑為工業增加值，故宜采用分攤工業增加值的方式進行計算。第二產業(工業)供水效益計算公式如下：

BS=(S-So)φm

(2)

式中：BS為第二產業供水效益，元；S為引調水工程修建后工業總產值，元，實際應用時注意應去除當地工業自身發展的影響；So為引調水工程修建前工業總產值，元；φ為工業增加值率，即在一定時期內工業增加值與工業總產值的比重，無量綱數；m為引水效益分攤系數，即在引調水工程與工業生產措施之間分攤，可參照鄰近地區已有研究成果取值，無量綱數。

2.4 第三產業供水效益

根據我國《國民經濟行業分類》(GB/T 4754—2011)，第三產業即服務業，是指除第一產業、第二產業以外的其他行業。第三產業供水效益主要包括引水工程向商務、旅游、公共服務等產業供水所產生的效益，是在水利工程措施、不同產業的發展、生活標準的提升等多方因素作用下的結果，因此應將第三產業效益在水利工程與其他產業之間進行分攤。

由于第三產業為非物質生產產業，效益很難以產量、價格的形式表達，目前常使用經濟價值分攤法進行效益量化[18]。且第三產業用水水源主要為自來水，實際利用的引調水量可根據其來水結構確定。綜上考慮，采用經濟價值分攤法計算第三產業供水效益，計算公式如下：

(3)

式中：BT為第三產業供水效益，元；V為第三產業單方水價值，即第三產業增加值與第三產業總用水量之比，元/m3；I為第三產業增加值，元；W為第三產業總用水量，m3；f為引水效益分攤系數，即在引調水工程與第三產業自身發展之間分攤，可參照鄰近地區已有研究成果取值，無量綱數；Q為第三產業實際利用的引調水量，m3。

綜上所述，筆者通過對跨流域引調水工程特點進行分析討論，提出了適于跨流域引調水工程供水效益量化的計算方法，如表1所示。

表1 跨流域引調水工程供水效益計算方法匯總

3 實例分析

浙東引水工程是浙江省有史以來跨流域最多、跨區域最廣、引調水線路最長和投資最大的水資源戰略配置的重大工程。浙東引水工程跨越錢塘江流域、曹娥江流域、甬江流域和舟山本島，引富春江水，經蕭紹平原的杭州市蕭山區、紹興市區，姚江平原內的紹興市上虞區、寧波市余姚市，北線至寧波市慈溪市，南線至寧波市區、舟山市，共涉及4個地市及19個縣(市、區)，引水線路總長294 km，總投資超100億元。目前浙東引水工程北線蕭山樞紐至慈溪段于2014年6月進入常態化引水階段，工程實際運行情況如下：工程沿線蕭山、紹興地區水資源供需情況可基本保持平衡，在該地區浙東引水只是作為過境水；上虞、余姚地區部分取用浙東引水，但用水量不大；慈溪地區缺水情況嚴重，是浙東引水工程北線最主要的受水區。2014—2017年浙東引水工程4年間累計引水14.7億m3，極大地提升了浙東地區的水資源保障能力，顯著改善了浙東地區平原河網的水生態環境，為浙東地區的經濟發展、社會進步及生態環境保護做出了重要貢獻。

筆者應用表1中的方法對2017年浙東引水工程供水效益進行量化分析。在對浙東引水工程進行實地調研后，劃定了浙東引水工程受水區，以受水區作為邊界進行量化計算。其中，根據浙江省、江蘇省和上海市已有灌溉效益計算成果[21]及近期華北地區研究成果[22]，綜合考慮蕭紹寧平原實際情況，取農業灌溉供水效益分攤系數為0.35；根據浙江省統計局數據，2017年浙江省規模以上工業增加值率為21.9%；根據目前已有國內各城市工業供水效益計算結果[23-24]，取工業引水效益分攤系數為0.10；根據浙東地區實際發展情況，參照已有工程計算[25]，取第三產業供水效益分攤系數為0.04。

效益值大小以2017年價為標準衡量，消除工程修建前后地區自身發展影響后，分地區對2017年浙東引水工程沿線受水區生活、第一產業、第二產業、第三產業效益進行計算，計算結果見表2。由于浙東引水在杭州市蕭山區、紹興市區只是作為過境水，并不產生社會經濟供水效益，故不在表2中列出。

表2 2017年浙東引水工程各地區供水效益統計 萬元

由表2可見，2017年浙東引水工程供水效益總計達14.185 0億元，其中生活供水效益0.048億元，第一產業供水效益7.543 9億元，第二產業供水效益5.559 3億元，第三產業供水效益1.033 8億元。若以行政區劃為單位進行分析，工程沿線各地區中受益最大的是慈溪市，供水總效益達9.706 8億元；其次是上虞區，供水總效益為3.123 4億元；最后是余姚市，供水總效益為1.354 8億元。計算結果與浙東引水工程實際供水運行情況一致。

4 結 論

針對跨流域引調水工程的特點對其供水效益的量化進行研究，經過分析比選出了適于生活、“三產”供水效益量化的計算方法，并利用該方法對2017年浙東引水工程的供水效益進行了定量評價。評價結果表明，筆者提出的跨流域引調水工程的供水效益計算方法能夠較好地應用于實際，可對工程的供水效益做出基本合理的量化計算。采用本文提出的量化方法可對工程所產生的供水效益進行全面評價，客觀真實地反映工程建設的真實效益，為今后工程的建設管理提供政策依據。本文的計算結果總體上是合理的，但在跨流域引調水工程增供水量的分配、數據和參數引用的合理性上仍需進一步地研究分析完善，同時仍需加強對效益分攤系數確定方法、總產值增加值效益計算口徑統一等方面的研究。

除此之外，雖然目前水利工程效益的研究主要集中在生活、“三產”等方面的供水效益評價上，很少涉及生態效益，一般只是定性描述，然而對于跨流域引調水工程來說，其較一般水利工程的生態影響范圍更大，更需對其產生的生態效益進行定量評價，為工程運行調度向生態環境改善、保護的方向調整修正提供參考依據。因此，今后還應加強對跨流域引調水工程生態效益的分析研究，尋找適于生態效益量化計算的方法，完善跨流域引調水工程綜合效益評價體系。