补偿调节的城镇供水效益计算方法研讨

刘明岗，吴明官

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 问题的提出

目前，随着城镇化进程的逐步深入和城镇规模的不断扩大，城镇供水问题已成为普遍的社会问题，供需矛盾不断升级，因此，为了解决民生问题各级政府想方设法修建各种供水工程来，满足人民群众生活水平日益提高和改善的需求。

由于北方河流年径流的时空分配极不均匀，特别是每年的12月至翌年3月径流量很小，甚至经常断流。在这种情况下，若修建控制性蓄水工程后，只要能够满足4个月(占全年1/3)枯水期城镇供水量要求，则其他8个月城镇供水量大部分时间可利用区间径流即可。

从此可以看出，该水库工程虽然只承担其中少部分城镇供水量，但实际上采用区间径流补偿调节方法，可以承担全部的城镇供水任务。故修建控制性蓄水工程后，通过区间径流补偿调节来，提供城镇供水的过程中，往往涉及到如何准确地计算城镇供水效益水量问题。一般对水库直接供水量，均无可非议;但取用水库下游区间可利用水量时，大家却众说纷纭，意见不统一，具体很难操作。迄今为止，城镇供水效益水量的具体计算，还没有准确的计算方法。

因此，修建蓄水工程后，计算补偿调节的城镇供水效益时，若采用水库直接供水量(又称:水库补水量)，则城镇供水效益明显偏小，出库水价较高，用水户难以承受，既不公平、也不合理;若采用总供水量(水库补水量与区间用水量之和)，则利用区间用水量部分的全部水量作为水库间接供水量，很难说服供水单位和用水户，且无可靠的科学依据。

那么，如何计算城镇供水效益水量就成了关键性的核心问题。具体来讲，除了水库直接供水量(补水量)以外，水库间接供水量如何准确计算，就是本次研究的重点，即水库间接供水量就是破坏年提高保证率部分的区间可利用水量如何准确计算的问题。

因此，为了改善控制性蓄水工程的技术经济指标，提高补偿调节的城镇供水效益，有效推动城镇供水民生水利事业的发展，笔者特提出了“补偿调节的城镇供水效益计算方法”。

2 算法研究

2.1 常规计算方法

补偿调节的城镇供水效益计算，迄今为止，还没有准确的计算方法。目前，大家常用的方法是只计算水库直接供水效益，故城镇供水效益明显偏小，出库水价较高，用水户难以承受。

另外，有时候还采用水库补水量与区间用水量之和的总供水量，作为城镇供水效益计算水量，也就是除了水库直接供水量以外，利用区间用水量部分的全部水量作为水库间接供水量，这种算法计算的城镇供水效益水量，明显偏大，结果很难说服供水单位和用水户。

有时候还凭经验取介于水库直接供水量与总供水量之间的水量，作为城镇供水效益计算水量，这种算法随意性大，而且无可靠的科学依据。

2.2 新方法研究

近期穆棱市城镇总供水量为6 404×104m3/a，远期城镇总供水量8 818×104m3/a。其中水库近期补水量为1 666×104m3/a，远期补水量为2 790×104m3/a;近期区间径流用水量为4 738×104m3/a(12.98×104m3/d)，远期为6 028×104m3/a(16.52×104m3/d)。

根据奋斗水库～穆棱水文站1956～2008年区间来水量系列大小排序，并计算经验频率后，绘制区间径流补偿调节的城镇供水效益计算水量分析图1中，可以看出，该区间来水量与远期城镇供水量(16.52×104m3/d)交点的频率接近于45% ，这正是本方法所求的现状条件下远期城镇供水量相应的保证率。该保证率就是无奋斗水库的情况下，区间径流城镇供水的保证程度。

奋斗水库修建后，城镇供水年保证率取95%，破坏年供水保正系数取0.8，故所提高保证率相应的ΔQ(供水量的增量)，应该为奋斗水库所贡献的区间径流可利用的城镇供水效益。具体详见图1。

城镇供水效益计算水量，应包括水库直接供水量(水库补水量)和水库间接供水量(破坏年提高保证率的区间可利用水量)，具体计算公式如下:

式中:W效为城镇供水效益计算水量，104m3;W补为水库补水量，104m3;△W为水库贡献的城镇供水区间可利用水量，104m3。

下面具体介绍破坏年由水库提高保证率后，增加的多年平均城镇供水区间可利用流量△Q计算公式:

式中:P0为无水库条件下区间径流的供水保证率，%;Pi、Pi+1为破坏年的区间径流对应频率，%;Qi、Qi+1为破坏年区间可利用的用水流量，104m3/d;Q－1为Pi＞P0时，区间多年平均城镇需水流量，104m3/d;Q－2为Pi＞P0时，区间多年平

均实际城镇供水流量，104m3/d;ΔQ为破坏年由水库提高保证率后，增加的多年平均城镇供水区间可利用流量，104m3/d。

3 实例

3.1 工程概况

奋斗水库位于穆棱河上游，距穆棱市穆棱镇东南14.1 km处，坝址以上流域面积1 740 km2，是一座具有城镇供水、农业灌溉、下游防洪和生态环境用水，并结合城镇供水、灌溉、生态环境用水和弃水发电等综合利用功能的大型水利枢纽工程。该工程建成后，将为穆棱市“七镇两局”和鸡西市梨树区提供年城镇用水量8 818×104m3，其中水库补水量2 790×104m3，计算效益水量5 232×104m3;灌溉该水库下游0.82万hm2水田，为灌区提供直灌水量6 776×104m3;可提高穆棱河干流两岸奋斗水库以下至八面通镇区间城镇、村屯及农田的防洪标准，其中穆棱市八面通右岸城镇防洪标准可由20 a一遇提高到30 a一遇;利用城镇供水、灌溉补水、生态环境用水、弃水等发电，电站装机容量5 MW，多年平均发电量1 377×104kW·h。此外，该水库建成后，还可发挥其山、水、林等自然资源和地理优势，发展多种经营，促进该地区经济发展。

3.2 区间径流频率分析

团结水库坝址以上流域面积445 km2，奋斗水库坝址以上流域面积1 740 km2，穆棱水文站控制断面以上流域面积2 613 km2。团结水库～穆棱水文站区间面积2 168 km2，奋斗水库～穆棱水文站区间面积873 km2。下面针对奋斗水库～穆棱水文站1956～2008年区间来水量系列大小排序后，再进行经验频率分析，具体成果见表1。从表1中可以看出，公式(2)中(Qi+Qi+1)/2就是代表该表中的平均值Q，而公式(2)中Q－

2就是该表中的△P×Q的总和。

3.3 城镇供水效益水量

奋斗水库修建后，近期为下游“七镇两局一区”直接供水量1 666×104m3，远期直接供水量2 790×104m3。可使下游城镇供水保证率达到95%，破坏年的供水保证系数为0.8，所以，提高水库下游区间城镇供水保证率相应的水量ΔQ(供水量的增量)，也应该为奋斗水库贡献的城镇供水效益水量。

近期穆棱市城镇总供水量为6 404×104m3/a，远期城镇总供水量8 818×104m3/a，其中水库近期补水量为1 666×104m3/a，占总供水量为 26.0%;远期补水量为2 790×104m3/a，占总供水量的31.6%;近期区间径流用水量为4 738×104m3/a，占总供水量的 74.0%;远期为6 028×104m3/a，占总供水量的68.4%。

此文着重对水库下游区间径流的可利用水量进行分析，并计算奋斗水库的贡献流量ΔQ。城镇供水保证率为95%，破坏年供水系数为0.8。

从奋斗水库～穆棱水文站区间日平均来水量频率曲线中可以查得，近期P0=51%、远期P0=45%，而且求得近期为1.473×104m3/d，远期为2.233×104m3/d。因此，经过计算后，求得近期为6.23×104m3/d，ΔQ为4.76×104m3/d，增加效益水量 ΔW 经过计算后为1 737×104m3/a，占区间径流用水量的36.7%;远期为8.92×104m3/d，ΔQ为6.69×104m3/d，ΔW经过计算后为2 442×104m3/a，占区间径流用水量的40.5%。

综上所述，奋斗水库实际的城镇供水效益水量为W效= W补+ΔW，经计算，近期城镇供水效益水量为3 403×104m3/a，占城镇总供水量的53.14%;远期城镇供水效益水量为5 232×104m3/a，占城镇总供水量的59.33%。

3.4 城镇供水效益计算

本工程计划2012年开工建设，2015年全部建成投产，2020年达到设计供水规模，该水库工程效益主要包括供水、灌溉、防洪及发电等，在这里只计算城镇供水效益。

城镇供水效益可分为居民生活用水效益和工业用水效益，经调查分析居民生活用水单方水效益，虽远大于工业单方水效益，但较难估算，故暂按工业用水效益计算。工业用水效益采用工业产值分摊系数法估算，万元增加值用水量按本次供水规划成果，工业分摊系数采用2.0%～3.5%，随着工业的快速发展，其用水量的增多，节水技术也将以较高水平发展，工业万元增加值用水量逐年下降，分摊系数也呈下降趋势。

单方水效益采用各水平年的平均值为3.12元/m3。水库建成后，工程运行期第一年按2020年供水量的50%计算，近期2020水平年可直供水量1 666×104m3;远期2030水平年可直供水量2 790×104m3。成果见表1。

表1 奋斗水库直供水量成果表 104m3

由于本次推荐的奋斗水库城镇供水方式为补偿调节，所以，奋斗水库城镇供水效益水量不仅包括水库直供水量，还应包括提高城镇供水保证率部分的供水量，根据上述的计算公式(1)、(2)及(3)，计算出枯水径流对应的城镇供水量，然后以此为基础计算奋斗水库修建后，提高保证率部分的城镇供水量，从而计算出城镇供水效益水量，然后计算城镇供水效益。

经过分析计算，奋斗水库修建后，2015年提高保证率供水量为722×104m3，2020年提高保证率供水量为1 737×104m3，2030年提高保证率供水量为2 442×104m3，因此，奋斗水库城镇供水效益水量2015年为1 555×104m3，2020年为3 403×104m3，2030年为5 232×104m3。成果见表2。

表2 奋斗水库效益水量成果表 104m3

根据上述内容计算的城镇供水效益2015年为4 852万元、2020年为10 617万元、2030年为16 324万元，城镇供水效益应按水源工程与水厂、输水管线及市内管网的投资比例分摊，经分析水源工程分摊系数为60%。因此，奋斗水库工程近期(2020年)城镇供水分摊效益为6 370万元，远期(2030年)城镇供水分摊效益为9 794万元。成果见表3。

表3 奋斗水库城镇供水效益表 万元

按2020年供水量3 403×104m3计算，单方水分摊效益为1.87元/m3。

3.5 成本水价分析

由于本工程是以城镇供水、农田灌溉、下游防洪和生态环境用水为主，结合城镇供水、灌溉、生态环境用水和弃水发电等综合利用工程，故该工程的总成本费用全部由城镇供水来承担。奋斗水库工程投资77 912.56万元，计入水资源费后远期2030年总成本费用为2 945.2万元，经分析，本工程远期2030年成本水价为0.563元/m3，常规法计算的成本水价为1.056元/m3。成果见表4。

表4 2030年成本水价比较表 元/m3

3.6 成果比较

3.6.1 现状水价

穆棱市城区供水系统由市自来水公司、热电厂供水系统、八面通林业局供水系统、东山仓库水源及企业自备井共五部分构成。

穆棱市现状城镇供水工程供水价格，依据穆政发［2000］18号文《穆棱市人民政府关于调整八面通镇自来水收费标准的通知》规定，进行统计分析。

1)居民用水:穆棱市居民生活用水为2.50元/m3。

2)工业用水:穆棱市工业用水4.00元/m3。

3)其他行业用水:穆棱市机关事业单位用水为4.00元/m3，洗浴等特种行业用水为5.00元/m3。

4)污水处理费:穆棱市现在还没有集中的生活污水处理设施，故暂不收取污水处理费。

5)综合水价:按穆棱市各业用水量比例计算综合水价。估算穆棱市现状综合水价3.57元/m3，按本次供水规划估算水源工程投资约占60%，按用水结构估算的现状出库水价为2.14元/m3。

3.6.2 出库水价

奋斗水库工程，按常规方法和本次推荐方法，在完成相同工程任务和控制参数的情况下，贷款能力测算结果，常规方法推荐的出库水价为2.40元/m3，高于本次估算的现状出库水价2.14元/m3;本次推荐方法计算的相同条件下的出库水价为1.22元/m3，远低于本次估算的现状出库水价2.14元/m3，故为了增强财务抗风险能力，吸引广大的投资者，最后推荐的出库水价为2.14元/m3，与现状出库水价相等。

4 分析与讨论

大中型综合利用的水利枢纽工程规划设计中，大家一般习惯的做法是农田灌溉往往采用补偿调节的方式，而城镇供水普遍采用直接供水的方式。这种供水方式的主要优点是由少量的灌溉补水量可保证农田灌溉全部的用水需求，还能确保城镇供水量和水质安全。但是这种供水方式相应的水库兴利规模往往较大，特别是目前正在实施的《中华人民共和国耕地占用税暂行条例实施细则》规定，除了直接为农业生产服务的生产设施以外，其他均要交纳耕地占用税(黑龙江省平均的耕地占用税单价为17.50元/m2)。由于农田灌溉采用区间径流补偿调节的方式供水，结果水库兴利规模中农业分摊的比例较小，故耕地占用税减免的比例也小，而且水库淹没补偿投资往往较大。这种常规的供水方式虽然技术上完全可行，但目前的现行政策条件下经济上不一定较优，因此，建议进行不同供水方式的技术经济、生态环境、社会影响等方面综合比较后，合理选定较优的方案。

大中型综合利用的控制性蓄水工程，农田灌溉和城镇供水具体的供水方式有如下的四种组合方案。

方案1:农田灌溉和城镇供水均采用直接供水方式。

方案2:农田灌溉采用补偿调节的方式，城镇供水采用直接供水方式。

方案3:农田灌溉采用直接供水方式，城镇供水采用补偿调节的方式。

方案4:农田灌溉和城镇供水均采用区间径流补偿调节的方式供水。

在完成相同的供水任务的情况下，城镇供水水质能够满足或无特殊要求的前提下，可以比较上述的方案。上述的四个方案中，方案1的水库规模最大，方案2的水库规模次大，方案3的水库规模次小，方案4的水库规模最小。但是工程总投资大小及经济指标优劣不一定这种排序。

上述的4个方案中，方案3和方案4采用补偿调节的方式城镇供水，故涉及到城镇供水效益水量的计算问题，该问题就是本次研究和讨论的核心问题。补偿调节的城镇供水效益，若采用常规的方法计算，即只考虑水库直接供水效益，而不考虑破坏年提高保证率的间接供水效益，则城镇供水效益明显偏小，财务指标较差，出库水价较高，用水户难以承受;若采用本次研讨的补偿调节的城镇供水效益水量新方法，则城镇供水效益明显改善，出库水价能够控制在用水户承受能力范围之内，相对于常规方法可提高水库工程上马的可能性，较容易吸引投资者，而且公平合理，有可靠的科学依据。

5 结语

总结过去，面向未来，全省拟建的综合利用控制性蓄水工程普遍面临着严峻的形势，就是国家严格控制土地资源等现状政策的条件下，水库的淹没损失所占比例将越来越大，而且工程效益中农田灌溉分摊的成本水价老百姓很难承受，防洪、生态环境供水等公益性部分很难收到财务收益，小水电虽然是可再生能源，但实际的上网电价难以弥补水电站所分摊的成本电价等。

在这种情况下，目前，往往水库工程的投资压力全部由城镇供水来承担，结果出库水价较高，财务指标较差，财务风险较大，水库工程上马较困难。

因此，若采用本次推荐的新方法，则在城镇供水区间径流补偿调节的情况下，可以由少量的水库补水量(又称:直接供水量)，将承担全部的城镇供水任务，而且水库的兴利规模(正常蓄水位)大幅度降低，水库淹没损失随着减小。

另外，城镇供水效益按本次提出的新方法计算，可以大大改善水库工程的财务指标，而且非常有利于招商引资和多渠道集资建设水库工程。

总而言之，本次笔者在穆棱市奋斗水库工程项目建议书编制过程中采用了本方法，其效果非常好，因此，在修建大中型综合利用控制性蓄水工程中，符合城镇供水区间径流补偿调节的条件下，建议推广应用本法将取得更多的效益。

图1 奋斗水库～穆棱站区间来水量

表1 奋斗水库区间来水量频率分析表万m3/d

［1］ 黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省穆棱市奋斗水库项目建议书报告［R］.哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2010.