沙滩水库工程技术经济分析*

Faith Chan

(1.贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550001； 2.贵州省水利投资(集团)有限责任公司，贵州 贵阳 550001； 3.诺丁汉大学，英国 诺丁汉 NG1 4BU)

1 工程概况

贵州省德江县沙滩水库设计坝址位于川岩河支流沙滩河上。水库坝址以上流域集水面积72.6km2，主河道长15.50km，主河道平均比降13.88‰。沙滩水库工程主要功能是集镇供水、工业供水、农村供水及灌溉供水，无防洪功能。

沙滩河属乌江水系六池河流域，是六池河的一级支流(六池河上游段又叫川岩河)。沙滩河发源于平原乡田坝附近，河源高程1353m，全流域集水面积92km2，主河道全长21km。

2 供水对象和规模的确定

2.1 工程任务

沙滩水库开发的直接目标是解决德江县复兴镇集镇、煎茶工业园区、灌溉和农村供水，供水范围涉及复兴镇和煎茶镇。受水区范围内，各受水对象目前主要靠农村安全饮水工程、山泉水以及河流自提水解决生产生活用水问题，急需兴建水利工程解决工程性缺水问题。根据《德江县煎茶水库可行性研究报告》，煎茶水库拟为煎茶集镇的发展用水服务，所以，沙滩水库集镇供水对象仅考虑复兴镇片区；煎茶水库向煎茶工业园区提供园区部分用水，年供水量为660万m3(出厂水产水量)，园区剩余用水量由沙滩水库补充解决。此外，沙滩水库还承担34000亩灌面的灌溉供水任务和沿线农村供水任务。根据供水对象的特点，结合当地水资源条件，供水保证率为95%，灌溉保证率为80%。

2.2 需水预测

2.2.1 工业需水预测

工业园区需水预测按万元工业增加值法和占地法进行预测。

a.万元增加值用水量法。根据《德江县工业园区发展规划》，园区工业主要以农副产品加工、生物制药、矿产加工、生物发电等为主,2030年工业增加值为55亿元，按此综合拟定供水区2030年工业万元增加值取净水量为40m3/万元(含职工生活用水)，2030年的管网损失率取12%，见表1。

表1 工业需水预测成果(万元增加值法)

b.单位工业用地用水量法。根据《德江县工业园区发展规划》，未来煎茶工业园区将重点布局农副产品加工、生物制药、矿产加工和配套产业等，工业园区用地主要分为居住用地、公共管理服务设施用地、工业用地、仓储用地、道路与交通设施用地、市政公用设施用地、绿地及广场用地、水域和其他用地等，共20km2，其中建设用地面积为14.68km2。结合《城市给水工程规划规范》(GB50282—2016)，该工程公共管理服务设施用地、工业用地、仓储用地、道路与交通设施用地、市政公用设施用地、绿地及广场用地、居住用地用水指标分别取45、70、35、45、35、25、100m3/(hm2·d)；居住用地用水按照园区人口数量进行需水预测，不重复计算居住用地用水；水域和其他用地不考虑工程供水。日变化系数取1.3。该项工业用地用水量指标为规划期最高日用水量指标，且包括了管网漏失水量。计算可知，煎茶工业园区2030年需水量为2623万m3，见表2。

表2 工业需水预测成果表(用地法)

注工业用地用水天数按330天计，公共事业及服务业用地用水天数按365天计，道路广场及绿化用地用水天数按182.5天计。

工业园区用水量按两种方法计算成果的均值计，2030年为2561万m3。

2.2.2 集镇需水预测

根据《村镇供水工程设计规范》(SL687—2014)和《贵州省行业用水定额》(DB52/T 725—2011)，2030年集镇居民综合用水定额取150L/(d·人)，管网损失按12%计算。

集镇需水预测成果见表3。

表3 集镇需水预测成果

2.2.3 农村需水预测

沙滩水库的灌区涉及复兴镇，根据复兴镇水利管理站提供的资料以及农村人畜预测成果，2030年沙滩水库灌区范围内农村人口为12151人，大牲畜3645头，小牲畜7290头。

根据《村镇供水工程设计规范》(SL687—2014)及《贵州省行业用水定额》(DB52/T 725—2011)，2030年农村人口用水定额按90L/(d·人)计算，2030大牲畜、小牲畜用水定额分别取50、30L/(d·头)。

农村需水预测成果见表4。

表4 农村需水预测成果

2.3 供需平衡

水资源供需二次平衡是指在采取节水措施前提下充分发挥和挖掘现有供水工程的供水潜力，并考虑规划建设当地水源工程，对未来各水平年水资源供需平衡进行分析。二次平衡是在一次平衡基础上，结合产业结构调整、节水和治污、挖潜等措施所进行的基于当地水资源承载能力的供需平衡。经分析计算，基于产业结构调整、节水和治污、挖潜等措施所进行的水资源二次平衡计算结果见表5～表7。

表5 集镇供需平衡分析成果 单位：万m3

考虑5%的水厂自用水和3%的输水损失后，2030年复兴集镇毛取水量(水库取水口处)为108万m3。

表6 工业园区供需平衡分析成果 单位：万m3

考虑5%的水厂自用水和3%的输水损失后，2030年工业园区毛取水量(水库取水口处)为1771万m3。

表7 农村人畜供需平衡分析成果 单位：万m3

考虑20%的管网损失和输水损失后，2030年受水区农村人畜毛取水量(水库取水口处)为32万m3。

3 工程技术经济比选

3.1 水库死水位的确定

沙滩水库坝址处多年平均年输沙量2.35万m3(3.05万t)，其中悬移质1.95万m3(2.54万t)，推移质0.391万m3(0.508万t)，取多年平均泥沙淤积成果，坝址拦沙率0.940，年淤积量2.23万m3，50年使用年限总淤积量111万m3，水平淤沙高程706.16m，坝前淤沙高程698.77m。

根据水工布置，取水口位于坝址处，死水位的选择主要受到水工布置、淤沙高程、取水管距离底板的距离、取水管径、取水管淹没深度的影响。取水管距离底板1.5m，考虑布置DN2000mm的取水管，根据水工计算取水管顶部预留1.5m的淹没深度。则坝前取水最低高程为：698.77m+1.5m+2m+1.5m=703.77m。死水位选择还需考虑水平淤沙高程，坝前取水最低高程和水平淤沙高程的外包线取整后为死水位，因此在考虑渠首淤沙、取水管淹没深度时，坝址最低死水位为707m。

3.2 水库不同死水位技术经济比选

a.灌面分布对死水位抬高的影响。沙滩水库工程灌面主要分布在750m以下，且705～750m高程范围内均匀分布，未出现分布拐点，所以灌面高程分布未对死水位抬高的经济评价产生决定性影响。

b.供水效益分析。在保持供水效益不变(兴利库容基本相同)情况下，分别以707m、712m、717m、722m、725m、727m、732m为死水位时做技术经济比较，所需要的对应正常蓄水位分别为753m、753.6m、754.3m、755.2m、755.9m、756.3m、757.5m，成果见表8。

表8 不同死水位技术经济比较成果表(同效益)

通过现场调查，平原乡政府高程为765m左右，在论证正常蓄水位时，应以此高程作为库区淹没影响区的控制高程。

由表8可知，随着死水位的增加，库区淹没投资逐渐增加，且增幅逐渐增大；50年运行费用现值逐渐减小，当死水位低于722m时，50运行费用现值递减幅度基本相同，当死水位由722m抬高至725m时，由于大部分灌区能够自流，50年运行费用现值减少幅度较大，但超过725m后，50年运行费用现值呈平稳下降；随着死水位抬高，为保证供水效益，正常蓄水位则相应抬高，大坝枢纽工程投资相应增加，且增加的幅度逐渐增大。依据前述，当死水位高于725m后，管线能够穿越客店、彭家寨一带，但需开挖客店隧洞、彭家寨隧洞，且由于管线富裕水头较少，管线布置较为迂回，管线较长，且提水泵站较为分散，运行管理人员配置较多，导致管线投资增幅及50年运行费用现值较大。

总投资费用现值(工程静态投资+50运行费用现值)随死水位抬高而逐渐增加，且在725m处增幅最大。总投资费用现值在死水位707时最小，结合前述其他因素，死水位为707m最优。

3.3 水库正常蓄水位技术经济比选

正常蓄水位以需水规模、库区淹没指标、坝区工程地质及库区地质、工程投资及产生的效益等因素进行技术经济综合比较确定。依据前述确定的死水位，调整正常蓄水位进行技术经济必选。

根据灌溉规模、城镇供水规模，按“以需定供”的原则，进行水库兴利调节计算，宏观上综合考虑库容系数以及单方库容供水量关系等，在确保满足供水要求前提下，拟定正常蓄水位751m、752m、753m、754m、755m进行技术经济比较。该工程不涉及防洪功能，因此不对防洪库容进行技术经济比较。坝址不同正常蓄水位比选成果见下页表9。

a.从供水效益比较。由表9可知，正常蓄水位的增高，供水量也随之增加，但单方库容可供水量却在减少。根据需水预测成果，工业园区供水、城镇供水及灌溉总需水量为3084万m3，只有当正常蓄水位达到753m时，水库的供水才能满足需水要求，依据不同正常蓄水位兴利调算成果比较，推荐753m为正常蓄水位。

表9 坝址不同正常蓄水位比选成果

b.从工程运行的经济指标方面分析。坝址不同正常蓄水位经济指标比较主要从单方供水投资、各方案单方增量投资、各方案的国民经济内部收益率及各方案之间的“差额投资内部收益率”进行分析。综合考虑水资源利用、工程投资、经济效益等方面的因素进行正常蓄水位论证，从中选择最优的坝址正常蓄水位方案。坝址各正常蓄水位方案技术经济比较指标成果见下页表10。

c.“国民经济内部收益率”及“差额投资内部收益率”分析。各方案内部收益率均大于8%，其中正常蓄水位753m时，内部收益率最大，则正常蓄水位753m时最优。对以上正常蓄水位方案进行比较，以751m方案和752m方案进行差额内部收益率比较，差额投资内部收益率大于8%的基准收益率，以投资大的752m方案为经济效果较好的方案，淘汰751m方案；用753m方案与752m方案相比，差额投资内部收益率大于8%

表10 坝址各正常蓄水位方案技术经济比较指标成果

的基准收益率，以投资大的753m方案为经济效果较好的方案，淘汰752m方案；用754m方案与755m方案相比，差额投资内部收益率小于8%的基准收益率，以投资小的754m方案为经济效果较好的方案，淘汰755m方案，用753m方案与754m方案相比，差额投资内部收益率小于8%的基准收益率，以投资小的753m方案为经济效果较好的方案，淘汰754m方案，从“差额投资内部收益率”分析来看，753m正常蓄水位方案为最优。

受城镇、工业供水及灌溉供水需求限制，当正常蓄水位低于753m时(751m、752m)，水库供水量不能满足需求；而当正常蓄水位大于753m时(754m、755m方案)，水库产生的多余供水量不能产生效益，同时，随着正常蓄水位抬升，工程投资增加，灌溉和供水效益不变。通过“国民经济内部收益率”及“差额投资内部收益率”分析，753m正常蓄水位方案为最优方案。内部收益率指标成果见表11。

表11 内部收益率指标成果

续表

注计算各方案IRR，IRR<8%的方案淘汰，IRR>8%的方案按投资由小到大顺序开始比较。投资大方案-投资小方案，若△IRR>8%，投资大方案优，反之，△IRR<8%，则投资小优。

d.正常蓄水位选择结论。综上几个方面进行综合比较，本阶段坝址推荐正常蓄水位753m。

4 结论与建议

水利工程是民生工程，在水资源市场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内难以发生根本改变。这就决定了水利工程在短期内仍然会以政府直接投资为主，PPP等其他融资模式为辅。水利工程运行时间长，负债率高，因此建设前期的工程技术经济分析显得尤为重要。本文基于实际工程分析了水库不同规模的内部收益率(IRR)、差额内部收益率(△IRR)等技术经济指标，为更高效地进行水利工程投资决策做参考。

在分析水库工程技术经济指标时，基础折现率受到地区、行业、时间的影响较大，这就使得计算净现值难度较大。本文在水利工程技术经济分析时，引入IRR、△IRR等指标，从而避免基础折现率难以确定的难点。将来对于不同寿命周期的水利工程进行技术经济分析时，还可以引入净年值等年值指标，从而避免不同寿命周期的项目之间难以比较现值指标的难题。特别是对于政府直接投资的水利工程，将来应该重点研究利息备付率、偿债备付率等偿债能力指标，尽量减少运营期补贴，独立运营，减少政府债务负担。