南水北调西线一期工程效益分析

聂常山 赵宇瑶 王延红

摘 要：南水北调西线一期工程是支撑黄河流域及邻近地区经济社会可持续发展和生态系统良性维持的重要战略措施。根据初步研究成果，针对调水规模80亿m3的水量配置方案，分析计算了南水北调西线一期工程对受水区带来的巨大效益及对调水区产生的主要影响。在充分考虑水量配置作用的基础上，采用直接市场法、分摊系数法、机会成本法、最优等效替代费用法等计算了西线一期工程对于受水区维持和改善区域生态环境的效益、向黄河干流河道内配置生态水量的效益、向重要城市和能源基地供水的效益及黄河干流梯级电站增发电效益;对于调水区，主要分析了对水资源开发利用的影响，以及对临近调水断面下游河段生态环境的影响。据初步分析估算，南水北调西线一期工程平均每年可产生直接经济效益约801亿元。

关键词：效益分析方法;生态供水效益;发电效益;南水北调西线一期工程

中图分类号：TV213.9;TV882.1;TV68文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.06.024

Benefit Analysis of Phase I Project of West Route of South-to-North Water Diversion

NIE Changshan1，2， ZHAO Yuyao3， WANG Yanhong2

（1.North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou 450046， China;

2.Yellow River Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003， China;

3.Southwest Jiaotong University， Chengdu 611756， China）

Abstract：The Phase I Project of West Route of South-to-North Water Diversion plays a significant strategic role to support the sustainable economic and social development and the good maintenance of ecosystem in the Yellow River basin and regions around. Based on the preliminary research results and aiming at a water allocation plan in a scale of 8 billion m3， the paper analyzed and calculated the significant benefits brought by the project to the target regions and the primary impact on the source regions. After full consideration of effect from water allocation， appropriate methods such as direct market， apportionment coefficient， opportunity cost and optimal equivalent substitution cost were accepted to calculate the benefits of the project to maintain and improve regional ecological environment in the target regions， to allocate ecological water to the main stream of the Yellow River， to supply water for major cities and energy bases and to increase energy outputs of cascade hydropower projects on the main stream of the Yellow River. For the source regions， the impacts on the development and utilization of water resources as well as the ecological environment downstream of the water transfer section were mainly analyzed. The preliminary calculation and analysis results show that the project can bring about a direct economic benefit around RMB 80.1 billion Yuan per year on average.

Key words： benefit analysis method; ecological water supply benefit; power generation benefit; Phase I Project of West Route of South-to-North Water Diversion

1 概 述

南水北調西线工程是从长江上游通天河、雅砻江、大渡河调水，通过输水隧洞穿过巴颜喀拉山，进入黄河上游的大型跨流域调水工程[1]。2013年初步完成了《南水北调西线第一期工程项目建议书》，南水北调西线第一期工程采用自流方式，年总调水规模80亿m3。供水范围为黄河上中游青、甘、宁、蒙、陕、晋6省（区），供水任务主要为：增加黄河水资源量，缓解黄河流域水资源紧缺状况，支撑经济社会的可持续发展;遏制黄河上游部分地区和邻近的河西内陆河地区生态环境严重退化的趋势;补充黄河河道内生态用水，改善黄河河道基本功能。根据调入水量配置方案，河道外配置水量60亿m3，主要供水范围包括14座重要城市，宁东、鄂尔多斯、陕北、离柳孝汾等能源基地，黑山峡生态建设区和石羊河流域;河道内配置20亿m3水量，主要用于补充部分被经济社会用水挤占的生态水量[2]。西线一期工程由7座水源水库和325.6 km的输水线路（其中321 km为隧洞）组成[1]。

西线一期工程的实施可大大缓解黄河流域及邻近地区严峻缺水的局面，是支撑黄河流域及邻近地区经济社会可持续发展和生态系统良性维持的重要战略措施，同时也会对调水区的生态环境和经济社会发展带来一定不利和有利影响。本文初步分析了南水北调西线一期工程对受水区及调水区的影响：对于受水区，主要分析了维持和改善区域生态环境的效益、向黄河干流河道内配置生态水量的效益、向重要城市和能源基地供水的效益及发电效益;对于调水区，主要分析了对水资源开发利用的影响，以及对临近调水断面下游河段生态环境的影响。

2 受水区的供水效益分析

西线一期工程对河西内陆河石羊河流域和黄河黑山峡河段的生态环境将产生极其深远的影响[1]。西线一期工程调入水量补充黄河河道内用水，弥补经济社会用水挤占的河道内生态水量。通过黄河干流水库的调蓄，调水可有效增加黄河干流水电站梯级发电量。

2.1 维持和改善区域生态环境的效益

根据水量配置方案，西线一期工程规划向黑山峡生态灌区供水1.8亿m3，向河西内陆河区石羊河流域供水4.0亿m3。分别根据各地区供水特点分析其生态环境供水效益。生态环境效益评价是一项复杂的工作，本次計算仅针对其中一些主要生态系统服务进行定量评价，只考察西线水和受水区当地水源联合调配的情况下，受水区各种生态系统可获得的水量增加后能使这些生态系统提供服务的能力增强多少，并借助适当的方法将其转化为货币价值形式。本次计算出的生态环境效益是潜在效益，这些效益能否实现不仅依赖于西线调水工程的建设，而且依赖于西线调水工程的运营和相关地区的社会经济发展状况，尤其依赖于西线水的调配使用和受水区的生态环境管理。

2.1.1 黑山峡生态灌区

根据规划，黑山峡生态灌区要融发展大农业、扶贫、生态保护为一体，实现经济、社会、生态的健康协调发展，最终形成有效的生态屏障、生态移民基地及生态农业基地。根据当地灌溉制度和种植结构分析，可新发展灌溉面积约42万亩（15亩=1 hm2），其中草地17.5万亩、农田11.6万亩、林地12.9万亩，因此西线一期工程向黑山峡生态灌区供水的效益主要包括草地生态系统供水效益、农田生态系统供水效益和森林生态系统供水效益。

（1）草地生态系统供水效益。草地生态系统能够在不损害环境的情况下养育一定量的牲畜，给社会带来效益，采用直接市场法计算其价值量。在此以养羊为代表，以养羊的净产值作为灌区的畜牧效益。计算公式为

B牧=（b1-b2）A（p1+p2+p3）ξ

式中：B牧为牧业供水效益;b1、b2分别为有、无工程时单位面积草场的载畜量（均折合为标准羊单位，只/亩）;A为有工程时增加的草场灌溉面积;p1为牲畜肉产品价格（均折合为标准羊单位，元/只）;p2、p3分别为一个标准羊单位毛、皮的价格，元/只;ξ为牧业灌溉效益分摊系数。

根据调查资料，西北地区人工草地可产鲜草11.25～90.00 t/hm2（即750～6 000 kg/亩），比天然草地增产1～19倍。本文取人工草地平均亩产鲜草4 500 kg，一个羊单位平均每年按食用鲜草3 000 kg计，有工程时，单位面积草地的载畜量为b1=1.5只/亩，无工程时b2=0。羊肉价格为40元/kg，每只羊按产肉20 kg，皮毛价每只按50元计，则p1、p2、p3之和为850元/只。牧业供水灌溉效益分摊系数采用0.6，则西线一期工程向草地供水的畜牧效益每年为1.34亿元。

（2）农田生态系统供水效益。灌区粮食作物以小麦为代表，经济作物以胡麻为代表，饲料粮以玉米为代表，该区无霜期短，不考虑复种。采用分摊系数法计算农田灌溉效益[3]，计算农田有、无灌溉的增产值，此增产值由灌溉和其他农业技术措施共同作用形成。当地为干旱缺水地区，灌溉效益分摊系数取0.6，据此计算平均灌溉效益为626元/亩（见表1），则西线一期工程向黑山峡灌区农田灌溉供水的效益每年为0.73亿元。

（3）森林生态系统供水效益。可定量计算的森林生态系统的供水效益主要为林副产品的产出效益，包括3个方面：一是木材效益，这是间伐和更新主伐时获得的各种木材的产出效益;二是其他林副产品，如树桠、树叶等可作为燃料、饲料、肥料;三是林中的副、特产品，如药材等的产出效益以及经果林的收益等。林地种植面积中防护林和经果林的比例按7∶3考虑，其中防护林种植面积为9.0万亩，其副产品产出效益按主产品的30%估算，经果林种植面积为3.9万亩。灌溉效益分摊系数取0.6，据此计算西线一期工程每年向防护林供水的效益约为0.56亿元（见表2），经果林的供水效益约为0.38亿元（见表3）。

综上，南水北调西线一期工程向黑山峡灌区年供水量为1.8亿m3情况下，计算其产生的供水效益为3.01亿元，其中：草地生态系统为1.34亿元，农田生态系统为0.73亿元，森林生态系统为0.94亿元。综合单方水供水效益为1.67元/m3。

2.1.2 石羊河流域

南水北调西线一期工程向石羊河流域补水，可有效协调流域经济社会用水与生态用水关系，有效保护流域生态环境。通过实施节水、产业结构调整等辅助措施，可以缓解下游缺水形势，减缓土地沙化进程，促进当地生态环境的恢复和改善，逐步实现流域“南护水源、北拒风沙、抢救民勤、稳定绿洲”的生态治理目标。

民勤盆地地表水全部来自于红崖山水库。南水北调西线一期工程向石羊河流域供水水量直接进入红崖山水库，其生态效益不易直接定量计算。石羊河流域经济和社会发展没有充分考虑流域水资源的整体承载能力及区域的平衡性，总用水和耗水规模偏大，中游地区的生产生活用水挤占了进入下游的生态水量。因此，考虑以石羊河中游地区单方供水效益估算西线工程向石羊河流域补水的生态效益。

根据石羊河流域水资源供需分析，对于中游地区行业用水分配比例，工业生活与农业生态之比约为2∶8。以分摊系数法计算中游地区工业供水效益为6元/m3，灌溉单方水效益为1.49元/m3，按中游用水比例加权平均供水效益为2.39元/m3，按此计算，西线一期工程向石羊河流域每年补水4.0亿m3产生的生态供水效益为9.57亿元。

2.2 黄河干流河道内配置水量的效益

西线一期工程向黄河河道内配置水量的作用主要有两方面：一是增加非汛期河道基流和提高河口入海水量，对干流河道和河口地区具有重要的生态效益;二是增加的水量通过汛期调水调沙来减少黄河干流重点防洪河段河道淤积。

西线一期工程向黄河干流河道内配置水量缓解黄河干流河道淤积、恢复和维持中水河槽的效益可采用两种方法分析：方法一，采用等效替代工程费用法，以加高堤防或挖河疏浚作为替代工程措施，以节省的替代工程费用作为西线一期工程的效益;方法二，考虑西线一期工程水量的调入，使调水前黄河上中游地区经济社会用水挤占的一部分河道内生态水量重新退回到河道内，根据机会成本的概念，以黄河上中游地区工农业引黄水量的单方水效益估算西线一期工程的效益。

考虑修筑堤防本身在冲积性河流中存在的问题比较多，泥沙的淤积问题不能根治。一方面，修筑加高大堤可以减轻防洪压力，延长河道的淤积年限;另一方面，随着泥沙在主河槽及滩地逐年淤积，河床逐渐抬升而成为地上河，堤防防御洪水的能力降低，随着不断加高，溃决的风险加大。因此，从以上分析来看，加高堤防的替代方案與西线一期工程弥补河道内水量从而恢复和维持中水河槽的措施并不是完全等效的。通过挖河疏浚的方式来减少黄河河道淤积也是一个很复杂的问题，挖沙量很大，泥沙堆放带来的环境、社会的负面影响都将成为难以解决的问题，因此挖河疏浚也不是完全等效的替代措施。根据黄河水资源量及演变趋势分析，对河川径流的过量开发利用导致黄河干流和部分支流的生态环境用水量被挤占，导致主槽淤积严重。而西线一期工程为黄河河道内配置的水量，弥补了经济社会用水对河流生态水量的挤占，通过调水及水沙调控体系的逐步完善，可缓解河道淤积，逐步恢复并维持中水河槽。综上分析，采用方法二计算西线一期工程的效益比较合适，采用分摊系数法分别计算黄河上中游地区工农业用水效益，并按水量加权平均得单方水效益为2.83元/m3，据此估算西线一期工程向黄河河道内配置水量20亿m3产生的效益为56.60亿元。

2.3 重要城市和能源基地供水效益

西线一期工程调入水量向河道外主要配置对象为未来20 a用水需求增加较多的重要城市和能源基地。

城镇供水包括工矿企业用水和生活供水两部分。生活供水包括居民日常生活用水、公共设施用水等，应优先满足。工矿企业用水包括工矿企业在生产过程中制造、加工、冷却、空调、净化、洗涤以及厂内生活用水。生活供水的保证程度高于工业供水，其单方水效益应大于工业供水单方水效益。在城镇供水管网中生活供水和工业供水密切相关，暂按工业供水计算其效益。工业供水效益计算采用分摊系数法[3]，计算公式为

B工=αW/Q

式中：B工为多年平均工业供水效益;α为工业供水效益分摊系数;W为工业供水量;Q为受水区规划水平年工业万元产值取水量。

西线一期工程每年向城镇工业生活配置水量31.1亿m3产生的供水效益为436.76亿元。西线一期工程每年向能源基地供水23.1亿m3产生的供水效益为334.91亿元。

2.4 黄河干流梯级电站增发电效益

南水北调西线一期工程调水80亿m3进入黄河，在黄河干流骨干工程的调节下，与无调水情况相比，调水后黄河干流河段梯级电站的发电量和保证出力均会大幅增加。在不扩大已建电站装机规模的情况下，发电量增加290.4亿kW·h。

以燃煤火电站的电量边际费用来计算西线一期工程调水带来的黄河干流梯级电站增发电效益[3]。水电机组的启动、停机、增减负荷快，能灵活适应和改善电力系统的运行，在电力系统中调峰、调频、调相和担负事故备用的作用显著，运行简单，事故率低，检修时间短，自动化程度高，因此水电站的厂用电率比火电站的少，大致是1 kW水电有效容量相当于1.1～1.3 kW的火电有效容量（取1.1 kW），1 kW·h水电电量相当于1.05～1.07 kW·h的火电电量（取1.05 kW·h）。火电站投资按4 000元/kW计算，建设期按3 a考虑，分年度投资比例分别为30%、40%、30%，固定运行费率取4.5%，火电站标准煤耗取310 g/（kW·h），西北地区标准煤价格采用600元/t。根据以上选定参数计算火电站的发电边际费用为0.33元/（kW·h），据此计算黄河干流梯级电站增发电效益每年为95.83亿元。

3 对调水区的影响分析

南水北调西线一期工程对受水区产生较大经济、生态、社会效益的同时，也给调水区带来一定的影响。

3.1 调水对水资源开发利用的影响

3.1.1 对河道外国民经济用水的影响

2030年水平，雅砻江流域总需水量占径流量的比例为4.5%，大渡河流域总需水量占径流量的比例为2.6%，各调水河流坝下临近河段用水需求更小，需水量仅占河段汇入径流量的0.6%～2.3%，仅区间径流即可满足用水要求。由此可见，雅砻江、大渡河调水河流水资源利用率很低，坝址下游各河段仅区间径流即可满足经济社会发展用水需求，调水对下游河段生产生活用水需求不会产生影响。调水后，下游河道内水量减少，水位下降，但随着河道距离的增大，水位变化的影响程度将逐步减弱。调水后坝址下游临近河段水位变化相对较大，但调水工程区属于高山峡谷区，两岸支沟发育;现有资料显示，调水断面下游临近河段两岸居民、耕地很少，调水对坝下临近河段的现状引水工程基本没有影响。

3.1.2 对水力发电的影响

（1）调水影响的水力发电电能指标。南水北调西线一期工程从雅砻江、大渡河调水，对长江干支流的影响主要涉及雅砻江、大渡河干支流引水点以下河段、金沙江攀枝花以下干流河段及长江干流河段。调水影响范围内规划梯级电站47座，总装机容量119 585 MW，见表4。

（2）对调水坝址坝下小水电的电能指标影响。调水区调水坝址以下至干流汇口的支流河段，甘孜、阿坝州所涉及各县为满足地方城乡居民、企业、厂矿等单位用电，以及“以电代薪”等要求，修建了一批重点电力骨干工程及农村小水电。调水坝址以下涉及支流河段共有小水电17座，均为引水式电站，总装机容量61.2 MW，年发电量4.2亿kW·h。调水后17座小水电站年发电量为3.2亿kW·h，减少1.0亿kW·h。

（3）调水坝址附属水电站的电能指标。根据调水工程布局，南水北调西线一期工程7座水库共布置8座电站，电站的总装机规模为287.5 MW，多年平均发电量为14.23亿kW·h。

3.1.3 调水影响的水力发电效益

（1）对长江干支流规划梯级发电效益的影响。调水河流的发电损失主要集中在西南地区，根据有关资料分析，西南地区的富余电量初步考虑送往华中和华东地区，据此可以认为由于调水损失的电量属送往华中、华东的电量，需建设替代工程进行补偿。按照最优等效替代工程费用法计算水力发电经济损失，分析需补偿的装机规模和电量，计算补偿所需的投资、年运行费和燃料费。采用在山西煤炭基地建坑口电站替代工程电力和電量，再用高压输电，送电到华中与华东地区的武汉和南京，以补偿调水所减少的电力、电量。从西南地区输电至武汉、南京与从山西输电至武汉、南京输电距离基本相当，因此替代方案的输电费用可不考虑，只计算在山西建坑口电站的费用。关于燃煤火电站的有关计算参数与前述取值相同，即按0.33元/（kW·h）计算效益损失。西线一期工程调水使长江干支流规划梯级电站减少年发电量425.4亿kW·h，减少年发电效益140.38亿元。

（2）对调水坝址坝下小水电发电效益的影响。分析在西南地区建设火电站的边际费用，计算调水坝址坝下小水电损失的发电效益。调水区标准煤价取750元/t，关于燃煤火电站的其他计算参数与前文取值相同。测算的火电站发电边际费用为0.37元/（kW·h），按此计算得到调水后调水坝址坝下小水电发电损失每年为0.37亿元。

（3）调水坝址附属水电站的发电效益。根据水源水库径流调节计算结果，调水坝址附属8座水电站多年平均发电量为14.23亿kW·h，测算得到调水区火电站发电边际费用为0.37元/（kW·h），这8座水电站每年产生的发电效益为5.26亿元。

3.2 对临近调水断面下游河段生态环境的影响

（1）区域生态环境特征。南水北调西线工程所在区域地处青藏高原东南部、横断山区上部，是我国青藏高原生态屏障的重要组成部分;区内高寒草原草甸和森林分布广泛，是长江、黄河、雅砻江、岷江重要水源来源区;原始森林和野生珍稀动植物资源丰富，是我国生物多样性的关键地区，在《全国主体功能区规划》和《全国生态功能区划》中均被划定为以水源涵养和生物多样性保护为主的重要生态功能区。受气候变化、人类活动影响，部分区域范围内存在草原退化、沙化，森林和湿地面积减少，沼泽萎缩、生物多样性受损等问题。为保护区域内脆弱、多样的生态环境，青海、四川、甘肃省及各市人民政府先后划定了生态保护红线、各类自然保护区、风景名胜区、森林公园、地质公园、水产种质资源保护区等敏感生态保护目标，禁止或限制区域开发活动，保护和修复区域生态环境。

（2）对生态水量的影响。南水北调西线工程调水区现状水资源开发利用程度较低，水资源开发利用潜力较大。总体来说，其不会对坝址断面全年基本生态水量构成明显影响，但可能对年内生态水量过程产生一定的影响，需要进一步开展研究。

（3）对陆生生物及生物多样性的影响。库区植物均属于广布性种类，淹没不致造成这些物种资源损失，植被类型在区内其他近似的生境中存有，所以不会影响调水区的植被区系和构成。陆生动物群落多分布在淹没线以上，坝址附近分布的珍稀保护动物有藏羚、白唇鹿、盘羊、雪雉、白马鸡、蓝马鸡和班尾榛鸡等，有较强的迁徙能力。由于动物群落分布区域较广，因此从大尺度生态系统角度看，调水工程对陆生生物的区系组成、种群结构及资源量均不会产生较大影响，对物种多样性和生态系统多样性不会造成影响。

（4）对水生生物及生物多样性的影响。引水水库蓄水后，将有利于水体中浮游生物和底栖生物种群的生长繁殖和扩大。由于枢纽大坝的阻隔破坏了部分鱼类洄游、栖息、索饵和繁殖的生态条件，因此原先适宜急流水生活的鱼类因不适应新的环境而可能移向库尾或支流上游，其种群数量也会相应减少。调水后下游河道水面、水位、流量的变化导致该河段内水生生物栖息环境明显缩小，浮游生物、底栖生物、水生植物的种群结构及生物量都会发生改变，鱼类区系组成、种群结构等皆有可能受到影响，调水对鱼类资源的影响程度随调水量的增加而加重。

4 结 论

南水北调西线一期工程直接受水区为中西部地区，但可惠及黄河全流域及周边地区，受益范围很广。综上分析，西线一期工程平均每年可产生直接经济效益约801亿元。

西线工程调水入黄河河源区，可为黄河增补水源，有效缓解水资源紧缺形势，对促进西部地区经济社会可持续发展及改善脆弱的生态环境具有重要作用。同时，西线调水可以弥补经济社会发展用水挤占的黄河河道生态用水，通过干流水库的调节，结合黄河水沙调控体系的建设，有利于恢复和维持中水河槽。另外，黄河上中游地区获得补水后，能在较大程度上缓解下游水资源短缺的压力，为东中部地区提供较为丰沛的水资源，由此实现我国东、中、西部优势互补、全面协调和可持续发展。

参考文献：

[1] 景来红.南水北调西线一期工程调水配置及作用研究[J].人民黄河，2016，38（10）：122-125.

[2] 杨立彬，王煜，张玫，等.跨流域向黄河调水措施综合研究[J].人民黄河，2013，35（10）：85-87.

[3] 中华人民共和国水利部.水利建设项目经济评价规范：SL 72—2013[S].北京：中国水利水电出版社，2013：10-12.

【责任编辑 张华岩】