基于梯级水库扩容工程的增量水权分配研究

王晓淋，王 璠

(1.宁波市水利水电规划设计研究院有限公司，浙江 宁波 315000；2.宁波弘泰水利信息科技有限公司，浙江 宁波 31500)

0 引言

为全面提升水安全保障能力，构建“安全保障超前化、资源利用高效化”的新时期水利发展格局，宁波市围绕大型水库开展了梯级水库扩容工程、库尾新建梯级水库等工作，通过增加大型水库的防洪库容，来减少水库下游城镇的防洪压力；同时，梯级水库库容的增加也将提高优质水资源的供水能力。目前，大型水库的优质地表水资源是区域生活和工业用水的重要水源，特别是宁波属于工程性缺水城市，随着人们生活水平的不断提高，围绕水库优质水资源的分配矛盾越来越严重，不同行政区域之间的调水和争水问题不断出现。因此，需要科学合理地分配梯级水库扩容工程所增加的优质水资源量。

水权管理制度是市场经济条件下优化配置水资源的重要途径，是新时代水资源管理制度的重要组成部分[1]。水库水权的优化配置目标主要是保障优质水资源的高效利用和公平分配，促进政府统一管理与市场经济调节有机结合，同时不断提高水资源节约保护和开发利用水平[2]。因此，本文将针对梯级水库扩容工程的增量水权进行优化分配研究，以宁波市奉化区的横山水库和柏坑水库为实例，基于梯级水库扩容工程所增加的优质水资源量，在综合考虑自然、社会、经济等多方因素后建立梯级水库增量水权的分配指标体系，并利用层次分析法进行水权分配计算，从而为梯级水库扩容后的水资源调度管理提供科学依据，缓解优质水资源供需矛盾，促进区域协调发展和水资源公平利用。

1 梯级水库基本情况及供水要求

1.1 水库基本情况

横山水库位于奉化区县江上游，坝址以上总集雨面积150.8km2，现状水库总库容1.108亿m3、兴利库容0.743亿m3，是一座以防洪、灌溉为主，结合供水、发电等综合利用的大(2)型水利工程。柏坑水库位于横山水库上游，坝址以上集雨面积54.2km2，现状水库总库容755万m3、兴利库容634万m3，是一座以发电为主，结合灌溉、防洪等综合利用的小(1)型水库。

为了缓解柏坑水库下游镇区的防洪压力，同时增加柏坑～横山梯级水库的供水能力，规划对柏坑水库进行扩容建设：采用现状坝址拆除重建方案，新坝址布设于现状坝址上游150m处，集雨面积54.2km2，总库容3542万m3、兴利库容2500万m3，是一座以防洪、供水为主，结合生态、灌溉、发电等综合利用的中型水库。

1.2 水库供水要求

柏坑水库和横山水库是奉化区及宁波中心城区的重要供水水源，其中，上游柏坑水库的供水对象主要为奉化区大堰镇的大堰水厂以及柏坑水库下游的农业和生态用水；下游横山水库的供水对象主要为奉化区的邱家山水厂、宁波中心城区的东钱湖水厂、以及横山水库下游的农业和生态用水。不同水平年下柏坑～横山梯级水库供水需求详见表1，柏坑～横山梯级水库供水关系如图1所示。

图1 柏坑～横山梯级水库供水关系示意图

表1 柏坑～横山梯级水库供水需求一览表 单位：万m3

2 梯级水库扩容后的新增可供水量

2.1 梯级水库可供水量计算方法

考虑到柏坑水库和横山水库为综合性的水库工程，承担着生活、农业、生态等多项供水任务，且各个供水用户的用水量及供水保证率不同，本次选取逻辑清晰、科学合理、实用简明的改进长系列径流调节计算方法[3-4]进行水库的可供水量分析，从而明确柏坑水库扩容前后，柏坑水库和横山水库的可供水量增长变化情况。

长系列径流调节计算方法主要通过水库的蓄水调节能力，改变坝址以上集雨面积的天然径流过程，蓄丰补枯，从而来增加枯水期的水库可供水量。该计算方法的基本原理为水库的水量平衡，计算公式为：

Vi+1=Vi+V来水-V损失-V用水

(1)

式中，Vi+1—水库时段末库容，万m3；Vi—水库时段初库容，万m3；W来水—水库时段内来水量，万m3；W损失—水库时段内损失水量，万m3；W用水—水库时段内的综合用水，万m3，包括城镇综合生活及工业供水量、农业灌溉水量、生态下泄水量、发电下泄水量以及超过调蓄能力的弃水量。

改进的长系列径流调节计算方法是在长系列径流调节计算过程中考虑不同供水对象的调度线，当水库水位低于该供水对象的调度线时，供水量进行折减；当水库水位高于该供水对象的调度线时，供水量按需供给。通过供水调度线的调节，进一步协调各供水对象的供水保障程度，从而最大程度满足各自供水保证率。供水量折减以供水对象满足程度为前提，一般农业灌溉的供水满足程度为70%、生态环境的供水满足程度为50%左右。

2.2 梯级水库调度原则

柏坑水库位于横山水库上游，其兴利调度与横山水库供水能力密切相关，为满足柏坑水库及横山水库供水要求，按“本地优先、统筹兼顾”的原则，拟定以下兴利调度原则：

(1)柏坑水库优先保障本地大堰镇的用水需求；柏坑和横山水库供水优先保障城镇用水，然后保障水库下游农业、生态用水。

(2)柏坑水库至横山水库的联调原则：①横山水库优先利用柏坑～横山梯级水库区间天然径流。②当柏坑水库水位高于发电死水位219m时，若横山水库库容大于3000万m3，为正常供水期，柏坑水库按1.3m3/s引水发电；若横山水库库容小于3000万m3，柏坑水库进一步加大流量向下游横山水库补水。③当柏坑水库水位低于发电死水位219m时，停止向横山水库补水，同时，坝后电站停止引水发电。

2.3 梯级水库新增可供水量

柏坑水库坝址以上集雨范围的多年平均径流量为5770万m3，柏坑～横山梯级水库区间集雨范围的多年平均径流量为10002万m3，根据各用户用水需求，进行柏坑～横山梯级水库长系列逐日联调计算分析(1960—2020年)，得到柏坑水库扩容前后，柏坑～横山梯级水库各供水对象的多年平均供水量见表2。

根据上表计算结果可知，由于柏坑水库下游本地需水量相对较小，柏坑水库扩容前后的多年平均供水量基本没有变化；而随着柏坑～横山梯级水库的径流调节能力得到增强，横山水库各供水对象的多年平均供水量增加1088万m3。考虑到横山水库下游的农业和生态用水均位于奉化区范围内，对于增量水权的分配不存在疑义，而水厂供水则涉及到奉化区的邱家山水厂以及宁波中心城区的东钱湖水厂，对于增加的水厂供水量846万m3需要合理分配水权，保障区域协调发展和水资源公平利用。

3 梯级水库增量水权的分配计算

3.1 计算方法

针对增量水权的分配研究，需要满足全面性、实用性、可比性、简明性等要求，本次选用层次分析法(AHP)进行水权分配计算。首先梳理分析出增量水权分配的影响因素，再按照各个因素的类型及其相互关系将其分成目标层、准则层、指标层，然后构造判断矩阵计算分配权重，最后根据实际情况对指标赋值，从而得到水权分配结果。

3.2 增量水权分配的影响因素分析

柏坑～横山梯级水库增量水权分配的总体目标为：按照注重公平与效率、尊重历史与现状、考虑整体与局部、结合定量与定性、把握科学与实际的原则[5]，对该梯级水库扩容工程所新增水厂供水量的水权进行合理分配。本次研究确定影响增量水权分配的影响因素主要有：水源分布、工程建设、水厂需求、政策管理、城市发展、供水效率6个方面[6]，具体分析如下所示。

(1)水源分布：优质水资源是重要的生产要素，在区域协调发展中具有重要作用，因此，本次增量水权分配需要充分考虑水源分布情况，即优质水资源应当优先满足当地奉化区的需水要求，然后再充分保障宁波市中心城区的用水安全。

(2)工程建设：柏坑水库扩容工程建设由奉化区水利建设投资集团有限公司和宁波市水务环境集团有限公司共同组成，投资股比65∶35，为合理分配供水能力提高带来的效益，增量水权分配需要参考投资股比，从而保障水库建设各方投资主体的合法权益。本次研究选用投资股比作为工程建设的代表性指标。

(3)水厂需求：为充分保障城市生活和工业用水安全，增量水权分配需向供水缺口较大的水厂倾斜。本次研究选取配置规模和供水缺口作为水厂需求的代表性指标。

(4)政策管理：宁波中心城区作为宁波市经济、政治、文化中心，其发展定位高于奉化区，供水安全保障优先程度略高，在水资源供给的政策管理上，需要向中心城区倾斜。

(5)城市发展：优质水资源是城市发展的重要支撑，增量水权的分配需要考虑经济效益以及水资源使用效率。本次研究选取人均GDP、万元GDP用水量作为城市发展的代表性指标。

(6)供水效率：按照“节水优先”的新时期发展理念，水库至水厂的供水分配需要充分考虑输水漏损情况，尽可能减少水资源浪费。本次研究选取供水管网漏损和原水输水距离作为供水效率的代表性指标。

3.3 指标体系构建

在影响因素和代表指标分析的基础上，构建柏坑～横山梯级水库扩容工程的增量水权分配指标体系[7]，如图2所示，目标层A为梯级水库扩容工程的增量水权分配；要素层B则在影响因素分析的基础上，总结为“尊重现实、注重公平、考虑整体、提高效益”4个综合要素；指标层C为各影响因素的可量化代表指标；方案层D为增量水权分配对象，奉化区的邱家山水厂和宁波中心城区的东钱湖水厂。

图2 梯级水库扩容工程的增量水权分配指标体系

3.4 分配权重计算

3.4.1构造判断矩阵

在现状梳理以及专家分析的基础上，构建梯级水库扩容工程增量水权分配指标体系的判断矩阵，具体见表3—7。

表3 准则层的判断矩阵

表4 指标层B1的判断矩阵

表5 指标层B2的判断矩阵

表6 指标层B3的判断矩阵

3.4.2分配指标权重计算

首先求解所构建判断矩阵的最大特征值和对应特征向量，经过归一化处理后，即得层次单排序权重向量。通过计算，得到各分配指标权重见表8。

表8 分配指标权重计算结果

3.5 增量水权分配指标赋值及分配成果

3.5.1增量水权分配指标赋值

(1)C1水源分布

柏坑水库和横山水库集雨范围均位于奉化区境内，从水源地域分布来看，奉化区的增量水权占比相对高，因此，以供水区域代表分配主体，本次研究拟定奉化区和宁波中心城区的分配指标值为0.7和0.3。

(2)C2投资股比

根据“宁波市奉化区柏坑水库扩容工程合作建设框架协议书”，奉化区水利建设投资集团有限公司和宁波市水务环境集团有限公司投资股比65∶35，无量纲处理后，奉化区和宁波中心城区分配指标值为0.65和0.35。

(3)C3配置规模

东钱湖水厂主要供给宁波市中心城区，邱家山水厂供给奉化区，根据已有水资源综合规划，横山水库至邱家山水厂日最大配置规模为10万m3/d，至东钱湖水厂日最大配置规模为20万m3/d，即奉化区和宁波中心城区的分配指标值为0.33和0.67。

(4)C4供水缺口

梯级水库扩容后的新增供水量主要用于弥补规划水厂的供水缺口，根据供需平衡成果，95%保证率下规划邱家山水厂供水缺口为510万m3/a，东钱湖水厂供水缺口为1803万m3/a，即奉化区和宁波中心城区的分配指标值为0.22和0.77。

(5)C5区域供水优先程度

宁波中心城区作为宁波市经济、政治、文化中心，其发展定位高于奉化区，供水安全保障优先程度略高，因此，即奉化区和宁波中心城区的分配指标值为0.4和0.6。

(6)C6人均GDP

水权分配需要适配居民生活水平[8]，人均GDP是衡量居民生活水平的一个标准，根据2022年统计公报成果，奉化区人均GDP为15.5万元、宁波中心城区人均GDP为19.7万元，无量纲处理后，奉化区和宁波中心城区分配指标值为0.44和0.56。

(7)C7万元GDP用水量

万元GDP用水量越低，区域节水水平和经济效益越好，则水权分配越多。根据2022年统计公报成果，奉化区万元GDP用水量16.7m3，宁波中心城区万元GDP用水量12.1m3，无量纲处理后，奉化区和宁波中心城区分配指标值为0.42和0.58。

(8)C8供水管网漏损

供水管网漏损越低，水资源利用率越高，节水效果越好，则水权分配越多。邱家山水厂的供水管网漏损率为12.5%，东钱湖水厂的供水管网漏损率为3.6%，无量纲处理后，奉化区和宁波中心城区分配指标值为0.22和0.78。

(9)C9原水输水距离

原水输水距离与漏损水量呈正比，水权分配宜倾向漏损水量小的一方，从而提高节水效果。邱家山水厂距离横山水库约10km，东钱湖水厂距离横山水库35km，无量纲处理后，奉化区和宁波中心城区分配指标值为0.78和0.22。

3.5.2增量水权分配成果

根据指标权重和指标赋值的计算成果，柏坑～横山梯级水库扩容后用于水厂供水的增量水权分配指标隶属度为K奉化区=0.54；K宁波中心城区=0.46，见表9。针对梯级水库扩容后的增量水权846万m3，分配结果为：奉化区邱家山水厂的增量水权为457万m3，宁波中心城区东钱湖水厂的增量水权为389万m3。

表9 分配指标隶属度计算结果

本次梯级水库扩容工程的增量水权分配方案既考虑了水库上下游、也考虑了现状及未来的用水需求，充分体现了客观、公平、高效的基本原则，成果取得了相关部门的认可，能够有效调节了区域间的用水矛盾。

4 结语

随着国家对水安全保障要求不断提高，各地区将会更多地围绕大型水库新建梯级水库或者对现有梯级水库进行扩容，从而增强防洪能力和供水能力。水库扩容后将新增优质水资源，开展增量水权分配研究是规范新增优质水资源在不同区域间有效分配的基础，有利于促进新增优质水资源的高效利用。

增量水权的分配过程是一个复杂的系统，需要统筹考虑多方面影响因素，并采用科学合理的分配方法进行计算。本次研究针对柏坑～横山梯级水库扩容后用于水厂供水的新增优质水资源进行水权分配，按照“尊重现实、注重公平、考虑整体、提高效益”的原则，从“水源分布、工程建设、水厂需求、政策管理、城市发展、供水效率”方面选取了9个基础指标，构建了梯级水库扩容工程的增量水权分配指标体系，并引入层次分析法进行分配计算，得到增量水权分配指标的隶属度。

目前我国对于梯级水库增量水权分配的研究和实践相对较少，增量水权分配的影响因素分析、指标体系建立和分配方法选择对新增水资源的分配至关重要，需通过工程实践不断探索和积累。针对水库扩容工程的不断推进以及水权管理制度的不断完善，建议积极推进不同区域、不同工程、不同行业的增量水权研究，为我国水权制度的不断完善提供参考依据。