劉明崗,吳明官
(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,哈爾濱150080)
目前,隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的逐步深入和城鎮(zhèn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,城鎮(zhèn)供水問題已成為普遍的社會問題,供需矛盾不斷升級,因此,為了解決民生問題各級政府想方設(shè)法修建各種供水工程來,滿足人民群眾生活水平日益提高和改善的需求。
由于北方河流年徑流的時(shí)空分配極不均勻,特別是每年的12月至翌年3月徑流量很小,甚至經(jīng)常斷流。在這種情況下,若修建控制性蓄水工程后,只要能夠滿足4個(gè)月(占全年1/3)枯水期城鎮(zhèn)供水量要求,則其他8個(gè)月城鎮(zhèn)供水量大部分時(shí)間可利用區(qū)間徑流即可。
從此可以看出,該水庫工程雖然只承擔(dān)其中少部分城鎮(zhèn)供水量,但實(shí)際上采用區(qū)間徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法,可以承擔(dān)全部的城鎮(zhèn)供水任務(wù)。故修建控制性蓄水工程后,通過區(qū)間徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)來,提供城鎮(zhèn)供水的過程中,往往涉及到如何準(zhǔn)確地計(jì)算城鎮(zhèn)供水效益水量問題。一般對水庫直接供水量,均無可非議;但取用水庫下游區(qū)間可利用水量時(shí),大家卻眾說紛紜,意見不統(tǒng)一,具體很難操作。迄今為止,城鎮(zhèn)供水效益水量的具體計(jì)算,還沒有準(zhǔn)確的計(jì)算方法。
因此,修建蓄水工程后,計(jì)算補(bǔ)償調(diào)節(jié)的城鎮(zhèn)供水效益時(shí),若采用水庫直接供水量(又稱:水庫補(bǔ)水量),則城鎮(zhèn)供水效益明顯偏小,出庫水價(jià)較高,用水戶難以承受,既不公平、也不合理;若采用總供水量(水庫補(bǔ)水量與區(qū)間用水量之和),則利用區(qū)間用水量部分的全部水量作為水庫間接供水量,很難說服供水單位和用水戶,且無可靠的科學(xué)依據(jù)。
那么,如何計(jì)算城鎮(zhèn)供水效益水量就成了關(guān)鍵性的核心問題。具體來講,除了水庫直接供水量(補(bǔ)水量)以外,水庫間接供水量如何準(zhǔn)確計(jì)算,就是本次研究的重點(diǎn),即水庫間接供水量就是破壞年提高保證率部分的區(qū)間可利用水量如何準(zhǔn)確計(jì)算的問題。
因此,為了改善控制性蓄水工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),提高補(bǔ)償調(diào)節(jié)的城鎮(zhèn)供水效益,有效推動城鎮(zhèn)供水民生水利事業(yè)的發(fā)展,筆者特提出了“補(bǔ)償調(diào)節(jié)的城鎮(zhèn)供水效益計(jì)算方法”。
補(bǔ)償調(diào)節(jié)的城鎮(zhèn)供水效益計(jì)算,迄今為止,還沒有準(zhǔn)確的計(jì)算方法。目前,大家常用的方法是只計(jì)算水庫直接供水效益,故城鎮(zhèn)供水效益明顯偏小,出庫水價(jià)較高,用水戶難以承受。
另外,有時(shí)候還采用水庫補(bǔ)水量與區(qū)間用水量之和的總供水量,作為城鎮(zhèn)供水效益計(jì)算水量,也就是除了水庫直接供水量以外,利用區(qū)間用水量部分的全部水量作為水庫間接供水量,這種算法計(jì)算的城鎮(zhèn)供水效益水量,明顯偏大,結(jié)果很難說服供水單位和用水戶。
有時(shí)候還憑經(jīng)驗(yàn)取介于水庫直接供水量與總供水量之間的水量,作為城鎮(zhèn)供水效益計(jì)算水量,這種算法隨意性大,而且無可靠的科學(xué)依據(jù)。
近期穆棱市城鎮(zhèn)總供水量為6 404×104m3/a,遠(yuǎn)期城鎮(zhèn)總供水量8 818×104m3/a。其中水庫近期補(bǔ)水量為1 666×104m3/a,遠(yuǎn)期補(bǔ)水量為2 790×104m3/a;近期區(qū)間徑流用水量為4 738×104m3/a(12.98×104m3/d),遠(yuǎn)期為6 028×104m3/a(16.52×104m3/d)。
根據(jù)奮斗水庫~穆棱水文站1956~2008年區(qū)間來水量系列大小排序,并計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率后,繪制區(qū)間徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)的城鎮(zhèn)供水效益計(jì)算水量分析圖1中,可以看出,該區(qū)間來水量與遠(yuǎn)期城鎮(zhèn)供水量(16.52×104m3/d)交點(diǎn)的頻率接近于45% ,這正是本方法所求的現(xiàn)狀條件下遠(yuǎn)期城鎮(zhèn)供水量相應(yīng)的保證率。該保證率就是無奮斗水庫的情況下,區(qū)間徑流城鎮(zhèn)供水的保證程度。
奮斗水庫修建后,城鎮(zhèn)供水年保證率取95%,破壞年供水保正系數(shù)取0.8,故所提高保證率相應(yīng)的ΔQ(供水量的增量),應(yīng)該為奮斗水庫所貢獻(xiàn)的區(qū)間徑流可利用的城鎮(zhèn)供水效益。具體詳見圖1。
城鎮(zhèn)供水效益計(jì)算水量,應(yīng)包括水庫直接供水量(水庫補(bǔ)水量)和水庫間接供水量(破壞年提高保證率的區(qū)間可利用水量),具體計(jì)算公式如下:
式中:W效為城鎮(zhèn)供水效益計(jì)算水量,104m3;W補(bǔ)為水庫補(bǔ)水量,104m3;△W為水庫貢獻(xiàn)的城鎮(zhèn)供水區(qū)間可利用水量,104m3。
下面具體介紹破壞年由水庫提高保證率后,增加的多年平均城鎮(zhèn)供水區(qū)間可利用流量△Q計(jì)算公式:
式中:P0為無水庫條件下區(qū)間徑流的供水保證率,%;Pi、Pi+1為破壞年的區(qū)間徑流對應(yīng)頻率,%;Qi、Qi+1為破壞年區(qū)間可利用的用水流量,104m3/d;Q-1為Pi>P0時(shí),區(qū)間多年平均城鎮(zhèn)需水流量,104m3/d;Q-2為Pi>P0時(shí),區(qū)間多年平
均實(shí)際城鎮(zhèn)供水流量,104m3/d;ΔQ為破壞年由水庫提高保證率后,增加的多年平均城鎮(zhèn)供水區(qū)間可利用流量,104m3/d。
奮斗水庫位于穆棱河上游,距穆棱市穆棱鎮(zhèn)東南14.1 km處,壩址以上流域面積1 740 km2,是一座具有城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、下游防洪和生態(tài)環(huán)境用水,并結(jié)合城鎮(zhèn)供水、灌溉、生態(tài)環(huán)境用水和棄水發(fā)電等綜合利用功能的大型水利樞紐工程。該工程建成后,將為穆棱市“七鎮(zhèn)兩局”和雞西市梨樹區(qū)提供年城鎮(zhèn)用水量8 818×104m3,其中水庫補(bǔ)水量2 790×104m3,計(jì)算效益水量5 232×104m3;灌溉該水庫下游0.82萬hm2水田,為灌區(qū)提供直灌水量6 776×104m3;可提高穆棱河干流兩岸奮斗水庫以下至八面通鎮(zhèn)區(qū)間城鎮(zhèn)、村屯及農(nóng)田的防洪標(biāo)準(zhǔn),其中穆棱市八面通右岸城鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)可由20 a一遇提高到30 a一遇;利用城鎮(zhèn)供水、灌溉補(bǔ)水、生態(tài)環(huán)境用水、棄水等發(fā)電,電站裝機(jī)容量5 MW,多年平均發(fā)電量1 377×104kW·h。此外,該水庫建成后,還可發(fā)揮其山、水、林等自然資源和地理優(yōu)勢,發(fā)展多種經(jīng)營,促進(jìn)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
團(tuán)結(jié)水庫壩址以上流域面積445 km2,奮斗水庫壩址以上流域面積1 740 km2,穆棱水文站控制斷面以上流域面積2 613 km2。團(tuán)結(jié)水庫~穆棱水文站區(qū)間面積2 168 km2,奮斗水庫~穆棱水文站區(qū)間面積873 km2。下面針對奮斗水庫~穆棱水文站1956~2008年區(qū)間來水量系列大小排序后,再進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)頻率分析,具體成果見表1。從表1中可以看出,公式(2)中(Qi+Qi+1)/2就是代表該表中的平均值Q,而公式(2)中Q-
2就是該表中的△P×Q的總和。
奮斗水庫修建后,近期為下游“七鎮(zhèn)兩局一區(qū)”直接供水量1 666×104m3,遠(yuǎn)期直接供水量2 790×104m3??墒瓜掠纬擎?zhèn)供水保證率達(dá)到95%,破壞年的供水保證系數(shù)為0.8,所以,提高水庫下游區(qū)間城鎮(zhèn)供水保證率相應(yīng)的水量ΔQ(供水量的增量),也應(yīng)該為奮斗水庫貢獻(xiàn)的城鎮(zhèn)供水效益水量。
近期穆棱市城鎮(zhèn)總供水量為6 404×104m3/a,遠(yuǎn)期城鎮(zhèn)總供水量8 818×104m3/a,其中水庫近期補(bǔ)水量為1 666×104m3/a,占總供水量為 26.0%;遠(yuǎn)期補(bǔ)水量為2 790×104m3/a,占總供水量的31.6%;近期區(qū)間徑流用水量為4 738×104m3/a,占總供水量的 74.0%;遠(yuǎn)期為6 028×104m3/a,占總供水量的68.4%。
此文著重對水庫下游區(qū)間徑流的可利用水量進(jìn)行分析,并計(jì)算奮斗水庫的貢獻(xiàn)流量ΔQ。城鎮(zhèn)供水保證率為95%,破壞年供水系數(shù)為0.8。
從奮斗水庫~穆棱水文站區(qū)間日平均來水量頻率曲線中可以查得,近期P0=51%、遠(yuǎn)期P0=45%,而且求得近期為1.473×104m3/d,遠(yuǎn)期為2.233×104m3/d。因此,經(jīng)過計(jì)算后,求得近期為6.23×104m3/d,ΔQ為4.76×104m3/d,增加效益水量 ΔW 經(jīng)過計(jì)算后為1 737×104m3/a,占區(qū)間徑流用水量的36.7%;遠(yuǎn)期為8.92×104m3/d,ΔQ為6.69×104m3/d,ΔW經(jīng)過計(jì)算后為2 442×104m3/a,占區(qū)間徑流用水量的40.5%。
綜上所述,奮斗水庫實(shí)際的城鎮(zhèn)供水效益水量為W效= W補(bǔ)+ΔW,經(jīng)計(jì)算,近期城鎮(zhèn)供水效益水量為3 403×104m3/a,占城鎮(zhèn)總供水量的53.14%;遠(yuǎn)期城鎮(zhèn)供水效益水量為5 232×104m3/a,占城鎮(zhèn)總供水量的59.33%。
本工程計(jì)劃2012年開工建設(shè),2015年全部建成投產(chǎn),2020年達(dá)到設(shè)計(jì)供水規(guī)模,該水庫工程效益主要包括供水、灌溉、防洪及發(fā)電等,在這里只計(jì)算城鎮(zhèn)供水效益。
城鎮(zhèn)供水效益可分為居民生活用水效益和工業(yè)用水效益,經(jīng)調(diào)查分析居民生活用水單方水效益,雖遠(yuǎn)大于工業(yè)單方水效益,但較難估算,故暫按工業(yè)用水效益計(jì)算。工業(yè)用水效益采用工業(yè)產(chǎn)值分?jǐn)傁禂?shù)法估算,萬元增加值用水量按本次供水規(guī)劃成果,工業(yè)分?jǐn)傁禂?shù)采用2.0%~3.5%,隨著工業(yè)的快速發(fā)展,其用水量的增多,節(jié)水技術(shù)也將以較高水平發(fā)展,工業(yè)萬元增加值用水量逐年下降,分?jǐn)傁禂?shù)也呈下降趨勢。
單方水效益采用各水平年的平均值為3.12元/m3。水庫建成后,工程運(yùn)行期第一年按2020年供水量的50%計(jì)算,近期2020水平年可直供水量1 666×104m3;遠(yuǎn)期2030水平年可直供水量2 790×104m3。成果見表1。
表1 奮斗水庫直供水量成果表 104m3
由于本次推薦的奮斗水庫城鎮(zhèn)供水方式為補(bǔ)償調(diào)節(jié),所以,奮斗水庫城鎮(zhèn)供水效益水量不僅包括水庫直供水量,還應(yīng)包括提高城鎮(zhèn)供水保證率部分的供水量,根據(jù)上述的計(jì)算公式(1)、(2)及(3),計(jì)算出枯水徑流對應(yīng)的城鎮(zhèn)供水量,然后以此為基礎(chǔ)計(jì)算奮斗水庫修建后,提高保證率部分的城鎮(zhèn)供水量,從而計(jì)算出城鎮(zhèn)供水效益水量,然后計(jì)算城鎮(zhèn)供水效益。
經(jīng)過分析計(jì)算,奮斗水庫修建后,2015年提高保證率供水量為722×104m3,2020年提高保證率供水量為1 737×104m3,2030年提高保證率供水量為2 442×104m3,因此,奮斗水庫城鎮(zhèn)供水效益水量2015年為1 555×104m3,2020年為3 403×104m3,2030年為5 232×104m3。成果見表2。
表2 奮斗水庫效益水量成果表 104m3
根據(jù)上述內(nèi)容計(jì)算的城鎮(zhèn)供水效益2015年為4 852萬元、2020年為10 617萬元、2030年為16 324萬元,城鎮(zhèn)供水效益應(yīng)按水源工程與水廠、輸水管線及市內(nèi)管網(wǎng)的投資比例分?jǐn)偅?jīng)分析水源工程分?jǐn)傁禂?shù)為60%。因此,奮斗水庫工程近期(2020年)城鎮(zhèn)供水分?jǐn)傂б鏋? 370萬元,遠(yuǎn)期(2030年)城鎮(zhèn)供水分?jǐn)傂б鏋? 794萬元。成果見表3。
表3 奮斗水庫城鎮(zhèn)供水效益表 萬元
按2020年供水量3 403×104m3計(jì)算,單方水分?jǐn)傂б鏋?.87元/m3。
由于本工程是以城鎮(zhèn)供水、農(nóng)田灌溉、下游防洪和生態(tài)環(huán)境用水為主,結(jié)合城鎮(zhèn)供水、灌溉、生態(tài)環(huán)境用水和棄水發(fā)電等綜合利用工程,故該工程的總成本費(fèi)用全部由城鎮(zhèn)供水來承擔(dān)。奮斗水庫工程投資77 912.56萬元,計(jì)入水資源費(fèi)后遠(yuǎn)期2030年總成本費(fèi)用為2 945.2萬元,經(jīng)分析,本工程遠(yuǎn)期2030年成本水價(jià)為0.563元/m3,常規(guī)法計(jì)算的成本水價(jià)為1.056元/m3。成果見表4。
表4 2030年成本水價(jià)比較表 元/m3
3.6.1 現(xiàn)狀水價(jià)
穆棱市城區(qū)供水系統(tǒng)由市自來水公司、熱電廠供水系統(tǒng)、八面通林業(yè)局供水系統(tǒng)、東山倉庫水源及企業(yè)自備井共五部分構(gòu)成。
穆棱市現(xiàn)狀城鎮(zhèn)供水工程供水價(jià)格,依據(jù)穆政發(fā)[2000]18號文《穆棱市人民政府關(guān)于調(diào)整八面通鎮(zhèn)自來水收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的通知》規(guī)定,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
1)居民用水:穆棱市居民生活用水為2.50元/m3。
2)工業(yè)用水:穆棱市工業(yè)用水4.00元/m3。
3)其他行業(yè)用水:穆棱市機(jī)關(guān)事業(yè)單位用水為4.00元/m3,洗浴等特種行業(yè)用水為5.00元/m3。
4)污水處理費(fèi):穆棱市現(xiàn)在還沒有集中的生活污水處理設(shè)施,故暫不收取污水處理費(fèi)。
5)綜合水價(jià):按穆棱市各業(yè)用水量比例計(jì)算綜合水價(jià)。估算穆棱市現(xiàn)狀綜合水價(jià)3.57元/m3,按本次供水規(guī)劃估算水源工程投資約占60%,按用水結(jié)構(gòu)估算的現(xiàn)狀出庫水價(jià)為2.14元/m3。
3.6.2 出庫水價(jià)
奮斗水庫工程,按常規(guī)方法和本次推薦方法,在完成相同工程任務(wù)和控制參數(shù)的情況下,貸款能力測算結(jié)果,常規(guī)方法推薦的出庫水價(jià)為2.40元/m3,高于本次估算的現(xiàn)狀出庫水價(jià)2.14元/m3;本次推薦方法計(jì)算的相同條件下的出庫水價(jià)為1.22元/m3,遠(yuǎn)低于本次估算的現(xiàn)狀出庫水價(jià)2.14元/m3,故為了增強(qiáng)財(cái)務(wù)抗風(fēng)險(xiǎn)能力,吸引廣大的投資者,最后推薦的出庫水價(jià)為2.14元/m3,與現(xiàn)狀出庫水價(jià)相等。
大中型綜合利用的水利樞紐工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中,大家一般習(xí)慣的做法是農(nóng)田灌溉往往采用補(bǔ)償調(diào)節(jié)的方式,而城鎮(zhèn)供水普遍采用直接供水的方式。這種供水方式的主要優(yōu)點(diǎn)是由少量的灌溉補(bǔ)水量可保證農(nóng)田灌溉全部的用水需求,還能確保城鎮(zhèn)供水量和水質(zhì)安全。但是這種供水方式相應(yīng)的水庫興利規(guī)模往往較大,特別是目前正在實(shí)施的《中華人民共和國耕地占用稅暫行條例實(shí)施細(xì)則》規(guī)定,除了直接為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的生產(chǎn)設(shè)施以外,其他均要交納耕地占用稅(黑龍江省平均的耕地占用稅單價(jià)為17.50元/m2)。由于農(nóng)田灌溉采用區(qū)間徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)的方式供水,結(jié)果水庫興利規(guī)模中農(nóng)業(yè)分?jǐn)偟谋壤^小,故耕地占用稅減免的比例也小,而且水庫淹沒補(bǔ)償投資往往較大。這種常規(guī)的供水方式雖然技術(shù)上完全可行,但目前的現(xiàn)行政策條件下經(jīng)濟(jì)上不一定較優(yōu),因此,建議進(jìn)行不同供水方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境、社會影響等方面綜合比較后,合理選定較優(yōu)的方案。
大中型綜合利用的控制性蓄水工程,農(nóng)田灌溉和城鎮(zhèn)供水具體的供水方式有如下的四種組合方案。
方案1:農(nóng)田灌溉和城鎮(zhèn)供水均采用直接供水方式。
方案2:農(nóng)田灌溉采用補(bǔ)償調(diào)節(jié)的方式,城鎮(zhèn)供水采用直接供水方式。
方案3:農(nóng)田灌溉采用直接供水方式,城鎮(zhèn)供水采用補(bǔ)償調(diào)節(jié)的方式。
方案4:農(nóng)田灌溉和城鎮(zhèn)供水均采用區(qū)間徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)的方式供水。
在完成相同的供水任務(wù)的情況下,城鎮(zhèn)供水水質(zhì)能夠滿足或無特殊要求的前提下,可以比較上述的方案。上述的四個(gè)方案中,方案1的水庫規(guī)模最大,方案2的水庫規(guī)模次大,方案3的水庫規(guī)模次小,方案4的水庫規(guī)模最小。但是工程總投資大小及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)劣不一定這種排序。
上述的4個(gè)方案中,方案3和方案4采用補(bǔ)償調(diào)節(jié)的方式城鎮(zhèn)供水,故涉及到城鎮(zhèn)供水效益水量的計(jì)算問題,該問題就是本次研究和討論的核心問題。補(bǔ)償調(diào)節(jié)的城鎮(zhèn)供水效益,若采用常規(guī)的方法計(jì)算,即只考慮水庫直接供水效益,而不考慮破壞年提高保證率的間接供水效益,則城鎮(zhèn)供水效益明顯偏小,財(cái)務(wù)指標(biāo)較差,出庫水價(jià)較高,用水戶難以承受;若采用本次研討的補(bǔ)償調(diào)節(jié)的城鎮(zhèn)供水效益水量新方法,則城鎮(zhèn)供水效益明顯改善,出庫水價(jià)能夠控制在用水戶承受能力范圍之內(nèi),相對于常規(guī)方法可提高水庫工程上馬的可能性,較容易吸引投資者,而且公平合理,有可靠的科學(xué)依據(jù)。
總結(jié)過去,面向未來,全省擬建的綜合利用控制性蓄水工程普遍面臨著嚴(yán)峻的形勢,就是國家嚴(yán)格控制土地資源等現(xiàn)狀政策的條件下,水庫的淹沒損失所占比例將越來越大,而且工程效益中農(nóng)田灌溉分?jǐn)偟某杀舅畠r(jià)老百姓很難承受,防洪、生態(tài)環(huán)境供水等公益性部分很難收到財(cái)務(wù)收益,小水電雖然是可再生能源,但實(shí)際的上網(wǎng)電價(jià)難以彌補(bǔ)水電站所分?jǐn)偟某杀倦妰r(jià)等。
在這種情況下,目前,往往水庫工程的投資壓力全部由城鎮(zhèn)供水來承擔(dān),結(jié)果出庫水價(jià)較高,財(cái)務(wù)指標(biāo)較差,財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)較大,水庫工程上馬較困難。
因此,若采用本次推薦的新方法,則在城鎮(zhèn)供水區(qū)間徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)的情況下,可以由少量的水庫補(bǔ)水量(又稱:直接供水量),將承擔(dān)全部的城鎮(zhèn)供水任務(wù),而且水庫的興利規(guī)模(正常蓄水位)大幅度降低,水庫淹沒損失隨著減小。
另外,城鎮(zhèn)供水效益按本次提出的新方法計(jì)算,可以大大改善水庫工程的財(cái)務(wù)指標(biāo),而且非常有利于招商引資和多渠道集資建設(shè)水庫工程。
總而言之,本次筆者在穆棱市奮斗水庫工程項(xiàng)目建議書編制過程中采用了本方法,其效果非常好,因此,在修建大中型綜合利用控制性蓄水工程中,符合城鎮(zhèn)供水區(qū)間徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)的條件下,建議推廣應(yīng)用本法將取得更多的效益。
圖1 奮斗水庫~穆棱站區(qū)間來水量
表1 奮斗水庫區(qū)間來水量頻率分析表萬m3/d
[1] 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省穆棱市奮斗水庫項(xiàng)目建議書報(bào)告[R].哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,2010.