用水計劃合理性分析的多維指標體系研究

陳雅芬，劉艷菊，李 敏，張得勝

(水利部珠江水利委員會珠江水利綜合技術中心，廣東 廣州 510611)

2014年3月14日，習近平總書記就中國水安全問題發(fā)表重要講話，首次提出“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的十六字治水思路。節(jié)水優(yōu)先要求在流域和區(qū)域水資源水環(huán)境最大承載能力范圍內(nèi)，科學合理、有計劃、有重點地用水，發(fā)揮水資源最大剛性約束，堅持“以水四定”，使水資源、水環(huán)境、水生態(tài)與經(jīng)濟社會和諧可持續(xù)發(fā)展[1-3]。堅持節(jié)水優(yōu)先，就是要著力糾正對水資源粗放型使用的行為，從水資源使用這個源頭抓起，著力推進節(jié)水型社會建設，從觀念、意識、措施等方面優(yōu)先著力、多管齊下，加快推進用水方式由粗放向節(jié)約、集約的根本性轉變，實現(xiàn)計劃用水。計劃用水是合理開發(fā)利用水資源和提高水資源使用效益的有效途徑?！端ā返谒氖邨l明確規(guī)定：“縣級以上地方人民政府發(fā)展計劃主管部門會同同級水行政主管部門，根據(jù)用水定額、經(jīng)濟技術條件以及水量分配方案確定的可供本行政區(qū)域使用的水量，制定年度用水計劃，對本行政區(qū)域內(nèi)的年度用水實行總量控制”[4]。

目前水利部2014印發(fā)的《計劃用水管理辦法》明確了核定用水單位用水計劃的原則，第九條規(guī)定：管理機關根據(jù)本行政區(qū)域年度用水總量控制指標、用水定額和用水單位的用水記錄，按照統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、綜合平衡、留有余地的原則，核定用水單位的用水計劃。但相關水行政主管部門沒有出臺相關文件進一步明確和細化用水計劃的核定標準，不同區(qū)域結合各自實際情況研究制定用水計劃核定下達的規(guī)定，并執(zhí)行用水計劃核定工作，現(xiàn)行年度用水計劃下達，大多數(shù)取用水戶以上報數(shù)據(jù)和前3年用水實際為依據(jù)，在不超過原審批取水量的前提下直接下達[5]，并未充分考慮用水定額與實際用水水平，不符合當下節(jié)水優(yōu)先、限額管理的要求，用水計劃核定下達工作體系并不完善。許多學者在計劃用水管理制度方面做出了較多研究，在管理層面提出了許多計劃用水管理的建議[6-10]，部分國內(nèi)學者在用水計劃核定下達方法方面也做出了研究[11-13]。但根據(jù)取用水戶用水影響因素對用水計劃合理性進行分析的研究較少，其中陳興[13]開展了用水計劃核定方法研究，通過對各行業(yè)用水特點的了解，用水計劃的核定采用兩個方向，即與其他相似企業(yè)用水的對比、與企業(yè)自身歷史用水的對比，2個方向引用的方法分別對應聚類算法和用水預測算法，此類方法需搜集大量的取用水戶資料開展模型驗證，使用便利性不足。

針對目前用水計劃核定下達工作體系不完善的問題，為了進一步全面分析取用水戶用水影響因素，確定用水計劃申請、下達與實際用水等多個方面的合理性，為下一步研究用水計劃核定下達工作奠定基礎，本研究建立了用水計劃合理性分析的多維指標體系。

1 評估指標

根據(jù)綜合分析，項目取用水主要與取水水源、用水工藝、用水水平等因素有關，因此本指標體系主要是綜合考慮來水、用水等多種因素，分析取用水戶年度用水計劃的合理性。多維用水計劃合理性評估指標體系見表1。

表1 多維用水計劃合理性評估指標體系

表中來水量指取用水戶取水口來水量；區(qū)域用水總量控制指標指項目所在縣級行政區(qū)(一般情況)的用水總量控制指標；用水總量變化趨勢指取用水戶年度用水總量的變化趨勢；定額標準對比指取用水戶單位產(chǎn)品用水量與定額標準值的比較；用水水平變化趨勢指取用水戶單位產(chǎn)品用水量的變化趨勢；單方水效益指單方水產(chǎn)品產(chǎn)量；計劃與實際差異程度指計劃用水量與實際用水量的差異比較。

2 評估方法

2.1 來水保障程度

當P≥P′時，若Wj>Wx，不合理；若Wj=Wx，基本合理；若Wj

2.2 區(qū)域用水總量控制指標符合度(δ)

設δ=Wy/Wz，若0<δ<1，不合理；若δ=1或δ=0，基本合理；若δ>1或δ<0，合理。

式中Wy——區(qū)域用水總量富余指標，等于當年用水總量控制指標減去上一年年度區(qū)域用水總量；Wz——項目年度新增用水量。

2.3 計劃用水增長率(r)

設r=ΔWj/W′，若r>30%，不合理；若10%≤r≤30%，基本合理；若r<10%，合理。

式中 ΔWj——當年計劃用水量相對于上一年實際用水的變化量；W′——上一年的實際用水量。

2.4 定額標準比值(αui)

設αui=Vui/Vs，若αui>1，不合理；若αui=1，基本合理；若αui<1，合理。

式中Vui——單位產(chǎn)品用水量；Vs——定額標準值。

2.5 用水水平變化率(rui)

2.6 單方水產(chǎn)量(rc)

2.7 計劃與實際比值(αW)

設αW=Wj/W，若αW>1.15或αW<1，不合理；若1<αW≤1.15，基本合理；若αW=1，合理。

式中Wj——計劃用水量；W——實際用水量。

以用水總量和用水效率2個維度為約束條件，前5個指標必須全部至少滿足基本合理的條件，若有一項指標不合理，則不合理。再分析用水效益維度的指標，“單方水產(chǎn)量”與“用水水平”實際是互為倒數(shù)的，當“用水水平變化率”變化合理時，“單方水產(chǎn)量年際變化率”基本也會位于合理變化范圍內(nèi)，進一步驗證用水效率的合理性；“計劃與實際比值”指標是計劃用水量與實際用水量的比值，項目在實際生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品生產(chǎn)存在一定的不確定性，可能會存在實際用水量超出計劃用水量較多的情形，無法確保2個指標均合理。因此，針對用水效益維度的指標，有一項基本合理時，可認為基本合理。

3 指標體系應用

3.1 典型取用水戶基本情況

大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司(以下簡稱“貴州發(fā)耳電廠”)位于貴州省六盤水市水城縣，成立于2005年8月24日，是國家實施“西電東送”戰(zhàn)略重要的后續(xù)電源，為亞臨界燃煤機組，總裝機容量4×600 MW，屬于典型坑口電廠。項目設計年利用小時數(shù)為6 000 h，設計年發(fā)電量為144億kW·h。貴州發(fā)耳電廠由水利部珠江水利委員會于2013年批準發(fā)放取水許可證(取水(國珠)字〔2013〕第15號)，有效期為2013年1月1日至2022年12月31日，項目年最大取水總量為3 154萬m3(設計年運行6 000 h)，取水水源為北盤江干流，水源類型為地表水。貴州發(fā)耳電廠申請用水量與實際用水量對比見表2。

貴州發(fā)耳電廠每年根據(jù)年度發(fā)電需求制定用水計劃，通過年度用水計劃建議表對下一年度的用水量提出申請。貴州省水利廳根據(jù)《取水許可和水資源費征收管理條例》《取水許可管理辦法》《貴州省取水許可和水資源費征收管理條例》等法律法規(guī)，結合往年實際取用水量情況、發(fā)電生產(chǎn)規(guī)模等指標，對用水計劃進行核定，并下達年度用水計劃。2015—2020年，計劃用水量均等于申請用水量，且各年用水均未超許可，除2018年實際用水超計劃外，其余年份均未超計劃。

3.2 典型取用水戶計劃用水合理性分析

3.2.1用水總量維度分析

a)來水保障程度分析。貴州發(fā)耳電廠取水水源為北盤江大渡口河鄧家寨段，取水口位于大渡口水文站下游約1.2 km的北盤江左岸。北盤江為珠江流域西江上游左岸最大支流，北盤江上段稱革香河，萬家口子以下為滇黔界河，水城縣境內(nèi)河長約66 km，縣內(nèi)流域面積2 540.4 km2。根據(jù)《發(fā)耳電廠(4×600 MW)新建工程水資源論證報告書》，大渡口水文站最小年來水量發(fā)生于1989年，為53.8 m3/s，相應年徑流量17.0億m3，相對于發(fā)耳電廠的許可水量3 154萬m3，來水量十分豐富。在97%的保證率情況下，電廠取水口處來水量為65.7 m3/s，電廠年平均取用水量為1.460 m3/s，占其年來水流量的2.2%；取水口最小來水量為15 m3/s，電廠取水量占取水口最小來水量9.7%，所以正常情況下貴州發(fā)耳電廠取水量占取水口來水量的比例小，取水量完全能滿足要求。2015—2020年，取水口水量保證率均大于設計保證率，根據(jù)表2，貴州發(fā)耳電廠計劃用水量均小于許可取水量，即近幾年均滿足P≥P′時，Wj

b)區(qū)域用水總量控制指標符合度。根據(jù)《六盤水市人民政府關于印發(fā)六盤水市水資源管理控制目標分解表的通知》(六盤水府辦函〔2013〕27號)，水城縣2019年用水總量控制指標為2.17億m3；根據(jù)六盤水市2016—2019年的水資源公報，水城縣2016—2019年用水總量控制指標分別為1.92億、1.98億、2.05億、2.11億m3。貴州發(fā)耳電廠年取水量與水城縣用水總量控制指標比較見表3，2016—2019年δ均大于1或小于0，合理。

c)計劃用水增長率。近年來，貴州發(fā)耳電廠用水需求呈先減后增并趨于平穩(wěn)的趨勢，主要原因是2014—2016年發(fā)電量降低以及實行優(yōu)化運行措施，用水量有所減少，近幾年發(fā)電量有所增加，故用水量也有所增加。

2015—2020年貴州發(fā)耳電廠計劃用水增長率統(tǒng)計見表4，除2016年，電廠計劃用水增長率均小于30%，且2019—2020年增長率rj小于10%，電廠水計劃屬于合理范圍。

表2 貴州發(fā)耳電廠申請用水量與實際用水量對比 單位：萬m3

表3 貴州發(fā)耳電廠年用水量與水城縣用水總量控制指標比較

表4 2015—2020年貴州發(fā)耳電廠計劃用水增長率統(tǒng)計

3.2.2用水效率維度分析

a)定額標準比值。貴州發(fā)耳電廠機組冷卻形式為循環(huán)冷卻，單位產(chǎn)品用水量保持穩(wěn)定狀態(tài)，符合GB/T 18916.1—2012《取水定額第一部分：火力發(fā)電》循環(huán)冷卻單位發(fā)電量取水定額指標2.40 m3/(MW·h)。2015—2019年貴州發(fā)耳電廠用水效率值的統(tǒng)計情況見表5，接近貴州省定額標準先進值2.0 m3/(MW·h)，工程用水水平較高。從表5看出，2016—2019年定額標準比值αui為0.83或0.84，均小于1，近幾年的實際用水水平均合理。

表5 2015—2019年貴州發(fā)耳電廠用水效率統(tǒng)計情況

b)用水水平變化率。從表5看出，貴州發(fā)耳電廠除2017年單位產(chǎn)品用水量變化率rui大于0，位于基本合理的范圍，其余年份均小于或等于0，位于合理范圍內(nèi)，電廠用水水平變化率合理。

3.2.3用水效益維度分析

a)單方水產(chǎn)品產(chǎn)量。2015—2019年貴州發(fā)耳電廠取用水量及其單方水發(fā)電量的情況見表6，近幾年單方水發(fā)電量均在500 (kW·h)/m3左右，比較穩(wěn)定。2017年變化率rc為-0.60%，位于基本合理的范圍，其余年份均大于或等于0，位于合理范圍內(nèi)，電廠單方水發(fā)電量變化率合理。

b)實際用水量與申請、計劃用水量關系合理性分析。貴州發(fā)耳電廠申請用水量與實際用水量對比見表7，近幾年申請用水量與實際用水量均存在一定差值，但差距不大，主要是由于近年來經(jīng)濟下行導致社會用電量減少，電廠實際年利用小時數(shù)均未達到設計年利用小時數(shù)，實際發(fā)電量小于設計發(fā)電量；另外電廠逐步實行系統(tǒng)改造，優(yōu)化設備運行方式。2017—2019年實際用水量與申請量非常接近，其中2017—2019年均出現(xiàn)部分月份實際用水量超出計劃量的情況，主要是電廠內(nèi)部調(diào)度影響，發(fā)電量超出計劃量，使得用水量與計劃存在一定的出入，此現(xiàn)象是符合實際的。根據(jù)表7，計劃與實際比值αw逐漸接近1，管理效益逐漸體現(xiàn)出來，電廠近幾年的實際用水量與申請、計劃用水量關系逐漸趨于合理。

表6 2015—2019年貴州發(fā)耳電廠單方水發(fā)電量統(tǒng)計情況

表7 2015—2019年貴州發(fā)耳電廠申請與實際用水量比值 單位：萬m3

4 結論

本研究根據(jù)貴州發(fā)耳電廠2015—2019年用水和發(fā)電情況，通過用水總量、用水效率和用水效益3個維度的分析，發(fā)現(xiàn)電廠近幾年來水保證程度高，計劃用水滿足區(qū)域用水總量控制指標要求；用水、產(chǎn)量變化不大，單位發(fā)電用水量小于定額標準，用水水平穩(wěn)定，用水效益呈略微升高的趨勢；實際用水量與申請、計劃用水量關系逐漸趨于合理，各項指標都位于合理值范圍內(nèi)，符合且通過本次研究構建的以用水總量和用水效率2個維度為約束條件，用水效益維度為目標值的用水計劃合理性分析指標體系，故認為貴州發(fā)耳電廠2020年度用水計劃合理。

為了強化計劃用水管理，落實限額管理要求，規(guī)范用水計劃核定工作，并為計劃用水監(jiān)督管理提供技術支撐，促進節(jié)約用水，綜合考慮取用水規(guī)模、取用水類型、管理要求等因素，建立多維的用水計劃合理性分析指標體系，并將指標體系應用于取用水戶，分析取用水戶年度取用水計劃的合理性，可為下一年度的用水計劃下達提供參考。計劃用水管理范圍廣泛，管理對象復雜，本研究的對象是高耗水火力發(fā)電取用水戶，且研究對象數(shù)量有限，未來可加強其他行業(yè)用水計劃合理性的分析研究，為進一步完善用水計劃核定下達工作提供參考。