沙灘水庫工程技術(shù)經(jīng)濟分析*

Faith Chan

(1.貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550001； 2.貴州省水利投資(集團)有限責任公司，貴州 貴陽 550001； 3.諾丁漢大學，英國 諾丁漢 NG1 4BU)

1 工程概況

貴州省德江縣沙灘水庫設(shè)計壩址位于川巖河支流沙灘河上。水庫壩址以上流域集水面積72.6km2，主河道長15.50km，主河道平均比降13.88‰。沙灘水庫工程主要功能是集鎮(zhèn)供水、工業(yè)供水、農(nóng)村供水及灌溉供水，無防洪功能。

沙灘河屬烏江水系六池河流域，是六池河的一級支流(六池河上游段又叫川巖河)。沙灘河發(fā)源于平原鄉(xiāng)田壩附近，河源高程1353m，全流域集水面積92km2，主河道全長21km。

2 供水對象和規(guī)模的確定

2.1 工程任務(wù)

沙灘水庫開發(fā)的直接目標是解決德江縣復(fù)興鎮(zhèn)集鎮(zhèn)、煎茶工業(yè)園區(qū)、灌溉和農(nóng)村供水，供水范圍涉及復(fù)興鎮(zhèn)和煎茶鎮(zhèn)。受水區(qū)范圍內(nèi)，各受水對象目前主要靠農(nóng)村安全飲水工程、山泉水以及河流自提水解決生產(chǎn)生活用水問題，急需興建水利工程解決工程性缺水問題。根據(jù)《德江縣煎茶水庫可行性研究報告》，煎茶水庫擬為煎茶集鎮(zhèn)的發(fā)展用水服務(wù)，所以，沙灘水庫集鎮(zhèn)供水對象僅考慮復(fù)興鎮(zhèn)片區(qū)；煎茶水庫向煎茶工業(yè)園區(qū)提供園區(qū)部分用水，年供水量為660萬m3(出廠水產(chǎn)水量)，園區(qū)剩余用水量由沙灘水庫補充解決。此外，沙灘水庫還承擔34000畝灌面的灌溉供水任務(wù)和沿線農(nóng)村供水任務(wù)。根據(jù)供水對象的特點，結(jié)合當?shù)厮Y源條件，供水保證率為95%，灌溉保證率為80%。

2.2 需水預(yù)測

2.2.1 工業(yè)需水預(yù)測

工業(yè)園區(qū)需水預(yù)測按萬元工業(yè)增加值法和占地法進行預(yù)測。

a.萬元增加值用水量法。根據(jù)《德江縣工業(yè)園區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，園區(qū)工業(yè)主要以農(nóng)副產(chǎn)品加工、生物制藥、礦產(chǎn)加工、生物發(fā)電等為主,2030年工業(yè)增加值為55億元，按此綜合擬定供水區(qū)2030年工業(yè)萬元增加值取凈水量為40m3/萬元(含職工生活用水)，2030年的管網(wǎng)損失率取12%，見表1。

表1 工業(yè)需水預(yù)測成果(萬元增加值法)

b.單位工業(yè)用地用水量法。根據(jù)《德江縣工業(yè)園區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，未來煎茶工業(yè)園區(qū)將重點布局農(nóng)副產(chǎn)品加工、生物制藥、礦產(chǎn)加工和配套產(chǎn)業(yè)等，工業(yè)園區(qū)用地主要分為居住用地、公共管理服務(wù)設(shè)施用地、工業(yè)用地、倉儲用地、道路與交通設(shè)施用地、市政公用設(shè)施用地、綠地及廣場用地、水域和其他用地等，共20km2，其中建設(shè)用地面積為14.68km2。結(jié)合《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》(GB50282—2016)，該工程公共管理服務(wù)設(shè)施用地、工業(yè)用地、倉儲用地、道路與交通設(shè)施用地、市政公用設(shè)施用地、綠地及廣場用地、居住用地用水指標分別取45、70、35、45、35、25、100m3/(hm2·d)；居住用地用水按照園區(qū)人口數(shù)量進行需水預(yù)測，不重復(fù)計算居住用地用水；水域和其他用地不考慮工程供水。日變化系數(shù)取1.3。該項工業(yè)用地用水量指標為規(guī)劃期最高日用水量指標，且包括了管網(wǎng)漏失水量。計算可知，煎茶工業(yè)園區(qū)2030年需水量為2623萬m3，見表2。

表2 工業(yè)需水預(yù)測成果表(用地法)

注工業(yè)用地用水天數(shù)按330天計，公共事業(yè)及服務(wù)業(yè)用地用水天數(shù)按365天計，道路廣場及綠化用地用水天數(shù)按182.5天計。

工業(yè)園區(qū)用水量按兩種方法計算成果的均值計，2030年為2561萬m3。

2.2.2 集鎮(zhèn)需水預(yù)測

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》(SL687—2014)和《貴州省行業(yè)用水定額》(DB52/T 725—2011)，2030年集鎮(zhèn)居民綜合用水定額取150L/(d·人)，管網(wǎng)損失按12%計算。

集鎮(zhèn)需水預(yù)測成果見表3。

表3 集鎮(zhèn)需水預(yù)測成果

2.2.3 農(nóng)村需水預(yù)測

沙灘水庫的灌區(qū)涉及復(fù)興鎮(zhèn)，根據(jù)復(fù)興鎮(zhèn)水利管理站提供的資料以及農(nóng)村人畜預(yù)測成果，2030年沙灘水庫灌區(qū)范圍內(nèi)農(nóng)村人口為12151人，大牲畜3645頭，小牲畜7290頭。

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》(SL687—2014)及《貴州省行業(yè)用水定額》(DB52/T 725—2011)，2030年農(nóng)村人口用水定額按90L/(d·人)計算，2030大牲畜、小牲畜用水定額分別取50、30L/(d·頭)。

農(nóng)村需水預(yù)測成果見表4。

表4 農(nóng)村需水預(yù)測成果

2.3 供需平衡

水資源供需二次平衡是指在采取節(jié)水措施前提下充分發(fā)揮和挖掘現(xiàn)有供水工程的供水潛力，并考慮規(guī)劃建設(shè)當?shù)厮垂こ?，對未來各水平年水資源供需平衡進行分析。二次平衡是在一次平衡基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)水和治污、挖潛等措施所進行的基于當?shù)厮Y源承載能力的供需平衡。經(jīng)分析計算，基于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)水和治污、挖潛等措施所進行的水資源二次平衡計算結(jié)果見表5～表7。

表5 集鎮(zhèn)供需平衡分析成果 單位：萬m3

考慮5%的水廠自用水和3%的輸水損失后，2030年復(fù)興集鎮(zhèn)毛取水量(水庫取水口處)為108萬m3。

表6 工業(yè)園區(qū)供需平衡分析成果 單位：萬m3

考慮5%的水廠自用水和3%的輸水損失后，2030年工業(yè)園區(qū)毛取水量(水庫取水口處)為1771萬m3。

表7 農(nóng)村人畜供需平衡分析成果 單位：萬m3

考慮20%的管網(wǎng)損失和輸水損失后，2030年受水區(qū)農(nóng)村人畜毛取水量(水庫取水口處)為32萬m3。

3 工程技術(shù)經(jīng)濟比選

3.1 水庫死水位的確定

沙灘水庫壩址處多年平均年輸沙量2.35萬m3(3.05萬t)，其中懸移質(zhì)1.95萬m3(2.54萬t)，推移質(zhì)0.391萬m3(0.508萬t)，取多年平均泥沙淤積成果，壩址攔沙率0.940，年淤積量2.23萬m3，50年使用年限總淤積量111萬m3，水平淤沙高程706.16m，壩前淤沙高程698.77m。

根據(jù)水工布置，取水口位于壩址處，死水位的選擇主要受到水工布置、淤沙高程、取水管距離底板的距離、取水管徑、取水管淹沒深度的影響。取水管距離底板1.5m，考慮布置DN2000mm的取水管，根據(jù)水工計算取水管頂部預(yù)留1.5m的淹沒深度。則壩前取水最低高程為：698.77m+1.5m+2m+1.5m=703.77m。死水位選擇還需考慮水平淤沙高程，壩前取水最低高程和水平淤沙高程的外包線取整后為死水位，因此在考慮渠首淤沙、取水管淹沒深度時，壩址最低死水位為707m。

3.2 水庫不同死水位技術(shù)經(jīng)濟比選

a.灌面分布對死水位抬高的影響。沙灘水庫工程灌面主要分布在750m以下，且705～750m高程范圍內(nèi)均勻分布，未出現(xiàn)分布拐點，所以灌面高程分布未對死水位抬高的經(jīng)濟評價產(chǎn)生決定性影響。

b.供水效益分析。在保持供水效益不變(興利庫容基本相同)情況下，分別以707m、712m、717m、722m、725m、727m、732m為死水位時做技術(shù)經(jīng)濟比較，所需要的對應(yīng)正常蓄水位分別為753m、753.6m、754.3m、755.2m、755.9m、756.3m、757.5m，成果見表8。

表8 不同死水位技術(shù)經(jīng)濟比較成果表(同效益)

通過現(xiàn)場調(diào)查，平原鄉(xiāng)政府高程為765m左右，在論證正常蓄水位時，應(yīng)以此高程作為庫區(qū)淹沒影響區(qū)的控制高程。

由表8可知，隨著死水位的增加，庫區(qū)淹沒投資逐漸增加，且增幅逐漸增大；50年運行費用現(xiàn)值逐漸減小，當死水位低于722m時，50運行費用現(xiàn)值遞減幅度基本相同，當死水位由722m抬高至725m時，由于大部分灌區(qū)能夠自流，50年運行費用現(xiàn)值減少幅度較大，但超過725m后，50年運行費用現(xiàn)值呈平穩(wěn)下降；隨著死水位抬高，為保證供水效益，正常蓄水位則相應(yīng)抬高，大壩樞紐工程投資相應(yīng)增加，且增加的幅度逐漸增大。依據(jù)前述，當死水位高于725m后，管線能夠穿越客店、彭家寨一帶，但需開挖客店隧洞、彭家寨隧洞，且由于管線富裕水頭較少，管線布置較為迂回，管線較長，且提水泵站較為分散，運行管理人員配置較多，導(dǎo)致管線投資增幅及50年運行費用現(xiàn)值較大。

總投資費用現(xiàn)值(工程靜態(tài)投資+50運行費用現(xiàn)值)隨死水位抬高而逐漸增加，且在725m處增幅最大?？偼顿Y費用現(xiàn)值在死水位707時最小，結(jié)合前述其他因素，死水位為707m最優(yōu)。

3.3 水庫正常蓄水位技術(shù)經(jīng)濟比選

正常蓄水位以需水規(guī)模、庫區(qū)淹沒指標、壩區(qū)工程地質(zhì)及庫區(qū)地質(zhì)、工程投資及產(chǎn)生的效益等因素進行技術(shù)經(jīng)濟綜合比較確定。依據(jù)前述確定的死水位，調(diào)整正常蓄水位進行技術(shù)經(jīng)濟必選。

根據(jù)灌溉規(guī)模、城鎮(zhèn)供水規(guī)模，按“以需定供”的原則，進行水庫興利調(diào)節(jié)計算，宏觀上綜合考慮庫容系數(shù)以及單方庫容供水量關(guān)系等，在確保滿足供水要求前提下，擬定正常蓄水位751m、752m、753m、754m、755m進行技術(shù)經(jīng)濟比較。該工程不涉及防洪功能，因此不對防洪庫容進行技術(shù)經(jīng)濟比較。壩址不同正常蓄水位比選成果見下頁表9。

a.從供水效益比較。由表9可知，正常蓄水位的增高，供水量也隨之增加，但單方庫容可供水量卻在減少。根據(jù)需水預(yù)測成果，工業(yè)園區(qū)供水、城鎮(zhèn)供水及灌溉總需水量為3084萬m3，只有當正常蓄水位達到753m時，水庫的供水才能滿足需水要求，依據(jù)不同正常蓄水位興利調(diào)算成果比較，推薦753m為正常蓄水位。

表9 壩址不同正常蓄水位比選成果

b.從工程運行的經(jīng)濟指標方面分析。壩址不同正常蓄水位經(jīng)濟指標比較主要從單方供水投資、各方案單方增量投資、各方案的國民經(jīng)濟內(nèi)部收益率及各方案之間的“差額投資內(nèi)部收益率”進行分析。綜合考慮水資源利用、工程投資、經(jīng)濟效益等方面的因素進行正常蓄水位論證，從中選擇最優(yōu)的壩址正常蓄水位方案。壩址各正常蓄水位方案技術(shù)經(jīng)濟比較指標成果見下頁表10。

c.“國民經(jīng)濟內(nèi)部收益率”及“差額投資內(nèi)部收益率”分析。各方案內(nèi)部收益率均大于8%，其中正常蓄水位753m時，內(nèi)部收益率最大，則正常蓄水位753m時最優(yōu)。對以上正常蓄水位方案進行比較，以751m方案和752m方案進行差額內(nèi)部收益率比較，差額投資內(nèi)部收益率大于8%的基準收益率，以投資大的752m方案為經(jīng)濟效果較好的方案，淘汰751m方案；用753m方案與752m方案相比，差額投資內(nèi)部收益率大于8%

表10 壩址各正常蓄水位方案技術(shù)經(jīng)濟比較指標成果

的基準收益率，以投資大的753m方案為經(jīng)濟效果較好的方案，淘汰752m方案；用754m方案與755m方案相比，差額投資內(nèi)部收益率小于8%的基準收益率，以投資小的754m方案為經(jīng)濟效果較好的方案，淘汰755m方案，用753m方案與754m方案相比，差額投資內(nèi)部收益率小于8%的基準收益率，以投資小的753m方案為經(jīng)濟效果較好的方案，淘汰754m方案，從“差額投資內(nèi)部收益率”分析來看，753m正常蓄水位方案為最優(yōu)。

受城鎮(zhèn)、工業(yè)供水及灌溉供水需求限制，當正常蓄水位低于753m時(751m、752m)，水庫供水量不能滿足需求；而當正常蓄水位大于753m時(754m、755m方案)，水庫產(chǎn)生的多余供水量不能產(chǎn)生效益，同時，隨著正常蓄水位抬升，工程投資增加，灌溉和供水效益不變。通過“國民經(jīng)濟內(nèi)部收益率”及“差額投資內(nèi)部收益率”分析，753m正常蓄水位方案為最優(yōu)方案。內(nèi)部收益率指標成果見表11。

表11 內(nèi)部收益率指標成果

續(xù)表

注計算各方案IRR，IRR<8%的方案淘汰，IRR>8%的方案按投資由小到大順序開始比較。投資大方案-投資小方案，若△IRR>8%，投資大方案優(yōu)，反之，△IRR<8%，則投資小優(yōu)。

d.正常蓄水位選擇結(jié)論。綜上幾個方面進行綜合比較，本階段壩址推薦正常蓄水位753m。

4 結(jié)論與建議

水利工程是民生工程，在水資源市場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內(nèi)難以發(fā)生根本改變。這就決定了水利工程在短期內(nèi)仍然會以政府直接投資為主，PPP等其他融資模式為輔。水利工程運行時間長，負債率高，因此建設(shè)前期的工程技術(shù)經(jīng)濟分析顯得尤為重要。本文基于實際工程分析了水庫不同規(guī)模的內(nèi)部收益率(IRR)、差額內(nèi)部收益率(△IRR)等技術(shù)經(jīng)濟指標，為更高效地進行水利工程投資決策做參考。

在分析水庫工程技術(shù)經(jīng)濟指標時，基礎(chǔ)折現(xiàn)率受到地區(qū)、行業(yè)、時間的影響較大，這就使得計算凈現(xiàn)值難度較大。本文在水利工程技術(shù)經(jīng)濟分析時，引入IRR、△IRR等指標，從而避免基礎(chǔ)折現(xiàn)率難以確定的難點。將來對于不同壽命周期的水利工程進行技術(shù)經(jīng)濟分析時，還可以引入凈年值等年值指標，從而避免不同壽命周期的項目之間難以比較現(xiàn)值指標的難題。特別是對于政府直接投資的水利工程，將來應(yīng)該重點研究利息備付率、償債備付率等償債能力指標，盡量減少運營期補貼，獨立運營，減少政府債務(wù)負擔。