基于優(yōu)化配置的多水源多環(huán)節(jié)綜合水價(jià)研究

吳 振，李福林，陳華偉，張 欣，徐丹丹，傅世東

（山東省水利科學(xué)研究院、山東省水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南250014）

南水北調(diào)工程［1-3］作為我國水資源優(yōu)化配置［4］的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程，將緩解多個(gè)省市嚴(yán)重的水資源短缺危機(jī)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境［5］。南水北調(diào)東線第一期工程全線正式通水后，長江水成為山東省受水區(qū)新的外調(diào)水源。南水北調(diào)工程的長線路、高成本導(dǎo)致外調(diào)水水價(jià)高于當(dāng)?shù)厮畠r(jià)格，用水戶在市場競爭下幾乎沒有使用高價(jià)長江水的積極性。受水區(qū)如何優(yōu)化配置［6-10］包括外調(diào)水在內(nèi)的多種水源［11］，保障用水安全，是亟待解決的重大問題。在南水北調(diào)工程水價(jià)、區(qū)域水價(jià)方面已有較多研究成果。都瑞豐［12］對南水北調(diào)中線的工程水價(jià)進(jìn)行了分析；方暉［13］進(jìn)一步研究了落實(shí)南水北調(diào)水價(jià)政策的國有水利工程成本補(bǔ)償機(jī)制；潘莉［14］分析了南水北調(diào)水使用量及其對應(yīng)的成本及構(gòu)成；何桂蓮［15］提出了南水北調(diào)東線一期工程水價(jià)成本費(fèi)用構(gòu)成及水價(jià)定價(jià)后的若干建議；唐曉曈［16］提出區(qū)域水價(jià)理論，研究了水價(jià)的影響因素及水價(jià)構(gòu)成。在南水北調(diào)受水區(qū)綜合水價(jià)方面，徐鶴［17］對多水源供水的綜合水價(jià)影響因素進(jìn)行了研究；王炎如［18］研究了受水區(qū)水價(jià)形成機(jī)制；賈屏［19］分析了南水北調(diào)工程通水后多水源供水水價(jià)變化；高悅等［11］研究了南水北調(diào)通水后城市多水源供水水價(jià)策略；唐瑜等［20］進(jìn)行了基于優(yōu)化配置的受水區(qū)水資源價(jià)值研究。而針對區(qū)域供水系統(tǒng)，如何基于水量、水質(zhì)、水價(jià)的精細(xì)化優(yōu)化配置建立多水源多環(huán)節(jié)供水系統(tǒng)綜合水價(jià)模型，尚待深入。

目前，南水北調(diào)受水區(qū)之一山東省鄒平市工業(yè)企業(yè)發(fā)展迅速，但水資源嚴(yán)重短缺。因此需要將長江水作為常規(guī)水源納入供水系統(tǒng)［21］。依賴配套工程將長江水引入當(dāng)?shù)卣{(diào)蓄水庫，向用水戶供水，由于其成本高，若以單一水價(jià)供水，企業(yè)使用高水價(jià)長江水的積極性很低。因此，探討分析鄒平市區(qū)域綜合水價(jià)，對逐漸調(diào)整用水行為，實(shí)現(xiàn)外調(diào)水與本地水在供水時(shí)同價(jià)，提高水資源利用效率和效益具有重要意義。

1 多水源多環(huán)節(jié)供水系統(tǒng)水價(jià)成本模型

供水系統(tǒng)是指水源水按需要制成達(dá)到一定水質(zhì)要求的水并經(jīng)取水、輸水、配水等環(huán)節(jié)送達(dá)用戶的一系列工程的生產(chǎn)供應(yīng)系統(tǒng)。結(jié)合現(xiàn)實(shí)中大量供水工程案例，供水系統(tǒng)的一般運(yùn)作環(huán)節(jié)可以概括為：水源-水庫-水廠-用水戶。具體來說就是將原水通過渠道或管線輸送至水庫，再經(jīng)管線輸送至水廠，經(jīng)過一系列物理及化學(xué)處理，達(dá)到國家政策法規(guī)要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，再通過管網(wǎng)輸送至用水戶。本文將供水系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)水價(jià)成本分為9類，即原水成本、水資源稅、引水輸送成本、水庫調(diào)蓄成本、制水成本、配水成本、污水處理成本、運(yùn)營管理成本、利潤和稅金。

（1）原水成本。原水成本能真正和完全地反映出水資源的稀缺程度，反映出水資源的供求關(guān)系。原水費(fèi)是指調(diào)水企業(yè)為了取得在調(diào)水區(qū)的取水權(quán)而支付的基本費(fèi)用，原水費(fèi)按照“誰受益誰分?jǐn)偂钡脑瓌t，根據(jù)水源區(qū)的供水價(jià)格和各受水區(qū)的購買數(shù)量進(jìn)行確定，不再進(jìn)行全線分?jǐn)?。外調(diào)水原水價(jià)按照各分水口門水價(jià)核算，當(dāng)?shù)卦M(fèi)為0萬元。

①當(dāng)?shù)氐叵滤?、地表水原水成本? 元/m3。

②黃河水原水成本。即為供黃河水口門的價(jià)格。對于鄒平市而言，黃河水原水成本就是胡樓引黃閘和張橋引黃閘的出水水價(jià)，即0.12 元/m3。

③長江水原水成本。由于外調(diào)長江水的水價(jià)采用兩部制計(jì)價(jià)方式，在水費(fèi)分?jǐn)傔^程中，首先對基本水費(fèi)部分分?jǐn)偟焦I(yè)各用水戶。長江水原水成本按照南水北調(diào)東線一期主體工程運(yùn)行初期各口門供水價(jià)格進(jìn)行執(zhí)行。對于鄒平市，長江水原水成本就是東平湖以東口門水價(jià)。按照國家發(fā)展改革委《關(guān)于南水北調(diào)東線一期主體工程運(yùn)行初期供水價(jià)格政策的通知》發(fā)改價(jià)格［2014］30 號文件，東平湖以東各口門水價(jià)為1.65 元/m3，其中：基本水價(jià)為0.82 元/m3、計(jì)量水價(jià)為0.83 元/m3。但由于南水北調(diào)長江水實(shí)行兩部制水價(jià)，基本水費(fèi)須按基本水價(jià)和受水區(qū)承諾用水量在用水前先期繳納，鄒平市承擔(dān)濱州市分配的9 850 萬m3長江水基本水費(fèi)8 077 萬元，實(shí)行綜合水價(jià)之后由工業(yè)各用水戶共同分?jǐn)偂?/p>

（2）水資源稅。按照黨中央、國務(wù)院決策部署，自2017年12月1日起在北京、天津、山西、內(nèi)蒙古、山東、河南、四川、陜西、寧夏等9個(gè)省（自治區(qū)、直轄市）擴(kuò)大水資源稅改革試點(diǎn)。根據(jù)《山東省水資源稅征收管理辦法（試行）》（2017年第6 號）有關(guān)規(guī)定，征收水資源稅自2017年12月1日起施行。

①當(dāng)?shù)氐叵滤?、地表水水資源稅價(jià)格。根據(jù)山東省水資源稅（試點(diǎn)）稅額標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)企業(yè)地表水水源水資源稅為0.40元/m3、超采區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)地下水自備水源管網(wǎng)外水資源稅為3元/m3、超采區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)地下水自備水源管網(wǎng)內(nèi)水資源稅為4元/m3。

②黃河水水資源稅價(jià)格。按照有關(guān)規(guī)定和要求，國家、省所公布的黃河水水費(fèi)價(jià)格中不包含水資源稅價(jià)格。水資源稅的征收對象為地表水和地下水，黃河水的水資源稅價(jià)格按山東省地表水水資源稅征收標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，即0.40 元/m3。

③長江水水資源稅價(jià)格。按照有關(guān)規(guī)定和要求，作為重要的業(yè)供水水源進(jìn)行供水，其水資源稅為0 元/m3。

（3）輸水損失成本。輸水工程的水量損失一般包括滲漏損失和水面蒸發(fā)損失兩部分。主要與輸水流量、輸水時(shí)間、輸水長度以及取水線路等有關(guān)。對于鄒平市輸水工程的輸水損失計(jì)量，主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際調(diào)研，確定輸水工程的輸水損失。

（4）水庫調(diào)蓄成本。水庫調(diào)蓄成本由該環(huán)節(jié)投資費(fèi)用和水庫調(diào)蓄損失來決定。其中該環(huán)節(jié)的固定資產(chǎn)折舊費(fèi)需要在固定資產(chǎn)使用期間逐年從產(chǎn)品銷售收入中提取，以便逐步更新固定資產(chǎn)，維持其生產(chǎn)功能。水庫調(diào)蓄損失包括蒸發(fā)損失和滲漏損失。水面蒸發(fā)損失水量為時(shí)段平均水面面積與水庫水面蒸發(fā)損失深的乘積（水庫水面蒸發(fā)損失深等于水庫水面蒸發(fā)深與當(dāng)?shù)亟邓康牟钪担?。水庫滲漏損失水量包括壩基、壩體及大壩上各種建筑物的滲漏損失水量。

（5）水廠制水成本。水廠制水總費(fèi)用是指一定數(shù)量的達(dá)到供給標(biāo)準(zhǔn)的水產(chǎn)品從生產(chǎn)到輸配這一過程所發(fā)生的費(fèi)用以及該環(huán)節(jié)的固定資產(chǎn)折舊費(fèi)（輸水管道工程、凈水工程折舊費(fèi)）。

（6）配水成本。配水費(fèi)用指水廠出水表到貿(mào)易表之間發(fā)生的各項(xiàng)費(fèi)用。山東省城市公共供水管網(wǎng)漏損率平均為12.42%。初步核算鄒平市工業(yè)管網(wǎng)漏損在5%左右，隨供水量浮動(dòng)。

（7）污水處理成本。污水處理費(fèi)是城市污水集中處理設(shè)施按照規(guī)定向排污者提供污水處理的有償服務(wù)而收取的費(fèi)用，以保證污水集中處理設(shè)施的正常運(yùn)行。污水處理費(fèi)一般是在水費(fèi)中一同收取。

（8）運(yùn)營管理成本（C8）。運(yùn)營管理費(fèi)用指供水單位為組織和管理供水生產(chǎn)經(jīng)營所發(fā)生的管理費(fèi)用。包括日常維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)、差旅費(fèi)、辦公費(fèi)、觀測費(fèi)、試驗(yàn)費(fèi)、業(yè)務(wù)招待費(fèi)等。

（9）利潤和稅金（C9）。供水的利潤是指供水單位從事正常供水生產(chǎn)經(jīng)營獲得的合理收益，按凈資產(chǎn)利潤率核定。稅金是指供水單位按國家稅法規(guī)定應(yīng)該繳納的稅金，一般是按應(yīng)納稅額乘以稅率計(jì)算。

2 基于優(yōu)化配置的綜合水價(jià)模型

假設(shè)區(qū)域有I種水源，有K種供水方式（工程）納入?yún)^(qū)域綜合水價(jià)計(jì)算。

采用區(qū)域供水費(fèi)用最低作為經(jīng)濟(jì)目標(biāo)：

式中：ciklj表示j用戶從k水庫從l水廠取i水源單位取水量所需的成本，元/m3；xiklj表示j用戶從k水庫l水廠取i水源總水量（萬m3）；I、K、L、J分別表示水源總數(shù)、水庫總數(shù)、水廠總數(shù)、用戶總數(shù)。

采用區(qū)域缺水量最小作為社會目標(biāo)：

式中：Dj表示j用戶的需水量。

式中：piklj表示第i種水源在第k種供水方式下經(jīng)l水廠供給j用水戶的單一水源價(jià)格，元/m3；xiklj為第i種水源在第k種供水方式下經(jīng)l水廠供給j用水戶的供水量，萬m3。

總量控制約束：

式中：Ci表示鄒平市用水總量控制指標(biāo)中i水源的控制量。

各水庫在各水源指標(biāo)條件下工業(yè)可供水量約束：

式中：Wi表示k水庫l水廠i水源的可供水量。

用戶需水能力約束：

變量非負(fù)約束：

3 多水源綜合水價(jià)計(jì)算分析

鄒平市2017年工業(yè)用水量共計(jì)16 075.99 萬m3，其中用當(dāng)?shù)氐乇硭?、地下水、黃河水分別為146.94、335.51、15 593.54 萬m3。由此可知，黃河水是主要用水水源，取自韓店水庫、臺子水庫、碼頭水庫、淄博新城水庫等調(diào)蓄水庫。根據(jù)引黃干渠、南水北調(diào)配套工程、工業(yè)管線布置規(guī)劃方案，預(yù)測2025年全市工業(yè)用水量共17 845.15 萬m3，其中工業(yè)用地表水量、地下水量分別為17 555.57、251.07 萬m3。

針對多水源供水系統(tǒng)，面向工業(yè)進(jìn)行精細(xì)化優(yōu)化配置，通過計(jì)算單一水源供水水價(jià)，采用綜合水價(jià)模型計(jì)算鄒平市工業(yè)取用水綜合水價(jià)。在各水源控制指標(biāo)約束下，根據(jù)模型計(jì)算，現(xiàn)狀年95%保證率時(shí)新城水庫供水6 000 萬m3、黃河水供水1 276 萬m3、長江水供水5 219 萬m3、小清河供水3 197 萬m3、地下水供水243 萬m3、明湖水庫供水141 萬m3，綜合水價(jià)為3.88元/m3；2025年95%保證率下，新城水庫供水6 000 萬m3、黃河水供水1 263 萬m3、長江水供水3 822 萬m3、小清河供水3 212 萬m3、地下水供水251 萬m3、明湖水庫供水155 萬m3，綜合水價(jià)為3.89 元/m3。根據(jù)水費(fèi)支出占工業(yè)產(chǎn)值比重（2.5%）、2017年鄒平市工業(yè)企業(yè)產(chǎn)值（511.78 億元）以及工業(yè)取用新水量（1.61 億m3）來測算，鄒平市工業(yè)可承受水價(jià)為7.95 元/m3，因此，從總體企業(yè)發(fā)展情況來看，企業(yè)可以承受（賈屏）區(qū)域綜合水價(jià)價(jià)格。而長江水、新城水庫水黃河水、地下水、自引黃河水的供水量變化對區(qū)域綜合水價(jià)存在一定的影響，因此，選擇這4種水源等作為不確定因素，根據(jù)供水順序，依次改變各水源水量來分析現(xiàn)狀年和規(guī)劃年各不確定性因素對區(qū)域綜合水價(jià)的影響趨勢還有待深究。

4 結(jié) 語

南水北調(diào)受水區(qū)外調(diào)輸水工程的高水價(jià)會給受水區(qū)水資源管理造成影響，因此基于綜合水價(jià)模型，制定多水源工業(yè)用水綜合水價(jià)十分必要。綜合水價(jià)影響因素很多，要在單一水源多個(gè)環(huán)節(jié)成本計(jì)算基礎(chǔ)上，結(jié)合優(yōu)化工程水量配置進(jìn)行計(jì)算。通過發(fā)揮供水系統(tǒng)綜合價(jià)格機(jī)制和綜合水價(jià)長效補(bǔ)償機(jī)制，建立非營利性質(zhì)的水價(jià)管理服務(wù)平臺，可以提高水資源配置效率，推動(dòng)區(qū)域水價(jià)動(dòng)態(tài)調(diào)整，促進(jìn)用水公平，實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置，改善水環(huán)境，發(fā)揮跨流域調(diào)水工程的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和公益性作用，保障鄒平市人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，為今后一定時(shí)期內(nèi)水資源開發(fā)利用與管理活動(dòng)提供主要技術(shù)支撐?！?/p>