城市雨水集蓄利用工程的效益分析与激励措施——以某校园内集雨洗车装置为例

张艳娟，徐向舟

(1.大连理工大学水利工程学院，116024，辽宁大连;2.大连凯杰建筑设计有限公司，116600，辽宁大连)

城市雨水利用最突出的效益是其生态、社会效益，通过政府部门出台相应的激励措施，有利于城市雨水利用的实施和推广;然而因为工程建设单位所关注的雨水利用直接经济效益相对较小且投资回报周期较长，投资者自身的积极性一般不是很高，所以，在推广应用中存在一定的困难［1-2］。政府对雨水利用的激励措施包括采用补贴措施和干预措施2种方式。通过征收雨水排放费等方法促使社会推广雨水利用的干预措施已被德国、美国等国家采用［3-4］。干预措施可减少政府投资压力、易与其他经济激励手段结合使用，但干预措施的实施应获得当地民众的理解与支持。补贴措施包括现金补助［4］、奖励建筑面积［5］、降低自来水费［6］等方式。补贴措施是政府推广雨水利用的一种重要手段;但由于城市雨水利用的效益多体现在生态、社会效益方面，而这2部分的效益很难量化，因此对补贴金额的确定还有待进一步研究。

对雨水利用工程进行正确的成本-效益分析是政府部门确定激励措施的前提。作为一种经济决策方法，成本效益分析法是从社会整体的观点来考虑、比较所有与计划相关的成本和效益，最后获得净效益最大化的计划供政府决策参考;因此常被政策分析家用来评估一项公共投资是否符合经济效率的要求。本研究中将根据各项效益特点并结合可用的估价技术，综合分析雨水集蓄利用工程所需的成本以及项目运行中产生的经济、生态、社会效益。

大连市多年平均降水量606.2 mm，且70% ～80%的降雨集中在夏季6—9月。大连市是我国缺水最严重的城市之一，人均水资源占有量仅为全国平均占有量的1/4，水资源短缺已经成为制约大连市经济和社会发展的一个重要因素;因此，开展雨水利用研究具有重要的现实意义。

1 雨水集蓄利用试验和现场观测

试验在大连理工大学建设工程学部停车场进行。停车场总占地面积约2 000 m2，拥有停车位100个。该集雨洗车装置由屋面雨水收集系统、水质处理装置、集雨桶和洗车设备组成，试验期间同时作为建设工程学部教职工免费自助洗车点。由于装置为室外封闭式蓄水池，冬、春寒冷天气停用，2011年该集雨洗车装置4月15日开始运行，11月15日结束。试验场地周围的降雨、蒸散发量采用试验场附近大连理工大学水环境研究所气象站的实时、自动监测数据，已获得2011年全年历次降雨的雨量观测值。2011年4月15日至7月31日间，对雨水利用现场进行水量观测，包括雨水集蓄量、补充的自来水量、用电量、洗车次数等［7］。

上述集雨洗车装置固定设备支出主要为集雨桶购买及其改制费约3 000元、洗车场土建费2 600元、支架建造费1 500元、高压洗车水泵购置费1 200元等。本洗车点每周2次对洗车点定时检查、清洗，发现洗车液不足、毛巾手套破损，即及时补充、更新。2011年以上备品费用合计约400元。管理人员助研费为300元/月。

现场观测结果表明:本试验场屋面集水面积为228.7 m2;2011年本试验装置实际已收集雨水23.4 m3，洗车用水46.0 m3，补充自来水22.6 m3，洗车泵实测总耗用电212 kW·h;4月15日至7月31日间，洗车414次，期间总用水量24.8 m3。

2 雨水集蓄利用工程效益评价

2.1 效益识别方法

城市雨水利用是在当前城市化过程中，针对水资源短缺问题而逐步发展起来的，如通过雨水利用来缓减水紧缺、消洪减污、提高地下水位等。根据具体需要，选择不同的雨水利用途径。不同的雨水利用方式会发挥不同的功能作用，通过功能的发挥而实现诸多的经济、生态、社会效益。笔者以雨水集蓄利用措施与功能效益对接的思路，识别城市雨水资源产生的效益，效益识别步骤见图1。

2.2 成本-效益分析

2.2.1 成本分析 雨水利用工程的项目费用包括固定资产投资和年运营成本，其中固定资产I/元包括材料费、加工费、土建安装费用等。

式中:I1为材料费，包括集雨桶、落雨管、净化装置主配件费用以及支架和水泵的购置费用，元;I2为集雨桶、净化购置的加工费用，元;I3为土建费用、落雨管的改建费用等，元。本集雨洗车装置的固定资产投入中，主要支出为集雨桶购置费、洗车场土建费、支架建造费、高压洗车水泵购置费等，合计1万800元。

年运营成本C0包括场地费用C1、设备维护管理费用C2、水电费C3、消耗品费用 C4等，固定成本包括折旧费C5。

场地费用C1主要是指洗车场所占场地的租借费用，车位费采用大连市2011年小区车位收费标准1 650元/(a·位)计算，本项目中洗车现场占用的停车位为3个。

图1 城市雨水集蓄利用效益识别步骤Fig.1 Benefit identification of urban rainwater collection

设备维护管理费用C2主要包括日常维护、管理、定期检修、清淤等方面的人工费、电器维修费等费用，可按月维护费用与使用月数来计算，即

式中:em为月维护费用，本文中主要为管理人员助研费，300元/月;t'为使用时间，月。2011年设备运行时间为4月15日至11月15日，学生的助研费按月份发放，不足1个月按1个月计，故该年使用时间取为8个月。

水电费C3通常只计算水泵电费和补充自来水的费用，公式为

式中:P为电机功率，kW;T为全年电机工作时间，h;d1为电费单价，为0.4元/(kW·h);V1为年内雨水不足时，自来水补充和其他消耗水量，m3;d2为单位水价，为2.5元/m3。2011年该洗车点洗车泵实测总耗用电212 kW·h，补充自来水量和其他消耗水量为46 m3。

消耗品费用C4包括化学药剂消耗量、购买毛巾、洗车液、手套、水泵线等消耗产品所花费的费用。

式中:Q为处理雨水量，m3;a为化学药剂平均加注量，mg/L;b为化学药剂的单价，元/kg;c1为毛巾、洗车液、手套等洗车消耗品的购置费用，元;c2为水泵线、机油等洗车泵消耗的费用，元。为防止雨水变质，约每隔15 d按每0.1～0.6 mg/L的量加入次氯酸钠稀释液进行消毒杀菌;由于高压洗车泵使用220 V电源，为保证用电安全，要求每位自助洗车者带橡胶手套。2011年以上备品费用合计约400元，即C4=400元。

假定年收集水量和年物价上涨率不变，以后各年的运营成本

式中:i为年物价上涨率，取4%［8］;t为目标年份减去基准年份，基准年份为2011年;n为运营成本编号。

折旧费C5采用年限平均法［9］计算。

其中:r为年折旧率;e为寿命终了时残余价值率，国家规定城市公用事业单位固定资产报废时为4%;n'为折旧年限，取10年;I'为雨水利用工程固定资产原值。表1列出了几种主要构筑物的固定资产折旧年限参考值。

表1 雨水利用工程部分固定资产折旧年限参考值Tab.1 Depreciation periods of some fixed assets for the rainwater harvesting project

年运营成本C0和年总成本C的计算公式为:

大连理工大学建工学部停车场集雨洗车装置成本计算详见表2。

表2 大连理工大学建工学部停车场集雨洗车装置成本-效益分析Tab.2 Analysis of cost to benefit on the rainwater harvesting device in the parking lot of Faculty of Infrastructure Engineering，Dalian University of Technology 元yuan

2.2.2 效益评价

1)经济效益。在城市雨水利用工程中，回收雨水的效益包括雨水置换自来水收益、节省城市排水设施的运行费用等。目前学术界常见的雨水利用效益评价方法，多面向较大规模的雨水利用工程，常用收集的雨水体积乘以单位体积的雨水利用效益即可得出总的定量计算效益，如李俊奇等［10］和张书函等［11］的研究。本项工程完全是面向雨水利用设计和立项的，虽然工程规模较小;但由于轿车清洗是一项附加值很大的新兴产业，该工程仍然产生了明显的效益，所以在本自助洗车项目中，雨水利用的经济效益可按工程运行后的实际收益计算。该集雨洗车装置自从2011年至今已运行3年，从该项目实际完成的洗车数量和受欢迎程度来看，这种计算方法是合理、可行的。

考虑到是面向学校内部的免费自助式洗车，相当于把洗车费发给了参加洗车的职工;因此，产生的经济效益可以按每次自助洗车的社会平均价格与洗车次数的乘积来计算。目前大连市商业洗车点洗车价格为30～40元/次，但自助洗车设备极少，可设定洗车价格为12元/次，则每年洗车产生的经济效益

式中:V为年洗车用水量，m3;q为洗车用水定额，未考虑循环用水时，商业洗车用水定额为55 L/(辆·次)，自助洗车用水定额为 58 L/(辆·次)［7］。

2)生态、社会效益。雨水集蓄利用中的生态、社会效益分为可量化的和不可量化的2部分。其中改善水质产生的效益为可量化的生态效益，这部分价值可通过损失法来进行估算，据分析，为消除污染每投入1元可减少的环境资源损失是3元［12］，即投入产出比为1∶3。以目前大连市污水排污费为0.6元/m3作为消除污染投入的费用［13］，可计算出消除污染减少的社会损失为1.8元/m3，则改善水质产生的效益

不可量化的生态、社会效益包括5方面。1)防洪防涝产生的效益。将雨水收集利用可以大量减少地表径流，缓解城市洪涝灾害，减小城市排水系统的压力，对城市防洪排涝具有重大作用，有利于社会经济的发展和人民生活的稳定。2)增强节水意识和提高社会整体素质。雨水利用工程可以在人们休闲、娱乐的时候，受到水资源和环境意识的教育，增强人们的惜水、节水和利用雨水的意识，有利于社会的可持续发展，有利于提高社会整体素质。3)提供就业机会。雨水利用工程可以直接或者间接地提供就业机会。4)锻炼身体产生的效益。本项目实施场地为大学停车场，收集雨水主要用于自助洗车。通过在业余时间自己动手洗车，可以锻炼身体，增强体魄。5)提高团队凝聚力产生的效益。自助设备的使用，使得人们在方便使用之余，加强了团队与团员间的合作，增强了团队凝聚力。

综上，可量化的生态、社会效益部分

2.2.3 投资净收益率 投资净收益率可以反映雨水利用工程的收益水平，指标值越高说明投资带来的收益越大。

式中:TVR为年内投资净收益率，%;SS=B1+B2-C为项目年内的净收益，元;EI=C为项目年内的经济总投资，元。

城市雨水利用效益多体现在生态、社会效益方面，经济效益较低。本项目10年的投资净收益率平均为7.05%，扣除物价上涨率4%，实际收益率仅约为3%，远低于一般的水利工程项目近20%的收益率［14］，说明这一项目的推广需要政府的激励和支持。另外，本停车点限于学校内部职工，利用率较低，这也是收益率小的一个原因。

大连理工大学建工学部停车场集雨洗车装置效益评价与投资净收益分析详见表2。

3 雨水利用的补贴计算

建议政府对雨水利用工程采用现金补贴，其金额大小将根据雨水利用工程生态、社会效益中可定量部分按一定比例计算。在城市雨水利用工程中，经济效益已经由用户直接获取，这部分效益不需要补贴;而生态、社会效益是雨水利用工程对国家、对社会的贡献，用户自己不能直接得到，需要政府补贴。对于生态、社会效益中可量化的部分，可以根据当地对雨水的需求和政府的财政情况，按一定的比例进行补贴。这种量化的计算方法比较透明、合理。下面以示范区的集雨洗车工程为例，说明雨水集蓄利用工程的补贴方法。

3.1 现有装置补贴方案

设计3种雨水集蓄利用补贴方案，详见表3。补贴金额越高，用户的积极性可能会越高;但是对政府而言，若补贴投入过多，则政府的财政负担太重。合理的补贴方案不仅能促进公众参与意识，提高社会节水率，更能保证补贴措施的可持续发展;因此，根据大连市的需水情况和政府的财政能力综合考虑，可建议大连市政府选用表中方案二，即本工程每年的补贴金额为1 012元。这样当地政府能够负担，而且对用户又能起到明显的激励作用。

表3 补贴方案对比Tab.3 Comparison of various subsidy schemes

3.2 改进后装置补贴方案

原方案年内径流利用率为15.0%，洗车雨水替换生活杂用水比例仅为50.9%，雨水利用比例较低，说明原方案集雨桶设计容积偏小;因此，需要对方案进行改进。若将集水桶换为2个容量为5 m3的卧式水箱(总容积为10 m3)，并对洗车场地进行相应改造，需增加设备固定投资8 000元。采用这种方案，当设计次降雨量为50 mm时，则可收集水量40.23 m3，雨水替换生活杂用水比例达到87.6%。仍按表3中将生态社会效益可量化部分的200%作为雨水利用工程补贴，补贴金额为1 738元。在我国台湾省，每10 m3的蓄水池补贴金额为1万元新台币，折合人民币2 133元［15］，与上述补贴金额接近。

在有的城市，政府根据雨水利用工程建设投入，按一定比例给予补贴。如北京市补贴额为雨水利用工程建设投入的50%。相比之下，本研究基于集蓄雨水量，只对雨水利用生态、社会效益中可定量部分按一定比例给予现金补助，这种计算方法更加透明、合理。

另外，建议在补贴方案实施过程中，建立雨水利用工程补贴的申报、审核制度。可将项目完成后的实际竣工图、现场照片等作为计算实际需水量的参考，交给专门的城市雨水管理部门审批，再落实对开展雨水利用的单位和个人进行补助和奖励，以确保政府投入的雨水利用补助资金不被他用。

4 结论

1)可将生态、社会效益中可量化部分，作为政府补贴的计算依据。根据雨水利用工程集蓄的可利用雨水量，计算出该工程可定量的生态效益，在此基础上确定政府补贴金额。相对于按工程投入比例等其他补贴方式，这种计算方式更加透明、合理。

2)对城市雨水利用项目进行补贴是必要的。城市雨水利用的经济效益较低，其效益多体现在生态、社会效益方面。本项目10年的投资净收益率平均为7.05%，扣除物价上涨率4%，实际收益率仅约为3%，远低于一般的水利工程项目的收益率，说明城市雨水的推广需要政府的激励和支持。

项目研究过程中得到邵龙潭教授的指导和帮助，特此致谢。

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