用水计划合理性分析的多维指标体系研究

陈雅芬，刘艳菊，李 敏，张得胜

(水利部珠江水利委员会珠江水利综合技术中心，广东 广州 510611)

2014年3月14日，习近平总书记就中国水安全问题发表重要讲话，首次提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的十六字治水思路。节水优先要求在流域和区域水资源水环境最大承载能力范围内，科学合理、有计划、有重点地用水，发挥水资源最大刚性约束，坚持“以水四定”，使水资源、水环境、水生态与经济社会和谐可持续发展[1-3]。坚持节水优先，就是要着力纠正对水资源粗放型使用的行为，从水资源使用这个源头抓起，着力推进节水型社会建设，从观念、意识、措施等方面优先着力、多管齐下，加快推进用水方式由粗放向节约、集约的根本性转变，实现计划用水。计划用水是合理开发利用水资源和提高水资源使用效益的有效途径。《水法》第四十七条明确规定：“县级以上地方人民政府发展计划主管部门会同同级水行政主管部门，根据用水定额、经济技术条件以及水量分配方案确定的可供本行政区域使用的水量，制定年度用水计划，对本行政区域内的年度用水实行总量控制”[4]。

目前水利部2014印发的《计划用水管理办法》明确了核定用水单位用水计划的原则，第九条规定：管理机关根据本行政区域年度用水总量控制指标、用水定额和用水单位的用水记录，按照统筹协调、综合平衡、留有余地的原则，核定用水单位的用水计划。但相关水行政主管部门没有出台相关文件进一步明确和细化用水计划的核定标准，不同区域结合各自实际情况研究制定用水计划核定下达的规定，并执行用水计划核定工作，现行年度用水计划下达，大多数取用水户以上报数据和前3年用水实际为依据，在不超过原审批取水量的前提下直接下达[5]，并未充分考虑用水定额与实际用水水平，不符合当下节水优先、限额管理的要求，用水计划核定下达工作体系并不完善。许多学者在计划用水管理制度方面做出了较多研究，在管理层面提出了许多计划用水管理的建议[6-10]，部分国内学者在用水计划核定下达方法方面也做出了研究[11-13]。但根据取用水户用水影响因素对用水计划合理性进行分析的研究较少，其中陈兴[13]开展了用水计划核定方法研究，通过对各行业用水特点的了解，用水计划的核定采用两个方向，即与其他相似企业用水的对比、与企业自身历史用水的对比，2个方向引用的方法分别对应聚类算法和用水预测算法，此类方法需搜集大量的取用水户资料开展模型验证，使用便利性不足。

针对目前用水计划核定下达工作体系不完善的问题，为了进一步全面分析取用水户用水影响因素，确定用水计划申请、下达与实际用水等多个方面的合理性，为下一步研究用水计划核定下达工作奠定基础，本研究建立了用水计划合理性分析的多维指标体系。

1 评估指标

根据综合分析，项目取用水主要与取水水源、用水工艺、用水水平等因素有关，因此本指标体系主要是综合考虑来水、用水等多种因素，分析取用水户年度用水计划的合理性。多维用水计划合理性评估指标体系见表1。

表1 多维用水计划合理性评估指标体系

表中来水量指取用水户取水口来水量；区域用水总量控制指标指项目所在县级行政区(一般情况)的用水总量控制指标；用水总量变化趋势指取用水户年度用水总量的变化趋势；定额标准对比指取用水户单位产品用水量与定额标准值的比较；用水水平变化趋势指取用水户单位产品用水量的变化趋势；单方水效益指单方水产品产量；计划与实际差异程度指计划用水量与实际用水量的差异比较。

2 评估方法

2.1 来水保障程度

当P≥P′时，若Wj>Wx，不合理；若Wj=Wx，基本合理；若Wj

2.2 区域用水总量控制指标符合度(δ)

设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——区域用水总量富余指标，等于当年用水总量控制指标减去上一年年度区域用水总量；Wz——项目年度新增用水量。

2.3 计划用水增长率(r)

设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——当年计划用水量相对于上一年实际用水的变化量；W′——上一年的实际用水量。

2.4 定额标准比值(αui)

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

式中Vui——单位产品用水量；Vs——定额标准值。

2.5 用水水平变化率(rui)

2.6 单方水产量(rc)

2.7 计划与实际比值(αW)

设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——计划用水量；W——实际用水量。

以用水总量和用水效率2个维度为约束条件，前5个指标必须全部至少满足基本合理的条件，若有一项指标不合理，则不合理。再分析用水效益维度的指标，“单方水产量”与“用水水平”实际是互为倒数的，当“用水水平变化率”变化合理时，“单方水产量年际变化率”基本也会位于合理变化范围内，进一步验证用水效率的合理性；“计划与实际比值”指标是计划用水量与实际用水量的比值，项目在实际生产过程中，产品生产存在一定的不确定性，可能会存在实际用水量超出计划用水量较多的情形，无法确保2个指标均合理。因此，针对用水效益维度的指标，有一项基本合理时，可认为基本合理。

3 指标体系应用

3.1 典型取用水户基本情况

大唐贵州发耳发电有限公司(以下简称“贵州发耳电厂”)位于贵州省六盘水市水城县，成立于2005年8月24日，是国家实施“西电东送”战略重要的后续电源，为亚临界燃煤机组，总装机容量4×600 MW，属于典型坑口电厂。项目设计年利用小时数为6 000 h，设计年发电量为144亿kW·h。贵州发耳电厂由水利部珠江水利委员会于2013年批准发放取水许可证(取水(国珠)字〔2013〕第15号)，有效期为2013年1月1日至2022年12月31日，项目年最大取水总量为3 154万m3(设计年运行6 000 h)，取水水源为北盘江干流，水源类型为地表水。贵州发耳电厂申请用水量与实际用水量对比见表2。

贵州发耳电厂每年根据年度发电需求制定用水计划，通过年度用水计划建议表对下一年度的用水量提出申请。贵州省水利厅根据《取水许可和水资源费征收管理条例》《取水许可管理办法》《贵州省取水许可和水资源费征收管理条例》等法律法规，结合往年实际取用水量情况、发电生产规模等指标，对用水计划进行核定，并下达年度用水计划。2015—2020年，计划用水量均等于申请用水量，且各年用水均未超许可，除2018年实际用水超计划外，其余年份均未超计划。

3.2 典型取用水户计划用水合理性分析

3.2.1用水总量维度分析

a)来水保障程度分析。贵州发耳电厂取水水源为北盘江大渡口河邓家寨段，取水口位于大渡口水文站下游约1.2 km的北盘江左岸。北盘江为珠江流域西江上游左岸最大支流，北盘江上段称革香河，万家口子以下为滇黔界河，水城县境内河长约66 km，县内流域面积2 540.4 km2。根据《发耳电厂(4×600 MW)新建工程水资源论证报告书》，大渡口水文站最小年来水量发生于1989年，为53.8 m3/s，相应年径流量17.0亿m3，相对于发耳电厂的许可水量3 154万m3，来水量十分丰富。在97%的保证率情况下，电厂取水口处来水量为65.7 m3/s，电厂年平均取用水量为1.460 m3/s，占其年来水流量的2.2%；取水口最小来水量为15 m3/s，电厂取水量占取水口最小来水量9.7%，所以正常情况下贵州发耳电厂取水量占取水口来水量的比例小，取水量完全能满足要求。2015—2020年，取水口水量保证率均大于设计保证率，根据表2，贵州发耳电厂计划用水量均小于许可取水量，即近几年均满足P≥P′时，Wj

b)区域用水总量控制指标符合度。根据《六盘水市人民政府关于印发六盘水市水资源管理控制目标分解表的通知》(六盘水府办函〔2013〕27号)，水城县2019年用水总量控制指标为2.17亿m3；根据六盘水市2016—2019年的水资源公报，水城县2016—2019年用水总量控制指标分别为1.92亿、1.98亿、2.05亿、2.11亿m3。贵州发耳电厂年取水量与水城县用水总量控制指标比较见表3，2016—2019年δ均大于1或小于0，合理。

c)计划用水增长率。近年来，贵州发耳电厂用水需求呈先减后增并趋于平稳的趋势，主要原因是2014—2016年发电量降低以及实行优化运行措施，用水量有所减少，近几年发电量有所增加，故用水量也有所增加。

2015—2020年贵州发耳电厂计划用水增长率统计见表4，除2016年，电厂计划用水增长率均小于30%，且2019—2020年增长率rj小于10%，电厂水计划属于合理范围。

表2 贵州发耳电厂申请用水量与实际用水量对比 单位：万m3

表3 贵州发耳电厂年用水量与水城县用水总量控制指标比较

表4 2015—2020年贵州发耳电厂计划用水增长率统计

3.2.2用水效率维度分析

a)定额标准比值。贵州发耳电厂机组冷却形式为循环冷却，单位产品用水量保持稳定状态，符合GB/T 18916.1—2012《取水定额第一部分：火力发电》循环冷却单位发电量取水定额指标2.40 m3/(MW·h)。2015—2019年贵州发耳电厂用水效率值的统计情况见表5，接近贵州省定额标准先进值2.0 m3/(MW·h)，工程用水水平较高。从表5看出，2016—2019年定额标准比值αui为0.83或0.84，均小于1，近几年的实际用水水平均合理。

表5 2015—2019年贵州发耳电厂用水效率统计情况

b)用水水平变化率。从表5看出，贵州发耳电厂除2017年单位产品用水量变化率rui大于0，位于基本合理的范围，其余年份均小于或等于0，位于合理范围内，电厂用水水平变化率合理。

3.2.3用水效益维度分析

a)单方水产品产量。2015—2019年贵州发耳电厂取用水量及其单方水发电量的情况见表6，近几年单方水发电量均在500 (kW·h)/m3左右，比较稳定。2017年变化率rc为-0.60%，位于基本合理的范围，其余年份均大于或等于0，位于合理范围内，电厂单方水发电量变化率合理。

b)实际用水量与申请、计划用水量关系合理性分析。贵州发耳电厂申请用水量与实际用水量对比见表7，近几年申请用水量与实际用水量均存在一定差值，但差距不大，主要是由于近年来经济下行导致社会用电量减少，电厂实际年利用小时数均未达到设计年利用小时数，实际发电量小于设计发电量；另外电厂逐步实行系统改造，优化设备运行方式。2017—2019年实际用水量与申请量非常接近，其中2017—2019年均出现部分月份实际用水量超出计划量的情况，主要是电厂内部调度影响，发电量超出计划量，使得用水量与计划存在一定的出入，此现象是符合实际的。根据表7，计划与实际比值αw逐渐接近1，管理效益逐渐体现出来，电厂近几年的实际用水量与申请、计划用水量关系逐渐趋于合理。

表6 2015—2019年贵州发耳电厂单方水发电量统计情况

表7 2015—2019年贵州发耳电厂申请与实际用水量比值 单位：万m3

4 结论

本研究根据贵州发耳电厂2015—2019年用水和发电情况，通过用水总量、用水效率和用水效益3个维度的分析，发现电厂近几年来水保证程度高，计划用水满足区域用水总量控制指标要求；用水、产量变化不大，单位发电用水量小于定额标准，用水水平稳定，用水效益呈略微升高的趋势；实际用水量与申请、计划用水量关系逐渐趋于合理，各项指标都位于合理值范围内，符合且通过本次研究构建的以用水总量和用水效率2个维度为约束条件，用水效益维度为目标值的用水计划合理性分析指标体系，故认为贵州发耳电厂2020年度用水计划合理。

为了强化计划用水管理，落实限额管理要求，规范用水计划核定工作，并为计划用水监督管理提供技术支撑，促进节约用水，综合考虑取用水规模、取用水类型、管理要求等因素，建立多维的用水计划合理性分析指标体系，并将指标体系应用于取用水户，分析取用水户年度取用水计划的合理性，可为下一年度的用水计划下达提供参考。计划用水管理范围广泛，管理对象复杂，本研究的对象是高耗水火力发电取用水户，且研究对象数量有限，未来可加强其他行业用水计划合理性的分析研究，为进一步完善用水计划核定下达工作提供参考。