卢丽荣,刘卫东,姚丽华,张小虎
(河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司,天津 300221)
南水北调中线工程自2014年12月12日正式通水运行后,有效缓解了京、津、华北地区水资源紧缺的状况,对受水区经济社会可持续发展、实现生态环境良性循环起到了重要作用。南水北调中线工程以丹江口水库为起点,北京为终点;单线输水,且线路长,跨越长江、淮河、黄河、海河四大流域;输水线路中渡槽、倒虹吸、隧洞、桥梁等各类交叉建筑物众多,涉及深挖方、高填方、石渠等各种情况,地形条件复杂[1]。随着受水区经济社会的不断发展,其用水需求不断增加,供水范围进一步扩大,有可能造成南水北调中线工程计划供水水量不满足新增用水需求的情况。根据现有资料初步统计,受水区有60%以上的地表水厂以南水北调水源作为单一供水水源。因此,如何保障南水北调中线一期工程安全、平稳、有效的供水是南水北调中线工程运行管理中面临的重大课题[2]。
为保障南水北调中线工程的供水安全,开展了南水北调中线一期工程总干渠与沿线已建水库(河南省、河北省)联通的研究。将南水北调中线一期工程总干渠沿线已建水库作为地表应急备用水源,不仅可以提高供水的保障程度,还可以提高工程效益和水资源的利用效率,而跨行政区域转让水价也成为各方关注的焦点。目前,国内外有关水量交易价格方面的研究主要有以下4种方法:①平均成本定价法。陈洁等[3]结合水权交易性质,将水权交易成本分为工程成本、风险补偿成本、生态补偿成本和经济补偿成本等四部分;高兴佑[4]综合完全成本法、两部制定价和投资回报率机制,构建了综合水价模型。平均成本定价法是4种方法中应用较广泛的,如南水北调中线一期主体工程、引黄济青工程等,均采用平均成本定价法。该方法能体现计划内水量的平均成本,但是不能体现计划外应急供水偶然性、迫切性和准公益的特点。②影子定价法。吴凤平等[5]研究了基于买卖双方影子价格的水权交易基础定价模型;刘秀丽等[6]给出了省级以下行政区域生产用水的影子价格计算方法。影子价格是反映社会经济处于某种最优状态下的资源稀缺程度和对最终产品的需求情况,由于其计算复杂、参数难以确定,限制了该方法的应用。③损失补偿法。赵璧奎等[7]开展了基于生态补偿的用水户水权交易价格研究,并建立了用水户之间的水权生态补偿价格模型。损失补偿法主要用于水量交易对出让方造成明显损失的情况,具有明确的使用条件。④边际成本法。孙静等[8]开展了基于边际成本的跨流域调水水量交易价格研究,以南水北调中线一期工程为例,提出了基于边际成本的水量价格计算模型。边际成本定价是市场经济条件下商品定价普遍遵循的准则,有利于提高水资源开发利用的效率。边际成本法适用于水源确定、有明确受让方和出让方的水量交易模式,对于多水源多目标的应急供水则有局限性。
本文结合南水北调中线工程沿线河北省境内水库与中线总干渠的联通工程技术方案,建立多水源多目标的水库应急供水跨区域转让供水成本模型。通过分析水库原水综合成本、联通工程供水综合成本、总干渠输水成本,核算不同方案跨区域应急供水成本,为合理确定南水北调中线工程总干渠沿线水库供水成本并为项目筹资决策提供参考。
联通工程水库的选择主要考虑南水北调中线工程总干渠沿线已建的具备自流供水条件的水库,与总干渠的距离原则控制在30 km以内,包括个别条件较好、需扬水进入总干渠的水库。分析入围水库近3 年的水质监测资料,对达到GB3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类及以上水质即满足集中式生活饮用水条件的水库开展联通工程技术方案研究[9]。
在南水北调中线工程水源地丹江口水库枯水年水量不足或总干渠事故、检修时,可以利用沿线已建水库为总干渠应急补水。一方面,事故停水具有突发性,故障排除或工程修复所需的时长也具有不确定性;另一方面,水库的蓄水量与来水的季节性变化、供水目标的需求情况、防洪调度等因素紧密相关,在年内的不同时间可以提供的应急水量不同。因此,根据水库长系列径流资料、蓄水量资料,结合供水和防洪调度情况,分析年内不同月份水库在30、60、90 d的应急可供水量。
原则上利用沿线水库原有输水工程或灌溉工程为南水北调中线工程总干渠应急供水。根据水库在不同时段的可供水量,结合水库下游原有工程规模,综合确定水库应急供水工程规模。
为实现南水北调中线工程沿线水库应急供水,对水库原有输水工程进行必要的维护和改造,如增加渠道防渗衬砌工程、截污导污工程、建筑物维修改建工程等,并新建或改建输水渠道与总干渠的联通工程。
经分析,初步对河北省境内岳城水库、朱庄水库、岗南黄壁庄水库(岗南水库与黄壁庄水库合称)、王快水库、西大洋水库、安格庄水库等6座水库开展联通工程技术方案研究。
在确定联通工程技术方案的基础上,利用供水成本模型和典型实例相结合的方式,提出多水源多目标成本水价核算体系。已建水库应急调蓄供水成本包括水库原水综合成本、联通工程供水综合成本、总干渠输水成本三部分[10]。
2.1.1单一水库供水
单一水库供水成本包括已建水库原水成本和挤占农业水量补偿费:
C库=C库原+C挤占
(1)
式中:C库为单一水库供水原水制水成本;C库原为已建水库原水制水成本;C挤占为挤占农业水量补偿费。
a.已建水库原水制水成本。水库原水制水成本受成本费用分摊和供水量的影响。水库为多功能综合型水库,原水制水成本不再考虑折旧费用,仅考虑年运行费。水库年运行费按兴利库容分摊计入原水制水成本。水库供水量按近10 年平均供水量考虑。通过调查各水库的运行费用和供水量,岳城水库、朱庄水库、岗南黄壁庄水库、王快水库、西大洋水库、安格庄水库原水制水成本分别为0.10、0.44、0.14、0.39、0.40、0.02元/m3。
b.补偿农业供水成本。已建水库的应急可供水量按全部挤占农业水量考虑。调查水库灌区作物组成、有无灌溉的亩增产量、亩均毛灌溉水量,参照目前市场价格计算单位面积增产值。灌溉效益计算采用SL 72—2013《水利建设项目经济评价规范》中的分摊系数法,按有无项目对比灌溉和农业技术措施可获得的总增产值,乘以灌溉效益分摊系数得灌溉效益。
2.1.2多水库联合供水
在发生紧急供水的情况下,单一水库水源可能不满足供水目标用水的需求,需多水库联合调度,多水源供水原水综合成本由各水库单一供水原水成本按供水量加权平均确定:
(2)
式中:C库均为多水库供水原水综合成本;C库i为某水库供水原水成本;Wi为某水库供水量;n为供水水库的个数。
根据联通工程建设时序和水库位置,拟定水库组合调度方案。多水库联合原水综合成本见表1。
表1 多水库联合供水原水综合成本 单位:元/m3
水库与总干渠联通工程包括原有渠道工程和为实现应急供水新建的渠道防渗衬砌工程、截污工程、建筑物维修改建工程等。联通工程供水成本与资金筹措方式、运行管理机构设置有关。现阶段按不新增管理人员考虑,根据工程管理机制由相应原部门人员管理。
2.2.1联通工程供水综合成本费用分析方案
根据SL654—2014《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》,联通工程的运行年限按30年计。该工程属于应急供水,引水频次具有不确定性,不同的折旧计提方式直接影响成本费用的高低。拟定3种折旧计提方案:
方案A不计提折旧。联通工程作为公益项目,具有广泛的社会效益和意义。工程建设期的资金投入不考虑成本回收,联通工程供水综合成本不考虑折旧费用。
方案B按年计提折旧。折旧费按固定资产使用年限30年计,按固定资产原值每年计提折旧一次。
方案C按次计提折旧。联通工程属应急供水,输水利用频次具有不确定性的特点,固定资产折旧在所使用年限内按次计提。在使用年限30年内,根据固定资产原值,分别按折旧计提1次(C1方案)、3次(C2方案)、5次(C3方案)、10次(C4方案)考虑。
2.2.2单一水库与总干渠联通工程供水成本
单一水库与总干渠联通工程供水成本包括:连接段工程供水成本和现有输水渠道增加的截污导污、防渗、衬砌等工程供水成本两部分。对于已有连接工程的水库,如岗南黄壁庄水库、王快水库、安格庄水库、西大洋水库,原投资已计入南水北调中线应急段工程投资内,本次不再计入。
水库应急引水天数不同,可引水量不同。分别按30、60、90d引水量核算不同方案的联通工程供水成本,见表2。
表2 不同方案各水库联通工程供水成本
2.2.3多水库联合供水联通工程供水综合成本
当南水北调工程总干渠需多座水库联合供水时,以单水库联通工程供水成本为基础,联通工程供水综合成本由各水源联通工程供水成本加权平均确定:
(3)
式中:C联均为多水库联通工程供水综合成本;C联i为某水库联通工程供水成本。
水库联合调度方案考虑推荐联通工程建设时序,不同联合调度方案的联通工程供水综合成本见表3。
表3 不同方案水库联合调度联通工程供水综合成本
2.3.1单一水库
根据2014年中华人民共和国国家发展和改革委员会《关于南水北调中线一期主体工程运行初期供水价格政策的通知》,南水北调中线工程运行初期供水价格实行成本水价,采用基本水价和计量水价两部制。基本水费按基本水价乘以规划分配的分水口门水量指标计算,计量水费按计量水价乘以口门实际用水量计算。南水北调中线一期工程运行初期各口门供水价格见表4。
表4 南水北调中线工程运行初期各口门供水价格 单位:元/m3
目前总干渠口门供水价格低于成本核算水价,本文单方水的输水价格按计量水价差核算。采用已批复的南水北调工程干渠口门水价进行区间成本分析,即某水库利用干渠段输水成本等于供水目标口门计量水价减去水库入干渠口门计量水价。各水库利用干渠段输水成本见表5。
表5 不同供水范围各水库利用干渠段输水成本 单位:元/m3
2.3.2多水库联合供水
多水库联合供水总干渠输水成本按各水库输水成本加权平均确定:
(4)
式中:C干i为水库利用干渠段输水成本;C干均为多水库联合供水总干渠输水成本。
河北省境内多水库联合调度供河北、天津、北京用户时,总干渠输水成本分别为0.20、0.62、0.71元/m3。
多水源多目标供水成本由水库原水综合成本、联通工程供水综合成本、总干渠输水成本等三部分组成:
Ci=(C库i+C联i+C干i)
(5)
(6)
式中:Cj为某供水目标总成本;Ci为某一供水水源成本。
供水目标j为供水水源i的下游用水户。如河南省水源考虑供水对象主要为河南省境内下游及河北省、天津市、北京市用水户;河北省水源考虑供水对象主要为河北境内下游及天津市、北京市用水户。河北省水库联合调度不同用水户综合成本见表6
表6 河北省多水库联合供水不同用水户综合成本 单位:元/m3
水库的供水成本受水库本身原水成本测算方案、联通工程筹资方案、水库供水量、总干渠输水成本、用水户差别等多种因素影响。选取朱庄水库[11]作为单水源多目标供水成本分析案例,选取王快水库、岗南黄壁庄水库联合调度供水作为多水源多目标供水成本分析案例,并对不同用水户成本与现行供水价格进行对比,分析成本核算的合理性。
3.1.1朱庄水库
3.1.1.1基本情况
朱庄水库是海河流域子牙河水系滏阳河支流——沙河上的一座以防洪、灌溉为主,发电为辅,综合利用的大(Ⅱ)型水利枢纽工程,控制流域面积1220km2。水库总库容4.162亿m3,兴利库容2.285亿m3,死库容0.343亿m3。水库供水目标为邢台市城市用水及沙河市、邢台县朱庄灌区灌溉用水,设计灌溉面积23.4万亩(1亩≈667m2)。经检测分析,水质满足作为集中式生活饮用水水源地的水质标准[12]。
3.1.1.2朱庄水库与总干渠联通工程
朱庄水库位于南水北调中线工程总干渠西侧约22 km处,联通工程规划利用现有朱庄水库南干渠(46km)和赞善支渠(2km)向总干渠输水,对不满足供水能力的局部渠段进行扩建,对过村段渠道两侧进行截污导污,沿线未设置隔离网的渠段新增隔离网,对不能正常使用的节制闸维修加固,更换闸门及启闭机。
3.1.1.3管理模式
朱庄水库管理处属邢台市市直事业单位,性质为差额补贴事业单位,经费来源主要为政府补贴、供水水费、发电费、水产收入等。管理处根据供水量向渠道管理单位收缴水费。
3.1.2原水成本
水库原水成本包括制水成本、挤占农业水量的补偿费、水资源费等。目前,水资源费改税,水资源费标准降为零,水资源税在用水户末端征收,水库原水成本暂不考虑计入水资源税。根据灌区节水改造相关指标分析,当应急供水时挤占农业水量的补偿费为0.47元/m3。
3.1.2.1年总成本
朱庄水库年总成本包括年运行费(经营成本)、折旧费、摊销费和财务费等[7]。结合相关的水库资料,水库实际发生的年总成本为8195万元,其中折旧费3683万元,年运行费4512万元,水库无分摊销费和财务费用。供水部门承担费用按兴利库容占总库容的比例54.9%计,朱庄水库分摊年总成本为4500万元,分摊年运行费为2477万元。
3.1.2.2制水量核算
朱庄水库近10年平均供水量为5590万m3,其中农业供水量2825万m3,工业供水量1971万m3,其他供水量794万m3。
3.1.2.3制水成本
水库的制水成本与供水分摊费用、水库制水量密切相关。朱庄水库供水量按5590万m3计。若考虑分摊水库折旧,制水成本为0.80元/m3;不考虑分摊水库折旧,制水成本为0.44元/m3。
考虑朱庄水库已建多年,不应因增加应急供水功能而新增水库本身投资,推荐水库制水成本为0.44元/m3。
3.1.3联通工程供水综合成本
根据运营管理模式,应急供水承担水库与总干渠联通工程增加的供水成本。朱庄水库新建联通工程包括新建连接段和利用现有输水渠道段增加的截污导污、防渗、衬砌工程等,工程总投资2.25亿元,其中征迁投资0.27亿元。
3.1.3.1总成本
总成本主要包括新建联通工程经营成本和折旧费、原有渠道环保清理费等。
a.年经营成本:新建联通工程的年经营成本主要考虑年运行维护费、年管理费、其他费用。参照SL 72—2013《水利建设项目经济评价规范》,年运行维护费按固定资产原值(不含征迁)的1.5%计,为297万元;年管理费按固定资产原值(不含征迁)的0.5%计,为99万元;其他费用按年运行维护费和年管理费合计的5%计,为20万元。在不考虑贷款的条件下,年经营成本合计为416万元。
b.折旧费:按联通工程的运行年限30年计,折旧费的计提方式直接影响联通工程的成本。朱庄水库联通工程属于应急供水,引水频次具有不确定性,不同的折旧计提方式直接影响成本的高低。在使用年限内,按方案A、B、C考虑。
c.环保清理费:为保证供水水质,在水库向南水北调中线工程总干渠供水前,需要对渠道进行清理。联通工程规划利用现有干渠(46km)和支渠(2km)向总干渠输水,环保清理费按1km渠道需50万元考虑,计2400万元。
不同方案折旧费和总成本见表7。
表7 不同方案折旧费和总成本 单位:万元
3.1.3.2应急供水量
朱庄水库现状供水目标主要为下游灌区及城市工业,在水库规划用水情况下基本无剩余水量,为总干渠应急供水,均需挤占农业用水。综合分析朱庄水库不同时段30、60、90d可供水量,确定水库应急可供水量分别为0.13亿、0.26亿、0.39亿m3,联通工程供水能力为5m3/s。
3.1.3.3应急连通工程单方水供水成本
根据不同方案朱庄水库与总干渠联通工程年总成本,按不同应急供水天数的供水量核算联通工程单方水供水成本(含环保清理费),见表8。
表8 朱庄水库联通工程不同方案单方水成本 单位:元
3.1.4总干渠输水成本
根据总干渠输水成本计算方法,朱庄水库利用南水北调中线工程总干渠向下游用水户输水时,供河北省、天津市、北京市用水户输水成本分别为0.20、0.62、0.71元/m3。
3.1.5水库应急供水总成本
朱庄水库供水总成本由水库原水成本、联通工程供水成本、总干渠输水成本等构成。联通工程供水成本中的原有渠道环保清理费受渠道清洁程度和渠道长度的影响,成本水价按包含环保清理费计,不同用水户供水总成本见表9。
表9 不同用户供水总成本(含环保清理费) 单位:元/m3
从表9可知,应急供水量和折旧计提方式直接影响朱庄水库供水成本。不同供水方案,不同用水户的供水成本为1.83~21.09元/m3。
3.1.6水库应急供水成本影响因子
影响朱庄水库供水价格的一级因子主要为水库原水成本、联通工程供水成本、干渠输水成本等。水库原水成本二级影响因子有供水成本分摊方式、水库可供水量等。联通工程供水成本二级影响因子有工程投资、折旧计提方式、供水天数、筹资方式等。在运行年限内,折旧计提次数越多或供水天数越长,供水成本越低。水库联通工程的筹资方式也直接影响供水成本,不同贷款额度增加的供水成本见表10。
表10 水库联通工程贷款额度对供水成本影响幅度
由表10可知,水库联通工程在贷款80%、50%、30%情况下,不同供水天数成本分别增加0.14~0.41、0.09~0.26、0.05~0.15元/m3。
3.1.7推荐方案及建议
朱庄水库供水成本与联通工程投资、供水方案、成本测算方案息息相关。因联通工程应急供水具有公益性,使用频次又具有不确定性,建议工程折旧计提方式尽量采用低成本方案,推荐按方案A或方案B考虑,不同用水户供水成本为1.83~4.36元/m3。
建议水库提前进行优化调度研究,在降低运行成本的同时,改善水库下游灌溉条件、优化种植结构,将应急供水挤占农业用水造成的损失降到最低。
以王快水库、岗南黄壁庄水库水源联合调度供水为例,分析以供水天数60d、联通工程按B方案作为推荐方案的多水源多目标成本水价。
3.2.1水库概况
王快水库是大清河水系南支沙河上一座以防洪为主,结合灌溉、发电等综合利用的大(Ⅰ)型水利枢纽工程,控制流域面积3770km2[13]。王快水库位于南水北调中线工程总干渠西侧约33km。水库总库容13.89亿m3,兴利库容5.91亿m3,死库容1.09亿m3。
岗南水库是子牙河水系滹沱河干流上一座以防洪、供水、灌溉为主,结合发电的大(I)型水利枢纽工程,控制流域面积15900km2。岗南水库总库容17.04亿m3,兴利库容7.8亿m3,死库容3.41亿m3。岗南水库坝址位于石家庄市平山县岗南镇附近,距石家庄市约58km,下游28km处为黄壁庄水库。黄壁庄水库是一座以防洪为主,兼顾城市用水、灌溉、发电等综合利用的大(Ⅰ)型水利枢纽工程,控制流域面积23400km2,坝址位于石家庄鹿泉区黄壁庄镇附近,距石家庄市约30km,距南水北调中线工程总干渠约20km。黄壁庄水库总库容12.1亿m3,兴利库容4.64亿m3,死库容0.7亿m3。
根据监测数据分析,王快水库、岗南黄壁庄水库水质满足作为集中式生活饮用水水源地的水质标准。按60 d应急供水分析,王快水库可供水量1.04亿m3,岗南黄壁庄水库可供水量1.30亿m3,
3.2.2水库联通工程
岗南黄壁庄水库为上下游串联库,可联合调度运用,现状已与南水北调中线工程总干渠联通,联通渠道为石津干渠。本次联通工程设计考虑渠道衬砌、渠道清淤、渠道沿线新增隔离网等,工程总投资3.04亿元。
王快水库与南水北调中线工程总干渠现状由沙河总干渠联通。本次联通工程设计输水损失大,沿线汇流多、输水安全不易保障的渠道改线新建9km引水线路,同时对渠道原有老化失修的建筑物进行更新改造,工程总投资3.35亿元。
3.2.3原水综合成本
测算王快水库、岗南黄壁庄水库原水制水成本分别为0.39、0.14元/m3。水库联合调度供水原水制水综合成本按水量加权平均计算为0.25元/m3。考虑单方水补偿费用0.47元,水库联合调度供水原水综合成本为0.72元/m3。
3.2.4联通工程供水综合成本
根据水库联通方案投资,按平均年限法计提折旧,王快水库、岗南黄壁庄水库联通工程供水综合成本分别为3.32、2.45元/m3。水库联合调度联通工程供水综合成本按水量加权平均计算为2.84元/m3。
3.2.5干渠输水成本
王快水库、岗南黄壁庄水库利用南水北调中线工程总干渠向下游用水户输水,供河北省、天津市、北京市用水户输水成本分别为0.20、0.62、0.71元/m3。
3.2.6水库应急供水总成本
经分析,王快水库、岗南黄壁庄水库联合调度原水综合成本河北省、天津市、北京市分别为3.76、4.18、4.27元/m3,干渠输水成本河北省、天津市、北京市分别为0.2、0.62、0.71元/m3,联通工程供水综合成本为2.84元/m3,原水综合成本中原水制水成本为0.25元/m,补偿水量损失费用为0.47元/m3。
应急供水具有准公益性,在不考虑供水利润的情况下,供水成本以不高于用户现行水价为宜,各用水户现行水价见表11。
表11 各用水户现行水价 单位:元/m3
朱庄水库为单水源供水,不同组合方案测算成本水价在1.83~21.09元/m3之间。推荐采用方案A或方案B,河北省、天津市、北京市用水户应急供水成本为1.83~3.85、2.25~4.27、2.34~4.36元/m3。
王快水库、岗南黄壁庄水库多水源联合供水,河北省、天津市、北京市用水户成本水价分别为3.76、4.18、4.27元/m3。
通过与表11中现行水价进行对比,河北省应急供水成本略高于现行居民生活水价,但基本低于其他行业现行水价;天津市应急供水成本均低于现行各行业水价;北京市应急供水成本均低于现行各行业水价。由此可见,多水源多目标供水成本测算成果基本合理。
影响供水成本因素较多,一级影响因子主要有:水库原水成本、联通工程供水成本、总干渠输水成本等。水库原水成本二级影响因子主要为供水分摊成本费用、水库制水量、原用水户水量补偿损失。联通工程供水成本二级影响因子包括工程折旧计提方式(使用频次)、应急供水量、筹资方式等。总干渠输水成本二级影响因子为政策因素、水源与供水对象距离等。①各水库原水成本(不考虑水库折旧)为0.02~0.44元/m3,多水源联合调度水库原水综合成本为0.20~0.25元/m3。②各水库联通工程供水成本(不计提折旧)为0.04~2.17元/m3,多水源联合调度时联通工程供水综合成本为0.06~0.30元/m3。③总干渠输水成本与到用水户距离有关,不同输水距离成本为0.04~1.12元/m3。④在不考虑已建水库和联通工程折旧的情况下,多水源联合调度不同用水户综合供水成本为0.6~1.71元/m3。
a.适度核算水库原水成本。现有大部分水库在建设初期存在以工代赈的情况,后期又多次除险加固,投资来源多为国家和地方财政拨款,可以忽略原水成本中的折旧因素,适当考虑运行费用,着重考虑补偿现有用户损失,尽量将水库用水户损失降到最低。
b.合理确定联通工程供水综合成本。联通工程使用频次具有不确定性,单纯从经济角度考虑成本偏高,但社会效益显著,对保障民生资源、促进社会稳定有积极作用,建议从战略角度考虑尽快安排联通工程。
c.以总干渠口门水价为门槛。已建调蓄水库利用总干渠应急供水时,供需双方在成本测算的基础上协商确定,宜以不低于现有总干渠口门水价为原则。
为合理确定已建水库应急调蓄供水成本,使水价既不偏离其实际价值,又不高于用水户承受能力,同时考虑供水工程属于准公益项目,联通工程建设可采取多渠道的筹资方式,不同投资主体可选取不同的成本核算方案。政府作为投资主体可选方案A或方案B测算成本;社会资本作为投资主体可选取方案C核算成本。为鼓励吸引民营资本投资公益事业,可采取方案C成本核算计价、政府补贴水价的运营管理模式。