村鎮(zhèn)選擇性共享類基礎(chǔ)設(shè)施共享門檻分析——以污水處理設(shè)施為例

苗展堂，運(yùn)迎霞，黃煥春

(天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津300072)

長(zhǎng)期以來，我國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展很不平衡。農(nóng)村發(fā)展滯后，基礎(chǔ)設(shè)施短缺，特別是在給水、排水、供熱等基礎(chǔ)設(shè)施方面，城鄉(xiāng)有很大的差距。2009年底，全國(guó)共有266.6萬個(gè)自然村莊，59.7萬個(gè)行政村(村委會(huì)駐地)，19 322個(gè)鎮(zhèn)，14 848個(gè)鄉(xiāng)，696個(gè)農(nóng)場(chǎng)［1-2］。一方面，村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施存在短缺滯后的問題;另一方面，已有的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模偏小且運(yùn)行維護(hù)成本高，資源浪費(fèi)與重復(fù)建設(shè)等問題突出。當(dāng)前村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與改進(jìn)則成為當(dāng)務(wù)之急，它對(duì)進(jìn)一步加快農(nóng)村城鎮(zhèn)化步伐，實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的目標(biāo)，以及對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)問題解困［3］均具有重要的意義。

一、基礎(chǔ)設(shè)施共享類別的概念

村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施體系是保證村鎮(zhèn)生存、可持續(xù)發(fā)展的支撐體系，為村鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化發(fā)展及農(nóng)民生活提供公共服務(wù)的各種要素的總和［4］。以是否適宜共享為標(biāo)準(zhǔn)，可將基礎(chǔ)設(shè)施劃分為共享類、非共享類、選擇性共享類共三類。其中選擇性共享類基礎(chǔ)設(shè)施指的是在一定距離、規(guī)模條件約束下實(shí)現(xiàn)區(qū)域共享具有比較優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)設(shè)施，如污水基礎(chǔ)設(shè)施、給水基礎(chǔ)設(shè)施、供熱基礎(chǔ)設(shè)施等;共享類基礎(chǔ)設(shè)施指自身具有共享特性或者基礎(chǔ)設(shè)施具有外部輸入性時(shí)，通過共享輸配設(shè)施可以減少固定投資的基礎(chǔ)設(shè)施類別，如供電基礎(chǔ)設(shè)施、燃?xì)饣A(chǔ)設(shè)施、區(qū)域供水等;非共享類基礎(chǔ)設(shè)施是指基礎(chǔ)設(shè)施的布局為就近、分散的原則，共享不具有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)設(shè)施類別，主要為雨水基礎(chǔ)設(shè)施。

中國(guó)廣大村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施獨(dú)立建設(shè)較為普遍。在規(guī)模門檻規(guī)律的約束下，若每個(gè)村莊均在自己行政范圍內(nèi)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，必然帶來基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)投資與資源浪費(fèi)問題，同時(shí)也降低了基礎(chǔ)設(shè)施的利用效率。如果能夠恰當(dāng)安排基礎(chǔ)設(shè)施的共建共享，必然會(huì)對(duì)村鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用［5-7］。已有的研究表明，村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有內(nèi)在作用機(jī)制［8］，村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的投資效益也存在明顯的數(shù)量規(guī)律［9］。但這些研究在國(guó)內(nèi)鮮有，且多停留在宏觀層面，難以深入落實(shí)，本文擬就選擇性共享類基礎(chǔ)設(shè)施的共享門檻進(jìn)行詳細(xì)的深入分析。

二、研究框架

本文以污水處理設(shè)施為例，對(duì)區(qū)域內(nèi)村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施共享前后進(jìn)行分析比對(duì)。首先做以下前提假設(shè)。

假設(shè)1:地區(qū)限定于均質(zhì)平原上，進(jìn)行污水處理廠建設(shè)和管理的自然地形條件一致，不存在任何條件差別。

假設(shè)2:將所有污水按二級(jí)污水對(duì)待，污水處理廠、管網(wǎng)等均按此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

假設(shè)3:根據(jù)中心地理論聚落分布呈六邊形或變形的六邊形［10］，我們以一定范圍內(nèi)的6個(gè)村鎮(zhèn)是否共享污水處理設(shè)施為研究對(duì)象。假設(shè)各村鎮(zhèn)到共享污水處理廠的距離均為s。

假設(shè)4:將污水基礎(chǔ)設(shè)施簡(jiǎn)化為三個(gè)大的部分，即污水處理廠、由村鎮(zhèn)至污水處理廠的總輸送管渠和村鎮(zhèn)內(nèi)部污水匯集管線及設(shè)施。村鎮(zhèn)至污水處理廠的管道運(yùn)行費(fèi)用很小，可以忽略不計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的成本分別由三個(gè)部分的固定投資和運(yùn)行成本構(gòu)成。

假設(shè)5:由于無論是否共享污水設(shè)施，均需要鋪設(shè)村鎮(zhèn)內(nèi)部管線及設(shè)施，且固定投資和運(yùn)行成本大小基本與是否共享無關(guān)。因此，不考慮村鎮(zhèn)內(nèi)部鋪設(shè)污水匯集管線及設(shè)施的固定投資和運(yùn)行費(fèi)用。

根據(jù)以上分析，各村分別建立污水處理廠與共享建立集中污水處理廠二者的費(fèi)用曲線可表示為

式中:G為各村單獨(dú)設(shè)置污水處理廠的總費(fèi)用;g為共享建一座污水處理廠的費(fèi)用;U和u分別為非共享和共享的污水處理成本，與單位污水處理成本和污水產(chǎn)生量相關(guān);t是各村至污水處理廠的輸送管道固定投資總和，非共享時(shí)為0。

本文首先對(duì)每萬噸處理污水費(fèi)與污水處理廠的規(guī)模、污水處理廠規(guī)模與固定投資的相關(guān)性進(jìn)行了計(jì)算分析，并對(duì)他們之間的關(guān)系進(jìn)行了回歸擬合分析;然后，對(duì)區(qū)域內(nèi)污水處理基礎(chǔ)設(shè)施是否共享進(jìn)行了兩種情形的定量對(duì)比分析。最后，基于上述分析論證得出本文的結(jié)論。

三、成本分析

1.單位污水處理成本分析

以筆者對(duì)36個(gè)污水處理廠處理規(guī)模和處理成本的調(diào)研數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)每萬噸處理污水費(fèi)與污水處理廠的規(guī)模進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)二者的相關(guān)系數(shù)R=－0.861，通過信度為0.027的雙尾檢驗(yàn)，為明顯的負(fù)相關(guān)。通過單位污水處理成本的擬合曲線，發(fā)現(xiàn)冪函數(shù)形式擬合度最好(見圖 1)。擬合曲線方程為m=0.8347×x－0.112(統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn) F =369.46，R2= 0.989，sig.=0)，表明單位污水處理成本m隨著污水處理廠規(guī)模x的擴(kuò)大而減小，其中，0～5×107kg時(shí)單位污水處理成本隨著規(guī)模的擴(kuò)大迅速減小。

圖1 單位污水處理成本曲線

2.污水處理廠的固定投資分析

根據(jù)表2污水處理廠規(guī)模和固定投資額對(duì)照表數(shù)據(jù)，利用SPSS18.0對(duì)二者進(jìn)行分析擬合，得出:污水處理廠規(guī)模與固定投資的具有顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R=0.998，通過信度為0.00的雙尾檢驗(yàn)，污水處理廠固定投資擬合曲線 f=2 000.936×x0.806(F = 13 176.05，R2=0.99，sig.=0)，表明污水處理廠的固定投資總額隨著污水處理廠規(guī)模的擴(kuò)大增速逐漸變慢。從圖2可以看出，單位污水處理量的成本投資隨著污水處理廠的規(guī)模增加而逐漸遞減，遞減到一定程度后趨于平穩(wěn)。

表1 污水處理廠固定投資額和處理成本

圖2 固定投資與處理規(guī)模的關(guān)系

3.村鎮(zhèn)間輸送管渠及設(shè)施成本

輸送管渠是將各村鎮(zhèn)的污水輸送至污水處理廠的總輸送管渠的總和。村鎮(zhèn)間輸送設(shè)施主要是指因重力流而形成的管線排水坡度增加到一定深度后設(shè)置的污水提升泵站。村鎮(zhèn)間污水的輸送成本主要包括管渠及設(shè)施的固定投資和運(yùn)行成本。輸送管渠的投資成本主要受污水量(管徑大小)、埋深(槽深)兩個(gè)因素影響。

筆者參照《村鎮(zhèn)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50188—93)和《鎮(zhèn)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)(GB 50188—2007》中關(guān)于村莊和鎮(zhèn)區(qū)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，本文以人口規(guī)模為200～100 000人的村鎮(zhèn)為研究對(duì)象。通過查詢多省市相關(guān)造價(jià)標(biāo)準(zhǔn)取其平均值，根據(jù)污水管網(wǎng)的坡度要求，將不同的管網(wǎng)造價(jià)綜合計(jì)算分析。

通過擬合發(fā)現(xiàn)線性最好，污水管道鋪設(shè)費(fèi)用的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式為:Z =s×1 508.91+43.28×p－1 636 814(F=432.95，R2=0.956，sig.=0)。通過該函數(shù)發(fā)現(xiàn)輸送管渠成本與管渠輸送長(zhǎng)度s和人口p成正比，也就是與村莊的分散程度和人口數(shù)量有關(guān)。從變量系數(shù)來看，其中距離的影響因素遠(yuǎn)大于人口，即村莊越分散，村莊間的距離越遠(yuǎn)，其輸送管渠的成本越高。

但對(duì)于我國(guó)農(nóng)村實(shí)際而言，大部分村莊人口低于8 000人，其產(chǎn)生的污水量一般采用DN300 mm的混凝土管輸送至污水處理廠。相應(yīng)的污水管道鋪設(shè)費(fèi)用的函數(shù)為Z=1 255.98×s－485 537(F=654 325.04，R2=0.989，sig.=0)。此種情況下，因管道鋪設(shè)受最小管徑限制約束，故管道鋪設(shè)費(fèi)用僅與村至污水處理廠的距離s有關(guān)。

四、選擇性共享類基礎(chǔ)設(shè)施共享門檻分析

為減小研究誤差，實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)研究的差別化，注重研究結(jié)果在小型居民點(diǎn)的應(yīng)用，故8 000人以下的村鎮(zhèn)單獨(dú)分析計(jì)算。本文基于MATLAB軟件平臺(tái)，通過編程進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算分析和公式推導(dǎo)。共享與非共享污水基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行15年的總費(fèi)用曲線可表示為

式3與式4分別為非共享、共享污水處理設(shè)施的總費(fèi)用;G(6p)為各村單獨(dú)設(shè)置污水處理廠的固定投資;g (6p)為各村共享建一座污水處理廠的固定投資;U (6p)為非共享15年(依據(jù)主干道路使用年限為15年)的污水處理運(yùn)行成本;u(6p)為共享15年的污水處理運(yùn)行成本;t(6s)是各村至污水處理廠的輸送管道固定投資總和。

非共享時(shí)僅涉及污水處理廠固定投資和單位污水處理成本曲線，故大小村鎮(zhèn)計(jì)算均相同。將污水處廠固定投資曲線f=2 000.936×x0.806和單位污水處理成本曲線m=0.8347×x－0.112代入

當(dāng)人口p＞8 000時(shí)，共享費(fèi)用計(jì)算涉及污水處理廠固定投資、污水處理運(yùn)行成本、各村至污水處理廠的輸送管道固定投資三個(gè)因素，且管徑隨著人口的變化而變化。將單位處理成本曲線m=0.834 7×x－0.112、固定投資曲線f=2 000.936×x0.806、輸送管渠固定投資曲線Z=s×1 508.91+43.28×p－1 636 814(p＞8 000)代入

當(dāng)人口p≤8000時(shí)，共享費(fèi)用計(jì)算涉及污水處理廠固定投資、污水處理運(yùn)行成本、各村至污水處理廠的輸送管道固定投資三個(gè)因素，但管徑固定均為DN300 mm。將單位污水處理成本曲線 m =0.834 7× x－0.112、固定投資曲線f=2 000.936×x0.806、輸送管渠固定投資曲線Z=1 255.98×s－485 537(p≤8 000)代入

由非共享函數(shù)不難看出，非共享的費(fèi)用只與人口有關(guān)，而共享后的總費(fèi)用與人口p和各村至污水處理廠的輸送管道的固定投資相關(guān)。從函數(shù)與圖像可看出，共享后的固定投資系數(shù)13 837.39和單位污水處理成本系數(shù)5 373.13均要小得多，也就是說共享后固定投資和污水處理成本要小。

根據(jù)上式計(jì)算分析，可構(gòu)造出共享后的效益曲線Y

當(dāng)p＞8 000時(shí)，

當(dāng)p≤8 000時(shí)，

即村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施共享的效益曲線為

將該函數(shù)繪制成共享效益三維趨勢(shì)面，如圖3、圖4所示。圖中:z軸為污水處理廠非共享與共享運(yùn)行15年的費(fèi)用差，正值代表非共享的成本高于共享狀態(tài)，反之亦然;x軸為村鎮(zhèn)人口數(shù);y軸為村莊總距離。其中在xy平面上的每一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)所代表一組人口和距離數(shù)據(jù)，向?qū)?yīng)的在曲線平面就有一個(gè)對(duì)應(yīng)的投影點(diǎn)，表示共享污水處理設(shè)施運(yùn)行15年的節(jié)約費(fèi)用。從圖3、圖4可以看出，村鎮(zhèn)人口越多，村鎮(zhèn)距離越小，越適宜進(jìn)行污水處理設(shè)施的共享。隨著村莊間距離的增加和人口的減少，村莊間輸送管渠的成本將持續(xù)增加，最終抵消或超過共享帶來的固定投資減少額和污水處理成本的節(jié)約。

圖3 共享效益趨勢(shì)面(p≤8000)

圖4 共享效益趨勢(shì)面(p＞8000)

五、結(jié) 語

本文通過分析研究，按基礎(chǔ)設(shè)施的是否可共享的特性，將村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施劃分為共享類、非共享類、選擇共享類三種。對(duì)選擇性共享類基礎(chǔ)設(shè)施而言，其共享存在嚴(yán)格的門檻限制，并非單純一味的共享就是合理的。該類基礎(chǔ)設(shè)施的共享應(yīng)注意共享村鎮(zhèn)人口和距離這兩個(gè)主要影響因素。因此在實(shí)際規(guī)劃與建設(shè)中應(yīng)遵循客觀規(guī)律的合理共享，方能夠促進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)和資源的合理利用。

通過以污水處理設(shè)施共享與否的分析，發(fā)現(xiàn)影響村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施共享的距離和人口兩個(gè)影響最主要的因素，即村鎮(zhèn)距離越近、人口越多就越有利于基礎(chǔ)設(shè)施的共享，其共享與否的門檻可表述為

參照國(guó)家《村鎮(zhèn)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50188—93)和《鎮(zhèn)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50188—2007)的村鎮(zhèn)規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)，利用共享效益曲線計(jì)算出小、中、大、特大型村莊和鎮(zhèn)區(qū)的污水處理設(shè)施共享效益(見表2)，以供村鎮(zhèn)規(guī)劃和實(shí)踐參考。

表2 村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施共享門檻距離

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