基于水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)的區(qū)域水資源配置效率研究

葉　舟

(浙江水利水電學(xué)院，浙江　杭州　310016)

基于水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)的區(qū)域水資源配置效率研究

葉舟

(浙江水利水電學(xué)院，浙江杭州310016)

摘要：利用案例研究了水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)對(duì)區(qū)域水資源配置效率的影響，并結(jié)合浙江省2個(gè)縣市的工程實(shí)證了這種效率的影響。水資源配置效率涉及工程和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)層面，資源配置效率的提高是制度與技術(shù)兩個(gè)方面共同作用的結(jié)果。從聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)構(gòu)成物質(zhì)網(wǎng)絡(luò)到水權(quán)交易產(chǎn)生內(nèi)在激勵(lì)機(jī)制，從農(nóng)業(yè)灌溉聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)到城鎮(zhèn)供水、生態(tài)用水的聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)，都證明了水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)效率的明顯；這種效率主要來(lái)自于聯(lián)網(wǎng)引起的水庫(kù)資源的集聚和洪水資源化的合理利用，水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)是區(qū)域水資源優(yōu)化配置未來(lái)發(fā)展的一種重要模式。圖2幅，表3個(gè)。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)群；聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)；區(qū)域水資源；配置效率

1問(wèn)題的提出

區(qū)域水資源配置是流域水資源配置的一個(gè)重要組成部分，區(qū)域水資源配置遇到的主要問(wèn)題是降雨時(shí)空分布不均，一般解決降雨時(shí)空不均的重要手段是通過(guò)建設(shè)水庫(kù)等工程并進(jìn)行科學(xué)調(diào)度。20世紀(jì)七八十年代以前，由于已建水庫(kù)數(shù)量少，區(qū)域內(nèi)往往只能依靠1座或幾座控制性水庫(kù)發(fā)揮作用提高流域或區(qū)域防洪、灌溉能力，而缺少控制性水庫(kù)的區(qū)域水資源配置效率就較低。到了90年代后，國(guó)家加大水利等基礎(chǔ)設(shè)施投入，區(qū)域內(nèi)新建水庫(kù)數(shù)量不斷增多，可以根據(jù)區(qū)域內(nèi)不同的流域來(lái)水情況進(jìn)行多水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，為聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)提高區(qū)域水資源配置效率提供了重要基礎(chǔ)。

水資源配置不僅要解決傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉、生活、工業(yè)用水，而且還要在生態(tài)、環(huán)境用水方面發(fā)揮作用，因此區(qū)域水資源配置目標(biāo)是根據(jù)區(qū)域水資源稟賦在保障生態(tài)、環(huán)境安全基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。區(qū)域水資源越稀缺，資源配置的作用就越顯得重要。利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，使某些擁有多座水庫(kù)的區(qū)域，或缺少控制性大水庫(kù)但擁有許多中小水庫(kù)的區(qū)域，可以通過(guò)水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)提高水資源配置效率。區(qū)域水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)就是指在某個(gè)區(qū)域內(nèi)，通過(guò)建設(shè)隧洞、渠道、河道等工程將水庫(kù)群進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，然后根據(jù)實(shí)際來(lái)水情況進(jìn)行調(diào)度，將區(qū)域水資源配置演變成為在保障生態(tài)環(huán)境用水安全的條件下實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

2水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)提升資源配置效率

2.1水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)工程

水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)工程包括3個(gè)部分：首先是聯(lián)網(wǎng)，就是將各種重要的水庫(kù)利用渠道、管道、隧洞工程連通，形成水庫(kù)群網(wǎng)絡(luò)。其次是聯(lián)調(diào)，就是水量聯(lián)合調(diào)度；當(dāng)不同流域降水差別較大時(shí)，不同流域水庫(kù)之間可以調(diào)劑水量，特別是在洪水期間將多余的洪水調(diào)劑到其他有足夠庫(kù)容的水庫(kù)，從而減少棄水。第三是聯(lián)供，就是利用水庫(kù)群形成的網(wǎng)絡(luò)將水供應(yīng)到區(qū)域內(nèi)各種水資源的用途上，包括工農(nóng)業(yè)用水、城鎮(zhèn)生活用水、河道景觀用水、生態(tài)用水等，這種供水可以是多種方案的組合。

2.2聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)提高資源配置效率的機(jī)理

水資源是一種資源，相對(duì)于水資源來(lái)說(shuō)水庫(kù)庫(kù)容同樣是一種資源。通過(guò)水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)可以充分發(fā)揮這兩種資源的利用效率，最終使水資源利用效率提高。一般說(shuō)來(lái)，水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)效率提高主要體現(xiàn)在下面3個(gè)方面：

一是通過(guò)聯(lián)網(wǎng)可以提高水資源利用價(jià)值。特別是對(duì)具有許多小水庫(kù)的區(qū)域，分散的小水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)后集約使用，可使眾多小水源變成一個(gè)大水源，水資源利用價(jià)值得到提升；在水權(quán)交易的激勵(lì)下，可以有效地把富余的農(nóng)業(yè)用水、環(huán)境用水轉(zhuǎn)換到生活、工業(yè)用水上。

二是通過(guò)聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)減少棄水，提高水資源利用率。與分散的水庫(kù)相比，水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)提升的是系統(tǒng)效率，其效率具體體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：首先是在相同降雨量的情況下，由于不同的水庫(kù)集雨面積不同，通過(guò)聯(lián)調(diào)可以調(diào)劑降雨的徑流量，將集雨面積大的水庫(kù)徑流調(diào)劑到集雨面積小的水庫(kù)。其次是由于不同的水庫(kù)對(duì)應(yīng)不同的水廠，由于地理位置或經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不同等造成的原因，存在大水庫(kù)對(duì)應(yīng)小水廠，小水庫(kù)對(duì)應(yīng)大水廠的不協(xié)調(diào)情況，這種情況可以通過(guò)聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)解決。再次是降低供水企業(yè)存在的風(fēng)險(xiǎn)。網(wǎng)絡(luò)供水可以在不同地區(qū)之間調(diào)劑供水量，減少由于需水量波動(dòng)幅度大帶給水廠的風(fēng)險(xiǎn)，特別是當(dāng)某些產(chǎn)業(yè)整體興衰帶來(lái)的需水量波動(dòng)大引起的風(fēng)險(xiǎn)。

三是聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)可以在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)提高供水保證率。特別是發(fā)生污染等應(yīng)急事件時(shí)凸顯生態(tài)效益，聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)可以保證區(qū)域內(nèi)河道一定的生態(tài)流量和環(huán)境水量。

2.3引入水權(quán)交易建立市場(chǎng)激勵(lì)機(jī)制

水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)的主體是政府部門(mén)，政府在獲取一定信息的條件下對(duì)水庫(kù)進(jìn)行計(jì)劃調(diào)度，但由于存在一定程度的信息滯后性和不對(duì)稱，需要建立一種激勵(lì)兼容的機(jī)制克服政府聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)中存在的這些缺陷。

水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源聯(lián)合調(diào)度，最終提高水資源配置效率，這僅僅具備了可能性。理論上講是可能的，但現(xiàn)實(shí)中由于降雨的不確定性、水資源供給的公共屬性等使這種預(yù)期效率的實(shí)現(xiàn)必須在解決體制機(jī)制問(wèn)題之上。從機(jī)制上看，必須建立水權(quán)交易市場(chǎng)，使各座水庫(kù)、用水戶具有內(nèi)在的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)，并做到水資源稀缺程度的信息公開(kāi)，盡可能降低獲取信息的成本；同時(shí)建立政府干預(yù)機(jī)制，在嚴(yán)重的干旱災(zāi)害發(fā)生時(shí)政府可以直接干預(yù)水庫(kù)之間的調(diào)水，從而可以打消水權(quán)交易中經(jīng)濟(jì)主體的各種后顧之憂。從體制上看，水庫(kù)單位、供水企業(yè)、灌溉企業(yè)要成為獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)利益主體，成為追求利益最大化的市場(chǎng)主體。獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)主體是水權(quán)交易實(shí)施的前提，也是水資源配置效率實(shí)現(xiàn)前提。

水資源配置效率來(lái)自于經(jīng)濟(jì)主體自利行為，是內(nèi)在激勵(lì)的結(jié)果。水庫(kù)中的水資源可以用于不同的目的，但歸納起來(lái)可以分為5種：即農(nóng)業(yè)用水、生活用水、工業(yè)用水、環(huán)境用水、生態(tài)用水。生活(工業(yè))用水進(jìn)管道，其余水要么存在河道中，要么通過(guò)河道輸送。由于邊際價(jià)值的差異，進(jìn)河道的水可能轉(zhuǎn)換進(jìn)入管道，這時(shí)意味著水資源利用方向和利益主體發(fā)生變化，從低價(jià)值用途轉(zhuǎn)向相對(duì)高價(jià)值用途。如果這種轉(zhuǎn)換伴隨著交易及其經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償,那么這是一種可持續(xù)發(fā)展行為，各經(jīng)濟(jì)主體對(duì)交易具有內(nèi)在的動(dòng)力，是一種激勵(lì)兼容。

3工程案例研究

永康市是浙江省的一個(gè)縣級(jí)市，寧波市是浙江省的一個(gè)地級(jí)市，研究這兩個(gè)區(qū)域的水資源配置具有典型性。前者水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)工程最早起步于90年代，當(dāng)時(shí)主要用于農(nóng)業(yè)灌溉，進(jìn)入新世紀(jì)后才從農(nóng)業(yè)用水改變?yōu)槌鞘泄┧欢笳呗?lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)工程是最近10年的事，最初目的就是解決城市供水。

3.1永康案例：聯(lián)網(wǎng)灌溉到聯(lián)網(wǎng)供水

永康是一個(gè)典型的丘陵地區(qū)，全縣沒(méi)有1座大型水庫(kù)，最大的楊溪水庫(kù)庫(kù)容僅5 316 m3。90年代以前水庫(kù)大都用于農(nóng)業(yè)灌溉，城區(qū)供水的水源來(lái)自河道，高低不平的土地對(duì)于灌溉來(lái)說(shuō)特別的困難。為了解決全縣農(nóng)業(yè)灌溉，該市利用楊溪水庫(kù)東西走向的 “華東飛渡”，把城市北面的4座水庫(kù)的下游灌溉水渠進(jìn)行溝通聯(lián)網(wǎng)，這4座水庫(kù)分別是洪塘坑水庫(kù)、太平水庫(kù)、上黃水庫(kù)、黃墳水庫(kù)，溝通聯(lián)網(wǎng)后楊溪水庫(kù)與這4座水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度灌溉，資源盡可能得到充分利用。

90年代后期，永康城區(qū)(含芝英街道，下同)供水的水源由河道水改用楊溪水庫(kù)，楊溪水庫(kù)成為城區(qū)供水的惟一水源；此后楊溪水庫(kù)在城區(qū)供水中一直發(fā)揮著重要作用。2013年實(shí)際向城區(qū)供水4 960萬(wàn)m3，已經(jīng)接近95%設(shè)計(jì)供水保證率5 000萬(wàn)m3。然而這幾年城區(qū)需水量每年還在以10%以上的速度增長(zhǎng)，因此依靠楊溪水庫(kù)作為惟一水源已凸現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，必須尋找城區(qū)供水新水源。實(shí)施北部水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)工程，通過(guò)渡槽、渠道把城市北部的5座水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)(見(jiàn)圖1)，形成了城區(qū)水廠的第二水源(見(jiàn)表1)。

表1　永康水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)工程中涉及的有關(guān)水庫(kù)

注：南山水廠規(guī)模中含芝英2萬(wàn)t/d，黃墳水庫(kù)擴(kuò)建后集雨面積變?yōu)?9.93+9.85 km2，正常庫(kù)容827萬(wàn)m3，正常水位180 m。

北部水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)工程由下列工程組成：一是新建棠溪山塘，新增集雨面積16.9 km2，庫(kù)容9萬(wàn)多 m3。續(xù)建四大坑水庫(kù)，庫(kù)容從34.8萬(wàn)m3擴(kuò)大到90多萬(wàn)m3。擴(kuò)建黃墳水庫(kù)，庫(kù)容從520萬(wàn)m3擴(kuò)大到979萬(wàn)m3，共可增庫(kù)容500多萬(wàn) m3。二是建棠溪山塘引水工程，將水引到四大坑水庫(kù)，總共可增加引水面積20多km2。三是將北部的太平、洪塘坑、四大坑、三渡溪、黃墳等5座水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)，建設(shè)隧洞7 km多，引水管道40多km，作為城區(qū)供水的第二水源，年可向城區(qū)供水3 000萬(wàn)m3，解決永康城區(qū)目前楊溪水庫(kù)單水源供水、水量不足、供水保證率低的問(wèn)題。據(jù)初步估算聯(lián)網(wǎng)工程總投資需8.2億元。

從表1中可以看出，除太平水庫(kù)外，北部水庫(kù)聯(lián)通工程中的其他4座水庫(kù)均為小型水庫(kù)。該工程實(shí)施后，通過(guò)這5座中小水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，預(yù)計(jì)每年可給城區(qū)增加優(yōu)質(zhì)原水供水能力3 000萬(wàn)m3左右，相當(dāng)于新建1座中型水庫(kù)，基本上可以解決近期缺水問(wèn)題。遠(yuǎn)期發(fā)展需水量擬通過(guò)甌江好溪流域的潛明水庫(kù)引水工程、永康市磐安引水隧洞工程等跨流域引進(jìn)潛明水庫(kù)和虬里水庫(kù)的水解決，需要建立3個(gè)縣市之間水權(quán)交易及經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償機(jī)制。

圖1永康水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)示意

3.2寧波案例：聯(lián)網(wǎng)供水到聯(lián)調(diào)聯(lián)供

該案例主要是解決城市供水原水問(wèn)題。根據(jù)寧波市預(yù)測(cè)，到2020年后全市每年需水量將達(dá)到并超過(guò)30億m3，中心城區(qū)優(yōu)質(zhì)需水量將達(dá)到6.28億m3(目前現(xiàn)有水庫(kù)包括白溪、周公宅、橫山、亭下、皎口、橫溪、三溪浦等水庫(kù)可向中心城區(qū)供優(yōu)質(zhì)原水5.7億m3)。屆時(shí)寧波境內(nèi)水庫(kù)將不能滿足水資源供需缺口，而境內(nèi)也找不到可以建設(shè)大型水庫(kù)的地方。目前寧波市已經(jīng)建成大型水庫(kù)6座、中型水庫(kù)26座、小型水庫(kù)379座，這些水源工程分散在全市各地，但分布不均衡，致使某些地方水豐，某些地方水枯。2005年寧波市決定成立原水公司專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)城市供水水源的開(kāi)發(fā)和管理。公司成立后，相繼實(shí)施了跨流域、跨地區(qū)的欽寸水庫(kù)引水工程、西線聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)工程等。

圖2寧波水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)示意

聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)工程實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了包括欽寸水庫(kù)在內(nèi)的11座水庫(kù)水資源的統(tǒng)一配置。根據(jù)水庫(kù)分布情況，寧波市將水庫(kù)規(guī)劃成東線和西線兩大片分別聯(lián)網(wǎng)，然后實(shí)施東西線連通工程，把東線片和西線片連接起來(lái)進(jìn)行整體調(diào)度。東線水庫(kù)包括白溪水庫(kù)、橫山水庫(kù)、橫溪水庫(kù)、三溪浦水庫(kù)、東錢(qián)湖水庫(kù)等(見(jiàn)表2)，這些水庫(kù)成功聯(lián)網(wǎng)；西線水庫(kù)包括亭下水庫(kù)、周公宅水庫(kù)、皎口水庫(kù)、溪下水庫(kù)、在建的欽寸水庫(kù)和遠(yuǎn)期的許江岸水庫(kù)(見(jiàn)表3)；西線聯(lián)網(wǎng)工程由欽寸水庫(kù)亭下至寧波引水工程、溪下水庫(kù)引水工程、皎口水庫(kù)至溪下水庫(kù)連通工程以及東西線(嶺腳至蕭鎮(zhèn)段)連通工程4部分組成(見(jiàn)圖2)。東西線聯(lián)通工程實(shí)施后，東西兩線的水庫(kù)全部聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)11座水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度。

表2　寧波東線聯(lián)網(wǎng)水庫(kù)基本情況

表3　寧波西線聯(lián)網(wǎng)水庫(kù)基本情況

注：桃源水廠2017年建成，設(shè)計(jì)供水能力50萬(wàn)t/d，主要供杭州灣新區(qū)；亭下水庫(kù)在保障奉化及下游需水基礎(chǔ)上，加入聯(lián)調(diào)聯(lián)供。

聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)工程全部建成后，原來(lái)各水廠由相應(yīng)的水庫(kù)分別負(fù)責(zé)原水供應(yīng)的格局被打破，形成了網(wǎng)絡(luò)供水的新格局。如原來(lái)皎口水庫(kù)、周公宅水庫(kù)供水毛家坪水廠，欽寸水庫(kù)、亭下水庫(kù)供水桃源水廠，白溪水庫(kù)、橫山水庫(kù)供水北侖水廠、江東水廠、東錢(qián)湖水廠，這些水廠在聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)工程實(shí)施后由水庫(kù)群形成的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合供水。

3.3案例評(píng)價(jià)

這2個(gè)案例由于聯(lián)網(wǎng)時(shí)間、區(qū)域規(guī)模、服務(wù)對(duì)象的差異，我們可以從中發(fā)現(xiàn)水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)在不同的階段、不同的區(qū)域顯現(xiàn)不同的效率。永康案例的特點(diǎn)：一是通過(guò)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，水資源從農(nóng)業(yè)用水調(diào)整為城區(qū)用水；二是水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)將幾座小型水庫(kù)的水資源集約、高效利用，中小水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)解決了城區(qū)的第二水源；三是未來(lái)水資源進(jìn)一步增加供給需要通過(guò)外部引水、水權(quán)交易形成激勵(lì)機(jī)制解決。寧波案例的特點(diǎn)：一是幾座大中型水庫(kù)通過(guò)聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)形成網(wǎng)絡(luò)供水，提高了供水保證率；二是通過(guò)防汛期洪水資源化利用，每年增加了約3 700萬(wàn)m3水資源供給；三是實(shí)現(xiàn)了分質(zhì)供水，聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)水庫(kù)解決生活用水和環(huán)境用水，工業(yè)用水由其他水庫(kù)負(fù)責(zé)解決。

4結(jié)語(yǔ)

區(qū)域水庫(kù)群聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)了水資源配置效率的提升，這其中既利用了政府的行政指令，又借助了有效的市場(chǎng)機(jī)制，再次印證了市場(chǎng)與政府在水資源配置中的重要作用。區(qū)域內(nèi)水庫(kù)之間的水權(quán)交易可以實(shí)現(xiàn)激勵(lì)兼容，從更大的范圍看，區(qū)域從外部引水也可以借用水權(quán)交易和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，同樣能有效處理不同利益主體之間的利益分配問(wèn)題，降低交易費(fèi)用，從而提高資源配置效率。因此，無(wú)論區(qū)域內(nèi)水資源整合還是區(qū)域外引水參與聯(lián)合調(diào)度，制度保證下的產(chǎn)權(quán)交易和合作博弈顯得十分重要。

■

責(zé)任編輯吳昊

收稿日期：2016-02-15

基金項(xiàng)目：浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于激勵(lì)相容理論的區(qū)域水資源配置模型研究”(LY14G030023)。

作者簡(jiǎn)介：葉舟(1964-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水資源、水能資源配置等方面的研究工作。E_mail:3043109291@qq.com