天津市海水淡化需求預(yù)測及其經(jīng)濟價值測算

李　磊,鄒川玲,張　晗,劉淑靜

(國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所,天津　300192)

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天津市海水淡化需求預(yù)測及其經(jīng)濟價值測算

李磊,鄒川玲,張晗,劉淑靜

(國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所,天津300192)

摘要：對天津市用水需求和供水能力進行分析估算。結(jié)果表明：為填補水資源供需缺口,預(yù)計到2020年,全市對海水淡化水的需求量約為3億m3,海水淡化工程規(guī)模將達到80萬t/d。根據(jù)海水淡化水用途,運用比例分攤、生產(chǎn)函數(shù)等計算方法,量化測算得海水淡化水用于居民生活、工業(yè)生產(chǎn)和濃海水綜合利用的經(jīng)濟價值分別為39.75元/m3、96.8元/m3和2.7億元/a。研究成果旨在為充分認識海水淡化水的經(jīng)濟效用和價值,科學(xué)決策海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：海水淡化;經(jīng)濟價值;需求預(yù)測;天津市

天津是我國北方典型的缺水城市,由于人均水資源量極低、降水時空分布不均、上游來水量銳減以及水體污染加劇等諸多因素,使水資源短缺問題長期困擾和制約著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展。南水北調(diào)工程建成通水后,一定程度上緩解了中心城區(qū)的用水壓力,但從長遠考慮,天津市仍需構(gòu)建自給自足、供水穩(wěn)定、水資源可持續(xù)利用的多水源供水體系。海水淡化是水資源開源增量的有效途徑[1],也是天津市重要的補充和優(yōu)勢水源。在海水淡化推廣應(yīng)用過程中,海水淡化產(chǎn)水成本問題備受關(guān)注,卻忽略了海水淡化水供給生活、生產(chǎn)用水產(chǎn)生的經(jīng)濟效用和社會價值。本文借鑒水資源價值計算方法,對海水淡化水經(jīng)濟價值進行測算分析,通過對海水淡化水價值的充分認識,加強非常規(guī)水源的利用和配置,對于打造海綿城市、實現(xiàn)資源的合理開發(fā)利用具有重要意義。

1天津市水資源現(xiàn)狀分析

天津市多年平均水資源量為15.69億m3,人均水資源占有量僅為160 m3,屬于極度缺水地區(qū);地表水資源開發(fā)利用率高達70%,用水緊張狀況由來已久。由于本地水源不足,天津市長期以來依賴引灤、引黃等外調(diào)水源,這些水源占市區(qū)供水量的90%以上;再生水和海水淡化等非常規(guī)水源開發(fā)利用有限,主要用于城市雜用水、農(nóng)業(yè)灌溉和補充部分沿海地區(qū)生產(chǎn)、生活用水等。2014年底南水北調(diào)工程建成通水后,為天津市新增供水約8.6億m3,中心城區(qū)實現(xiàn)了引灤、引江的雙水源配置,保障了一定時期的用水需求。

作為我國最早引進海水淡化工程的地區(qū)[2],經(jīng)過多年發(fā)展,截至2013年底,天津市已建成海水淡化工程規(guī)模約31.7萬t/d,位列全國首位[3]。然而海水淡化水實際使用量卻相對較少,2013年為3 142萬m3,其中北疆電廠供水957萬m3,包括456萬m3電廠自用水,供給開發(fā)區(qū)泰達水廠343萬m3以及漢沽龍達水廠158萬m3;大港新泉海水淡化工程專為解決百萬噸乙烯項目用水問題,通過專用輸水管道全年供水2 077萬m3;大港電廠年供水量108萬m3,主要用于自身鍋爐用水和部分罐裝純凈水銷售。天津市主要海水淡化工程及其年供水量如表1所示。

表1　2013年天津市主要海水淡化工程年供水量及產(chǎn)能

2天津市用水及海水淡化需求預(yù)測

現(xiàn)狀條件下,以引灤、引江等外調(diào)水源為主的供水體系基本滿足了天津市今后一段時期的用水需求。但隨著海上絲綢之路的建設(shè),沿海城市的擴大開放和加速發(fā)展,未來天津市需水量還將快速增長。根據(jù)水資源不同用途,結(jié)合天津市國民經(jīng)濟發(fā)展指標和用水狀況,從生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境三方面預(yù)測2020年全市用水需求,并通過對供水能力的分析,預(yù)測海水淡化水作為補充水源的需求量。

2.1用水需求量預(yù)測

2.1.1社會經(jīng)濟指標

根據(jù)《天津市城市總體規(guī)劃》和人口、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等專項規(guī)劃,到2020年,全市常住人口預(yù)計將達到1 350萬人,其中城鎮(zhèn)人口1 210萬人,城鎮(zhèn)化水平達90%;農(nóng)業(yè)灌溉方面,耕地保有量不低于43.7萬hm2,有效灌溉面積約為37.5萬hm2;工業(yè)生產(chǎn)方面,工業(yè)生產(chǎn)總值預(yù)計將突破60 000億元,工業(yè)增加值達到16 000億元,年均增長速度在14%以上。

2.1.2用水定額

隨著節(jié)水工程的實施和管網(wǎng)設(shè)施的不斷完善,生活和工業(yè)用水定額逐漸降低。預(yù)計到2020年,城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民綜合生活用水定額分別約為243 L/(人·d)和105 L/(人·d);灌溉用水有效系數(shù)將提高至0.8[4-5],75%保證率條件下平均灌溉用水量約為3 075 m3/hm2;工業(yè)用水重復(fù)利用率保持在93%以上,萬元工業(yè)增加值取水量預(yù)計下降至11 m3左右[6]。

2.1.3用水需求

以社會經(jīng)濟指標和用水定額為變量,采用需水定額法、彈性系數(shù)法等對天津市居民生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境用水量分別進行預(yù)測計算,并考慮供水普及率、管網(wǎng)設(shè)施和相關(guān)政策實施等情況,計算得2020年平水年(50%保證率)條件下,全市居民生活、農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)需水量分別為6.32億m3、12.64億m3和10.48億m3,需水總量約為40.9億m3。

2.2供水能力分析

天津市地表水及入境水多年平均徑流量為27.68億m3,保證率為50%、75%和95%條件下產(chǎn)水量分別為24.43億m3、15.35億m3和6.81億m3。由于產(chǎn)水區(qū)下墊面變化、上游取用水和調(diào)蓄能力的增加,地表水可供水量逐漸減少。預(yù)計到2020年,天津市50%、75%和95%條件下地表水可供水量分別為9.63億m3、7.24億m3和2.30億m3[7];全市地下水可開采資源量7.34億m3,其中礦化度小于2 g/L的淺層淡水4.50億m3,根據(jù)《天津市地下水壓采方案》和管理要求,地下水可供水量不超過3.4億m3;對于外調(diào)水源,南水北調(diào)中線工程計劃分配水量約8.6億m3,南水北調(diào)中線、引灤工程組合供水后,50%、75%和95%條件下可分別提供15.23億m3、14.83億m3和13.14億m3的可用淡水[7]。另外,再生水等非常規(guī)水源的開發(fā)利用力度逐漸加大,可增加供水量約9.7億m3。綜上所述,2020年天津市各水源可供水總量約37.96億m3。

2.3海水淡化需求預(yù)測

在抑制需求和進一步挖掘本地水源潛力、增加外調(diào)水源、提高供水能力的前提下,2020年天津市若為平水年份(50%保證率)仍存在近3億m3的水資源供需缺口無法解決,若遇枯水年份供需缺口將更大,淡化水作為補充水源的供水需求已十分迫切。海水淡化供水不受地域、氣候限制,是水資源開源增量的有效途徑。通過提高海水淡化工程規(guī)模、擴大淡化水利用范圍,可在不改變現(xiàn)有供水格局的前提下,滿足新增用水需求。未來天津市將擴建北疆電廠二期工程和南港工業(yè)區(qū)“海水淡化與工業(yè)制鹽一體化”項目,新增海水淡化工程規(guī)模約50萬t/d,按照80%產(chǎn)能計算,工程建成后可為天津市新增供水2.3億m3/a,加上海水直接利用對淡水的有效替代,可有效填補水資源供需缺口,滿足全市生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水需求,實現(xiàn)水資源合理配置和可持續(xù)利用。

3海水淡化經(jīng)濟價值測算

海水淡化水屬再生型水資源,具有與水資源相同的自然、社會、環(huán)境屬性和經(jīng)濟價值,具體表現(xiàn)為:作為市政供水的補充水源,滿足居民生活用水需求;為工業(yè)提供高品質(zhì)生產(chǎn)用水,避免因缺水導(dǎo)致的產(chǎn)量減少等問題,提高工業(yè)產(chǎn)值;對海水淡化后的副產(chǎn)品濃海水進行綜合利用,可以獲得高純度、高附加值的化工產(chǎn)品,促進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。

3.1補充生活用水經(jīng)濟價值

從市場角度而言,海水淡化水補充生活用水的經(jīng)濟價值可以通過等值替代的民用自來水價格來反映,即用替代水量和現(xiàn)行自來水水價進行核算。但由于水價是市場經(jīng)濟條件下將水作為一種商品而制定的買賣關(guān)系中的度量衡,無法完全反應(yīng)水資源的稀缺性和資源價值。為充分體現(xiàn)生活用水的實際價值而非價格,選取目前水資源價值計算中較常用的比例分攤法,通過計算水資源在勞動力恢復(fù)所需的各類生活資料中的貢獻率,獲得淡化水供給生活用水的經(jīng)濟價值。具體計算方法如下:

(1)

式中:V為生活用水經(jīng)濟價值,元/m3;I為城鄉(xiāng)居民可支配收入,元;w為人均年用水量,m3;E和ε分別為恩格爾系數(shù)和水對勞動力恢復(fù)的貢獻率。

現(xiàn)狀年(2013年),天津市城市人均可支配收入為32 658元。隨著經(jīng)濟的發(fā)展、生活水平的不斷提高,預(yù)計到2020年,人均可支配收入將達到近80 000元;用水量方面,根據(jù)近10年天津市用水量變化趨勢可見,隨著居民節(jié)水意識和用水效率的不斷提高,人均綜合用水量呈下降趨勢,預(yù)計到2020年人均年用水量將從現(xiàn)狀的161 m3下降至110 m3。E是評價貧富國家生活水平的重要標準之一。根據(jù)天津市經(jīng)濟發(fā)展水平和居民消費結(jié)構(gòu), 2013年和2020年E分別取為36.6%和30%。對于ε,相關(guān)研究成果較少,目前僅限于定性研究,通常直接采用0.3的定性分析數(shù)值[8]。

根據(jù)上述參數(shù)計算,現(xiàn)狀年和2020年,海水淡化水補充生活用水的經(jīng)濟價值分別為22.27元/m3和65.45元/m3,相當于目前天津市居民自來水水價的4.5倍。而居民水費支出僅占家庭可支配收入的2.42%,低于3%～5%的標準比例,這也反映出目前水價未充分體現(xiàn)水資源價值的管理現(xiàn)狀。

3.2供給工業(yè)用水經(jīng)濟價值

從價值角度而言,工業(yè)生產(chǎn)過程實質(zhì)是從生產(chǎn)要素的投入到產(chǎn)品產(chǎn)出的過程。工業(yè)用水作為生產(chǎn)要素之一,其經(jīng)濟價值也應(yīng)通過產(chǎn)出的產(chǎn)品價值來體現(xiàn)。工業(yè)用水量與所能產(chǎn)生的產(chǎn)值之間的關(guān)系可以用生產(chǎn)函數(shù)表示。運用經(jīng)濟學(xué)中經(jīng)典的柯布-道格拉斯(Cobb-Douglas)生產(chǎn)函數(shù)公式,建立以資金、勞動力和水資源為投入要素的函數(shù)關(guān)系,計算得工業(yè)用水的經(jīng)濟價值如下[9]:

(2)

(3)

式中:P為產(chǎn)出產(chǎn)值,億元;K為資金投入量,億元;L為勞動力投入量,萬人;W為水資源投入量,億m3;α,β,τ分別為資金、勞動力、水資源投入的產(chǎn)出彈性,反映資金和勞動力投入變化后引起產(chǎn)出的變化程度;A為效率系數(shù);τ′為工業(yè)用水彈性系數(shù)。

公式中天津地區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值、固定資產(chǎn)投資、從業(yè)人數(shù)和工業(yè)用水量等參數(shù),由2003—2013年《天津市統(tǒng)計年鑒》和《天津市水資源公報》中獲得。將固定資產(chǎn)投資、從業(yè)人數(shù)、用水量作為自變量,工業(yè)總產(chǎn)值作為因變量,利用EVIEWS軟件經(jīng)回歸分析擬合生產(chǎn)函數(shù),獲得參數(shù)A,α,β,τ數(shù)值分別為0.029 9、0.392 1、1.507 9和0.237 2,相關(guān)系數(shù)R=97.52%,擬合結(jié)果優(yōu)度較高。通過生產(chǎn)函數(shù)計算得到τ′為0.11,即1%的工業(yè)用水可以獲得0.11%的工業(yè)產(chǎn)值。以2013年工業(yè)產(chǎn)值和用水量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),折合工業(yè)用水的經(jīng)濟價值約為96.8元/m3。

3.3濃海水綜合利用經(jīng)濟價值

濃海水綜合利用是指利用海水淡化副產(chǎn)品——濃海水提取各種化學(xué)元素及對其進行深加工等利用方式。利用濃海水化學(xué)物質(zhì)濃度高的特性,不僅可以提高鹽化工企業(yè)的生產(chǎn)效率,同時解決了濃海水排海可能產(chǎn)生的環(huán)境問題,實現(xiàn)了資源、能源的梯級利用和零排放。

天津北疆電廠海水淡化項目每年向廠區(qū)附近的長蘆漢沽鹽場排入濃海水5 300萬t,可產(chǎn)鹽約100萬t,釋放22 km2的鹽田土地。按照目前天津市原鹽270元/t的市場價格計算,濃海水僅制鹽一項產(chǎn)品的年收益就將達到2.7億元。預(yù)計到2020年,海水淡化工程擴建后產(chǎn)鹽量將翻一番,濃海水綜合利用的經(jīng)濟價值也將超過5億元。

4結(jié)語

海水淡化是天津市重要的補充和優(yōu)勢水源,也是水資源開源增量的有效途徑。2020年,隨著人口增長、經(jīng)濟發(fā)展對水資源需求量的不斷增加,天津市近3億m3的水資源供需缺口需要海水淡化水開源補充。海水淡化水為居民生活、工業(yè)生產(chǎn)供水產(chǎn)生的經(jīng)濟價值分別為65.45元/m3和96.80元/m3,另外通過濃海水綜合利用還將額外獲得5億元收益。以2013年為例,海水淡化水為居民生活和工業(yè)生產(chǎn)供水量分別為0.050 1億m3和0.264 1億m3。依據(jù)本文方法測算,全年海水淡化供水產(chǎn)生的經(jīng)濟價值總量約為29.38億元。在天津市城市和經(jīng)濟發(fā)展進程中,海水淡化不僅發(fā)揮了重要的基礎(chǔ)資源保障作用,還具有可觀的經(jīng)濟價值。

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基金項目：中央級公益性科研院所基本科研專項基金(K-JBYWF-2013-G13)

作者簡介：李磊(1985—),女,遼寧鐵嶺人,工程師,碩士,主要從事海水利用發(fā)展戰(zhàn)略研究。E-mail: hhlilei2304@sina.com

DOI：10.3880/j.issn.1003-9511.2016.03.015

中圖分類號：TV213.4

文獻標識碼：A

文章編號：1003-9511(2016)03-0066-03

(收稿日期：2015-10-13編輯：胡新宇)