水源工程配套供水工程規(guī)模論證及經(jīng)濟分析

李 彬

(中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司， 天津 300222)

水源工程的建設(shè)周期一般較長，在工程建設(shè)期或建成后，其工程任務(wù)常隨著國家及地方經(jīng)濟發(fā)展需求的變化而調(diào)整，這就導(dǎo)致供需關(guān)系不匹配的問題時有發(fā)生，該問題需要在配套供水工程設(shè)計階段予以解決。因此，筆者以某水庫配套供水工程為例，對工程規(guī)模論證工作進行梳理，分析、研究工程經(jīng)濟性，同時討論工程設(shè)計、財務(wù)分析及運維管理需要注意的事項，以期為此類工程的設(shè)計及運維管理提供參考與借鑒。

1 工程概況

某水庫位于渾源縣以東渾河上游，壩址距縣城約5km，壩址以上控制流域面積186km2，水庫總庫容378萬m3、興利庫容160萬m3。水庫設(shè)計水平年為2020年，工程任務(wù)為城鎮(zhèn)供水、工業(yè)園區(qū)供水、農(nóng)業(yè)灌溉供水，兼顧防洪。水庫年供水量：農(nóng)業(yè)灌溉(P=50%)供水量670萬m3，城鎮(zhèn)及工業(yè)(P=95%)供水量460萬m3，其中縣城地下水水廠供水量283萬m3、工業(yè)園區(qū)供水量177萬m3。[1]

由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整工業(yè)園區(qū)需水量降低，導(dǎo)致水庫原工業(yè)供水指標(biāo)過剩，為此配套供水工程在水庫原城鎮(zhèn)及工業(yè)供水任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加農(nóng)村供水任務(wù)。本工程的設(shè)計水平年為2022年，設(shè)計保證率為95%。本工程的工程布置情況如圖1所示。

圖1 配套供水工程布置示意

2 需水預(yù)測及供需平衡分析

2.1 城鎮(zhèn)及工業(yè)需水預(yù)測

根據(jù)水庫初步設(shè)計報告，2020年渾源縣縣城缺水量為283萬m3(包含縣城水廠自用水量、水庫輸水損失水量)，由于本工程設(shè)計水平年與水庫設(shè)計水平年僅差2a，時間間隔很短，因此2022年本工程向縣城水廠供水量取283萬m3，考慮新建凈水廠自用水量及配水損失水量、水庫輸水損失水量后，需水庫年供水量300.3萬m3。

由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，原規(guī)劃建材工業(yè)園改建產(chǎn)業(yè)園，目前建設(shè)項目主要為垃圾焚燒電廠等產(chǎn)業(yè)，經(jīng)調(diào)研、分析，2022年產(chǎn)業(yè)園年需水量73.0萬m3(水質(zhì)要求較低，水庫原水即可)，考慮水庫輸水損失水量后，需水庫年供水量73.4萬m3。

2.2 農(nóng)村需水預(yù)測

2.2.1人口預(yù)測及用水定額

本工程供水區(qū)共有許村、武村、東辛莊、豐臺鋪、張莊和王千莊6個村莊，2017年6個村的人口總量為20550人。2022年許村、武村、東辛莊和王千莊的人口總量采用“人口增長率法”預(yù)測，其中人口年均增長率取5.0‰、人口機械增長率取0，經(jīng)測算，2022年4個村的人口總量為10506人；由于東辛莊、張莊2個村涉及異地人口遷入，因此按村莊的規(guī)劃人口總量控制，2022年2個村的人口規(guī)模分別為12000、10000人。最終確定2022年本工程供水區(qū)農(nóng)村人口總量為32506人。

根據(jù)SL 310—2019《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》，并考慮當(dāng)?shù)剞r(nóng)村居民的用水條件、用水習(xí)慣和生活水平等因素，確定本工程供水區(qū)農(nóng)村最高日居民生活用水定額為77 L/(人·d)(含居民散養(yǎng)畜禽用水量、散用汽車和拖拉機用水量等)[2]。

2.2.2需水量計算

根據(jù)本工程供水區(qū)農(nóng)村人口總量和最高日居民生活用水定額，確定本工程供水區(qū)農(nóng)村最高日居民生活用水量W1；根據(jù)規(guī)范[2]并結(jié)合當(dāng)?shù)卮迩f的實際用水情況，確定其余用水項的用水量：公共建筑用水量W2取W1的5%、集體或?qū)I(yè)戶飼養(yǎng)畜禽用水量W3取0、工業(yè)用水量W4取0、澆灑道路和綠地用水量W5取0、管網(wǎng)漏失和未預(yù)見水量W6取(W1+W2+W3+W4+W5)的10%，消防用水量應(yīng)滿足規(guī)范要求[3，12]，本次消防用水量不單列；最終確定本工程供水區(qū)農(nóng)村最高日用水量W日最為2890.9m3/d，各項用水量成果見表1。日變化系數(shù)取1.3，全年365日供水，確定2022年本工程供水區(qū)農(nóng)村年用水量W年為81.2萬m3，考慮新建凈水廠自用水量和水庫輸水損失水量后，需水庫年供水量85.9萬m3。

表1 本工程供水區(qū)農(nóng)村用水量成果 單位：m3/d

2.3 水資源供需平衡分析

根據(jù)前述成果，本工程供水對象對水庫年供水需求量為459.5萬m3，小于水庫原城鎮(zhèn)及工業(yè)供水任務(wù)的年供水量460萬m3。因此，水庫原城鎮(zhèn)及工業(yè)供水量滿足本工程供水對象對水庫供水總量的要求。

本工程供水對象的最高日用水量需求由水庫興利庫容160萬m3來滿足；最高日的最高時用水量需求由新建凈水廠清水池調(diào)節(jié)容積(1300m3)、縣城水廠清水池調(diào)節(jié)容積(4000m3)，以及農(nóng)村生活蓄水池和水塔調(diào)節(jié)容積(4個村共650m3)共同來滿足。

3 工程規(guī)模

3.1 新建凈水廠規(guī)模

新建凈水廠負(fù)責(zé)向縣城水廠和本工程供水區(qū)的農(nóng)村供水，其年供水量為365.0萬m3(含配水損失水量)，其中縣城水廠供水量283.9萬m3、農(nóng)村供水量81.2萬m3。新建凈水廠全年365d供水，日均供水量1.0萬m3，日變化系數(shù)取1.3，最終確定新建凈水廠設(shè)計處理規(guī)模為1.3萬m3/d。

3.2 管道流量規(guī)模

3.2.1水庫原水輸水流量

產(chǎn)業(yè)園對水庫年供水需求量73.4萬m3，全年365d均勻供水，水庫供產(chǎn)業(yè)園管道的輸水流量為83.752m3/h；新建凈水廠設(shè)計處理規(guī)模1.3萬m3/d，考慮新建凈水廠的自用水量(5%)和水庫至新建凈水廠的輸水損失水量(0.5%)后，水庫供水需求流量為573.072m3/h。因此，本工程水庫輸水需求流量為656.824m3/h。

3.2.2新建凈水廠生產(chǎn)水配水流量

根據(jù)各村最高日用水量，時變化系數(shù)取2.0，計算得到的新建凈水廠供各村配水流量成果見表2；縣城水廠新建凈水廠年供水需求量283.9萬m3(含配水損失水量)，全年365d供水，日變化系數(shù)取1.3，時變化系數(shù)取2.0，計算得到的新建凈水廠供縣城水廠配水流量。在計算配水管道流量時，可以根據(jù)管道連接的供水對象有無調(diào)蓄設(shè)施及其設(shè)施規(guī)模，將供水對象的相應(yīng)配水流量累加便可得到管道流量。

表2 本工程輸配水流量成果匯總 單位：m3/h

4 經(jīng)濟評價

4.1 工程建設(shè)投資情況

本工程初步設(shè)計階段工程建設(shè)投資12482.8萬元，工程預(yù)計2020年開工，建設(shè)期2a，考慮運行期50a。工程運行費477.9萬元(新建凈水廠445.0萬元、輸水線路32.9萬元)，流動資金47.8萬元，更新改造費見表3。

表3 更新改造費用匯總

4.2 國民經(jīng)濟評價

在進行國民經(jīng)濟評價時，僅輸水線路的工程運行費考慮靜態(tài)投資扣除轉(zhuǎn)移支付(影子系數(shù)取0.9)，國民經(jīng)濟評價的工程運行費474.6萬元、流動資金47.5萬元。在計算供水效益時，因農(nóng)村供水量的管網(wǎng)漏失和未預(yù)見水量是整體計算，所以無法準(zhǔn)確獲得其未預(yù)見水量，且該部分水量較小(低于農(nóng)村供水量的10%)，因此未計入該部分水量的供水效益(下同)。各供水對象的影子水價參考相關(guān)文獻[4-7]確定：城鎮(zhèn)供水3.90元/m3、農(nóng)村供水2.40元/m3、工業(yè)供水5.40元/m3，據(jù)此得到國民經(jīng)濟供水效益1675.0萬元。經(jīng)測算，本工程的經(jīng)濟內(nèi)部收益率9.54%，大于社會折現(xiàn)率8%；經(jīng)濟效益費用比1.12，大于1；經(jīng)濟凈現(xiàn)值1843.9萬元，大于零。

4.3 財務(wù)評價

根據(jù)測算的工程微利水價(總投資收益率2%時，城鎮(zhèn)供水2.31元/m3、農(nóng)村供水3.80元/m3、工業(yè)供水0.58元/m3)，同時根據(jù)當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)居民、農(nóng)村居民的人均可支配收入情況，確定推薦水價方案為當(dāng)?shù)噩F(xiàn)行水價(不含污水處理費、水資源稅的水價)：城鎮(zhèn)供水2.25元/m3、農(nóng)村供水1.40元/m3、工業(yè)供水3.15元/m3。

原水水費取0元/m3、0.20元/m3，長期貸款利率取4.65%(相應(yīng)短期貸款利率3.85%)，折舊費采用年限平均法、年數(shù)總和法[8-9]，共組合4種方案進行財務(wù)指標(biāo)測算。對于此類建成投產(chǎn)即達產(chǎn)的工程，其財務(wù)分析需嚴(yán)格控制償債備付率大于1[10]，保證長期貸款償還期外無短期貸款債務(wù)，此時無短期貸款；流動資金不參與貸款，長期貸款償還期22a(寬限期2a)，貸款償還方式采用等額本息還款，考慮各種稅費后的財務(wù)指標(biāo)測算成果見表4。

表4 本工程財務(wù)指標(biāo)測算成果匯總

分析可知：本工程貸款償還能力受折舊費處理方式的影響明顯，按年數(shù)總和法處理折舊費其貸款償還能力相對較高；折舊費按年限平均法處理，同時支付原水水費0.20元/m3，本工程基本沒有貸款償還能力；減免原水水費后本工程具有一定貸款償還能力，但工程投資收益較差。

5 討論

5.1 需水預(yù)測討論

因為本工程的水源工程及其供水量均已確定，所以各供水對象的需水預(yù)測成果實質(zhì)是其用水量分配指標(biāo)，即分配的水權(quán)(水的優(yōu)先使用權(quán))，對于供水區(qū)的農(nóng)村需水預(yù)測成果尤其如此。在預(yù)測農(nóng)村需水量時，不必依據(jù)規(guī)范過分強調(diào)各用水項需水預(yù)測成果的精確性，主要是追求各村之間分配水量的協(xié)調(diào)性和合理性。因此，對于這種水源工程及其供水量均已確定的配套供水工程，在預(yù)測供水對象需水量時既要考慮充分利用水源工程的供水量，又要考慮各供水對象的水權(quán)分配問題。另外，此類工程各供水對象的需水預(yù)測成果主要是用于配水管網(wǎng)管徑的選擇，至于各供水對象實際用水量的不確定性，則由整個工程的調(diào)節(jié)能力來滿足，尤其是配水系統(tǒng)(凈水廠清水池—配水泵站—配水管網(wǎng)—末端調(diào)節(jié)設(shè)施，本工程無配水泵站為自重流供水)的調(diào)節(jié)能力。

5.2 工程規(guī)模討論

工程規(guī)模需要注意的事項主要是農(nóng)村配水管網(wǎng)的管徑選擇問題。對于城市配水管網(wǎng)，應(yīng)按最高日最高時供水量及設(shè)計水壓計算水力選擇管徑，并做3種設(shè)計工況校核(消防、最大轉(zhuǎn)輸、最不利管段發(fā)生故障)，同時負(fù)有消防給水任務(wù)管道的最小管徑應(yīng)符合消防給水對管道最小管徑的要求[3，11]；對于農(nóng)村配水管網(wǎng)，因其工程重要性較弱且規(guī)模較小，一般情況下管道負(fù)有消防給水任務(wù)，所以其管徑滿足消防給水(水量、水壓)要求及消防給水對管道最小管徑的要求即可[2，3，12]。

5.3 經(jīng)濟評價討論

對于此類建成投產(chǎn)即達產(chǎn)的工程，其財務(wù)分析需嚴(yán)格控制償債備付率大于1，此時無短期貸款。通過經(jīng)濟評價分析，本工程主要是具有國民經(jīng)濟效益，工程的投資收益較差，折舊費采用年數(shù)總和法處理可明顯提高工程的貸款償還能力及投資收益。在工程實際運行中，應(yīng)加強企業(yè)的運維管理水平來節(jié)省工程運行費及更新改造費，以達到運維管理出效益的目的。另外，由于本工程供水區(qū)現(xiàn)行水價農(nóng)村比城鎮(zhèn)低，城鄉(xiāng)供水一體化后農(nóng)村和城鎮(zhèn)的供水水質(zhì)相同，可以考慮農(nóng)村和城鎮(zhèn)供水同質(zhì)同價，增加工程收益；同時可采用減免企業(yè)稅費、政府財政補貼等方式來提高企業(yè)的運營能力，增加投資者對此類民生工程的投資意愿[13-16]。

6 結(jié)語

(1)對于這種水源工程及其供水量均已確定的配套供水工程，各供水對象的需水預(yù)測成果實質(zhì)是其用水量分配指標(biāo)，主要是用于配水管網(wǎng)管徑的選擇。一般情況下農(nóng)村配水管網(wǎng)的管道負(fù)有消防給水任務(wù)，其管徑滿足消防要求即可。

(2)此類工程主要是具有國民經(jīng)濟效益，工程的投資收益較差，折舊費采用年數(shù)總和法處理可明顯提高工程的貸款償還能力及投資收益。在企業(yè)加強自身運維管理水平的基礎(chǔ)上，可通過上調(diào)供水水價、減免企業(yè)稅費，以及政府財政補貼等方式提高企業(yè)運營能力，增加投資者對此類民生工程的投資意愿。

(3)本工程無配水泵站為自重流供水，對于有配水泵站的配套供水工程，需注意配水泵站的水泵機組選型問題，其對配水系統(tǒng)供水調(diào)節(jié)能力的影響有待于進一步研究。