基于梯級水庫擴容工程的增量水權分配研究

王曉淋，王 璠

(1.寧波市水利水電規(guī)劃設計研究院有限公司，浙江 寧波 315000；2.寧波弘泰水利信息科技有限公司，浙江 寧波 31500)

0 引言

為全面提升水安全保障能力，構建“安全保障超前化、資源利用高效化”的新時期水利發(fā)展格局，寧波市圍繞大型水庫開展了梯級水庫擴容工程、庫尾新建梯級水庫等工作，通過增加大型水庫的防洪庫容，來減少水庫下游城鎮(zhèn)的防洪壓力；同時，梯級水庫庫容的增加也將提高優(yōu)質水資源的供水能力。目前，大型水庫的優(yōu)質地表水資源是區(qū)域生活和工業(yè)用水的重要水源，特別是寧波屬于工程性缺水城市，隨著人們生活水平的不斷提高，圍繞水庫優(yōu)質水資源的分配矛盾越來越嚴重，不同行政區(qū)域之間的調水和爭水問題不斷出現(xiàn)。因此，需要科學合理地分配梯級水庫擴容工程所增加的優(yōu)質水資源量。

水權管理制度是市場經(jīng)濟條件下優(yōu)化配置水資源的重要途徑，是新時代水資源管理制度的重要組成部分[1]。水庫水權的優(yōu)化配置目標主要是保障優(yōu)質水資源的高效利用和公平分配，促進政府統(tǒng)一管理與市場經(jīng)濟調節(jié)有機結合，同時不斷提高水資源節(jié)約保護和開發(fā)利用水平[2]。因此，本文將針對梯級水庫擴容工程的增量水權進行優(yōu)化分配研究，以寧波市奉化區(qū)的橫山水庫和柏坑水庫為實例，基于梯級水庫擴容工程所增加的優(yōu)質水資源量，在綜合考慮自然、社會、經(jīng)濟等多方因素后建立梯級水庫增量水權的分配指標體系，并利用層次分析法進行水權分配計算，從而為梯級水庫擴容后的水資源調度管理提供科學依據(jù)，緩解優(yōu)質水資源供需矛盾，促進區(qū)域協(xié)調發(fā)展和水資源公平利用。

1 梯級水庫基本情況及供水要求

1.1 水庫基本情況

橫山水庫位于奉化區(qū)縣江上游，壩址以上總集雨面積150.8km2，現(xiàn)狀水庫總庫容1.108億m3、興利庫容0.743億m3，是一座以防洪、灌溉為主，結合供水、發(fā)電等綜合利用的大(2)型水利工程。柏坑水庫位于橫山水庫上游，壩址以上集雨面積54.2km2，現(xiàn)狀水庫總庫容755萬m3、興利庫容634萬m3，是一座以發(fā)電為主，結合灌溉、防洪等綜合利用的小(1)型水庫。

為了緩解柏坑水庫下游鎮(zhèn)區(qū)的防洪壓力，同時增加柏坑～橫山梯級水庫的供水能力，規(guī)劃對柏坑水庫進行擴容建設：采用現(xiàn)狀壩址拆除重建方案，新壩址布設于現(xiàn)狀壩址上游150m處，集雨面積54.2km2，總庫容3542萬m3、興利庫容2500萬m3，是一座以防洪、供水為主，結合生態(tài)、灌溉、發(fā)電等綜合利用的中型水庫。

1.2 水庫供水要求

柏坑水庫和橫山水庫是奉化區(qū)及寧波中心城區(qū)的重要供水水源，其中，上游柏坑水庫的供水對象主要為奉化區(qū)大堰鎮(zhèn)的大堰水廠以及柏坑水庫下游的農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水；下游橫山水庫的供水對象主要為奉化區(qū)的邱家山水廠、寧波中心城區(qū)的東錢湖水廠、以及橫山水庫下游的農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水。不同水平年下柏坑～橫山梯級水庫供水需求詳見表1，柏坑～橫山梯級水庫供水關系如圖1所示。

圖1 柏坑～橫山梯級水庫供水關系示意圖

表1 柏坑～橫山梯級水庫供水需求一覽表 單位：萬m3

2 梯級水庫擴容后的新增可供水量

2.1 梯級水庫可供水量計算方法

考慮到柏坑水庫和橫山水庫為綜合性的水庫工程，承擔著生活、農(nóng)業(yè)、生態(tài)等多項供水任務，且各個供水用戶的用水量及供水保證率不同，本次選取邏輯清晰、科學合理、實用簡明的改進長系列徑流調節(jié)計算方法[3-4]進行水庫的可供水量分析，從而明確柏坑水庫擴容前后，柏坑水庫和橫山水庫的可供水量增長變化情況。

長系列徑流調節(jié)計算方法主要通過水庫的蓄水調節(jié)能力，改變壩址以上集雨面積的天然徑流過程，蓄豐補枯，從而來增加枯水期的水庫可供水量。該計算方法的基本原理為水庫的水量平衡，計算公式為：

Vi+1=Vi+V來水-V損失-V用水

(1)

式中，Vi+1—水庫時段末庫容，萬m3；Vi—水庫時段初庫容，萬m3；W來水—水庫時段內(nèi)來水量，萬m3；W損失—水庫時段內(nèi)損失水量，萬m3；W用水—水庫時段內(nèi)的綜合用水，萬m3，包括城鎮(zhèn)綜合生活及工業(yè)供水量、農(nóng)業(yè)灌溉水量、生態(tài)下泄水量、發(fā)電下泄水量以及超過調蓄能力的棄水量。

改進的長系列徑流調節(jié)計算方法是在長系列徑流調節(jié)計算過程中考慮不同供水對象的調度線，當水庫水位低于該供水對象的調度線時，供水量進行折減；當水庫水位高于該供水對象的調度線時，供水量按需供給。通過供水調度線的調節(jié)，進一步協(xié)調各供水對象的供水保障程度，從而最大程度滿足各自供水保證率。供水量折減以供水對象滿足程度為前提，一般農(nóng)業(yè)灌溉的供水滿足程度為70%、生態(tài)環(huán)境的供水滿足程度為50%左右。

2.2 梯級水庫調度原則

柏坑水庫位于橫山水庫上游，其興利調度與橫山水庫供水能力密切相關，為滿足柏坑水庫及橫山水庫供水要求，按“本地優(yōu)先、統(tǒng)籌兼顧”的原則，擬定以下興利調度原則：

(1)柏坑水庫優(yōu)先保障本地大堰鎮(zhèn)的用水需求；柏坑和橫山水庫供水優(yōu)先保障城鎮(zhèn)用水，然后保障水庫下游農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水。

(2)柏坑水庫至橫山水庫的聯(lián)調原則：①橫山水庫優(yōu)先利用柏坑～橫山梯級水庫區(qū)間天然徑流。②當柏坑水庫水位高于發(fā)電死水位219m時，若橫山水庫庫容大于3000萬m3，為正常供水期，柏坑水庫按1.3m3/s引水發(fā)電；若橫山水庫庫容小于3000萬m3，柏坑水庫進一步加大流量向下游橫山水庫補水。③當柏坑水庫水位低于發(fā)電死水位219m時，停止向橫山水庫補水，同時，壩后電站停止引水發(fā)電。

2.3 梯級水庫新增可供水量

柏坑水庫壩址以上集雨范圍的多年平均徑流量為5770萬m3，柏坑～橫山梯級水庫區(qū)間集雨范圍的多年平均徑流量為10002萬m3，根據(jù)各用戶用水需求，進行柏坑～橫山梯級水庫長系列逐日聯(lián)調計算分析(1960—2020年)，得到柏坑水庫擴容前后，柏坑～橫山梯級水庫各供水對象的多年平均供水量見表2。

根據(jù)上表計算結果可知，由于柏坑水庫下游本地需水量相對較小，柏坑水庫擴容前后的多年平均供水量基本沒有變化；而隨著柏坑～橫山梯級水庫的徑流調節(jié)能力得到增強，橫山水庫各供水對象的多年平均供水量增加1088萬m3?？紤]到橫山水庫下游的農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水均位于奉化區(qū)范圍內(nèi)，對于增量水權的分配不存在疑義，而水廠供水則涉及到奉化區(qū)的邱家山水廠以及寧波中心城區(qū)的東錢湖水廠，對于增加的水廠供水量846萬m3需要合理分配水權，保障區(qū)域協(xié)調發(fā)展和水資源公平利用。

3 梯級水庫增量水權的分配計算

3.1 計算方法

針對增量水權的分配研究，需要滿足全面性、實用性、可比性、簡明性等要求，本次選用層次分析法(AHP)進行水權分配計算。首先梳理分析出增量水權分配的影響因素，再按照各個因素的類型及其相互關系將其分成目標層、準則層、指標層，然后構造判斷矩陣計算分配權重，最后根據(jù)實際情況對指標賦值，從而得到水權分配結果。

3.2 增量水權分配的影響因素分析

柏坑～橫山梯級水庫增量水權分配的總體目標為：按照注重公平與效率、尊重歷史與現(xiàn)狀、考慮整體與局部、結合定量與定性、把握科學與實際的原則[5]，對該梯級水庫擴容工程所新增水廠供水量的水權進行合理分配。本次研究確定影響增量水權分配的影響因素主要有：水源分布、工程建設、水廠需求、政策管理、城市發(fā)展、供水效率6個方面[6]，具體分析如下所示。

(1)水源分布：優(yōu)質水資源是重要的生產(chǎn)要素，在區(qū)域協(xié)調發(fā)展中具有重要作用，因此，本次增量水權分配需要充分考慮水源分布情況，即優(yōu)質水資源應當優(yōu)先滿足當?shù)胤罨瘏^(qū)的需水要求，然后再充分保障寧波市中心城區(qū)的用水安全。

(2)工程建設：柏坑水庫擴容工程建設由奉化區(qū)水利建設投資集團有限公司和寧波市水務環(huán)境集團有限公司共同組成，投資股比65∶35，為合理分配供水能力提高帶來的效益，增量水權分配需要參考投資股比，從而保障水庫建設各方投資主體的合法權益。本次研究選用投資股比作為工程建設的代表性指標。

(3)水廠需求：為充分保障城市生活和工業(yè)用水安全，增量水權分配需向供水缺口較大的水廠傾斜。本次研究選取配置規(guī)模和供水缺口作為水廠需求的代表性指標。

(4)政策管理：寧波中心城區(qū)作為寧波市經(jīng)濟、政治、文化中心，其發(fā)展定位高于奉化區(qū)，供水安全保障優(yōu)先程度略高，在水資源供給的政策管理上，需要向中心城區(qū)傾斜。

(5)城市發(fā)展：優(yōu)質水資源是城市發(fā)展的重要支撐，增量水權的分配需要考慮經(jīng)濟效益以及水資源使用效率。本次研究選取人均GDP、萬元GDP用水量作為城市發(fā)展的代表性指標。

(6)供水效率：按照“節(jié)水優(yōu)先”的新時期發(fā)展理念，水庫至水廠的供水分配需要充分考慮輸水漏損情況，盡可能減少水資源浪費。本次研究選取供水管網(wǎng)漏損和原水輸水距離作為供水效率的代表性指標。

3.3 指標體系構建

在影響因素和代表指標分析的基礎上，構建柏坑～橫山梯級水庫擴容工程的增量水權分配指標體系[7]，如圖2所示，目標層A為梯級水庫擴容工程的增量水權分配；要素層B則在影響因素分析的基礎上，總結為“尊重現(xiàn)實、注重公平、考慮整體、提高效益”4個綜合要素；指標層C為各影響因素的可量化代表指標；方案層D為增量水權分配對象，奉化區(qū)的邱家山水廠和寧波中心城區(qū)的東錢湖水廠。

圖2 梯級水庫擴容工程的增量水權分配指標體系

3.4 分配權重計算

3.4.1構造判斷矩陣

在現(xiàn)狀梳理以及專家分析的基礎上，構建梯級水庫擴容工程增量水權分配指標體系的判斷矩陣，具體見表3—7。

表3 準則層的判斷矩陣

表4 指標層B1的判斷矩陣

表5 指標層B2的判斷矩陣

表6 指標層B3的判斷矩陣

3.4.2分配指標權重計算

首先求解所構建判斷矩陣的最大特征值和對應特征向量，經(jīng)過歸一化處理后，即得層次單排序權重向量。通過計算，得到各分配指標權重見表8。

表8 分配指標權重計算結果

3.5 增量水權分配指標賦值及分配成果

3.5.1增量水權分配指標賦值

(1)C1水源分布

柏坑水庫和橫山水庫集雨范圍均位于奉化區(qū)境內(nèi)，從水源地域分布來看，奉化區(qū)的增量水權占比相對高，因此，以供水區(qū)域代表分配主體，本次研究擬定奉化區(qū)和寧波中心城區(qū)的分配指標值為0.7和0.3。

(2)C2投資股比

根據(jù)“寧波市奉化區(qū)柏坑水庫擴容工程合作建設框架協(xié)議書”，奉化區(qū)水利建設投資集團有限公司和寧波市水務環(huán)境集團有限公司投資股比65∶35，無量綱處理后，奉化區(qū)和寧波中心城區(qū)分配指標值為0.65和0.35。

(3)C3配置規(guī)模

東錢湖水廠主要供給寧波市中心城區(qū)，邱家山水廠供給奉化區(qū)，根據(jù)已有水資源綜合規(guī)劃，橫山水庫至邱家山水廠日最大配置規(guī)模為10萬m3/d，至東錢湖水廠日最大配置規(guī)模為20萬m3/d，即奉化區(qū)和寧波中心城區(qū)的分配指標值為0.33和0.67。

(4)C4供水缺口

梯級水庫擴容后的新增供水量主要用于彌補規(guī)劃水廠的供水缺口，根據(jù)供需平衡成果，95%保證率下規(guī)劃邱家山水廠供水缺口為510萬m3/a，東錢湖水廠供水缺口為1803萬m3/a，即奉化區(qū)和寧波中心城區(qū)的分配指標值為0.22和0.77。

(5)C5區(qū)域供水優(yōu)先程度

寧波中心城區(qū)作為寧波市經(jīng)濟、政治、文化中心，其發(fā)展定位高于奉化區(qū)，供水安全保障優(yōu)先程度略高，因此，即奉化區(qū)和寧波中心城區(qū)的分配指標值為0.4和0.6。

(6)C6人均GDP

水權分配需要適配居民生活水平[8]，人均GDP是衡量居民生活水平的一個標準，根據(jù)2022年統(tǒng)計公報成果，奉化區(qū)人均GDP為15.5萬元、寧波中心城區(qū)人均GDP為19.7萬元，無量綱處理后，奉化區(qū)和寧波中心城區(qū)分配指標值為0.44和0.56。

(7)C7萬元GDP用水量

萬元GDP用水量越低，區(qū)域節(jié)水水平和經(jīng)濟效益越好，則水權分配越多。根據(jù)2022年統(tǒng)計公報成果，奉化區(qū)萬元GDP用水量16.7m3，寧波中心城區(qū)萬元GDP用水量12.1m3，無量綱處理后，奉化區(qū)和寧波中心城區(qū)分配指標值為0.42和0.58。

(8)C8供水管網(wǎng)漏損

供水管網(wǎng)漏損越低，水資源利用率越高，節(jié)水效果越好，則水權分配越多。邱家山水廠的供水管網(wǎng)漏損率為12.5%，東錢湖水廠的供水管網(wǎng)漏損率為3.6%，無量綱處理后，奉化區(qū)和寧波中心城區(qū)分配指標值為0.22和0.78。

(9)C9原水輸水距離

原水輸水距離與漏損水量呈正比，水權分配宜傾向漏損水量小的一方，從而提高節(jié)水效果。邱家山水廠距離橫山水庫約10km，東錢湖水廠距離橫山水庫35km，無量綱處理后，奉化區(qū)和寧波中心城區(qū)分配指標值為0.78和0.22。

3.5.2增量水權分配成果

根據(jù)指標權重和指標賦值的計算成果，柏坑～橫山梯級水庫擴容后用于水廠供水的增量水權分配指標隸屬度為K奉化區(qū)=0.54；K寧波中心城區(qū)=0.46，見表9。針對梯級水庫擴容后的增量水權846萬m3，分配結果為：奉化區(qū)邱家山水廠的增量水權為457萬m3，寧波中心城區(qū)東錢湖水廠的增量水權為389萬m3。

表9 分配指標隸屬度計算結果

本次梯級水庫擴容工程的增量水權分配方案既考慮了水庫上下游、也考慮了現(xiàn)狀及未來的用水需求，充分體現(xiàn)了客觀、公平、高效的基本原則，成果取得了相關部門的認可，能夠有效調節(jié)了區(qū)域間的用水矛盾。

4 結語

隨著國家對水安全保障要求不斷提高，各地區(qū)將會更多地圍繞大型水庫新建梯級水庫或者對現(xiàn)有梯級水庫進行擴容，從而增強防洪能力和供水能力。水庫擴容后將新增優(yōu)質水資源，開展增量水權分配研究是規(guī)范新增優(yōu)質水資源在不同區(qū)域間有效分配的基礎，有利于促進新增優(yōu)質水資源的高效利用。

增量水權的分配過程是一個復雜的系統(tǒng)，需要統(tǒng)籌考慮多方面影響因素，并采用科學合理的分配方法進行計算。本次研究針對柏坑～橫山梯級水庫擴容后用于水廠供水的新增優(yōu)質水資源進行水權分配，按照“尊重現(xiàn)實、注重公平、考慮整體、提高效益”的原則，從“水源分布、工程建設、水廠需求、政策管理、城市發(fā)展、供水效率”方面選取了9個基礎指標，構建了梯級水庫擴容工程的增量水權分配指標體系，并引入層次分析法進行分配計算，得到增量水權分配指標的隸屬度。

目前我國對于梯級水庫增量水權分配的研究和實踐相對較少，增量水權分配的影響因素分析、指標體系建立和分配方法選擇對新增水資源的分配至關重要，需通過工程實踐不斷探索和積累。針對水庫擴容工程的不斷推進以及水權管理制度的不斷完善，建議積極推進不同區(qū)域、不同工程、不同行業(yè)的增量水權研究，為我國水權制度的不斷完善提供參考依據(jù)。