4.5.6 建立城乡水务一体化管理的利益共享补偿机制
4.5.6.1 基本观点
近10余年，我国农业用水虽然呈逐年减少趋势，由20世纪90年代占全国总用水量的70%减少到目前的63%左右，但是，用水效率低，浪费严重的局面仍没能得到根本性的改变。近年来农用水源向城市、工业转移的比重有越来越大的趋势，可是，应注意到我国人口多，粮食生产的安全任何时候都是十分重要的，切不可单纯地受比较利益的驱使，将农业用水盲目地转移出去。农业用水转向城市，工业用水应建立在农业用水和保障粮食安全生产的基础上。这就要求城市、工业在增加用水创造效益的同时，对农业进行补偿，补偿农业水权增益和节水技术改造所需要的资金，并促进农业用水技术改造和管理进步，以不降低农业适度生产规模为宜，并形成互惠互利、共同发展的利益共享、补偿机制。
水利部、财政部、国家计划委员会对上述问题专门发文《占用农业灌溉水源、灌排工程设施补偿办法》（[1995]457号）规定：“占用农业灌溉水源、灌排工程设施三年以上的 （含三年），占用者应当负责兴建与被占用的农业灌溉水源工程、灌排工程设施效益相当的替代工程。”《建设项目水资源论证管理办法》 （水利部、国家计划委员会，2002年3月24日，15号文）规定，建设项目开发利用水资源应提供 “影响其他用水户权益的补偿方案”。
4.5.6.2 案例——西苇水库多目标供水系统规划决策分析[71]
西苇水库位于山东省邹城市城区外6.0km 处，为农业灌溉大型水库，兴利库容4111.0万m3，设计灌溉面积5160.3hm2。由于种种原因现有实灌面积仅800.04hm2，依据山东省水利厅“三查三定”核定，有效灌溉面积为1520.076hm2，水库蓄水开发利用潜力较大。而城区、煤矿区和电厂由于水源缺乏，地下水超采情况严重，已产生地下水降落漏斗，并影响到其再发展潜力。因此，西苇水库向城区、矿区和电厂供水已成为理想的水源地。但是，仅靠开发利用西苇水库现有余水尚不能满足要求，必须立足在农业节水的前提下，通过西苇水库的调节作用，拦蓄当地来水和调控从南四湖的调水，合理地将水库蓄水分配给农业灌溉、城区工业和生活用水、矿区用水及电厂用水。可见，西苇水库将成为一个两水源多目标供水决策系统，如图4.4所示。
图4.4 西苇水库两水源多目标供用水系统图
（1）农业灌溉用水量及闲置库容。
1）灌溉用水量。规划中西苇水库担负着拦蓄当地来水和调控外调水，向多目标供水的重要功能，拟定各规划水平年的农业灌溉用水，采用经论证的经济合理、技术可行的节水灌溉措施。灌溉设计保证率取50%。灌溉面积稳定在1520.076hm2。规划年：2005年灌溉水利用系数0.65，年需水量486.3万m3；2010年灌溉水利用系数0.70，年需水量447.6万m3；2010年灌溉水利用系数达到0.80，年需水量331.5万m3。
2）节水投资与效益评价。
①节水投入与节水量。结合当地地形地貌和农业种植结构，规划采用渠道防渗、低压管道、三灌（喷灌、滴灌、微灌）等农业节水灌溉技术和管理措施，将目前灌溉面积由800.04hm2 扩大到1520.076hm2，灌溉水量由1400.0万m3/hm2 降低到2030年的447.6万m3/hm2，其灌溉节水措施的投资和效果情况，西苇水库灌区节水与投入分析见表4.1。
表4.1 西苇水库灌区节水与投入分析
②节水投入效益评价。依据“灌溉节水设施的效益应按该节水设施可节省的水量，用于扩大灌溉面积或用于提供城镇用水等可获得的效益计算”的要求，西苇水库灌区节水措施的效益主要有两部分，一是节水灌溉产生的效益；二是节水转供其他用户的售水收入。
以2005年为例进行分析计算。农业节水灌溉使产量增加15%，灌区单产为9000kg/hm2，粮食及其副产品单价为0.65元/kg，则年效益为133.39万元。
将节水转供城区等用户，其效益按当地规划的地表水水资源费0.5元/m3 计算，则年效益为456.85万元。整个节水措施的效益费用比按下式计算：
式中 R——效益费用比；
B——节水灌溉工程多年平均增产值，取B=590.24万元/a；
C——节水灌溉工程多年平均运行费，取工程总投资的6.0%，万元/a；
K ——节水灌溉工程总投资，万元；
n——节水灌溉工程使用年限，取n=20年；
i——资金年利率，取i=10%。
算得R=2.56＞1.2，项目可行。可见实施节水灌溉后，不仅能节约水量，扩大灌溉面积，还能产生较好的经济效益。
3）西苇水库闲置库容分析。西苇水库在各规划水平年除满足灌溉用水和已拟定的向里彦电厂年供水730万m3 外，大部分兴利库容闲置（以下简称闲置库容），它是拦蓄和调节当地来水与外调南四湖水，供城区和矿区用水的工程依据。根据西苇水库流域各典型年来水、水库蒸发、渗漏、农业灌溉和里彦电厂供水，对水库进行兴利调节计算，可求得所需兴利库容，水库实有兴利库容扣除该兴利库容后的剩余部分，视作闲置兴利库容。在兴利调节计算时，考虑到水库淤沙原因，2005年实用兴利库容为4107.0万m3，2010年及2030年实有兴利库容为3871.0万m3。计算结果见表4.2。
表4.2 需要兴利库容与闲置兴利库容 单位：万m3
由表4.2可知，西苇水库有较大的开发利用潜力。闲置兴利库容随实际需要的兴利库容减少而增大，并随水库淤沙而减少。保证率75%的年份比95%年份需要的兴利库容大，是因当地来水的年内分配前者比后者更不均匀所致。
（2）西苇水库多目标供水系统决策模型。
1）表达形式。该系统模型分析的实质是确定在最佳的水库蓄水情况下的输配水方案，以产生最大的经济效益，即各规划期典型年净效益最大。
①目标函数可表达为
式中 ln——净效益函数，它是农业灌溉、里彦电厂、城市生活、城市工业、矿区等用水产生的净效益之和，万元；
W灌溉（i）——灌溉用水量，万m3；
W里彦（i）——里彦电压用水量，万m3；
W城生（i）——城市生活用水量，万m3；
W城工（i）——城市工业用水量，万m3；
W矿区（i）——矿区用水量，万m3；
W调水（i）——从南四湖调水入西苇水库的水量，万m3。
②决策模型的约束条件。
式中 W′灌溉（i）——农业灌溉规划需水量，万m3。
里彦电厂需水量约束：当地水行政主管部门已批准里彦电厂从西苇水库年取水量730万m3，则：
城市生活需水量约束：考虑年内一般夏季用水多于其他季节，则：
式中 β（i）——第i月生活需水调节系数，
=1；
Vlf ——城市生活规划用水定额，m3/ （人·d）；
n——城市用水规划人口数，万人。
式中 W′城工（i）——城市工业规划需水量，取W′城工（i）=Vuf2 Z（i），Vuf2指城市工业规划万元产值新水量，m3/万元；Z（i）指城市工业规划产值，万元。
式中 W′矿区（i）——矿区规划需水量，用W′矿区（i）=Vuf3 Z′（i），Vuf3指矿区综合万元产值新水量，m3/万元；Z′（i）指矿区规划产值，万元。
式中 V（i+1）、V（i）——第i时段末、初水库蓄水量，万m3；
η调——调水入西苇水库的有效系数，取η调=0.95；
E（i）、D（i）——第i时段水库蒸发、渗漏量，万m3；
其余符号意义同前。
式中 W′调水（i）——由拟定的从南四湖调水入西苇水库工程能力及需水、可调水量确定，万m3。
2）各项用水净效益的分析。
①农业灌溉效益B灌（i）。
式中 B′灌（i）——第i 时段农业灌溉效益，B′灌（i）= b灌
W灌溉（i），b灌指单方水灌溉效益，元/m3；
C′灌（i）——第i时段农业灌溉工程运行费，万元。
②城市工业用水净效益B城工（i）。采取 “按有该项目时工矿企业等的增产值乘以供水效益的分摊系数近似结算”的方法，则：
式中 α——工业供水效益分摊系数；
C′城工（i）——第i时段城市工业供水费用，万元；
其余符号意义同前。
③城市生活用水净效益B城生（i）。城市生活用水净效益可由售水费扣出供水费用计算，即：
式中 P——规划期城市生活自来水价，元/m3；
C′城生（i）——第i时段城市生活供水费用，万元。
④里彦电厂、矿区用水净效益B里彦（i）、B矿区（i）。里彦电厂、矿区用水净效益计算方法，同式（4.24）。
⑤外调水工程效益B调（i）。对西苇水库来讲，外调水工程效益实际是支付调水的各项费用，其值为负。由调水工程投资折算值、动力费、维修管理费等费用组成：
式中 C′调（i）——第i时段调水工程投资折算值，本例按月计，C′调（i）=C调/12，C调=C（K调，N调），K调指调水工程总投资，万元；K调指调水工程有效使用年限；
C″调（i）——第i月调水工程动力及管理费，万元；
C‴调（i）——第i月维修费，按SD139—85 《水利经济计算规范》机电提水站年维修费率取为2%，
C″″调（i）——外调水水资源费，C″″调（i）=p′W调水（i），p′指南四湖水资源费价格，元/m3。
据此，目标函数式（4.14）可表达为
3）模型中各项参数的分析确定。
①水库特征参数及蒸发、渗漏资料，见参考文献[71]。
②农业灌溉效益、费用。b灌采用缺水损失法计算。缺水在平水年减产20%、枯水年减产30%、特枯年减产40%。
灌溉工程费用C′灌（i）为投资折算值C1（i）与管理维修费C2（i）之和，则：
式中 p1——枢纽工程投资现值，p1=1438.27万元；
p2——灌区内渠系工程投资现值，p2=354.95万元；
0.0326——据分析单位供水量的管理、维修费用为供水量的3.26%。
则有：
③里彦电厂供水效益、费用。里彦电厂Vuf1 在2005 年、2010年、2030 年分别为350m3/万元、340m3/万元、280m3/万元，α取1.0%。
给里彦电厂供水工程投资1268.0万元。C′里彦（i）由投资折算值、管理维修费、库水净化费构成。
④矿区供水效益、费用。矿区Vuf3 在2005 年、2010 年、2030年分别为82.4m3/万元、60.5m3/万元、30.0m3/万元。给矿区供水工程投资2600.0万元。C′矿区（i）同样由投资折算值、管理维修费、库水净化费构成，求得：
⑤城市生活供水效益、费用。规划邹城市2005 年、2010年、2030 年城市自来水价分别为2.51 元/m3、3.78 元/m3、6.0元/m3。
城市生活与工业供水属同一管网系统，所以C′城生（i）的计算与下述C′城工（i）一起处理。
⑥城市工业供水效益、费用。城市工业Vuf2 在2005 年、2010年、2030年分别为116.0m3/万元、75.0m3/万元、30.0m3/万元，α仍取1.0%。
西苇水库的城区工业、生活供水，设计引水流量为1.2m3/s，整个工程投资412.20万元。供水费用的计算方法用式（4.28），其中库水净化费工业为0.104元/m3，生活为0.12元/m3，则城市工业和生活供水费用为
⑦外调水费用。从南四湖调水入西苇水库，工程分三级提水，拟定设计流量5.0m3/s，工程总投资3467.73万元，其中建站投资1776.11万元，修渠投资1691.62万元。
外调水费用由投资折算值、动力管理费、维修费和南四湖水资源费四部分构成。式（4.26）中有关项目计算如下：
式中 p1——抽水站折现值，计算得：
p2——渠系工程投资折现值，计算得：
故：C调（i）=（2323.60+1761.61）（A/P，7%，50）=296.01万元
经当地分析，C″调（i）分别由一级、二级、三级动力管理维修费组成，有：
南四湖水资源费价格，考虑到与南水北调水的并价因素，暂定2005 年、2010 年、2030 年分别为0.5 元/m3、0.8 元/m3、1.5元/m3。
（3）西苇水库多目标供水系统决策模拟。由上述建立的决策模型目标函数式和约束条件式，以及各项效益、费用关系式，不仅能模拟出西苇水库的调入水量、水库给各用水户的输配水量，还能计算出所能产生的效益。对各规划期不同保证率的运算成果，限于篇幅，表4.3 只列出了全部方案的年运算成果。
表4.3 西苇水库多目标供水决策及效益
续表
由表4.3可看出，西苇水库的多目标供水效益总体水平是相当高的，并随着供水量的增多而显著增加。但在同一规划期内，由于没实行不同旱情不同水价，使得调水量增多而效益减少的不合理现象的出现。
开发利用西苇水库的蓄水、调水工程能力和水资源利用潜力，不仅能缓解城区、矿区和电厂日益增加的需水要求，而且能保障农业应用节水技术的资金，农用水权获得应有的补偿，促进城乡、工农水资源的优化配置。本案例运用多目标系统决策优化方法，充分考虑各项工程、调水、供水和用水，以及农业节水的投入产出效益，对开发利用西苇水库提供了有力的科学决策依据。