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的防洪壓力；同時，梯級水庫庫容的增加也將提高優質水資源的供水能力。目前，大型水庫的優質地表水資源是區域生活和工業用水的重要水源，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，圍繞水庫優質水資源的分配矛盾越來越嚴重，不同行政區域之間的調水和爭水問題不斷出現。因此，需要科學合理地分配梯級水庫擴容工程所增加的優質水資源量。

水權管理制度是市場經濟條件下優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]。水庫水權的優化配置目標主要是保障優質水資源的高效利用和公平分配，促進政府統一管理與市場經濟調節有機結合，同時不斷提高水資源節約保護和開發利用水平[2]。因此，本文將針對梯級水庫擴容工程的增量水權進行優化分配研究，以寧波市奉化區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質水資源量，在綜合考慮自然、社會、經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，緩解優質水資源供需矛盾，促進區域協調發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縣江上游，壩址以上總集雨面積150.8km2，現狀水庫總庫容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，現狀水庫總庫容755萬m3、興利庫容634萬m3，是一座以發電為主，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區的防洪壓力，同時增加柏坑～橫山梯級水庫的供水能力，規劃對柏坑水庫進行擴容建設：采用現狀壩址拆除重建方案，新壩址布設于現狀壩址上游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、灌溉、發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及寧波中心城區的重要供水水源，其中，上游柏坑水庫的供水對象主要為奉化區大堰鎮的大堰水廠以及柏坑水庫下游的農業和生態用水；下游橫山水庫的供水對象主要為奉化區的邱家山水廠、寧波中心城區的東錢湖水廠、以及橫山水庫下游的農業和生態用水。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、農業、生態等多項供水任務，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。

長系列徑流調節計算方法主要通過水庫的蓄水調節能力，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—水庫時段內來水量，萬m3；W損失—水庫時段內損失水量，萬m3；W用水—水庫時段內的綜合用水，萬m3，包括城鎮綜合生活及工業供水量、農業灌溉水量、生態下泄水量、發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計算方法是在長系列徑流調節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，進一步協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，一般農業灌溉的供水滿足程度為70%、生態環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“本地優先、統籌兼顧”的原則，擬定以下興利調度原則：

(1)柏坑水庫優先保障本地大堰鎮的用水需求；柏坑和橫山水庫供水優先保障城鎮用水，然后保障水庫下游農業、生態用水。

(2)柏坑水庫至橫山水庫的聯調原則：①橫山水庫優先利用柏坑～橫山梯級水庫區間天然徑流。②當柏坑水庫水位高于發電死水位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～橫山梯級水庫區間集雨范圍的多年平均徑流量為10002萬m3，根據各用戶用水需求，進行柏坑～橫山梯級水庫長系列逐日聯調計算分析(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。考慮到橫山水庫下游的農業和生態用水均位于奉化區范圍內，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的邱家山水廠以及寧波中心城區的東錢湖水廠，對于增加的水廠供水量846萬m3需要合理分配水權，保障區域協調發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、城市發展、供水效率6個方面[6]，具體分析如下所示。

(1)水源分布：優質水資源是重要的生產要素，在區域協調發展中具有重要作用，因此，本次增量水權分配需要充分考慮水源分布情況，即優質水資源應當優先滿足當地奉化區的需水要求，然后再充分保障寧波市中心城區的用水安全。

(2)工程建設：柏坑水庫擴容工程建設由奉化區水利建設投資集團有限公司和寧波市水務環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：寧波中心城區作為寧波市經濟、政治、文化中心，其發展定位高于奉化區，供水安全保障優先程度略高，在水資源供給的政策管理上，需要向中心城區傾斜。

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

(6)供水效率：按照“節水優先”的新時期發展理念，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，奉化區的邱家山水廠和寧波中心城區的東錢湖水廠。

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境內，從水源地域分布來看，奉化區的增量水權占比相對高，因此，以供水區域代表分配主體，本次研究擬定奉化區和寧波中心城區的分配指標值為0.7和0.3。

(2)C2投資股比

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

(3)C3配置規模

東錢湖水廠主要供給寧波市中心城區，邱家山水廠供給奉化區，根據已有水資源綜合規劃，橫山水庫至邱家山水廠日最大配置規模為10萬m3/d，至東錢湖水廠日最大配置規模為20萬m3/d，即奉化區和寧波中心城區的分配指標值為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劃水廠的供水缺口，根據供需平衡成果，95%保證率下規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，即奉化區和寧波中心城區的分配指標值為0.22和0.77。

(5)C5區域供水優先程度

寧波中心城區作為寧波市經濟、政治、文化中心，其發展定位高于奉化區，供水安全保障優先程度略高，因此，即奉化區和寧波中心城區的分配指標值為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2022年統計公報成果，奉化區人均GDP為15.5萬元、寧波中心城區人均GDP為19.7萬元，無量綱處理后，奉化區和寧波中心城區分配指標值為0.44和0.56。

(7)C7萬元GDP用水量

萬元GDP用水量越低，區域節水水平和經濟效益越好，則水權分配越多。根據2022年統計公報成果，奉化區萬元GDP用水量16.7m3，寧波中心城區萬元GDP用水量12.1m3，無量綱處理后，奉化區和寧波中心城區分配指標值為0.42和0.58。

(8)C8供水管網漏損

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

3.5.2增量水權分配成果

根據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=0.54；K寧波中心城區=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：奉化區邱家山水廠的增量水權為457萬m3，寧波中心城區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、也考慮了現狀及未來的用水需求，充分體現了客觀、公平、高效的基本原則，成果取得了相關部門的認可，能夠有效調節了區域間的用水矛盾。

4 結語

隨著國家對水安全保障要求不斷提高，各地區將會更多地圍繞大型水庫新建梯級水庫或者對現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質水資源，開展增量水權分配研究是規范新增優質水資源在不同區域間有效分配的基礎，有利于促進新增優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，需要統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質水資源進行水權分配，按照“尊重現實、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域、不同工程、不同行業的增量水權研究，為我國水權制度的不斷完善提供參考依據。