随着水污染治理力度不断加强, 我国地表水优良水质断面比例不断提升, 但水环境现状依然严峻, 2017年全国112个重要湖泊 (水库) 中37.5%为IV类及以下水体^[1], 集中供水水源地中19.4%不能满足供水水源标准^[2]。跨流域或长距离调水可以短期内补充水量或改善水源水质, 已成为我国城市保障供水安全的重要手段^[3]。自20世纪50年代以来, 我国陆续建设了超过百项的调水工程, 包括“南水北调”在内, 累积设计年调水规模已接近千亿m³。实施长距离调水涉及地域水资源分配、短期内改善目标水体水质或补充城市供水水量等多种目标及效益, 可分为缓解“水质型缺水”和“水量型缺水”两类实施目的。本文以水质型缺水调水工程为目标, 开展调水经济成本研究, 探讨外调水源对受水城市饮用水安全保障的作用及其局限性, 为水质型缺水城市供水安全保障决策提供参考。

　　 本文研究的磨盘山调水、牛栏江-滇池补水、引江济太和引江济巢4项调水工程, 均为入河或入湖污染负荷超过水域纳污能力, 为缓解水质型缺水而实施。磨盘山调水工程为2004~2005年松花江水源地封冻期为V类且流域污染治理缓慢, 为解决哈尔滨市饮用水安全问题, 开辟了磨盘山水源满足该市近期及远期供水需求^[4];牛栏江-滇池补水、引江济太和引江济巢3项调水工程, 均通过外调水源补充水量缩短湖体置换周期而改善湖泊水质及其水环境。目前磨盘山调水、牛栏江-滇池补水和引江济太3项工程均正常实施, 引江济巢工程正在建设过程中。

　　 4项调水工程基本参数如表1所示, 各调水工程的年均输水量均超过了亿立方米, 调水距离在几十公里以上, 具有输水规模大、调水距离长的共性;工程所处地质条件不同, 分别采用了管道、隧洞或者河道等不同输水方式。

　　 磨盘山调水、牛栏江-滇池补水、引江济太和引江济巢4项调水工程的单位投资及总成本总结如表2所示。

　　 从表2中可以看出, 新建长距离大型调水工程, 投资成本和总成本均较高, 总投资高达几十亿至上百亿元规模, 年总成本亦超过上亿元。

　　 磨盘山调水工程包括水库、输水管线和配套水厂3部分, 工程总投资为44.89亿元 (一、二期合计, 2006年物价水平, 水库投资按供水系数分摊) , 调水单位投资成本为4 988元/m³, 测算入市单位供水成本为1.49元/m³, 其中管线部分单位总成本为0.78元/m³。牛栏江-滇池补水工程总投资为82.84亿元 (2009年物价水平) , 单位投资成本为4 169元/m³, 至滇池引水单位总成本为0.74元/m³, 运行成本为0.37元/m³。引江济巢工程入巢湖两条线路工程总投资为186.89亿元 (2011年物价水平) , 平均单位投资成本为655元/m³, 至巢湖引水单位总成本为0.11元/m³。引江济太工程2002~2003年总成本为1 352.9万元, 按水利枢纽设施供水分摊系数估算, 至太湖平均总成本为0.01元/m³;引江济太工程实施前, 重点骨干水利工程已基本完工, 不涉及大型水利设施建设, 经济成本主要为运行管理费^[6]。

　　 采用河道输水的引江济巢和引江济太工程, 单位总成本显著低于以隧洞为主的牛栏江-滇池补水和管道输水的磨盘山调水工程;此外, 引江济太工程调水主要依靠调度和局部水利设施改造, 调水单位总成本显著低于需新建输水线路及水利枢纽设施的其他3项工程, 可见实施长距离调水依托已存在水利工程基础, 可以显著节约工程投资及其总成本。

　　 长距离大型调水工程投资巨大, 研究的调水工程中3项总投资在数十亿元规模, 将调水分为输水部分和其他组成时投资构成比例如图1所示, 其中其他部分为输水配套建设的相关水利设施, 如所需建设的水库和泵站。

　　 从图1中可以看出, 磨盘山调水、牛栏江-滇池补水和引江入巢两条线路3项工程总投资中, 输水部分所占比例基本在60%以上, 长距离输水造成该部分为工程投资主体, 高于需要配套建设的水库和其他水利设施按供水分摊系数分摊的投资成本之和。

　　 分析不同调水工程的投资构成, 发现现有水利设施基础、沿途工程地质条件、输水方式、调水距离、调水规模及是否移民征地等诸多条件, 均对调水工程投资产生影响。投资成本影响因素复杂, 因而目前已实施的调水工程投资差额较大, 需根据实际情况确定其具体值。

　　 本文对研究的调水工程投资成本影响总结如表3所示。研究发现, 除输水线路均为调水工程投资主体, 长距离大流量的输水造成调水工程的高投资之外, 单位距离调水投资成本与工程的调水量相关, 即调水量越大单位距离调水所需要的投资越高。但不同工程之间的总投资高低与调水量和输水距离并无直接正相关关系, 而是与输水方式密切相关, 即不能单纯依靠调水量与调水距离的大小直观判断不同工程间投资的高低。

　　 工程设计依据输水沿线地形及地质条件确定输水型式采用河道、隧洞或管道方式, 从而最终决定了单位投资成本的高低, 河道在研究的3种输水方式中最低平均为685元/m³, 管道方式最高为4 988元/m³;考虑输水距离这一影响因素, 折算单位距离单位水量两种方式单位投资成本相差比例达到了74.5%。因此, 在关注调水工程包括的调水量及调水距离等传统主要参数之外, 更应该关注输水方式对投资成本的影响。

　　 4项调水工程单位总成本与工程特性参数之间的关系如表4所示。可以看出, 输水方式是影响年总成本及单位成本的最重要因素, 如采用同一种输水方式, 调水距离长、调水量大的工程总成本更高, 调水距离长的工程单位调水成本更高。

　　 磨盘山调水在4项工程中成本最高, 测算至哈尔滨市制水成本为1.49元/m³, 分析原因为采用管道方式输水, 其管道折旧费和维修费近2亿元/年, 提升了调水总成本, 从而其单位总成本最高。引江济太工程利用河道输水, 自流与泵站提水按需运行, 且调水工程实施前已存在水利枢纽设施, 供水仅分摊其部分成本, 故而其单位调水总成本大幅度降低, 为0.01元/m³。

　　 4项调水工程的单位投资成本与单位总成本中, 采用管道方式输水的磨盘山调水工程最高, 采用河道方式输水的引江济巢和引江济太工程较低。影响新建大型调水工程投资与供水成本的各项因素中, 对于上亿m³级别的这类工程, 工程所处地域的地形、地质条件及水利基础决定了输水方式, 对调水的投资和供水成本影响重大, 其影响力一定程度上甚至高于调水量和调水距离。因此, 在调水工程决策时除关注调水量、调水距离这些因素之外, 对不同线路及其适用的输水方式也需要重点考虑。

　　 (1) 当地饮用水源丧失功能期间, 外调水源为保障城市饮用水安全的必要措施。松花江水源地自2009年不作为哈尔滨市饮用水源地使用, 至2015年重新启动水源建设与水厂的升级改造工程, 近10年的时间内磨盘山水源替代松花江负责了主城区300多万人的饮用水源。滇池外海自2007年不作为饮用水源使用, 至2030年力争恢复III类水体, 外调水源解决该市2025年前的饮用水源问题。此外, 牛栏江-滇池补水工程、引江济太工程均是配合流域污染源治理改善湖体水质的主要措施之一。因此, 外调水源满足了城市饮用水源需求, 也起到了改善当地湖体或水源地水质的重要作用。

　　 (2) 高成本的外调水源是解决城市饮用水安全问题不得已而为之的阶段性措施。在城市供水水量方面, 总投资44.89亿元的磨盘山调水工程供水量已接近设计规模, 后续需与其他水源配合满足城市远期供水需求^[8];在水质方面, 尽管牛栏江-滇池补水工程投资高达82.84亿元, 如仅采用调水而无其他治理措施时, 预测滇池水质仍呈恶化趋势^[9];引江济太工程引水对降低太湖贡湖水源地的富营养化基质作用微弱^[6], 水源地仍存在藻类水华潜在威胁, 太湖总磷浓度没有得到有效降低^[10]。因此, 调水工程在水质、水量两个方面均不能彻底解决受水城市的饮用水安全问题, 为阶段性的供水措施, 而且调水的高投资和高总成本是决策时必须慎重考虑的重要问题之一。

　　 (3) 水量与水质并重, 走出先污染后治理的怪圈, 是保障城市供水安全的根本措施。引江济太工程实施近15年时间, 太湖富营养化关键指标TP浓度2016年相比2011年又呈现了增加趋势, 引江济巢工程引水口附近水域TP和TN浓度要高于巢湖东半湖现有饮用水源地。因此, 不可过度依赖外调水源这一短期效应措施, 坚持水量与水质并重、进行入湖污染源治理才是湖体及水源地生态恢复的根本方法。此外, 随着深度处理技术的发展, 我国多座大型水厂增加O₃-BAC深度处理工艺已验证了该工艺对出水水质的提升作用^[11~15], 且该工艺段300~400元/m³的投资成本, 0.2~0.3元/m³的单位生产成本水厂一般可以负担。持之以恒的入湖污染源治理配合水厂增加深度处理工艺, 是解决水质型缺水城市饮用水安全问题的绿色经济措施。

　　 (1) 大型长距离调水工程具有高投资的共性, 新建年引水量在亿立方米至数十亿立方米级别、调水距离在百公里以上的调水工程投资高达几十亿至上百亿元规模, 年总成本超过亿元;长距离输水造成输水线路为投资主体, 文中研究的3项工程该部分所占比例基本在60%以上。

　　 (2) 输水方式是影响调水单位投资及单位总成本的最重要因素, 采用管道输水的磨盘山工程单位投资和单位总成本为4 988元/m³和1.49元/m³, 引江济巢工程为655元/m³和0.11元/m³, 两者分别相差了86.9%和92.6%。

　　 (3) 外调水工程是当地水源失去功能期间保障城市饮用水安全的阶段性必要措施, 实施时需付出高投资及高成本代价, 但其并不能彻底解决城市供水安全问题。避免形成依靠高投资及高成本的调水工程解决短期内的城市水安全, 持之以恒地进行污染治理并配合水厂增加深度处理工艺, 走出先污染后治理的怪圈, 才是保障城市供水安全的根本性措施。