更换市民水表的经济分析

刘万福 译 冯新 校

　　摘要：美国加州蒙特市（FREMONT）的阿梅德水务局（ALAMEDA COUNTY WATER DISTRICT）水表总数的90%为一户一表（规格为15mm），这部分水费约占年收入一半。如所有的机械装置一样，这些水表随时间而老化，使其精度下降，导致年收益逐年加大损失。欲提高计量精度更换水表，得需额外投资。换表的最佳年限是年平均成本最低时（累计损失加换表成本除以使用时间）。从采集的样表中统计出水表逐年精度下降的状况。然后计算每年因漏计水量而损失的收益。在考虑了各种经济与运行情况后，确定出该地区的最佳换表年限为15年。
　　水表像其他机械装置一样，计量精度随使用时间的延长而降低，从而相应造成收益损失。然而，欲获得精度就意味着换表增加额外费用。那么从经济上考虑，水表老化到什么程度需更换呢？要回答这个问题得了解水表精度下降的状况。用统计采样法确定该地区水表（15mm）逐年精度水平。经过经济分析确定出换表的最佳年份。

采样表包括全铜和塑料表

　　样表以使用时间排序。 阿梅德县水务局的15mm水表以时间为序进行统计（表1）。98%的水表应用在一户一表中。1983年前安装的表都是全铜的（表体和驱动部件均为黄铜材料）。自1983年后，水表驱动部件已改为了塑料件。
　　全铜表和塑料表分为两组采样，每种表约五年一间隔。全铜表大部分是由一家生产的，该组采样为使用了15、20、25、30年的表。由于使用20年的表变化不大，所以本研究结果删除掉了。塑料表主要来自三个厂家，该组表采样分别为5、10、14年的。
　　表1为各表组的加权平均精度。

表1：15mm水表的在装情况 时间（年） 安装年份 每年安装总数（具） 加权平均精度（%） 　全铜水表（占在装表的48.5） 30 1967 1，691 96.6 29 1968 2，607 28 1969 1，006 27 1970 686 26 1971 1，332 25 1972 2，198 98.5 24 1973 3，299 23 1974 3，487 22 1975 4，096 21 1976 2，456 20 1977 760 19 1978 1，223 18 1979 1，969 17 1980 1，578 16 1981 1，807 15 1982 744 99.0 合计 30，921 98.0 　　 塑料表（占在装表的51.5%） 14 1983 1，413 95.4 13 1984 2，148 12 1985 3，027 11 1986 4，073 10 1987 8，224 96.8 9 1988 2，237 8 1989 1，097 7 1990 973 6 1991 1，097 5 1992 877 98.3 4 1993 1，035 3 1994 1，892 2 1995 1，879 1 1996 1，633 小计 32，026 96.6 合计 62，245 97.0

不同流量下，水表的准确度也不一样

　　在AWWA标准流量下进行测试 由于水表精度因流量不同而异，因此以行业和本地区标准，每快样表都用0.94、7.75和56.78升/分三种流量测试。然而，单靠这些测试结果还不足以计算出全部预计的精度。这需要估算出每户在此三种流量下用水量占总用不量的百分比。以现场经验很难确定这些百分比，现有参考文献也缺乏。然而，找到一些AWWA研究结果（表2），并且从研究的三种平均值中本研究采用了最后的百分数（5、15和80%），因为阿梅德县大多数居民家庭用水为高流量（如，淋浴、冲厕、喷洒及厨房用水等）。

表2 ：按流量划分用户平均用水量百分比 参考资料 低流量（0-0.94L/min)% 中流量（0.94-7.57L/min)% 高流量（>7.57L/min)% 1996年AWWA在加州数个西海岸单位研究资料 5.0 25.0 70.0 1996年AWWA在加州东湾市的研究资料 1.2 12.0 86.8 1993年AWWA发表的资料 8.8 18.5 72.8 三项研究的平均值 5.0 18.5 76.5 本研究采用的数值 5.0 15.0 80.0

　　加权平均精度的计算公式 每组水表加权平均精度的计算公式如下：
　　加权平均水表精度=（PTC_LXGAA_L）+（PTC_MXGAA_M）+（PTC_HXGAA_H）...........(1)

　　式中：PTC_L=低流量用水量所占全部用水量的百分数
　　　　 PTC_M=中流量用水量所占全部用水量的百分数
　　　　 PTCH=高流量用水量所占全部用水量的百分数
　　　　 GAAL=低流量时表组平均测试精度
　　　　 GAAM=中流量时表组平均测试精度
　　　　 GAAH=高流量时表组平均测试精度
　　

对塑料水表的经济分析

　　采用的经济分析方法是根据汉斯（HANS D.ALLENDER）所做的研究成果。由于全铜水表不再生产，所以阿耳蒙特县水务局决定在不久的将来全部更换成塑料水表。对塑料表的分析将来仍要进行。更换水表的最佳时间可以确定为年平均最低成本时（累时年损失费用加上换表费用除以表的使用时间）。
　　塑料水表更换周期为15年 根据汉斯方法，在表3中可以找到年平均最小成本，还可看到随着表的精度逐步下降，换表成本及收入益损失的情况。从实际的样表测试结果可得到精度下降的情况。根据表3所示进行计算，阿梅德县1996年一户一表家庭，平均双月未计实际水量为79m3。按阿梅德县当时水费标准可计算出年收入益损失量。虽然年收益损失会有些物价增长变化，但用折扣率使全部成本折成现值，与上涨率差不多。这样，为简化分析起见，表中所示美元数字均为现值。
　　估算出的换表材料费和人工费可用于确定最佳换表年份，即年平均最小成本。欲计算出此值，换表成本要加上年累计损失（表3中累计损失栏），两者之和再被表的使用年限数除。这样就计算出了表3中“年平均成本”一栏。从技术上讲，12年是取佳更换年分，然而，如本文下面所述，15年的更换周期更有利。由于12年和15年之间平均成本差别很小，考虑到本研究中的误差，15年为更换周期更易于接受。
　　全铜水表精度降级状况 这些表最终要被塑料表所代替。因此选择更换它们的最佳年限应该在它们精度下降值与塑料表一样时所在的年份。
　　更换早了不划算，晚了又增不必要的额外损失。塑料表的更换周期为15年，意味着相应的目标计量精度为95.12%（表3）。全铜水表降到此精度其相应年限是3334年之间，而阿梅德县全铜表最老的为30年。
　　根据过去5年的数据，用线性回归法推算出最后5年的精度数字。根据未来发生的实际精度降低情况，开始认为的3334年为最佳年限可能要改变。因此，建设在实施全铜表更换工作前应等待几年。同时要另外进行抽样调查。从研究结果和已知误差看，换表的年限为30年存在的极限误差可接受。
　　15年换表周期具有诸多好处与较短的换表周期相比，15年换新表有许多好处。因为现在使用中的塑料表和全铜表有利于15年更换。由于有32000块塑料表在应用中，如15年一周期，每年将更换2100块表。而实际要换表的数量每年各异（表1）。
　　全铜表情况也一样，如果把使用中的30000铜表实施更换，每年平均约需换2000块，旧铜表已有1530年历史了，这样，安装年限为15年而不是30年。合起来，每年铜表和塑料表共需更换4100具。用塑料表替换完全部铜表需进行15年。在此期间，由于塑料表更换周期为15年，最早替换铜铜表的塑料表又该更换了。连续地每年更换4，100具水表，最终在15年或更短时间将全部改用塑料表。
　　如换表时间短于15年，可能会在逐渐采用中引起重复，增加复杂性，因为现有的塑料表都比首批所换的表旧。而且，更换周期若少于15年，在全部铜表被替换前，有些替换现有铜表的塑料表又得更新。这种逐步采用的复杂方法意味着头15年中需更换的一些水表有很大的波动性。

结语

　　为具体的一个供水单位确定其水表的最佳更换年限是很复杂的事情。需要努力研究水表的统计学、确定表的精度衰减诸多因素、研制水表采样明细表、相应的现场采样及测试工作、完事有效的统计数据、研究结果的说明以及推导出可行的建议阿耳蒙特县水务局对他们塑料表的研究结果为15年更换最好。尽管对铜水表不能完全确定，但似乎30年更换较合理。
　　确定更换水表年份的研究工作对大多数供水单位是很有用处的。水表的精度采样工作应定期进行，如每5年，根据研究结果就可制定出换表的规划。由于在测量、各厂家及水表型号不同、选取样表的差异等方面都存在着随机极限误差，故建议需进行定期复查。

表3： 塑料水表平均年成本 安表年份 使用年数 精度衰减状况（%） 年漏计水量（m3) 年收入益损失（＄） 换表成本（＄） 累计成本（＄） 年平均成本（＄）

1992




1987





1983 0 100.00 1 99.66 1.6 0.79 55.72 56.51 56.51 2 99.32 3.2 1.59 58.10 29.05 3 98.98 4.9 2.38 60.48 20.16 4 98.64 6.5 3.17 63.65 15.91 5 98.30 8.1 3.96 67.61 13.52 6 98.00 9.5 4.66 72.28 12.05 7 97.70 11.0 5.36 77.64 11.09 8 97.40 12.4 6.06 83.70 10.46 9 97.10 13.8 6.76 90.47 10.05 10 96.80 15.2 7.46 97.93 9.79 11 96.45 16.9 8.28 106.21 9.66 12 96.10 18.5 9.09 115.30 9.61 13 95.75 20.2 9.91 125.21 9.63 14 95.40 21.9 10.73 135.94 9.71 16 95.80 23.2 12.32 159.33 9.80 17 94.48 26.3 12.88 172.31 10.14 18 94.16 27.8 13.63 185.94 10.33 19 93.83 29.3 14.38 200.32 10.54 20 93.51 30.9 15.13 215.45 10.77