再生水与长距调水的费用—效果比较

张俊杰， 曾思育， 陈吉宁
(清华大学 环境科学与工程系，北京 100084)

　　摘 要： 以北京市为案例，分别在静态和动态两种条件下，采用费用—效果分析的方法对污水再生利用和远距离调水运两种供水方案进行了比较。研究结果表明，在满足相同供水效果的条件下，不论是静态比较还是动态比较，再生水工程都是更具有成本有效性的方案；尤其是在动态条件下，投资的阶梯曲线效应使得污水再生利用工程具有更大的成本优势。
　　关键词： 再生水； 长距调水； 费用—效果分析； 阶梯曲线效应
　　中图分类号：X703　　　文献标识码：B　　　文章编号：1000—4602(2004)11—0022—03

Cost—Effectiveness Analysis for Urban Wastewater Reuse and Long Distance Water Transfer
ZHANG Jun-jie， ZENG Si-yu， CHEN Ji-ning
(Dept．of Environmental Scienc and Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China)

　　Abstract： With case study on Beijing City，the cost-effectiveness analysis was used under static and dynamic conditions to making comparison between the two water supply alternatives-wastewater reuse and long distance water transfer．It is found that if the same water supply requirement is satisfied，and no matter whether the static or dynamic analysis is used，the wastewater reuse project is more cost effective．Especially，under dynamlc condition，the investment step-curve effect makes the wastewater reuse project showing much greater cost superiorit.
　　Key words： wastewater reuse； long distance water transfer； cost-effectiveness analysis； step-curve effect

　　污水再生利用中的技术问题往往不是影响其发展的主要障碍，而经济上是否可行才是人们更为关注的焦点，可以采用传统的项目经济评价方法判断其可行性，如费用一效果分析法(cost—effectivenessanalysis，CEA)就是常用的决策工具。
1 费用一效果分析法原理
　　费用一效果分析方法的基本特点是把效果和费用分开研究，即用货币指标度量费用，用物理指标度量效果，然后对各种方案的费用与效果进行比较，选择最好的方案^[1]。
　　费用一效果分析的核心是“费用一效果率”的计算。第i个备选方案的费用一效果率(CE_i)被定义为成本C_i和效果E_i的比：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　CE_i = C_i/E_i 　　　　　　　　　　　　　　（１）
　　在费用一效果分析中还可以计算增量费用一效果比率(incremental cost—effectiveness ratio，ICE)。当某个项目存在着A、B两种备选方案时，可以假定这两种方案的成本分别为C_A和C_B，效果分别为E_A和E_B，那么增量费用一效果比率(ICE)可以通过如下方法计算：

ICE＝（Ｃ_Ａ－Ｃ_Ｂ）／（Ｅ_Ａ－Ｅ_Ｂ）　　　　　　 　　　（２）

　　由于污水再生利用产业具有外部经济的特征，仅从私人成本和私人收益的角度考虑污水再生利用是否可行是不够的，而应当从社会成本与社会收益的角度来进行考察。如果污水再生利用的社会成本低于自来水供给的社会成本，那么采用污水再生利用从整个社会的角度来看是可行的。在社会成本与私人成本不一致的情况下，费用一效果分析方法也必须做出相应的调整，调整后的费用一效益率(CE^*)可以采用如下公式进行计算：

CE^*=（社会成本-其他社会收益）/效果 　（３）

２ 案例静态分析
　　北京市水资源供需平衡的分析表明^[2]，到2010年全市平水年缺水量为12X10⁸m³，枯水年缺水量为20X10⁸m³。在1993年国务院批准的《北京市城市总体规划》中，南水北调工程是缓解北京水资源的根本措施，预期为北京供水10X10⁸m³，进北京的水价为2元／m^3[2]。实际上，除了远距离调水之外，北京市的水资源供需缺口也可以通过污水再生利用的方式予以解决。可采用费用一效果分析对调水和污水再生利用两种方案进行比较。
2．1 效果分析
　　首先分析调水和污水再生利用两种方案的效果，其核心是要分析污水再生利用能否弥补北京市水资源的供需缺口。在2000年《北京市水资源公报》中给出的用水结构数据的基础上，对各类用水部门的再生水使用比例做出了假设，据此估算出北京市对再生水的潜在需求量(见表1)。

表1 北京市对再生水的潜在需求量估计
Tab.1 Evstimation of potential demand for reclaimed water in Beijing City

　　从表1可知，北京市的总供水量中，只要有26％使用再生水就完全能够弥补未来的水资源缺口。也就是说，调水与污水再生利用两种供水方案的效果是相同的。另外，研究中假设环境/生态用水、工业用水和农业用水中对再生水的需求部分都来自于集中型污水再生利用设施，需求量为7.438X10⁸m³/a，而城市生活部分(冲厕及市政杂用)则采用分散型污水再生利用设施生产的再生水，需求量为3.24X108m³/a。四类用途的再生水总需求量为10.678X10⁸m³/a。
2．2 费用分析
　　如果按照全成本的思想进行分析，两种供水方式的成本构成如下：
　　传统供水方式的成本＝水资源的价值＋引水的成本＋自来水处理的成本＋配水的成本＋污水收集的成本＋污水处理的成本＋处理后污水排放的环境成本；再生水的成本＝原水收集成本＋再生水处理成本＋配水成本＋再生水的风险成本。
　　分析中水资源价值、供水成本和污水处理成本采用了《北京市水的合理价格体系及实施策略研究》的研究成果，分别取0.49、1.80、1.03 元/m³；南水北调中线工程到北京的水价采用2.00元/m³，那么在南水北调中线工程实施之后北京市用水的全成本为5．32元/m³，高于集中型和分散型污水再生利用的成本(分别为0.95、2.61元/m^3[3])。
　　实际上，农业用水与环境用水不需要对原水进行处理，并且不存在污水处理的问题；而工业用水和生活用水则需要进行给水和污水处理。故计算得到采用调水方式解决北京市水资源短缺问题的总成本为41.34亿元/a，而采用污水再生利用方式的成本为15.52亿元／a。
2．3 静态的费用一效果分析
　　北京市调水和污水再生利用的费用效果比较见表2。可见，污水再生利用的费效比(平均成本)为1.45元/m³，低于调水的费效比4.13元/m³；而从增量费效比可以看出，在两种方案对比下，污水再生利用是成本有效的方案。

表2 北京市调水与污水再生利用的静态费用—效果比较
Tab.2 Comparison of static cost-effectiveness between distant water transfer and wastewater reuse in Beijing City

3　案例动态分析
　　由于水基础设施的投资是动态的，故还需进行动态的费用一效果比较。
3．1 工程投资的阶梯曲线效应
　　污水再生利用和调水工程的供给时间特征具有阶梯性，即供给能力的提高是呈阶梯性递增的^[4、5]。由于两种供水方式的最小有效规模不同，故它们的阶梯大小也有所不同(见图1)。

　　从图1中可以看出，这种投资的阶梯曲线效应(step-curve effect)使得污水再生利用有可能在成本上得到很大的节约。在存在水资源供需缺口的情况下，出于规模经济的考虑，远距离调水通常需要考虑到数十年后的水需求量，并以此确定调水工程的规模，那么在很长的一段时间内必定会造成一部分供水能力的闲置。而污水再生利用工程的供给规模相对较小，项目周期也较短，在节约水资源的同时还延迟了投资的发生，这两方面都加强了污水再生利用的成本有效性。
3．2 动态费用一效果分析
　　分析之前需要做出如下假设：①研究的时间周期为10年；②工程投资的贴现率取6％；③调水工程在计算期之初即建成并供水；④污水再生利用工程分阶段投资。
　　由于污水再生利用工程投资的阶段性对研究结果有较大的影响，因此可以做出多种假设情景分别进行计算：①一阶段投资假设情景，即在计算期初便建成全部供给能力；②两阶段投资假设情景，即先投资集中型污水再生利用设施用于环境、工业和农业用水，再投资分散型污水再生利用设施用于生活用水，每阶段投资的时间间隔为5年；③四阶段投资假设情景，即按照环境、工业、农业和生活用水的顺序进行工程投资，每阶段投资的时间间隔为2.5年。
　　根据静态成本分析结果，可以得到调水方案的供水成本为41.34亿元／a，10年供水总成本的现值为304.27亿元。根据污水再生利用投资阶段的不同区分，可以得到不同假设情景下投资成本的现值(见表3)。

表3 北京市调水与污水再生利用的动态费用—效果比较
Tab.3 Comparison of dynamic cost-effectiveness between distant water transfer and wastewater reuse in Beijing City

　　从表3可见，污水再生利用表现出了更大的成本优势，并且投资期数越多费效比就越低，这主要是由于供水能力的扩张贴近需求曲线，从而降低了阶梯曲线效应。投资延迟和供给能力节约的双重效应带来了更大的成本上的节约。
4　结语
　　以北京市为例，采用费用一效果分析的方法，从静态和动态两个角度对污水再生利用和远距离调水这两种供水方案进行了比较。结果表明，前者是成本有效的方案，尤其在考虑到工程投资的阶梯曲线效应时，污水再生利用具有更大的成本优势。

　参考文献：
　[1] Pearce D．Cost-Benefit Analysis (2nd ed)[M]. Macmaillan：Basingstoke，1983．
　[2] 倪新铮，陈景岳，黄欣．南水北调—北京市可持续发展的支撑工程[J]．北京水利，2001，(1)：3-6．
　[3] 莫慧，刘建华，钟新华，等．居住区中水处理系统方案及经济比较[J]．中国给水排水，2002，18(2)：60-62．
　[4] Bateman I，Wills K Valuing Environmental Preferences：Theory and Practice of the Contingent Valuation Method [M]．Oxford：Oxford University Press，1995．
　[5] World Health Organization．Financial Management of Water Supply and Sanitation[M]．Geneva：WHO，1994．

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　收稿日期：2004-07—07