改变流量、扬程和效率的情况

（一）泵站能耗计算

如果泵站改造后的流量、扬程和效率均发生变化，则说明泵站改造前后的设计标准、供水或排水面积及泵站本身的能耗都发生了改变。在这种情况下，若改造前后的流量分别为Q1、Q2，扬程分别为Hst1和Hst2，效率分别为ηst1、ηst2，则改造后的能量消耗将发生如下变化：

由上式可见，当（Q1Hst1/ηst1）＞（Q2Hst2/ηst2）时，E1为正值，说明泵站经过改造后可以减少的能耗，泵站改造不仅可以比改造前减少电费开支，而且还可以增加水费收入，这样的改造方案经济上是可行的。当（Q1Hst1/ηst1）＜（Q2Hst2/ηst2）时，E1为负值，说明泵站经过改造后反而增加了能耗，从而会增加电费开支。但是，由于流量的增加可以增加泵站的水费收入，也可以扩大受益面积而增加社会效益。当增加的电费开支可以在规定的年限内用增加的水费收入和社会效益抵偿回来，这样的技术改造方案经济上也是可行的。在拟定改造方案时应该进行技术经济比较后确定最优方案。

泵站流量增加后的效益计算应该根据灌溉、排水或城镇供水等具体情况进行计算。

（二）加大流量的灌溉效益计算

灌溉效益的计算方法很多，这里仅介绍分摊系数法。

当泵站改造后，由于流量的增加而扩大了灌溉面积A。流量与灌溉面积之间的关系可按下式计算：

式中：Q为泵站改造后增加的流量，Q=Q2-Q1，m3/s；m为最大一次灌水定额，m3/hm2；A为泵站改造后所增加的灌溉面积，hm2；T为灌水延续时间，d，指灌区一次最大灌水所需的延续天数；t为水泵每天工作时间，h；η为灌溉水的有效利用系数。

该地区的农作物产量一般都有很大提高，特别是干旱少雨地区产量增加更加明显。但是，因为在进行灌溉后，相应的农业措施也会有所改变，如作物品种的改变、肥料用量的增加、耕作和植保措施的改善等。因此，其产量的增加，不仅有提水灌溉工程发挥的作用，也有农业技术措施发挥的作用。故灌溉效益应由提水工程措施和农业技术措施共同分摊。泵站工程的增产效益可用下式计算。

式中：B为灌溉后某年的灌区增产效益，以产值表示，元；ε为灌溉效益分摊系数，由试验或统计方法计算确定；A为灌区作物种植面积，hm2；y、y'分别为灌区内农作物及其副产品（如麦秆、稻草等）的产量，kg/hm2；y0、y'0分别为与该灌区自然条件相同的非灌区的农产品及其副产品的产量，kg/hm2；SP、S'P分别为农产品及其副产品的价格。

（4-24）式计算的是某一年、某一种作物的增产效益。但灌区各种年份的降雨量等自然条件是不同的。丰水年降雨较多，非灌溉的产量较高，增产效益较小；而枯水年降雨量较少，非灌溉的产量较低，增产效益较高。另外，灌区内往往种植多种作物，而且每年的种植比例不可能完全一样，这也会影响增产效益计算。因此，建议按平水年设计的种植比例计算各种作物的增产效益的总和，以此作为灌区总的提水灌溉的增产效益。

由（4-24）式可见，如何确定分摊系数是正确计算灌溉效益的关键。在一般情况下，灌溉效益分摊系数可按作物类型分不同年型（丰水年、平水年、枯水年）取不同的数值，也可以按作物类别分别取多年平均值，或参考类似地区的试验成果或调查资料选取，或根据各地具体情况，采用试验或统计的方法计算确定。

（三）排水效益计算

排水泵站的工程效益主要表现在对涝渍及水污染等灾害的减免程度上，通常以泵站建成后所减免的涝渍灾害损失来表示。

1.排涝效益

排涝减灾效益主要包括：①农作物的减产损失；②城镇工业企业停产、商业停业以及其他部门停工等所造成的损失；③房屋、牲畜、物资等财产的损失；④交通、电力、通信等设施毁坏所造成的直接经济损失及其所造成的间接经济损失；⑤政府为排涝抢险及救济灾民所支付的医疗及临时安置等费用。

排涝效益计算方法很多，主要有以下几种：

（1）涝灾频率曲线法。涝灾频率曲线法的具体步骤如下：

1）首先对灾区的成灾暴雨进行频率分析。

2）根据涝区受灾面积及其相应的灾情调查资料，用（4-27）式计算泵站工程兴建前历年的绝产面积A：

式中：γ为减产系数；下标h、m、l分别表示受灾程度为重、中、轻。

3）以暴雨频率为横坐标，相应年份的绝产面积为纵坐标，绘制涝区在工程兴建以前历年的绝产面积频率曲线（见图4-7）。

4）根据工程兴建后历年的暴雨频率，查出相应于未建工程时的涝灾的绝产面积，并与工程兴建后实际调查及统计资料相比较，其差值即为当年由于工程兴建而减少的绝产面积。

图4-7　绝产面积频率曲线

5）以当年减少的淹没面积乘以当年涝区面积上的正常产量即为工程兴建后效益的实物量，再与单位产量的价格相乘，即可得工程兴建后该年所获效益的价值量。

该法适应治涝地区工程兴建前后都有长系列的多年受灾面积资料和相应的暴雨资料。经过实际资料分析验证，涝区绝产面积与暴雨成灾暴雨频率之间密切相关，其相关系数r=0.85左右。因此，可以认为能够满足精度要求。

（2）内涝积水量法。在涝灾地区造成作物减产的因素十分复杂，不仅与暴雨有关，而且与积水历时、积水深度、作物种类、生长季节等密切相关。因此，可作为一个综合性指标来反映涝灾的程度，通过内涝积水面积之间的关系，可以推算工程兴建前后作减免的受灾面积，从而计算排水效益。这种方法适用于已建工程，也适用于规划时估算排水效益。该方法的具体步骤如下：

1）收集整理成灾暴雨的降雨量和径流深关系资料。这种资料一般可以在径流试验站收集，或用水文上的方法，如入渗分析法、径流系数法等推求。

2）用当地小流域径流公式或用排水模数公式计算成灾暴雨的洪峰流量，并结合当地的地貌条件、流域形状、汇流速度等用概化方法计算无排水工程时的流量过程线。

3）研究地区受涝后，排水工程兴建前后的暴雨产流过程的差值，即为内涝积水量。对于提排区也可以用平均排除法，作为工程兴建后实际排水流量过程线。对于自排区，可用河渠出口的实际排水资料，作为实际排涝流量过程线。如果是规划工程，则可用有排水工程的实测流量资料进行比较计算，或根据涝区逐时段的调蓄演算求得。

4）根据成灾暴雨的径流量及其内涝积水量，可以获得径流深与内涝积水量的关系，并可据此绘出相关曲线。因内涝积水量与排水工程标准有关，故绘图时可用排水标准作参数。(www.xing528.com)

5）根据涝区的地形资料，求出高程与淹没区的面积关系；再按内涝积水量，推求某些高程时的积水深度和受灾面积，并求出内涝积水量与受灾面积的关系；再根据试验或调查资料，再求出内涝积水量与减产量的关系。为了使涝灾面积数据具有可比性，涝灾面积常以绝产面积来表示。

6）由此可由成灾暴雨量推求规划工程（或已建工程）涝灾的减产面积，从而求出效益的实物量。实物量以有工程时减少的涝灾绝产面积或财产、设施的实物量表示，价值量可用有工程时减少的产量价值表示。

用该方法计算排涝效益时，可绘制图4-8所示的合轴相关图。

图4-8　降雨、内涝积水量和涝灾面积合轴相关图

2.排渍效益

排水工程有时可同时起到除涝、防渍和治碱等作用，而各种作用又难于分清，故其经济效益也往往是一并计算在内的。但在尚未形成涝灾或盐碱灾害，而主要是地下水位偏高引起作物减产的，这时应单独计算排水工程的排渍效益，应统计不同地下水埋深受灾面积，收集地下水埋深与作物产量的关系的试验资料，从而分析计算出排水工程减免的灾害损失，并换算成货币值，即为排水工程的排渍效益。

另外，有些地区的排水工程根据环境保护的要求，还兼有冲污排污功能。这时排水工程的效益还应包括环保方面的效益。

（四）城镇供水效益

城市和工业供水是泵站工程的重要任务之一。近年来，我国沿海的一些城市和地区，如天津、青岛、上海、福州、香港、昆明等地，为了解决供水紧张问题，已经建成或正在规划大规模的调水工程。引滦入津、引黄济青、东深供水等就是其中效益显著的重要工程。如何计算城镇供水效益，也是一个重要问题。这里仅介绍几种常用方法。

1.最优等效替代法

替代工程是和拟建工程供水量相同的其他引水、蓄水、地下水利用或海水淡化等工程，包括节水措施等。用替代工程的年折算费用作为供水工程效益的计算方法即为等效替代法。山东引黄济青工程的工程效益采用了这种方法。

根据青岛市的需水情况，如果要代替引黄济青工程，需要修建五龙河、大沽河、崂山等引水工程，平均每年可增加供水量6410万m3，海水淡化工程每年可淡化水量8660万m3。引水工程方案每年折算费用为3767.74万元，即每m3水的年折算费用为0.59元，海水淡化每m3水的年折算费用为2.11元。综合加权平均，每立方米水的年折算费用为1.47元。因该工程向青岛多年平均供水量为1.507亿m3，由此可算出引黄济青工程的多年平均供水效益为2.21亿元。本方法的关键问题是代替工程是否达到“等效”和“最优”，即“最优等效代替方案”应是与拟成工程具有同等效果，一旦拟建方案不能实现时，肯定采用代替方案。

2.缺水系数法

该方法是按缺水所造成的工业生产的损失值计算供水效益B。其中年效益计算公式为：

式中：W为工业生产中的年缺水量；W0为工业综合万元产值耗水量，根据有关资料2000年我国W0=367～459m3/万元；β为供水区工业净产值与总产值的比例系数，根据调查统计求得，据河南省较长资料统计，β=1/3左右。

3.分摊系数法

该方法是按水在工业生产中的地位，用工业净产值乘以分摊系数求得供水效益。其计算公式如下：

式中：β'为利润占工业总产值的比例，引黄济青工程采用β'=17.7%；γ'为工业供水效益与工业生产利润的分成比例，引黄济青工程采用γ'=10%。

4.相同投资效益法

该法是按供水投资和工业投资用具有相同的投资效益计算。供水工程也是城市建设的一部分，因此，供水工程的投资和工业投资具有相同的投资效益率。一般可按下式计算：

式中：K为供水工程投资；e为工业投资收益率，可按工业投资的净产值计算。

5.农业缺水损失法

这种方法是以减少灌溉水量，造成农业损失来计算供水工程的效益。该法仅限于某些以农业供水为主的水利工程。由于城镇工业供水量的增加，不得不采取减少农业用水或降低农业用水保证率来提供工业用水。这时可用下式计算：

式中：W为调用的农业用水量，其值等于城镇或工业供水量；m1、m2分别表示在供水受影响的范围内，原有单位灌溉面积上的灌溉定额和农业供水减少后的灌溉定额；Y、Y0分别表示农业技术措施相等的情况下，在农业供水受影响的面积上，正常供水和减少供水后的单位面积上的产值。

应该指出，供水效益采用不同计算方法的计算结果有很大差别。例如引黄济青工程多年平均供水效益，代替法为2.21亿元，分摊系数法为2.42亿元，工业缺水损失法为4.11亿元，农业缺水损失法为0.72亿元。这些说明，城镇供水效益的计算是一个很复杂的问题，在具体定值时应慎重考虑。

（五）航运效益

大型灌溉排水以及跨流域调水工程都应该考虑改善和发展航运事业。如结合南水北调东线工程的兴建，开发京杭运河的航运事业是重要的项目之一。济宁到扬州的年货运量可以显著增加，特别是与新乡至菏泽、济宁的铁路联运，将为北煤南运、晋煤直运华东创造极为有利的条件。

泵站工程航运效益的计算方法常用等效代替法计算。其计算公式如下：

式中：Cs为航运的净效益；Ci为以最优代替方案（如铁路或公路）的运输方式装运所需的费用；Cw为航运所需的费用。