东港灌区水资源挣值模型预警类别划分及预警阈值计算研究

(1.辽宁省水文局,辽宁 沈阳 110003；2.辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118001)

水资源“三条红线”中，用水总量控制指标、用水效率控制指标综合评价是水资源管理的难点，唐雷彬[1]针对上述问题，引进工程管理中的挣值模型，以工业产值和万元工业用水量构建用水总量的挣值模型。挣值模型有利于用水总量实时监控，能有效区分用水效率与经济产值不同变化对用水总量的综合影响，有机统一了用水总量控制指标和用水效率控制指标。挣值模型属于事中监控，在一个考核年度内，预警类别如何划分，预警阈值如何计算等问题没有深入分析。本文以灌区“三条红线”考核指标为实例，以挣值模型偏差理论和预测理论为基础，确定预警类别及阈值计算。

1 灌区水资源挣值模型

挣值模型(Earned Value Model，EVM)始于1967年，综合考虑项目成本与进度指标，评估与测量项目绩效和进展，具有实时监控和早期预警能力。挣值模型的4个参数分别是预算单价、实际单价、计划工程量和实际工程量，参数计算的3个关键指标是计划成本、挣值、实际成本。指标值既需分阶段(通常以周或月为单位)监测和报告，又需按阶段对累计值进行监测和报告[2-3]。

灌区水资源挣值模型对应的参数是计划灌溉定额、实际灌溉定额、计划灌溉亩数和实际灌溉亩数，基本公式如下：

PV=BCWS

(1)

EV=BCWP

(2)

AC=RCWP

(3)

式中BC——计划灌溉定额；

WS——计划灌溉亩数；

WP——实际完成灌溉亩数；

RC——实际发生的灌溉定额；

PV——计划灌溉用水量；

EV——已完成亩数的计划灌溉用水量；

AC——实际完成灌溉用水量。

2 预警类别

预警类别划分以挣值法的三个关键指标的逻辑关系为核心，同时分析灌区“三条红线”达标情况，现状原因、改进措施难易等[4-5]。

3个关键指标PV、EV、AC共组合成6类情况，其中灌区用水总量和灌溉定额双达标的2个，核心要素是AC值最小；单参数达标的2个，核心要素是AC值介于PV和EV之间；都不达标的2个，核心要素是AC值最大(见表1)。

表1 灌区挣值法预警类别划分

不考虑双达标情况，预警类别分为四类，序号增大则预警级别提高。ⓐ一类预警时，用水总量不达标，但用水定额达标，主要原因是灌溉亩数超过原计划。达标措施较容易，主要减少灌溉亩数；ⓑ二类预警时，灌溉定额不达标，但用水总量达标，主要原因是灌溉亩数减少，且亩数减少量的影响大于定额增加量的影响。达标措施较难，必须减少灌溉定额，但多余水量可以外调或增加灌溉亩数；ⓒ三类预警时，灌溉定额和用水总量都不达标，主要原因是灌溉定额增加，灌溉亩数增加。达标措施较难，必须降低灌溉定额，可以降低灌溉亩数；ⓓ四类预警时，灌溉定额和用水总量都不达标，主要原因是灌溉定额增加，灌溉亩数减少，且定额增加的影响大于亩数减少的影响。达标措施难，必须降低灌溉定额，且降幅较大。

3 阈值计算

预警阈值计算以挣值法偏差理论和预测理论为基础，根据期间绩效完工估算为指标，进行阈值计算。

3.1 绩效指数

绩效指数包括成本绩效指数和进度绩效指数[4]。进度绩效指数(SPI)是比较灌溉已完成进度与计划进度的一种指标。SPI等于EV与PV的比值。

(4)

当SPI<1.0时，说明已完成的灌溉亩数未达到计划要求；当SPI>1.0时，则说明已完成的灌溉亩数超过计划。成本绩效指数(CPI)是比较计划灌溉定额与实际灌溉定额的一种指标。CPI等于EV与AC的比值。

(5)

当CPI<1.0时，说明已完成灌溉的定额增大；当CPI>1.0时，则说明已完成灌溉的定额减小。

3.2 预测分析

绩效指数说明项目的状态，为预测年末灌溉用水量提供依据。根据当前灌溉绩效对年末灌溉用水量(EAC，estimate at completion)进行预测，EAC用已完工作的灌溉水量，加上剩余工作的尚需水量估算(ETC, estimate to completion)。预测的结果与年度计划灌溉用水量(BAC, budget at completion)进行比较，BAC是PV的年度累计值[2-3]。

EAC=AC+ETC

(6)

考虑实施ETC的两种情况。

a.当前CPI完成ETC工作。该法假设灌溉将按截至目前的情况继续进行，即ETC工作将按项目截至目前的绩效指数(CPI)实施。

(7)

b. SPI与CPI同时影响ETC工作。这种预测中，假设灌溉必须达到计划亩数，需要计算一个由成本绩效指数与进度绩效指数综合决定的效率指标，并假设ETC工作将按该效率指标完成。使用这种方法需要分别给CPI和SPI赋予不同的权重，如 80/20、50/50，或其他比率。

(8)

3.3 阈值计算

唐雷彬[1]给出的预警阈值是上半年AC值大于PV值10%以上需进行预警，下半年AC值大于PV值5%以上需进行预警。

AC值是现状值，是现状的对比。从EAC与BAC的大小逻辑关系入手,EAC是现状与预测值的整体，是整体的对比，更具合理性。阈值的确定参考唐雷彬[1]文采用5%，因为EAC预测可以有效解决达标措施实施时间长短的影响，不需要进行上下半年的人为离散化处理。如果EAC大于BAC的值超过5%，则进行预警。

参考式7，当前CPI完成ETC工作时，阈值计算公式为

(9)

参考式8，当SPI与CPI同时影响ETC工作时，阈值计算公式为

(10)

式8综合考虑了进度绩效和成本绩效，适用于进度落后的预警二类和四类。

4 实例应用

东港灌区为多水源取水的大型灌区，灌区用水量占丹东地区用水量的70%以上。水资源“三条红线”考核指标用水总量是7.5亿m3，灌溉水利用系数是0.55。

4.1 参数值计算

以2015年为挣值监控年。

a.灌溉用水按分期灌溉定额确定(BC)。亩均用水量(BC)按年下降5%计算得出，各月分配按2013—2014年平均值分配。经计算亩均用水量为689m3/亩，4—9月不均匀分布，丹东市灌区用水总量挣值模型计算见表2。

b.计划灌溉亩数(WS)。灌溉亩数(WS)按2014年设计有效灌溉面积计算。

c.实际定额(RC)和实际灌溉亩数(WP)。2015年实际数据由统计得到，式中RC由实际用水量和灌溉亩数计算得到，见表2。

表2 丹东市灌区用水总量挣值模型计算

4.2 预警类别划分

根据表1对表2数据进行分析，预警类别见表3，由表3可以看出：4月份双达标；5月份为四类预警，用水总量和用水定额都不达标；剩下4个月份都是二类预警。

4.3 阈值计算

阈值分别按式7和式8计算，式8中的权重按0.5计算，结果见表3和下图。

表3 东港灌区挣值模型预警类别与阈值计算

东港灌区挣值分析图

5月份两种方法计算结果都大于5，需要发出预警；T1大于T2，也说明了定额增加的影响大于亩数减少的影响，因为T2考虑了一半进度绩效的影响。

6—9月份都是T1小于T2，说明亩数减少量的影响大于定额增加量的影响，差值越大说明影响程度差异越大。在考虑进度绩效影响后，6月和3月都达到了预警阈值，灌区在用水总量不超标的情况下，考虑灌溉亩数减少的影响是有必要的，需要发出预警。

从预警效果看，预警类别和预警阈值计算，不仅能反应未达标情况，更能体现具体原因、达标偏离程度和达标难度。

5 结 论

水资源挣值模型预警类别分为4类：ⓐ预警用水总量不达标；ⓑ预警灌溉定额不达标；ⓒ预警灌溉定额和用水总量都不达标，且灌溉亩数增加；ⓓ预警灌溉定额和用水总量都不达标，且灌溉亩数减少。预警类别序号越大，则达标难度越大。

预警阈值计算以挣值法偏差理论和预测理论为基础，根据期间绩效完工估算为指标，按只考虑成本绩效和成本与进度绩效都考虑两种方法进行计算，其中双绩效计算适应于预警二类和预警四类。

东港灌区案例分析表明，预警类别和预警阈值计算，提高了预警的准确性和针对性。两种不同阈值计算方法的比较，可定量对比出灌溉定额变化与灌溉亩数变化的影响大小。

[1] 唐雷彬.基于挣值模型的水资源用水总量和用水效率实时监控研究[J].水利规划与设计,2017(12):11-13,50.

[2] Project Management Institute.The standard for program management—third edition[M].Project Management Institute,2012(4).

[3] Andrzej.C.Application of Earned Value Method to Progress Control of Construction Projects[J]. Procedia Engineering,2014,91-97.

[4] 于璐,王偲,窦明.最严格水资源管理考核指标体系研究[J].人民黄河,2016(8):38-42.

[5] 张志强,左其亭,马军霞.基于人水和谐理念的“三条红线”评价及应用[J].水电能源科学,2015(1):136-140.