基于水权分配下的动态协调农业水价模型研究

李丹迪，于翠松

(山东大学土建与水利学院，山东 济南 250061)

0 引 言

水权是建立水市场的理论基础，水价是通过水市场内在运行规律实现对水资源合理配置的重要手段，是实现水权交易和转让的有效形式。水价的合理与否，对促进水权交易规范化和水市场发育与完善至关重要。在农业水资源配置效率不高和我国当前农业水价、水权制度改革的背景下研究如何制定合理的农业水价具有十分重要的意义[1]。国内外水资源管理经验显示，建立科学的水价机制是解决水资源问题的重要途径之一，合理调控农业灌溉用水的水价可有效减少农业水资源的浪费。因此基于水权分配下的农业水价模型研究，对实现农业节水和农业增产具有重要的指导意义。

John J. Pigram[2]研究了澳大利亚的水资源管理，认为政府应该通过鼓励水市场的建立、允许水权的交易、合理化水资源价格，并让相应的制度安排就位，设计出节水灌溉的激励机制。Ray Huffaker等[3]构建了一个概念模型，分析了对农户进行补贴和提高农业水价两种激励政策对农户节水灌溉的影响。研究结果表明，提高水价是一个更有效的节水灌溉激励措施。Mukhopadhyay Lekha[4]采用了二步议价博弈模型，分析认为设计激励机制模型可以提高农业用水节水灌溉效率。研究认为，在农户自愿参与的情况下，水权平等分配和转变为种植节水作物，均不能保证平等和有效的水资源管理；因为初始财富的不均等和市场的不完善，在激励节水灌溉的同时会造成水管理外部的无效。

段永红等[5]分析认为用水定额制度、可转让的水权制度以及按用水量计量的水价和超定额累进加价的水价制度是激励农田节水的有效机制。姜文来[6]认为，应该运用经济杠杆，充分调动农民的节水灌溉积极性，建立节水灌溉经济激励机制，包括补偿奖励机制、惩罚奖励机制和水权交换机制。马晓强等[7]认为缺乏提高用水效率的激励机制、低效率过量用水的约束机制、市场失灵和政府失灵是我国现行水权制度的缺陷。现代可交易水权制度的建立与完善，将为缺水地区的发展起到极为重要的推动作用。陈文江等[8]认为在市场经济环境下，只要设计出可行、合理的节水激励机制，包括水权激励机制和水价激励机制，并能监督其有效实施，节水就能成为用水者的自觉行为。以上研究提出了建立完善的农业水权制度有利于农业节水灌溉，但并没有建立具体的基于水权分配的农业水价计算模型，本文对基于长期水权和短期水权的农业水价计算模型进行研究，并结合农民承载力水价模型，建立基于短期水权分配的农业动态协调水价模型，结合“山东省桓台县利用亚行贷款地下水漏斗区域综合治理示范项目”，进行既定水权下的农业水价研究。

1 基于水权分配的农业灌溉水价模型

目前研究中，大多学者认为水权是指水资源的所有权、使用权以及与水有关的其他权益[9]。水权按照时段的长短分为长期水权和短期水权。长期水权是指多年平均意义下决策实体对一定数量水资源的配置权或使用权，短期水权是指决策实体在一年或者年内时段(例如月或旬)对一定数量水资源的配置权或使用权。与水权的定义相比，长期水权和短期水权是在应用层面上的界定。通过初始水权分配，每个行政区所得到的是一个多年平均且以年为尺度的长期水权分配方案，它未能反映来水的丰枯变化和需水的季节需求，而农业用水与丰枯变化密切相关，因此迫切需要对长期水权进行时空解耦，形成短期水权的分配方案[10]。

目前在我国已实行水权分配的地区，农业水权水量的确定通常是依据该地区多年平均可利用水资源量来计算的，即长期水权水量，但由于农业灌溉受降雨影响较大，不同水文年的可利用水资源量存在明显差异，那么农业灌溉可利用水量会随着水文条件的变化而发生变化，例如枯水年降雨量较少，农业灌溉可利用水量就少，反之在丰水年，农业灌溉可利用水量就多。在我国北方地区，经常会出现连续几年干旱的情况，在这种情况下如果不考虑水文条件的变化，仍使用基于多年平均计算的农业长期水权水量来计算农业水价，其计算结果不仅无法反映农业水价随水文条件而变化的动态特性，也可能会发生由于实际可利用水量无法满足水权水量而导致的地下水的过量开采，这显然不符合水价制定需要满足的可持续发展原则。因此，我们认为在确定农业水权水量时，不仅需要确定多年平均农业水权水量，即长期农业水权水量，不同水文年也应该确定相对应的短期农业水权水量，即在计算农业水权水价时，考虑不同水文年型由于可利用水资源量的不同，计算选用的水权水量的确定也应进行相应的改变，所以在进行农业供水工程水价计算时，不仅要计算长期水权水价，更要计算短期水权水价，即不同水文年的农业水权水价应该是不同的。

1.1 基于长期水权的农业灌溉水价模型

目前实行水权分配的地区大多是通过该地区多年平均水资源可利用量计算出多年平均水权水量，即长期水权，由于目前农业水价计算不计税费及利润，基于长期水权的农业水价模型如下：

(1)

式中：Pr为基于长期水权的农业灌溉水权水价，元/m3；Cr为原水费，元/m3；Cd为农业供水工程折旧费，元；Ci为农业供水工程贷款利息，元；Cm为农业供水工程维修费，元；Ca为农业供水工程管理费，元；Cs为农业供水工程管理人员工资及福利费，元；Cp为农业供水工程燃料动力费，元；Qr为基于水权分配下的长期水权水量，m3。

1.2 基于短期水权的农业灌溉水价模型

考虑到由于不同水文年型降雨量的年际差异而造成水资源可利用量的差异，所以需要提出基于短期水权不同水文年(降水频率P分别为25%、50%和75% )的动态农业水权水价模型，相对于基于单一水文条件下或多年平均情况下制定的长期水权水量计算出的农业水权水价，该法计算的农业水权水价更符合实际，更有利提高农民的灌溉节水意识，有利于节水灌溉的实施。具体模型如下：

(2)

式中：Prh为基于短期水权的丰水年(P=25%)农业灌溉全成本水价，元/m3；Qrh为丰水年农业灌溉短期水权水量，m3/hm2；Crh为基于短期水权的丰水年农业供水工程原水费，元；Cph为基于短期水权的丰水年农业供水工程燃料动力费，元；Prm为基于短期水权的平水年(P=50%)农业灌溉全成本水价，元/m3；Qrm为平水年农业灌溉短期水权水量，m3/hm2；Crm为基于短期水权的平水年农业供水工程原水费，元；Cpm为基于短期水权的平水年农业供水工程燃料动力费，元；Prl为基于短期水权的枯水年(P=75%)农业灌溉全成本水价，元/m3；Qrl为枯水年农业灌溉短期水权水量，m3/hm2；Crl为基于短期水权的枯水年农业供水工程原水费，元；Cpl为基于短期水权的枯水年供水工程燃料动力费，元；其他符号意义同上。

2 农户动态承载力水价模型

农业水价改革关系到灌区农民的切身利益，制定的农业水价要使农户在经济上能够承受，心理上愿意缴纳，这是水价改革成功实施的基础。因此，对农民经济和心理承受能力进行准确的把握是关系到农业水价改革成败的关键。一般来说，农民对水价的实际承受能力是由经济承受能力和心理承受能力共同决定，其中农民的经济承受能力是基础，对心理承受能力会产生决定性的影响。水价改革必须同农村经济发展的实际情况和农民的承受能力相适应，农民心理承受能力决定他们对待农业水价的态度，农业水价合理与否、农民是否愿意缴纳水费是农民心理承受能力对水价做出的有效反应。目前多采用多因素综合控制模型来分析用户经济承受能力，有研究表明在计算农民可承受水价时应采用动态定价模式[11]，但在确定农户承载力水价的控制因素时，采用的是多年平均值，本文认为要更准确地反映出农民承受能力的动态变化规律，选取的控制因素应随水文年型的变化而存在差异，农户动态承载力水价模型如下：

(3)

式中：Pbh为丰水年(P=25%)农业灌溉用户承载力水价，元/m3；Ch为丰水年农户年生产成本，元；Vh为丰水年农户每公顷平均净收益，元；Rh为丰水年农作物每公顷平均产值，元；Qeh为丰水文年型农作物用水定额，m3/hm2；Pbm为平水年(P=50%)农业灌溉用户承载力水价，元/m3；Cm为平水年农户年生产成本，元；Vm为平水年农户每公顷平均净收益，元；Rm为平水年农作物每公顷平均产值，元；Qem为平水文年型农作物用水定额，m3/hm2；Pbl为枯水年(P=75%)农业灌溉用户承载力水价，元/m3；Cl为枯水年农户年生产成本，元；Vl为枯水年农户每公顷平均净收益，元；Rl为枯水年农作物每公顷平均产值，元；Qel为枯水文年型农作物用水定额，m3/hm2；εc为农户水费支出占农户年生产成本的比重；εv为农户水费支出占农户每公顷平均净收益的比重；εr为农户水费支出占农作物每公顷平均产值的比重；其他符号意义同上。

国内研究表明，农业水费占农业生产成本的比例以20%～30%为宜；水费占每公顷产值比例为5%～15%较合理；水费占灌溉增产效益的比例以30%～40%较合理；水费占每公顷净收益的比例以10%～20%为宜[12]。多因素综合控制模型计算的承受能力水价，反映了用水户经济承受能力，不同地区综合计算取值不同。

3 基于短期水权分配下的动态协调水价模型

在单一灌溉情况下制定的农业水价不能反映水资源可利用量和农户实际灌溉用水量的年际差异，在丰水年，水资源充沛，可利用水资源量较多，因此分配的水权水量理论上应该是较多，但由于降水丰富，农民的实际灌溉用水量会降低，并且农民的收益一般情况下会有所提高，农户可承受水价也会相应有一定幅度的提升；在枯水年，可利用水资源量较少，因此分配的水权水量理论上应该是减少，但为了保证作物的生长需求，农民的实际用水量会升高，同时农民的收益会降低，农户可承受水价也会相应有一定幅度的下降。在目前推广水权和水市场的背景下，基于分配的农业水权水量计算出的农业成本水价，与水权水量呈反比关系，即丰水年水权水量提高，水价降低，枯水年反之，因此基于水权分配的农业水权计算出的水价与农民可承受水价在不同水文年的变化趋势并不一致，为了达到节水目的，同时又保证农民的利益，提出基于水权分配和奖惩激励机制的农业动态协调水价模型如下：

(4)

式中：Ph为丰水年农业灌溉动态协调水价，元/m3；Ps为农业用水补贴，元/m3；Pm为平水年农业灌溉动态协调水价，元/m3；Pl为枯水年农业灌溉动态协调水价，元/m3；λ为水价在成本水价的基础上提高的比例；q为农户实际灌溉用水量，m3；其他符号意义同上。

参考相关文献[13]，在北方地区，水价在成本水价的基础上提高的比例λ一般取0.4～0.5，在一些缺水地区，有时会取到0.5～0.7。

4 实例分析—为以山东省桓台县项目区为例

山东省桓台县项目区位于桓台县新城镇的城西村、乔北村、西贾村 3 个行政村，属于小型农田水利重点县建设项目示范区，区域内配套机井 46 眼，废弃4眼，属于老井灌区，机井密度过大，单井利用率低，同时开采布局不合理，开采时间过于集中，农业用水主要集中在 3 月份和 9 月份，浅层地下水开采强度长期以来一直较大，造成浅层地下水位持续下降。除北部地区由于地势原因水位埋深较小，水位变幅亦较小外，中南部和东部地区因过量开采已形成了稳定的降落漏斗。项目区分配的多年平均农业水权水量为3 144 m3/hm2。项目区灌溉面积为100 hm2。

4.1 基于长期水权的农业水价模型计算

根据长期水权的农业水价计算模型计算水价组成的各项内容，数据来自项目区实际调研、桓台统计年鉴等。

(1)工程折旧费。根据项目区的基本资料，该项目区信息化设备总投资为122.28万元，42眼机井中有38眼为农民自己投资建造的，其余4眼井为2009年小农水建设项目所建，每眼井的建造成本为3 750元，其中国家每一眼井提供补助1 750元，农民自己出资2 000元，整个工程的总投资为122.98万元。参考水利建设项目经济评价规范(SL72-2013)，信息化设备折旧年限取20年，残值率取3%。按平均年限法计提，工程年折旧费为5.96万元。

(2)管理人员工资及福利费。根据实地调研，项目区设立农民用水者协会，聘请5人，工资福利标准按每人每年38 400元，每年管理人员及福利费为1.92万元。

(3)贷款年利息。项目建设投资中，向亚行贷款15万美元(2015年汇率为1美元=6.2元人民币)，即93万人民币，贷款年限为25年，贷款在第1年年初即到账，宽限期5年，还贷期20年，从第6年年初开始等额偿还本金，贷款利率为1.5%。经计算，平均每年支付利息为0.71万元。

(4)工程管理费。根据国家规定，根据《水利建设项目经济评价规范》，并参照类似的工程运行情况，管理费按固定资产原值的0.5%提取。因此，项目区固定资产总投资为122.98万元，年维修费为0.615万元。

(5)工程维修费。根据《水利建设项目经济评价规范》(SL72-2013)，并参照类似的工程运行情况，维修费按固定资产原值的1.5%提取。因此，项目区年维修费为1.845万元。

(6)燃料动力费。根据项目区农业灌溉的现状，燃料动力费主要为机井的电费，计算公式为：

Cp=PQrK/(Q1η)

(5)

式中：Cp为农业供水工程燃料动力费，元；Qr为农业水权水量；η为潜水泵效率(%)，取67 %；K为潜水泵功率(kW)，取5.5 kW；Q1为单眼井的流量(m3/h)，取30 m3/h；P为电价，按0.54 元/kWh计。

根据近三年《桓台县各镇(街道)农业用水初始水权控制指标分配表》，将桓台项农业用水量控制指标预留5%后，项目区农业灌溉用水水权定额为3 144 m3/hm2，总灌溉面积为100 hm2，项目区农田灌溉年取水量为314 400 m3，按照电价为0.54 元/kWh计算，电费为46 456.12 元/a。

(7)基于长期水权的农业水价。因为项目区抽取地下水进行农业灌溉，不计原水费，项目区农业水价计算费用中的折旧费、工程管理费、贷款利息、管理人员工资及福利、工程维修费和燃料动力费参照前述方法计算，项目区农业水价成本费用计算结果见表1。

表1 项目区农业水价成本费用Tab.1 Agricultural water price cost in the project area

根据公式(1)和项目区农业水价成本费，计算得到基于长期水权的农业全成本水价为0.499 元/m3。

4.2 基于短期水权的动态协调农业水价模型计算

(1)基于短期水权的农业水价。基于降雨径流同频率的原则，对桓台县1956-2016年降水量系列进行频率分析，得到丰水年25%、平水年50%和枯水年75%时对应的降水量，同倍比计算得到项目区不同水文年的短期水权水量，计算结果见表2。

表2 项目区不同水文年短期水权水量Tab.2 Short-term water rights quantity in different hydrological years in the project area

根据项目区不同水文年短期水权水量，计算得到不同短期水权水量对应的工程费用，结果见表3。

表3 不同水文年短期水权水量对应的工程成本核算表 元

根据不同水文年短期水权水量对应的工程成本，代入公式(2)计算得到基于短期水权的农业全成本水价和运行成本水价，计算结果见表4。

(2)农户动态承载力水价计算。根据项目区的实地调研和农户走访，项目区农业年均净收益为18 000～21 000 元/hm2，

表4 不同水文年短期水权农业水价 元/m3

年均生产成本为12 000～15 000 元/hm2，种植小麦的年均产量为6 750～8 250 kg/hm2，小麦的售价为2.50～2.54 元/kg，种植玉米的年均产量为8 250～1 0500 kg/hm2，售价为1.5～1.66 元/kg。由于缺少不同水文年年均净收益、年均生产成本各项计算指标的详细数据，模型计算中按照平均值计算。经过折中考虑，选取的计算数据为净收益19 500 元/hm2，生产成本为13 500 元/hm2，小麦的产值为18 900 元/hm2，玉米的产值为15 000 元/hm2。据此计算出的现状年(2018)农户多项控制因素承载力水价见表5。

表5 现状年(2018年)多项控制因素农户承载力水价 元/m3

众所周知，在我国相对其他产业而言，农业是微利产业，个别年份甚至是“负利”，农户收入较低，经济承载力有限，因而农户承载力水价取各指标比例范围下限，计算得到承载力水价的最小值，作为农户承载力水价，计算结果见表6。

表6 现状年(2018)农户可承载力水价Tab.6 Current status(2018)of farmers' carrying capacity water price

(3)动态协调水价方案确定。农业水价补贴参照桓台县临近地区山东省德州市的农业补贴水价[13]，政府补贴定为0.17 元/m3，将计算数据代入动态协调农业水价计算模型，计算得到基于短期水权的动态协调农业水价，计算结果见表7。

由表7可知，丰水年、平水年和枯水年的农业短期水权水价均高于农户承载力水价，因此在确定动态协调水价时，丰水年的第二阶梯水价取农户承载力水价0.438元/m3，第三阶梯水价取农业短期水权水价0.45元/m3；平水年的第二阶梯水价取农户承载力水价0.343元/m3，第三阶梯水价取农业短期水权水价0.505元/m3；枯水年的第二阶梯水价取农户承载力水价0.283元/m3，第三阶梯水价取农业短期水权水价0.67元/m3。由于丰水年、平水年和枯水年的第二阶梯水价均为各水文年农户承载力水价，而农户承载力水价随着年降水量的增大而增大，即丰水年最高，枯水年最低，因此动态协调水价丰水年的最低水价高于平水年和枯水年的最低水价。

表7 基于短期水权的动态协调农业水价Tab.7 Dynamic coordination of agricultural water prices based on short-term water rights

5 结 语

通过分析长期水权水价与短期水权水价的差异，明确了农业水权水价应随水文年的变化而变化，进一步提出了基于农业短期水权与农户承载力相结合的动态协调农业水价计算模型，并在项目区进行应用。

(1)目前的农业水权水价大多是根据地区水资源用水总量控制指标来确定的。针对水权计算时段的长短，提出并建立了长期水权和短期水权农业水价的模型，短期水权农业水价考虑到不同水文年的水权水量，给出了不同的计算公式。考虑不同水文年年，农户的每公顷平均收入和每公顷平均生产成本不同，经济承载力不同，提出了基于短期水权的动态协调农业水价模型，并在桓台县项目区进行应用。

(2)农户承载力水价随着年降水量的变化而变化，基于短期水权计算出的农业水权水价随着年降水量的增大而减小，反映出农户承载力水价与农业水权水价变化规律不一致，将二者进行动态协调耦合，结合奖惩机制设置适当的阶梯水价，激励农户的节水灌溉行为。由动态协调农业水价计算结果可看出，随着农户实际取水量的变化，丰水年农业水价变化范围为0.268元/m3到0.54元/m3，差值为0.272元/m3；平水年农业水价变化范围为0.163元/m3到0.606元/m3，差值为0.443元/m3；枯水年农业水价变化范围为0.113元/m3到0.938元/m3，差值为0.825元/m3，枯水年水价的变化幅度明显高于丰水年水价的变化幅度，这样更有利于促进农户的节水灌溉行为。由此可见，动态协调水价的实施能更好地实现项目区用水户对地下水开采量的自我约束，从而实现地下水漏斗区的有效治理。

目前我国的农业水价综合改革及农业水权分配工作正在全面展开，农业初始水权如何合理分配，如何考虑农民利益制定合理农业水权水价是我国农业水价改革成功的关键。本论文为山东省利用亚行贷款地下水漏斗区综合 治理示范项目的农业水权水价研究初步成果，后续研究成果将陆续发表。