水资源管理的新方向：水价政策的作用

王 川

(南岸干渠灌区管理处，新疆 伊犁 835100)

1 概 述

本世纪，水资源管理将面临日益严重的稀缺性、日益激烈的竞争和日益增长的环境问题。在未来几十年中，水问题预计将成为一些国家可持续发展的主要制约因素，而水价是克服这一制约因素的关键工具。虽然水价政策的实施不会对工业、水电和城市用户造成实质性问题，但在农业用户方面，这已成为一个极具争议的问题[1-2]。它们有几个共同的特点：①灌溉农业在农业总产量中占有很大的比重，在一些地区的经济活动中仍然发挥着重要作用。②农业一直是，而且仍然是主要的用水者。尤其在中国西部地区，那里的农业用户占总用水量的80%，因此成为水价政策领域的主要利益相关者。③农业集约化导致水资源和肥料使用的显著增加，造成日益严重的环境问题。其中包括地下水和河流水位下降，这是取水的直接结果；硝酸盐、磷酸盐和农药的淋失增加以及地下水和地表水的污染[3-4]。

综上所述，成本回收方法的实施意味着水价政策的一个重要变化，表明需要认真界定水价标准，同时考虑到环境、社会经济和区域的具体影响。这种新的体制背景增加了开发经济管理工具的必要性，以评估不同用水者和不同用水者之间的水价标准的设计和评估。

2 方法论

鉴于供水成本和水价的影响在整个特定流域可能高度不均匀，对水价政策的评估应能够在详细和分类的层面上区分和描述政策影响。为此，开发了一个模拟水资源利用的模型——“实证数学规划”模型，以应对容积水价的情景，并将其应用于大量异质灌溉地区。与传统的数学规划方法相比，该方法的主要优点是能够准确地表示参考情况，对数据的要求较低，并且当模型用于政策变化分析时，模型结果能够对外生参数的连续变化作出平滑的响应。对我们的目标也很重要的是，通过应用PMP方法，有可能建立反映每个灌溉区观测到的种植模式的模型自动校准程序，并便于在详细比例尺上通过流域的不同区域进行复制。

实证数学规划的一个主要缺点是，农民可选择的方案仅限于在基准年情况下观察到的活动。为了克服这一困难，扩大标准的PMP方法，以便纳入新的生产活动和灌溉技术。提出一种成本转移方法，以模拟采用新的灌溉技术和从灌溉作物向旱地作物的转变。

遵循标准的PMP方法，对数学规划模型进行校准，以观察到涉及两步实施程序的活动水平。在第一步中，传统的线性规划模型是以灌区的观测活动水平为界，引入一组校正约束。在第二步中，与校准约束相关联的对偶值允许恢复非线性目标函数，使得一旦删除校准约束，新的规划模型几乎准确地再现了观察到的活动水平。

校准模型理论公式为(子索引j=1。m表示作物类型，子索引r=1。s表示灌溉技术，分项指数i=1。n表示资源类型)

(1)

(2)

xjr≥0;∀j,r

(3)

(4)

目标函数使农场净收入最大化。净收入定义为总销售额减去灌溉成本和其他可变成本。资源限制包括对可用耕地总量、可用灌溉水总量和农业政策的限制。

(5)

(6)

(7)

式中：λi为i资源的双重值；mjr为与校准约束相关联的双重值。第一个条件式(5)可以重写为：

(8)

(9)

使用一阶条件，边际值mjr的向量允许根据以下条件计算这个函数的参数αjr，y和jr:

(10)

αjr=cjr∀j,r/xjr≠0

(11a)

αjr=max{cjr′,((pjyjr-pjyjr′))} ∀j,r/xjr=0

(11b)

其中r表示观测情况中不存在的灌溉技术子集，但如果经济环境发生变化，则可能是解决方案的一部分。式(11)允许校准未观测到的技术或活动，同时保证这些活动不包括在基年解决方案中。一旦成本函数恢复，完整的非线性模型可以定义为：

(12)

(13)

xjr≥0

(14)

目标函数式(12)集成水价部分，以模拟成本回收情景。在这个术语中，t是成本回收水平，w是单位生产活动的用水量。该非线性模型再现了在基准年情况下观察到的活动水平，能够模拟假设的成本回收情景。

3 经验应用

利用农业或河流流域统计资料建立一个综合数据库。对于每个灌溉区，收集了关于观测到的生产活动水平、灌溉技术、每种作物的投入使用、水费、每项活动的可变成本、作物价格、作物产量和农业政策补贴的现有信息。还记录了每个灌溉区的总耕地、灌溉用地和可用水量。

为了说明这种方法论方法在评估水价机制执行情况方面的能力，选取西部地区南岸干渠的两个灌区进行实验研究，定为A灌区和B灌区，其中A灌区灌溉方式主要为地面灌溉，B灌区为喷灌与地面灌溉相结合。在这两种情况下，灌溉都是用地表水进行的；流域管理局主要负责供水系统的运行、维护和管理。两个灌区目前的水价都是以每公顷为基础确定的，换算成容积价格将是0.14元/m3。见图1。

图1 灌溉技术

为了分析水价的潜在影响，模拟了0～3元/m3的水价。模拟远高于目标成本回收水平的水价，以评估不同的水价标准，并说明水价的影响。

取水结果表明，由于技术变化和作物替代效应，将水价从0元/m3提高到3元/m3将导致水的使用量显著减少，并且随着水价的提高会引起灌区灌溉技术的改革。例如，在灌区A，水费为0.9元/m3时导致用水减少30%，而1.2元/m3的水费导致用水减少40%。

水价的变化影响着用水量的变化，见图2。随着水价从0元/m3提高至3元/m3，用水量从7 000 m3/hm2左右减少至800 m3/hm2。从图2中可以看出，A灌区与B灌区的用水量变化略有差异，随着水价的提高A灌区的用水量降低更快。这表明由于节水灌溉技术的使用，B灌区的生产率更好，抵御水价波动的能力更强。

图2 耗水量

分析水价政策的社会经济影响，主要是农场收入和劳动力收入，见图3和图4。关于农场收入，A灌区与B灌区的收入变化趋势类似，但是整体收入B灌区始终高于A灌区。对于劳动者的收入，当水价在0.14元/m3以下时，A灌区劳动者收入要高于B灌区劳动者收入；当水价大于0.3元/m3时，A灌区劳动者收入急剧下降。

图3 农场净收入

水价对劳动力的影响对于地区的低水价水平尤为重要。图4显示，水和劳动力具有重要的互补性。低水价的情况尤其如此。

图4 劳动者净收入

图5和图6显示了肥料使用和水分提取之间的密切关系。在施肥方面，两个灌区的模型结果有很大不同。在灌区A(图5)，随着水价的上涨，化肥的使用量明显减少。对于低水价来说，这一事实尤其如此。

图5 灌区A化肥消耗量分析图

图6 灌区B化肥消耗量分析图

关于灌区B(图6)，模型结果表明，水价上涨可能导致硝酸盐肥料用量增加。这种现象发生在中等的水价水平。事实上，作物活动与肥料利用之间存在着密切的对应关系，用甜菜等硝酸盐需求量较高的作物部分替代棉花可以解释这一结果。结果表明，不同地区水价机制对环境的影响可能存在较大差异，需要进一步分析。

4 结 论

本文建立正态数学规划模型，用以评估大量灌区效益的影响。该模型可以模拟不同水价情景下农户的行为，与传统的农场建模方法相比，正态数学规划方法具有较低的野外数据采集要求，并利用可用统计数据库中的信息，使得在本地和全国流域尺度上进行分析更为容易。实证数学规划这种方法显示出两个重要的优点：①该模型可以在国内推广使用；②随着每年新的统计观测数据的提供，该模型可以方便地更新。这两个特征对于水价政策设计都很重要。