灌区农业平衡水价理论及实证分析

孔 强，谢晓彤

（1.石家庄市冶河灌区服务中心，石家庄050000；2.石家庄市水利局，石家庄050000）

0 引言

灌区农业水价是维护正常灌溉秩序和调节政府与农户之间利益的关键环节，是现代灌区建设的核心要素。粮食作为特殊商品决定了灌区农业水价的特殊性，1949年至今，灌区农业水价演进可分为3 个阶段：第一阶段是20世纪50～70年代，水管单位仅向受益农户收取基本的人工费、电费等，不收水资源费；第二阶段是80～90年代，各省相继提高灌区农业水价标准，收取以灌溉面积计价的基本水费和以水量计价的水量水费，开始征收原水费；第三阶段是2000年后，随着政府对大中型灌区节水改造投入的增加及管理维护费用的快速增长，水价逐渐低于供水成本，多数水管单位依靠地方财政补贴维持生计，灌区可持续发展内生动力不足。

近年来，灌区农业水价改革一直面临两难境地，一方面现行水价偏低，农户节水意识淡薄，部分灌区水管单位运转困难；另一方面国家投入大量资金用于灌区建设，供水成本高企。对此，国内已有多项研究从不同角度提出了水价模型和算法，如：刘思妤[1]等分析了宁夏引黄灌区农业水价现状，提出建立阶梯水价标准及完善相关配套政策，以期使水价达到补偿供水成本水平；任梅芳[2]等考虑农民对水价的承载能力及现实国情，认为不能单纯依靠提高水价实现农民自觉采用节水技术，必须依靠对农民的激励政策来实现节水灌溉技术的推广应用，并以泾惠灌区为例，构建了基于应用节水技术的激励补偿机制水价模型；付桃秀[3]等以赣抚平原灌区为研究对象，分析了农户对测算水价的经济承受能力和心理承受能力，采用完全成本定价法测算了农业终端供水成本，发现全成本水价在其经济可承受范围之内，但远高于其心理支付意愿，建议实行两部制水价：国有骨干工程水价按照其成本水价的60%收取，其余40%由政府补贴。

上述研究概而言之，是以农户水费承受能力作为水价边际约束，将供水成本分摊至计量点水量来测算水价。而在直觉上将灌区大修、运管、维修养护等费用计入成本得出的水价，其结果大多高于农户水费承受能力，究其根源，似乎是忽视了灌区农业水价所蕴含的公平与效率的平衡关系，而探究能够实现这一平衡的水价，或是解决问题的一条可行路径。

1 灌区农业平衡水价的内涵和辩证关系

灌区农业平衡水价是在农业用水过程中，对不同主体实现均衡收益的水价体系，是能够满足政府投资成本与社会效益、农户种植成本与灌水收益、水管单位管理成本与服务效率平衡关系的可量化的水价。

以下是对平衡水价理论及具体算法的阐述，研究范围包括：由政府建设或续建、水源有保证的国有大中型灌区，种植结构以粮食作物为主，水价推导中不计入原水费。

1.1 灌区农业平衡水价的主体

平衡水价主体由政府、农户、水管单位构成，3者之间的成本、收益存在差异：政府投入资金用于灌区建设，获益是保障国家粮食安全、缓解水资源短缺矛盾；农户支出水费，收益是灌水后获得粮食增产、期望增加自身收入；水管单位通过为农户提供灌水服务，以获取维持自身运行的水费；灌区水资源的另一个潜在收益是地下水环境。各主体之间的成本和收益关系见图1。

图1 不同主体的成本与收益Fig.1 Costs and benefits of different entities

1.2 灌区农业毛用水量的组成

灌区自水源引水，通过各级渠道设施分配至农户耕地，分配过程包括：各级渠道的渗漏和蒸发水量、进入农户地块水量、灌溉弃水量。农业毛用水量组成关系可表示为：

式中：Q毛为灌区水源毛用水量，万m3；Q渗为渗漏水量，万m3；Q蒸为输水过程中蒸发水量，万m3，Q净为进入农户地块的水量，万m3;Q弃为灌溉弃水量，万m3。

农户真正需要的是进入农户地块的水量Q净，其中又包含浅层渗漏、棵间蒸发、作物蒸腾等。现行水价多以斗口计量点水量作为农业水价计算基准，是将渗漏和蒸发水量也计入了供水成本。

1.3 农业供水成本分摊

灌区工程是政府为保证国家粮食安全而建设的重要农业基础设施，水价的设计中，比较合适的方法是将灌区工程产权与使用权分离。灌区骨干工程属国有资产，地方政府是产权的所有者，田间工程采用政府补助的形式，产权一般归村集体或农民用水户协会所有；受益农户拥有灌区工程和一定量水资源的使用权。骨干工程供水成本包括[4]：计入成本的固定资产大修费、人员工资保障经费、渠道设施维修养护经费等；田间工程供水成本包括：维修养护经费、用水户协会或村级水管组织管理经费等。

事实上，无论是第一阶段还是第二阶段水价，都未将固定资产大修、折旧等费用计入供水成本。2000年以来，大中型灌区投资均以中央财政主，如中部地区中央与地方投资比例，已由“十一五”的6∶4 增加到“十四五”的7∶3。随着政府投入增加，减少的是灌区水源毛用水量Q毛，增加的是社会效益，而对进入农户地块的水量Q净并无直接影响，若由水管单位或地方政府向农户收取大修费等用于补偿水管单位供水成本，尚缺乏必要的政策依据，也有悖于政府投资灌区建设的初衷。

灌溉过程中，各级渠道渗漏和蒸发的水量（渠系水面蒸发水量占比较小，不再单独计算），最终会补充至地下水[5]和大气水，这一过程虽是被动的不可规避的，但对区域水环境而言是有益的，尤其是在北方地下水超采区的补充效用尤为突出，即便是南方也存在局部地下水超采现象[6]，如长江区、珠江区、东南诸河区等，渠道渗漏对区内地下水循环仍有正向作用。

作为灌区工程的使用者和其中的受益者，农户因灌水收益支付相应的服务费用是合理和必要的。而政府既是产权的所有者又是获益者，基于公平分摊原则，也必须承担相应的成本，即应当分摊除农户应负担的合理用水服务费用之外的其他成本。灌区农业用水各主体之间平衡水价逻辑关系见图2。

图2 平衡水价逻辑关系Fig.2 Logical relation of equilibrium water price

2 平衡水价计算理论

2.1 政府投资获益成本

政府作为灌区工程所有者、投资者和获益者，其收益成本亦须量化。目前全国大中型灌区多为计划经济时期，地方政府组织受益农户投工投劳建成，形成了早期的固定资产，这部分固定资产可通过资产重置加以量化，作为灌区原始固定资产，限于时代背景，具体产权归属及供水成本在此不再讨论。以大中型灌区节水改造为节点，将近20年内政府以货币形式投资形成的固定资产（下称新增固定资产）作为计算基准，这部分资产直接效果是减少了灌区农业毛用水量（还具有排险保安等功能）。故而对新增投资成本，可用减少的毛用水量价格来衡量。

式中：P1为以减少毛用水量计价的政府节水投资成本水价，元/m3；Xi为第i年的投资，万元；ki为第i年固定资产形成率（水利工程0.75～0.85 左右）；n为固定资产使用年限（大中型灌区工程正常运行期为30～50年[7]）；Q减为减少的年农业毛用水量，万m3。

灌区减少的毛用水量由3部分组成：工程措施和非工程措施减少的水量、实际灌溉面积缩小减少的水量。为避免对实灌面积缩小和非工程措施减少水量的推导，可采用斗口实际计量水量推算骨干渠道水利用系数提高后减少的渗漏水量，算式如下：

式中：Q减减少的年毛用水量，万m3；Q斗为年斗口计量水量，万m3；ηj为第j年投资后骨干渠系水利用系数；η0为节水改造前骨干渠系水利用系数。

政府对灌区工程节水投资的重要驱动力，是减少的毛用水量用于非农业生产用水带来相较于农业用水更大的增加值，如用于工业、生活、旅游、环境等供水项目。以此为约束条件，当减少的毛用水量带来的价值小于投资成本的时候，认为灌区的节水投资应减少或终止，即应满足：

式中：M1为减少的毛用水量用于非农供水的价格，元/m3。

以M1价格计算，政府对灌区节水投入的年收益G1亦可表示为：

与建成之初相比，大多数灌区实灌面积都存在不同程度缩减，可认为在节水改造前，灌区原始固定资产的社会效益已基本实现。

2.2 农户灌水获益成本

对特定灌区内的不同粮食作物，采取差异化水价测算策略较符合实际。当满足作物灌水需求后，政府对灌区工程的持续投入，并不会为作物增产带来更多收益，即农户因灌水带来的作物增产收益不会随工程投资的增加而增加，也不会随水管单位管理维护费用的增长而增长，在国家粮价相对稳定的情况下，而只与进入地块的水量相关。不同种类作物生育期内对灌水量有不同需求，单位水量的灌水收益存在差异，如北方冬小麦、夏玉米主产区，夏玉米水分生产率高于冬小麦。此外同一种作物还因不同的种植土质，单位面积灌水量大小也不尽相同，如黏壤土持水性较好，无论是自然降水还是灌溉水能被充分利用；沙壤土透水性强，生育期需水量较黏壤土大。因此若不考虑作物种类、种植结构和灌域土质的影响，会使水分生产率低的作物或土壤持水性差的灌域负担相对较高的水费。因此采取差异化定价，能真实反映水价对作物的实际增产收益。

生产中，农户灌水后的作物增产收益，还包括灌水后化肥、人工、机械等增加的成本，水管单位提供的水资源及供水服务收益，应在增产收益内进行合理分摊，可用灌水对作物增产贡献率作为分摊比例，将作物灌水定额折算至斗口计量水量计算：

在计算不同作物的年水费收入时，还应以该作物灌水定额占单位面积年总灌水定额中的比例，对理论计量水量进行分摊，来确定该作物的年理论计量需水量。设年内单位面积耕地共种植j种作物(或同一种作物的j次种植季)，则第i种作物分摊的年计量水量为：

式中：Q理为年计量水量理论值，万m3，由式（13）确定。

灌区为农户提供用水服务后，应获得的年总收入为各作物水费收入之和：

式中：G2为灌区年农业水费总收入，万元。

采用年计量水量理论值Q理推算水管单位农业水费收入，已考虑了区域降水周期对年计量用水量的影响，使农业水费收入具有一定保证率，可降低降水的不确定性对灌区收入的影响。

2.3 渠道渗漏补充地下水成本

对渗漏水量的成本，可采用类比法，以区域内生态环境用水或回灌地下水价格作为灌区渗漏水计算价格，则灌区年渗漏水量收入：

式中：G3为灌区年渗漏补充地下水收入，万元；M2为区域内生态环境用水或回灌地下水价格，元/m3；Q渗为骨干渠系渗漏水量，万m3。

灌区渗漏水量收入，体现了地方政府对农业用水过程补充地下水部分的合理补偿，不应包括灌溉弃水等无效水量，应以计量水量进行折算：

式中：η干为计量点以上骨干渠系水利用系数；Q斗为斗口计量水量，万m3。

渠道渗漏虽能补充地下水，但不能作为目的。灌区用水取自水库或天然河道，会对原有的水生态系统产生一定不利影响，今后还需提高灌区农业用水效率，尽可能减少水资源取用，还水于自然。

2.4 平衡方程及约束条件

由公式(1)～(10)可得灌区农业平衡水价成本～获益关系式：

约束条件为：

式中：G1为政府对灌区节水投入的年收益，万元；G2为灌区年农业水费总收入，万元；G3为灌区年渗漏补充地下水收入，万元；G为水管单位人员管理、维修养护等费用之和，万元；P1为以减少毛用水量计价的政府节水投资成本水价，元/m3；M1为减少的毛用水量用于非农供水价格，元/m3。

式（12）的理论意义可解释为：水管单位的管理及维护成本，不应大于农户合理支付水费与渠道渗漏收益之和；政府对灌区节水投资成本，不应大于减少的毛用水量在工程使用年限内产生的非农供水收益。

3 实证分析

以冶河灌区为例：冶河灌区是以河北省岗南水库为主水源的大型灌区，设计灌溉面积2.67万hm2，种植结构以冬小麦和夏玉米为主，农业执行水价为斗口计量点0.1元/m3，区内地下水超采严重。灌区自1998年开始对骨干工程进行节水改造，渠道采用浆砌石防渗，至2012年累计投资2.338亿元，骨干渠系水利用系数自改造前的0.462 提升至0.59，减少的毛用水量用于石家庄市区居民生活用水，生活用水以水库出口计价为0.37元/m3。

3.1 计算基准水量的比较与选取

水价测算过程中，影响水价计算结果的一个敏感性指标是计算基准水量。现行农业水价测算多以近5年斗口计量水量均值作为基准水量[4]，以此计算出的水价有很大不确定性。一是易受个别年份极值影响，如2016年河北中南部突发大洪水，使这一区域灌区当年用水量较正常年份明显偏小；二是许多灌区水费实收率未能达到100%，按此计算的水价，实际结果是至少有50%的年份，水费收入低于推算的灌区年收入。而灌区在一定时期内实灌面积和作物种植结构是相对稳定的，对农业用水量影响最大的是区域年降水量。因此考虑选取与区域降水周期相一致的、具有一定保证率的理论计量用水量值，作为计算基准水量更为合理，可以下式计算：

式中：Q理为年理论计量用水量，万m3；f(x)为与区域年降水量周期一致的灌区年农业实际计量水量频率分布函数，x为保证率。

冶河灌区所在的石家庄市，年降水量周期为10年左右，2010-2019年石家庄市区域降水量与冶河灌区农业实际计量水量呈明显反向趋势，年降水量越大农业用水量越小，反之亦然，见图3。

图3 2010-2019年石家庄市降水量与冶河灌区农业计量水量对比Fig.3 Comparison of precipitation in Shijiazhuang and agricultural measured water volume in Yehe Irrigated Area from 2010 to 2019

将近10年农业实际计量用水量按由大到小顺序排列，选取的保证率越高，理论用水量值越小，年降水越趋于丰水状态，水费收入对水管单位运行保障率越高。

图4中拟合农业计量水量理论曲线为：Q理= 12 321x-0.268，由此式可计算不同保证率理论计量用水量，结果见表1。

图4 冶河灌区近10年计量水量频率曲线Fig.4 Frequency curve of measured water quantity in yehe irrigation Area in recent 10 years

表1 不同保证率理论计量用水量 万m3Tab.1 The oretical measurement of water consumption with different guarantee rates

3.2 政府投资成本和获益的测算

观察冶河灌区1998-2012年节水改造投资与骨干渠系水利用系数变化曲线，可见政府对灌区的投资与骨干渠系水利用系数的提高并不是线性关系。1998年改造初期，渠道水利用系数显著提高，随着防渗率增加到某一阶段，投资对水利用系数改善作用不再明显。如当达到η干≈0.57 后，增长比率明显减缓，累计投资∑Xi与骨干渠系水利用系数近似呈指数关系：∑Xi= 239.54η干-0.268，见图5。

冶河灌区节水改造初期，主要选取防渗破损严重、渗漏水量较大渠段拆除重建，渠系水利用系数显著提高；之后自上游开始逐渐向下游顺序改造，利用系数虽有提升，但较初期升速明显减缓。此外，渠系水利用系数还受周边水文地质条件、输水流量、渠道长度、日常维护等影响，在此不再逐一表述。

图5 冶河灌区累计投资与骨干渠系水利用系数关系曲线Fig.5 Relation curve between cumulative investment and water utilization coefficient of backbone canal system in Yehe irrigation Area

3.2.1 政府投资成本测算

政府节水投资成本P1的计算：骨干工程平均使用年限按n=40 a 计[4]，年减少毛水量Q减按式（3）计算（1998-2019年斗口计量水量Q斗见表2 和表3，1998-2012年水利用系数按图5取值，2013-2019年按2012年值计算），可得1998-2019年均减少毛用水量2 130万m3，由式（2）计算得：

与减水毛用水量供石家庄市生活用水价格M1= 0.37元/m3对比，满足式（12）约束条件：P1≤M1。

3.2.2 政府投资获益测算

1998～2012年节水投资获益计算：累计收益按式（3）、（5）估算（η值按图5 中1998-2012年数据计算），见表2。

表2 1998-2012年累计收益Tab.2 Cumulative investment returns from 1998 to 2012

2013-2019年节水投资获益计算：2013-2019年水利用系数按2012年投资结束后η干值0.59 计算，该7 a 累计收益计算结果见表3。

表3 2013-2019年累计收益Tab.3 Cumulative income from 2013 to 2019

由表2 和表3 可得，1998-2019年灌区节水改造累计获益为：

∑G1= 1.068+ 0.587= 1.655 亿元

据以上测算，若今后石家庄市继续增加岗南水库生活用水量，则冶河灌区仍具备节水改造投资价值。进一步讨论：若2013年后继续对骨干工程节水改造投资，η干按年均0.01增长，灌区节水投资与骨干渠系水利用系数、减少的毛用水量比较收益之间变化趋势见图6。

图6 骨干工程节水投资、利用系数、节水收益变化趋势Fig.6 Changing trend of water-saving investment utilization coefficient and water-saving income in backbone projects

由于各灌区节水投资不同，投资成本P1存在差异，减少的毛用水量产生的G1及其约束条件须具体分析，避免节水投资效益内卷。

3.3 作物灌水总收益和渗漏补充地下水收益计算

作物灌水定额的选取对斗口计量水价会产生较大的影响，应按当地灌溉实验资料确定。根据华北地区冬小麦灌水实验[8]，充分灌溉的小麦平均产量为6 435 kg/hm2，较无灌溉水平均产量4 255.5 kg/hm2，相比增加2 179.5 kg/hm2，分摊系数0.338。玉米水分生产函数藁城实验站[9]无灌水产量为4 999.5 kg/hm2，与灌水后平均产量7 515 kg/hm2相比增加2 509.5 kg/hm2，分摊系数0.334。选取农业计量水量70%保证率理论值Q理= 3 946 万m3作为计算基准，由公式(6)～(8)可得，冬小麦水价为：元/m3，夏玉米水价为：元/m3，70%保证率年农业水费收入为818.309 万元，按小麦和玉米种植结构的综合计量水价为818.309/3 946=0.207 元/m3，见表4。

表4 70%保证率农业计量水价及年收入Tab.4 70%guarantee rate of agricultural measured water price and annual income

骨干渠系渗漏水量补充地下水收益，类比南水北调中线工程向石家庄市滹沱河生态补水价格，以出口计价0.21 元/m3计算，采用表1 中近10年平均计量水量4 523 万m3作为基准水量，由公式（9）、（10）可得：

Q渗= 3 143.102 万m3

G3= 660.051 万元

经以上计算，按平衡水价理论，冶河灌区70%保证率年总收入为：G2+G3= 1478.36万元。

3.4 田间工程的运行管理

田间工程渗漏损失由农户承担较为合理。大中型灌区骨干渠系以上多采取续灌，由于输水时间较长，输水时能够接近或达到侧向渗漏，渗漏水量可直接进入地下水循环；田间斗农渠多为轮灌，以发生垂向渗漏为主，渗漏水量多补充至田间持水。这部分渗漏由农户承担，可促使农户自觉优化灌溉方式、保护田间工程设施，以节省自身水费支出。

建立以村集体为主与政府专项资金补贴相结合的田间工程管理模式，可降低田间工程供水成本。大量的田间工程散布于农户田块地头，容易被日常劳作、机械耕种、田块改造破损，若由水管单位管理，将水量计量到农户，所产生的额外成本将是农户无法接受的。田间工程须由村集体或农民用水户协会负责日常管理维护，政府以专项资金形式进行补贴激励，是目前较合适的选择。对农户的水费收取，经济可行的办法是以水量和灌溉面积相结合的方式：即以各村斗口计量点水量，确定该村用水量和应缴水费总额，再按实灌面积将水费分摊至各农户。

3.5 创新灌区管理机制和水费征收方法

探索以大数据、互联网为基础的灌区农业水费征收方法，是解决收费难的可行途径。划分以村为单位的农业用水单元，建立农户耕地数据库，利用大数据、信息技术等对实灌面积和用水量动态管理，减少水费征收中间环节，保障水价精准落地。具体方法是：①依托国土部门耕地资料，建立水管单位、村级用水组织、农户确认的水费收缴基础数据库，按年度动态更新；②灌水结束后，将用水量、灌溉面积数、应缴水费等信息通知用水农户，接受农户监督；③建立由财政部门监管的专用水费账户，为农户提供支付宝、微信、银行转账等多种支付手段，方便农户缴纳水费；④根据农户年度水费收取率，给予用水户协会或村集体奖励；⑤依法收费。与之同步，还应引入社会化供水服务和市场化维修养护机制，逐步缩减水管单位管理成本，提高灌区综合服务效率，实现水管单位收支平衡。

4 结语

（1）灌区农业平衡水价理论实质是以合理获益逆向控制所需成本，进而推算水价，最终实现政府、农户、水管单位公平负担成本和均衡获益。该理论方法能避免将固定资产和管理维护等费用，作为农业供水成本直接分摊到计量用水量的局限性，既对水管单位管理成本起到约束作用，又能促进农户自觉采取节水措施，降低田间用水浪费。

（2）灌区农业水价改革的痛点是水管单位的效率。造成供水成本增加的主要因素是运管费用的过快增长和粮食种植的长期低收益。不管是过去、现在、还是将来，政府依然会投资于灌区基础设施建设，这一点不会改变，需要改变的是灌区运行管理方式，使之更高效服务于农业粮食生产，这是灌区农业平衡水价测算理论题中应有之意。

（3）创新灌区管理模式，实现灌区农业水费征管的数字化、网络化、智能化，是保障水价落地达效的重要条件。如何利用大数据、信息技术等，建立农户实灌面积数据库，实时精准监测灌溉用水情势，还有待深入剖析。