基于作物生产水足迹的农业灌溉水价研究

曾彦祖

甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心,甘肃 白银 730400

0 引言

水资源在农业生产中占据不可替代的地位,而我国作为农业大国,每年农业生产用水量可达总用水量的60%以上,因此,相关部门对农业用水管理提出了明确要求。而水足迹理论在实际应用过程中,可基于生产及消费视角对水资源利用现状进行评价,为农业用水管理提供新方向与思路,由此,本文基于作物生产水足迹对农业灌溉水价进行分析研究。

1 农业灌溉水价概述

农业灌溉水价是指农民在使用灌溉水资源时需要支付的费用。灌溉水价的构成通常包括多个方面,如水资源费、供水工程水费等。

1)水资源费。水资源费是农民在使用灌溉水资源时需要支付的一种费用,用于补偿水资源开发、保护、利用等方面的成本。该费用的数额通常根据地区、水资源类型和质量等因素确定。

2)供水工程及水利工程费用。供水工程水费是指农民在使用供水工程提供的灌溉水时需要支付的费用。该费用用于补偿供水工程的运行维护成本,包括水泵站、管道等设施的维护和修理费用[1]。水利工程水费是指农民在使用水利工程提供的灌溉水时需要支付的费用。该费用用于补偿水利工程的运行维护成本,包括水库、水闸等设施的维护和修理费用。

3)设施维护费。设施维护费是指农民在使用灌溉设施时需要支付的费用。该费用用于补偿灌溉设施的维护和修理费用,包括水泵、管道、电线等设备的维护和修理[2]。

4)行政管理费。行政管理费是指政府在农业灌溉管理方面需要支付的费用。该费用用于补偿政府在灌溉管理方面的成本,包括管理人员工资、办公经费等方面的费用。

5)其他费用。其他费用是指在农业灌溉过程中可能产生的其他费用,如灌溉用水调度费用、临时用水费用等。这些费用的数额和具体内容可能因地区和具体情况而异。

2 农业灌溉水价计算模型构建

2.1 成本水价

供水成本是指为用户提供水资源和供水服务所需要的费用。按照全成本方法来核算给水成本时,要考虑资源费用、工程费用、运行费用等,同时要考虑到合理的利益和税务等因素。而在小型农田灌溉工程中,用户可以忽略资源成本和工程成本,主要考虑运行成本,包括设施维护和设备维修成本、放水成本和运行管理成本,其中放水或提水成本主要为电费[3]。这部分费用是需要计算在供水成本中的重要组成部分。农业水利税收问题可以不予考虑。因此实际对供水成本进行计算的过程主要基于工程成本(C)、管理成本(B)以及电费(D)进行,具体可表示为:

式中:V为成本水价,E为总供水量。

工程成本主要考虑设施日常维护费用,可基于资产原成本固定百分比对维修费用进行计算,工程成本C的计算公式如下:

C=F×δ

式中:F、δ分别表示设备固定总资产以及维修费率。

管理成本计算过程中需要考量的主要环节在于协会工作人员误工补偿费用、薪酬福利以及管理所需经费等[4]。通过对试点区管理资料进行梳理分析可知,协会管理人员年均误工费、管理经费在24万元左右,即B为24万元。

电费主要源于水泵设备运行所需电能购买费用。试点区所用水泵设备电机功率以及机井出水量分别为5.5 kW以及32 m3/h,由此可计算出1 kWh电抽水量为5.8 m3,电费为0.56元/(kW·h)。电费(D)的具体计算公式如下:

结合以上分析内容,最终可得出供水成本(A)的计算公式。

A=C+B+D

2.2 农民承受能力

在对农民承受能力进行计算过程中,需充分结合当地经济发展实际水平,将承受能力用水费支出占农业生产成本、产值、净收益等比例,结合世界银行所给出分析数据,以及我国实际国情与农业生产的重要地位,控制在5.5%～13%。

假定试点区域内的农户人均纯收入是a,在干旱年份(p=75%)下,平均每年灌溉4次,即可获得供水充足年份最高产量95%左右的水平。因此,如果将平均每年灌溉4次的合理灌溉量设定为q,试点区人均耕地面积为x,由此可以得到合理灌溉水价格范围γ的计算公式。

2.3 作物生产水足迹

在对作物生产需水量进行计算过程中需要对绿水、蓝水以及灰水进行充分考量,其中绿水和蓝水属于作物生长中直接消耗的实际水资源量,具体计算中仅需要对其绿水及蓝水足迹进行计算即可得出作物生产足迹,其计算公式如下。

WFPi=WFg+WFb

式中:WFPi表示作物生长足迹;WFg以及WFb分别表示绿水足迹以及蓝水足迹。

在对作物生长期需求量ETc进行计算过程中,需要利用作物蒸发蒸腾量数据ET0以及作物系数Kc进行计算,具体公式如下。

ETc=ET0×Kc

式中:ET0计算过程中需要利用Cropwat 8.0软件进行,同时结合相关数据资料对结果进行调整。

在对作物生长期有效降雨量进行分析时,需要首先明确作物直接吸收利用的降雨量,与扣除地面径流量及深层渗漏量后的降雨剩余量、土壤深度、土壤持水能力、降雨强度及雨量间有直接关联[5]。

当Pt≥83,Pe=4.17+0.17Pt

式中:Pt以及Pe分别表示旬降雨量以及旬有效降雨量。

由此可得出如下所示作物生长周期有效降雨量计算公式。

Case 1.The two sources exhibit both uniform distribution.

式中:P表示有效降雨量;n表示生长周期旬数;Pei表示日有效降雨量。

进而可得出作物生长灌溉水量计算公式如下。

W=ETc-P

式中:W表示灌溉水量,即淡水资源。

3 基于水足迹的试点区灌溉水价计算

3.1 案例概述

用水协会承担收取水费职责,对农用水折算为电力收费,为1.29元/(kW·h),收费率为95%。其中,基础电价为0.56元/(kW·h),剩余0.73元/(kW·h)作为水费协会员工工资、项目运行管理及维护费用。当前,试点地区可以承担水务行业工会的员工薪酬及运行成本,却不能应付大规模维护工作的需要。究其原因,在于农户环保观念不强,尤其是旱灾期间,协会经营管理工作常陷入困境。

为保证水利设施和协会管理工作的顺利进行,并提高农户用水节水保护的自觉性,需要重新核算水价。如此不仅可以提高水资源的利用效率,还能够确保协会有足够的资金来进行设施的维护和维修工作。通过培养农民的水资源保护意识,可以有效减少机电设备超负荷运行的情况,从而降低设备的故障率,减少维修费用。

3.2 灌溉水价计算结果

通过对试点区相关资料进行充分梳理总结,可知其固定资产总额为1 000.13万元,将其代入工程成本(C)的计算公式中可计算出,C=17万元。

表1 作物生长需水量 单位:mm

在有效降雨量计算方面,依照所收集资料显示,试点区多年平均降雨量为599.21 mm,75%年份以及枯水年份降雨量分别为466.5 mm以及294.3 mm,多年平均蒸发量为1 780 mm。实际研究中选取有效降雨量P=75%水文条件为典型年,为保障平均产量达到最高,年均灌溉次数需要控制为4次。小麦及玉米生长期分别为234 d以及98 d,其平均生长期分别为230 d以及95 d。基于试点区近10年来降雨频率资料,对典型年内小麦及玉米作物降雨量以及有效降雨量分别进行计算,最终结果如表2所示。

表2 作物生长期内有效降雨量 单位:mm

结合上述计算结果可对作物生长消耗水量进行计算,具体结果如表3所示。

表3 作物生长消耗水量 单位:mm

由此结果可得出如表4所示作物生长虚拟含水量。

表4 作物生长虚拟含水量

根据以上资料可以推算出,在试验区域内,小麦和玉米的水足迹为0.632 m3/kg和0.622 m3/kg。根据蓝水足迹可以算出,试点区年需水量是306.8万m3。因此A=70.46万元,还可以算出基本价格为0.23元/m3。

依照计算结果可得出如下结论。①由上文中计算结果可知,试点区基础水价可设定为为0.23元/m3,该价格被农户接受,其不仅反映水资源的实际价值,也确保了农户在农业生产中的基本用水需求得到满足。同时,该价格水平也有助于促进水资源的合理利用和节约,推动农业可持续发展。②预测未来10年的水价变化范围为0.21～0.497元/m3,因此可以适当提高水费比例,以加快回收供水成本并实现一定盈利用于满足设备设施大修需求。该调整区间不仅可以满足供水设施的日常维护和更新需求,也可以为未来的水资源管理和保护提供更多的资金支持。③在保障作物正常用水前提下,采用阶梯价格体系,既能对用水大户进行补偿,又能有效地保护用水,提高农户节水意识,阶梯价格体系的实施,将有助于实现水资源的公平分配和高效利用,推动农业生产的绿色转型。④将电价转换为电力用户的最终价格,即基本用电价格为1.33元/(kW·h)。该价格调整充分反映电力生产的实际成本,同时也考虑电力用户需求和承受能力。通过该价格调整,试点区域管理人员可以对现行电价进行合理优化,促进电力资源的合理利用和节约,推动能源结构的优化和升级。

4 结束语

通过调整水价和实行阶梯水价制度,可以保证灌溉用水的合理使用,并提高水费收入,减轻政府的财政负担。另外,将水价折算成电费形成终端水价也有助于方便收取水费。这些措施将有助于促进水资源的合理利用和保护,以及增强用户的节水意识。