水資源管理的新方向：水價政策的作用

王 川

(南岸干渠灌區管理處，新疆 伊犁 835100)

1 概 述

本世紀，水資源管理將面臨日益嚴重的稀缺性、日益激烈的競爭和日益增長的環境問題。在未來幾十年中，水問題預計將成為一些國家可持續發展的主要制約因素，而水價是克服這一制約因素的關鍵工具。雖然水價政策的實施不會對工業、水電和城市用戶造成實質性問題，但在農業用戶方面，這已成為一個極具爭議的問題[1-2]。它們有幾個共同的特點：①灌溉農業在農業總產量中占有很大的比重，在一些地區的經濟活動中仍然發揮著重要作用。②農業一直是，而且仍然是主要的用水者。尤其在中國西部地區，那里的農業用戶占總用水量的80%，因此成為水價政策領域的主要利益相關者。③農業集約化導致水資源和肥料使用的顯著增加，造成日益嚴重的環境問題。其中包括地下水和河流水位下降，這是取水的直接結果；硝酸鹽、磷酸鹽和農藥的淋失增加以及地下水和地表水的污染[3-4]。

綜上所述，成本回收方法的實施意味著水價政策的一個重要變化，表明需要認真界定水價標準，同時考慮到環境、社會經濟和區域的具體影響。這種新的體制背景增加了開發經濟管理工具的必要性，以評估不同用水者和不同用水者之間的水價標準的設計和評估。

2 方法論

鑒于供水成本和水價的影響在整個特定流域可能高度不均勻，對水價政策的評估應能夠在詳細和分類的層面上區分和描述政策影響。為此，開發了一個模擬水資源利用的模型——“實證數學規劃”模型，以應對容積水價的情景，并將其應用于大量異質灌溉地區。與傳統的數學規劃方法相比，該方法的主要優點是能夠準確地表示參考情況，對數據的要求較低，并且當模型用于政策變化分析時，模型結果能夠對外生參數的連續變化作出平滑的響應。對我們的目標也很重要的是，通過應用PMP方法，有可能建立反映每個灌溉區觀測到的種植模式的模型自動校準程序，并便于在詳細比例尺上通過流域的不同區域進行復制。

實證數學規劃的一個主要缺點是，農民可選擇的方案僅限于在基準年情況下觀察到的活動。為了克服這一困難，擴大標準的PMP方法，以便納入新的生產活動和灌溉技術。提出一種成本轉移方法，以模擬采用新的灌溉技術和從灌溉作物向旱地作物的轉變。

遵循標準的PMP方法，對數學規劃模型進行校準，以觀察到涉及兩步實施程序的活動水平。在第一步中，傳統的線性規劃模型是以灌區的觀測活動水平為界，引入一組校正約束。在第二步中，與校準約束相關聯的對偶值允許恢復非線性目標函數，使得一旦刪除校準約束，新的規劃模型幾乎準確地再現了觀察到的活動水平。

校準模型理論公式為(子索引j=1。m表示作物類型，子索引r=1。s表示灌溉技術，分項指數i=1。n表示資源類型)

(1)

(2)

xjr≥0;?j,r

(3)

(4)

目標函數使農場凈收入最大化。凈收入定義為總銷售額減去灌溉成本和其他可變成本。資源限制包括對可用耕地總量、可用灌溉水總量和農業政策的限制。

(5)

(6)

(7)

式中：λi為i資源的雙重值；mjr為與校準約束相關聯的雙重值。第一個條件式(5)可以重寫為：

(8)

(9)

使用一階條件，邊際值mjr的向量允許根據以下條件計算這個函數的參數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表示觀測情況中不存在的灌溉技術子集，但如果經濟環境發生變化，則可能是解決方案的一部分。式(11)允許校準未觀測到的技術或活動，同時保證這些活動不包括在基年解決方案中。一旦成本函數恢復，完整的非線性模型可以定義為：

(12)

(13)

xjr≥0

(14)

目標函數式(12)集成水價部分，以模擬成本回收情景。在這個術語中，t是成本回收水平，w是單位生產活動的用水量。該非線性模型再現了在基準年情況下觀察到的活動水平，能夠模擬假設的成本回收情景。

3 經驗應用

利用農業或河流流域統計資料建立一個綜合數據庫。對于每個灌溉區，收集了關于觀測到的生產活動水平、灌溉技術、每種作物的投入使用、水費、每項活動的可變成本、作物價格、作物產量和農業政策補貼的現有信息。還記錄了每個灌溉區的總耕地、灌溉用地和可用水量。

為了說明這種方法論方法在評估水價機制執行情況方面的能力，選取西部地區南岸干渠的兩個灌區進行實驗研究，定為A灌區和B灌區，其中A灌區灌溉方式主要為地面灌溉，B灌區為噴灌與地面灌溉相結合。在這兩種情況下，灌溉都是用地表水進行的；流域管理局主要負責供水系統的運行、維護和管理。兩個灌區目前的水價都是以每公頃為基礎確定的，換算成容積價格將是0.14元/m3。見圖1。

圖1 灌溉技術

為了分析水價的潛在影響，模擬了0～3元/m3的水價。模擬遠高于目標成本回收水平的水價，以評估不同的水價標準，并說明水價的影響。

取水結果表明，由于技術變化和作物替代效應，將水價從0元/m3提高到3元/m3將導致水的使用量顯著減少，并且隨著水價的提高會引起灌區灌溉技術的改革。例如，在灌區A，水費為0.9元/m3時導致用水減少30%，而1.2元/m3的水費導致用水減少40%。

水價的變化影響著用水量的變化，見圖2。隨著水價從0元/m3提高至3元/m3，用水量從7 000 m3/hm2左右減少至800 m3/hm2。從圖2中可以看出，A灌區與B灌區的用水量變化略有差異，隨著水價的提高A灌區的用水量降低更快。這表明由于節水灌溉技術的使用，B灌區的生產率更好，抵御水價波動的能力更強。

圖2 耗水量

分析水價政策的社會經濟影響，主要是農場收入和勞動力收入，見圖3和圖4。關于農場收入，A灌區與B灌區的收入變化趨勢類似，但是整體收入B灌區始終高于A灌區。對于勞動者的收入，當水價在0.14元/m3以下時，A灌區勞動者收入要高于B灌區勞動者收入；當水價大于0.3元/m3時，A灌區勞動者收入急劇下降。

圖3 農場凈收入

水價對勞動力的影響對于地區的低水價水平尤為重要。圖4顯示，水和勞動力具有重要的互補性。低水價的情況尤其如此。

圖4 勞動者凈收入

圖5和圖6顯示了肥料使用和水分提取之間的密切關系。在施肥方面，兩個灌區的模型結果有很大不同。在灌區A(圖5)，隨著水價的上漲，化肥的使用量明顯減少。對于低水價來說，這一事實尤其如此。

圖5 灌區A化肥消耗量分析圖

圖6 灌區B化肥消耗量分析圖

關于灌區B(圖6)，模型結果表明，水價上漲可能導致硝酸鹽肥料用量增加。這種現象發生在中等的水價水平。事實上，作物活動與肥料利用之間存在著密切的對應關系，用甜菜等硝酸鹽需求量較高的作物部分替代棉花可以解釋這一結果。結果表明，不同地區水價機制對環境的影響可能存在較大差異，需要進一步分析。

4 結 論

本文建立正態數學規劃模型，用以評估大量灌區效益的影響。該模型可以模擬不同水價情景下農戶的行為，與傳統的農場建模方法相比，正態數學規劃方法具有較低的野外數據采集要求，并利用可用統計數據庫中的信息，使得在本地和全國流域尺度上進行分析更為容易。實證數學規劃這種方法顯示出兩個重要的優點：①該模型可以在國內推廣使用；②隨著每年新的統計觀測數據的提供，該模型可以方便地更新。這兩個特征對于水價政策設計都很重要。