彭新育 王力

提　要　本文以灌溉系统点影子价格的概念，引出一条空间配置水资源的途径，并尝试讨论我国水资源空间配置的若干问题。结论为：①以点影子价格为农业水资源的定价依据可以提高水资源的利用效率，激励对灌溉系统的投入；②根据点影子价格定价农业水资源有助于构成完整的水市场；③该定价体系可能与平等原则相违，但可以调整以达到平等目标。

关键词　农业水资源 空间配置 点影子价格 灌溉系统

分　类　中图法 S273 S274.2

1 引言

　　自然界的水资源呈现明显的时间和空间变化，农业生产具有地域性和季节性，即农业生产的水需求和自然水资源的供给都随时空而变化。当农业水资源的供给与生产所需的水资源在时空上不能吻合时，就需要建设灌溉系统，通过对水资源的空间再分配来弥补自然水资源时空配置的不足，保证农业生产所需的水资源。我国的农业为典型的补充灌溉农业，灌溉系统是农业生产的重要的基础设施。目前，我国的灌溉面积达 0.5亿hm²，占总耕地面积的 50%^[1]，灌溉系统在农业水资源的空间配置上起关键的作用。

　　传统的灌溉系统是以农作物的需水情况来设计和建设的，忽视了可持续经济学的一些原理，必然会出现一系列问题。事实上，我国农业水资源浪费严重，加剧了区域性的水资源短缺，还带来了土壤盐碱化和地下水污染等问题；同时，水利设施老化，现行设施利用、运行效率低，水利投资锐减等问题早就引起了人们的关注^[1、2]。从可持续经济学的原理分析、灌溉系统的可持续性标准包括水资源的可持续利用、灌溉系统可持续投入和运行及灌溉系统内农民的平等的水资源利用机会和权力。前两方面实际是一个效率的概念：水资源可持续利用意味着基于社会标准的水资源有效利用，灌溉系统的可持续投入和运行就要求有利益激励机制，促进对灌溉系统的投资、维持和管理。灌溉系统的平等体现在水资源空间配置上，缘自于杨开忠的可持续发展的空间维^[3]。国外学者从效率、平等和成本回收等方面评价过灌溉系统^[4、5、6]，从经济学的角度给出一系列评判体系。本文从社会最优的参考点评价灌溉系统在水资源空间配置的效率。

　　水资源的社会最优化利用要求在时间和空间上达到最优化条件，即在时空的每一点上水资源边际成本等于边际收益。关于时间上的效率及其在水资源利用上的意义已得到很好的阐述，但应用较少^[7、8]。空间上的效率已有 Chakravorty 和 Roumasset 的论文填补其空白^[9、10]，然而存在若干不足。其一，忽视了灌溉系统是以空间上的配置来调节水资源供给与需求的时间、空间的不一致，空间的配置本身既具有空间上的意义，又具有时间的含义。补充灌溉尤其如此。因此，灌溉系统的空间效率和时间效率不宜分别讨论。其二，在 Chakravorty 和 Roumasset 的模型中，水资源的点影子价格并没有包括水资源的全部空间配置成本，仅考虑了沿渠道输送中的水量损失而增加的成本。实际上，空间配置所需渠道的建设，需要投入经济资源，这种资源的投入量随空间距离而增加，应该纳入水资源的点影子价格中去。其三，灌溉系统作为一种空间配置水资源的手段，构成了一个农业水资源市场，影响到灌溉区及其周边地区的其它水资源的利用和开发，以往研究忽视了这一方面。

　　本文首先从灌溉系统水资源的成本着手分析，构筑水资源的点影子价格的概念框架，在假设以点影子价格定价农业水资源的灌溉系统中，讨论农民的用水行为和灌溉系统的投资行为。接着以该框架为理论基础，阐述我国现有灌溉系统的问题及求解这些问题的设想。

2 分析的概念框架

2.1 灌溉系统水资源成本分析

　　灌溉系统的水资源成本可分为源头成本和空间配置成本（图 1）。源头的供水成本包括源头的水资源影子价格、提水成本和源头供水的维持、管理成本。

图 1 灌溉系统水资源成本
Fig.1 The cost of water resource in irrigation system

　　源头水资源的影子价格以两种形式出现：直接收费或水量配额。水资源的源头影子价格的确定涉及两个问题：其一，它由更大区域甚至流域的水需求和总的水资源数量确定，这一问题在后面将进一步讨论。其二，应考虑到农业生产的季节性和自然水资源，尤其是降水的不确定性。因此，对水资源的影子价格的确定，应考虑到风险和不确定因素。源头影子价格应相对正常年份的水需求和水供给的均衡点价格作适当上调，干旱年份另作调整。以风险管理方式来制订区域性的水资源影子价格合乎效率原则，也为更大空间范围的水利工程提供经济激励。提水成本即灌溉系统从水源获得水资源花费的固定资产机会成本及动力、劳动等经济资源的数量。维持成本是水源设备的维修、功能恢复所开支的成本。汇总源头成本 (Cs) 有：

Cs=λ₀＋C₁＋C₂＋C₃　　　　　　　　　　(1)

这些成本对于任一单位水资源而言是在源头确定的，不会因空间距离而变化。

　　空间配置成本由三部分组成。首先，水资源沿灌溉渠道输送时，因下渗、侧渗而发生水量损失。设有一输送效率系数 h(y，X)。y 代表空间距离，X 代表渠道的投入向量，不同的 X 意味着渠道的技术选择，更多的投入使灌溉系统的输送效率更高。h(y，X) 有以下性质：

0≤h(y,X)≤1　　　　h(0,X)=1　　　　　　　　(2)

对于距离源头 y 处，源头送水量 Q，收到水量为 q，有：

q=Q·h(y,X)　　　　　　　　　　　　　　　　(3)

把渠道的输水损失折算为输水成本：

C₄=Cs[1-h(y,X)]/h(y,X)　　　　　　　　　　(4)

即在距水源 y 处的成本 P(y) 为：

P(y)=Cs/h(y,X)　　　　　　　　　　　　　　(5)

这里没有考虑水下渗或侧渗的外部性效应，如果造成诸如盐碱化或地下水污染，并把此效应内部化，则成本更高。

　　对于输送水资源的渠道投资或维修投入 X，有一资本性成本 d，有 d=αX，α为投资报酬率，假定它为一常数。如果按输水距离和输水量来分摊，免去其复杂的计算，令有一关系 C₆=g(X，y)，并有以下性质：

其含义是：在其他条件不变时，投资越大，资本性成本也就越大；距离越远，资本性输送成本越高。监测用水量成本不随距离发生变化，设其为一常数，在后面的分析中，为简明起见将略去此项。综上，得灌溉系统成本函数 W(y，X)。

W(y,X)=Cs/h(y,X)＋g(y,X)　　　　　　　　　　(7)

对其求偏导，有：

从前面给出的函数性质，显然有

即灌溉系统水资源成本随灌溉距离而增加；

的前一项

为负，增加对灌溉渠道的投入可以减少输送途中的水损失，降低水资源的成本；增加投入也增加了资本性成本。式 (7) 给出了空间水资源配置的成本变化，根据资源最优配置原理，应按不同位置的成本确定不同位置的资源价格。在此，我们定义此随空间变化的水资源价格为水资源点影子价格。

2.2 农户的用水行为模型

　　在空间差异的水资源价格条件下，农户通过控制用水量 q，节水投入 T，或开辟其它水源来使其收益最大化。此处仅讨论没有其它水源的情形。设农户具有生产函数 F=F(q，T)，产品的价格向量为 P，节水投入的价格向量为 V，位于距源头 y，农户的决策模型为：

　　从该试区农业资源开发利用现状看，以土地综合利用为中心的资源节约型农业技术开发为其目标转变之一；以降水资源就地入渗保蓄利用向集水补灌高效生产为其目标转变之二；以地膜覆盖粮食工程为目标转变之三，将人类改造农业微生境的土、肥、水、热等调控自然环境的能力大大向前推进了三个层次，为该区农业高效持续发展注入了活力，展示出新的发展方向。

最优化的一阶条件为：

即农户用水量调整到水资源的边际产品收益等于水资源的价格时，节水性投入的边际产品收益等于投入的价格时，为最优用水决策。联系式 (9a)、式 (9b) 有：农户在节水性投入与使用水资源的均衡点为两种投入的边际收益的比值等于两种投入的价格比。求式 (9a)、式 (9b) 对 y 的偏导数有：

调整后得：

　　在多水源环境中，农户对水源的选择同样受点影子价格的影响。比如，在一个地下水和地表水联合利用的农业系统中，离水源远的地区开发地下水更为合算。如果源头渠尾能以相同的成本开发地下水，而地下水资源又不能同时满足源头和渠尾的灌溉水量，在按点影子价格定价水资源的条件下，从源头向源尾转移地下水的开发权对两地区的农户都是有利的。从而有可能形成灌区内的水资源市场。

2.3 供水行为模型

　　供水者对系统的投入是根据利润最大化进行决策的。与水资源充分利用相关密切的是输送农业水资源的渠道投入，渠道的投入减少了水资源的输送损失，也增加了投入的成本，渠道投入决策最优化模型是：

式中，L 代表渠道长度，U 为渠道投入品价格向量。W(y，X)·Q·h(y，X) 是按点影子价格计价时的收益函数。最优化的一阶条件为：

式 (13a) 说明渠道的投入品价格等于渠道投入的输水收益的边际值。分解有：

　　增加渠道投入具有两种效益：改变影子价格，提高输送水资源效率。两者均可能影响到渠道投入的边际收益。式 (13b) 说明了渠道长度的均衡条件。当渠道长度的扩展带来的边际收益为零时，投资者不再延伸其长度，这可以确定灌溉系统的大小。分解式 (13b) 可得：

输水距离可以提高水资源收费增加收益，这种收益会因增加的水损失而抵消。

　　以上构筑了按水资源点影子价格确定价格条件下，农户的用水行为和供水者投资行为的概念模型。在该模型中，农户的用水行为具有明显的空间差异，渠道投资和灌溉系统的大小有特定的均衡点。为了分析的简便，忽视了空间的其它差异，如土地质量、地形、生产的地域分异等，并设定有一致的生产函数。在实际应用中，应考虑差异的生产函数。从内在逻辑结构分析，上述模型不仅具有理论分析上的意义，而且有较好的应用前景，在区域水资源管理研究中是可以应用的。

3 模型的含义及设想

　　本文构筑的模型虽然仅描述灌溉系统，然而在水资源空间配置上的意义是显而易见的。首先，通过区域（流域）水资源的影子价格与更大的区域相关联。对于灌溉系统，取水量的测算或监测是完全可以实现的，而且灌溉系统越大，管理越方便。取水量和价格的确定把灌区纳入流域（区域）水资源空间配置系统。其次，通过点影子价格的定价制度，可以确定灌区内其它水资源的价格，形成了明确水资源产权、建立内部水资源市场的经济激励，使其它水资源得到更为有效的利用。因此，灌溉系统构成了水资源空间管理上的一个重要环节。

　　以流域（区域）为整体管理水资源是一种备受关注的思路。河流连接流域内的各种水体，构成了水资源的一个自然单元，是水资源的大尺度空间配置系统。我国的流域水资源的整体管理处在尝试阶段，在严重缺水的黄河流域，在曾经污染严重的淮河流域，整个流域的水量和水质管理受到社会各界的高度重视，但要建立合理、高效的管理体系仍需进一步努力。陈家琦曾提出建立流域（区域）的水资源分配方案^[11]。水资源分配方案的优点就是兼顾了各部门和地方的利益，存在的问题是方案制订的成本高，伴随有地方性寻租行为，重新调整因涉及多边利益而阻力大；同时，监测和执行的成本高。流域（区域）内的统一水资源的定价是一种可以替代的方法，增加了效率但会牺牲平等。在实际运用中，要视具体操作的可行性和决策者的偏好确定是统一价格还是配额。无论是配额或直接定价，以流域（区域）为整体管理水资源是有效空间配置的必要前提，与灌溉系统的有效配置直接相关。如果不存在流域（区域）的水资源影子价格，就有λ0=0，农户面临的水资源价格就会偏低，农户的用水量增大，节水投入减少；供水者对渠道投入的激励变小，输送过程中损失的水资源就会增加，形成整个灌溉系统的水资源浪费。

　　我国的灌溉系统一般由国家、地方政府或农村集体单位投资建设，具有典型的公共物品性质。在运行中，按运营成本收费，忽视了水资源的机会成本和资本性投入的成本，一方面造成了水资源浪费；另一方面在农村实行联产承包制以后，集体约束弱化。国家和地方政府也因财政问题，或比较利益减少了投入，灌溉系统投入缺乏了以前的行政激励，又没有及时建立经济激励，因而出现了管理不善、功能衰退及投资锐减的局面。目前，建立包括灌溉系统在内的水利工程的经济激励机制十分迫切。作者认为：以点影子价格为水资源的定价基础，使投资灌溉系统具有经济效益是建立激励机制的关键。具体而言，鼓励私人和社会投资，优先农户的投资或入股，对于贫困地区，政府以补贴的形式为农户建立灌溉系统，但建成后或建设前就把灌溉系统投资以股份的形式分配给当地农户，以后依然按点影子价格进行收费。

　　诚然，按点影子价格建立的农业水资源的收费体系具有若干问题。首先，价格是否是调节农业水资源的有效手段？一系列的文献指出，廉价的水资源会造成水资源的浪费和低效率的部门或空间配置^[12、13]。另外，最近的研究指出，农业水需求的价格弹性很小^[14]，甚至一些学者认为水价对非农业水需求都是低效的调节手段^[15]，但这些研究都忽视了不同类型的水资源间的替代及水资源与节水技术间的替代作用^[16、17]。作者认为，农业水资源需求的价格弹性的大小应视具体情形而定。当水资源很稀缺或节水措施已充分运用时，农业生产对水资源的需求呈刚性，相反，在浪费还很严重，价格还很低时，水资源需求的价格弹性是大的。这时，通过价格手段鼓励合理的灌溉投入和有效的节水措施是完全可行的。在我国，节水措施受到资金短缺的约束，同时，高投入的节水措施要求高的农业收益^[18]。在我国的西北地区，农业的收益低，受资金短缺的约束和市场不发达，水价太低，节水投入少，形成农业用水严重浪费，单位农产品的耗水量特别大，因此，通过水价政策，激励节水投入，减少浪费，抑制黄河上游农业无效引用水，保证华北平原工农业的生产和生活用水，按社会效益而言，更为有利。

　　其次，按水资源点影子价格收费的体系就意味着水价的空间差异可能产生一种不平等效应。这种效应在统一收费标准情形中也存在。渠头的农户一般更容易得到水，尤其在水资源短缺的时期，渠头的农户或者得到更多的水，或者以更小的成本得到同样多的水；渠尾的农户往往难以及时得到水。因此，效率目标和平等目标相去并不太远。政府有财力，可以给远处的农户以适当的补贴，以弥补水价空间分异引起的不平等。事实上，在其他部门，空间上的不平等同样存在，如区位条件；另一方面，改善交通条件，按运输距离收费已为公众接纳。

　　我国现行的灌溉收费往往按灌溉的面积而不是按灌溉用水量收费，这部分原因是来自于按用水量收费的计量成本太高。根据点影子价格的收费面临同样问题。灌溉用水的计量与输水渠道的投入密切相关，管道输送显然就便于计量用水量。在我国实行按点影子价格的农业水资源收费还需要一段时间，可以先在大的灌溉系统中采用。

4 结束语

　　灌溉系统通过对农业水资源空间再分配以弥补自然水资源时空分配的不足，空间配置过程产生了成本的空间差异，即输水系统不同位置的水资源的点成本不同。按最优配置资源的原则，要求水资源利用在空间上每一点的边际收益与点成本一致，于是引出水资源的点影子价格及相应水资源价格体系。在这一体系中，农户的用水行为出现了空间分异，农业水资源供给者以最大化利润来确定输水系统的投入（包括渠道质量和长度）。灌溉系统作为空间上配置农业水资源的手段，以区域水资源影子价格与更大区域联系，同时对灌溉区内的水资源市场的建立具有激励作用。在我国，水资源的空间配置研究虽受到关注，但尚在探索之中，本文提出了一种求解问题的思路。

参考文献

1	中国农业年鉴．北京：农业出版社，1995,21～22
2	何希吾．水资源在提高我国土地生产能力中的地位和作用．自然资源学报，1991,6(1)：137～145
3	Rhodes G F, Sampath R K. Efficiency, equity and cost recovery implications of water pricing and allocating schemes in developing countries. Canadian Journal of Agricultural Economics，1988,36：103～117
4	杨开忠．一般可持续发展论（上）．中国人口、资源与环境，1995,4(1)：12
5	Molden D J, Gates T K. Performance measures for evalution of irrigation-water delivery systems. Jour Irrig Drainage Eng, ASCE, 1990,112：185～202
6	Sampath R K. Equity measures for irrigation performance evalution. Water Int, 1988,13：25～32
7	Roumasset J et al. Efficiency principles for water management. Working Paper No.2 East-West Environ-ment and Policy Inst. Honolulu, Hawaii: 1988
8	Worthington V E, Burt O R, Brustkern R L. Optimal management of a confined groundwater system. Jour of Envir Econ and Mgmt, 1985,12：229～245
9	Chakravorty U, Roumasset J. Efficient spatial allocation of irrigation water. Amer Jour Agr Econ, 1991,73：165～173
10	Chakravorty U, Roumasset J. Incerporating economic analysis in irrigation design and management. Jour W Res Pl Mgmt, 1994,120：819～835
11	陈家琦．可持续性的水资源开发利用．自然资源学报，1995,10(3)：252～258
12	Moore M R. The bureau of reclamation's new mandate for irrigation water conservation, purposes and policy alternatives. Water Resource Research, 1991,27：145～155
13	Saliba B C, Bush D B. Water Markets in Theory and Pracitice. Bould CO: Westview Press, 1987
14	Nieswiadomy M L. Input substitution in irrigation agriculture in the High Plains of Texas 1970～1988, W J Agr Econ, 1988,13：63～69
15	Moor M R, Gollehon N R, Carey M B. Multicrop production decisions in western irrigation agriculture: the role of water price. Amer Jour Agr Econ, 1994,76：859～874
16	Bromley D W. Land and water problems: an institutional perspective. Amer Jour Agr Econ, 1982,64：834～844
17	Schaible G D. Water conservation policy analysis: an interregional, multioutput, primal-dual optimization approach. Amer Jour Agri Econ, 1997,79：163～177
18	Regev A et al. Economic evalution of the transition from a traditional to modernized irrigation project. Agricultural Water Resource Management, 1990,18：347～363

第一作者简介

彭新育，男，1964 年 6 月生。1996 年在中山大学获理学博士学位，现为西南农业大学经贸学院博士后。主要研究领域为生态学、生态经济学及资源环境经济学，曾参与国家级及省部级课题 8 项，发表论文 10 篇。

*	国家自然科学基金项目 (79470074)，本论文蒙西南农大叶谦吉教授、王锡桐教授指导。