基于水資源價值的水價分攤系數研究

臧 正,鄭德鳳,李紅英

(1.遼寧師范大學城市與環境學院,遼寧 大連 116029; 2.遼寧省水文水資源勘測局,遼寧 沈陽 110003)

水是人類賴以生存的寶貴資源,尤其在我國北方干旱、半干旱地區,水資源匱乏已成為區域國民經濟和社會發展的瓶頸,將水資源與經濟社會、生態環境作為一個有機整體,進行水資源價值及水資源可持續發展研究成為有關學科領域的研究熱點之一。由于水資源系統中存在大量不確定性因素,使其成為動態、非線性的復雜系統,使水資源綜合效益評價成為難點問題。當前,國外多基于社會福利尺度、應用現代經濟學理論對水資源開發利用與協調社會進步、生態效益及環境保護價值等進行量化評價[1-3]。我國學者側重于從邊際效益角度對水資源產品及服務數量等進行評價[4-6]。

水價是微觀層次上配置水資源的經濟杠桿和重要手段,完善合理的水價體系是水資源管理的重要保障機制。按照價值論觀點,水價是水資源價值的外部表現,在市場經濟條件下,水資源作為一種商品其價格是由市場供求關系決定的。發達國家水價多由資源水價、工程水價及環境水價組成,政府通過完善的市場價格機制對水資源進行優化配置以達到水資源的合理、高效利用[7-9]。當前我國施行由政府主導的低水價政策,忽略了水資源的商品屬性,水價的經濟調控作用沒有得到有效發揮。同時,不完善的水價形成機制落后于市場經濟的發展腳步,一方面導致近年來嚴重的資源浪費、生態退化以及環境污染事件時有發生,另一方面由于水資源相對匱乏,也導致各地水資源不合理開發現象屢禁不止。

筆者基于效用價值論及水資源的商品價值屬性考慮,著眼于水資源價值的形成、轉移、交換以及增值過程,以水資源極其匱乏的遼河平原部分行政區劃為例,對水資源在與區域社會經濟、自然環境相互促進或約束的循環聯系中產生的綜合效益進行評價,據此提出水價分攤系數模型并給予驗證分析,旨在全面、準確地對流域水資源綜合效益做出科學評價。

1 理論和方法

通常情況下,水資源水質條件越好則其價值越高、水資源越稀缺則其價值越高;然而某些特殊情況下并非水越多越好,比如洪水對社會的危害。水資源與自然環境之間動態的緊密聯系,使其成為具有高階次、多回路、多重反饋特征的復雜巨系統,因此對其綜合效益進行簡單疊加的靜態評價是不準確、不科學的。鑒于此,筆者引入多準則、多目標系統評價與決策研究中常用的突變理論,結合層次分析法與熵值法展開該次研究。

1.1 突變理論及突變模型

突變理論是由法國數學家Thom基于奇點理論和穩定性理論提出的、用于研究非線性運動現象的模糊數學理論,通過建立微分方程與函數之間聯系的方法對梯度系統中的奇點進行分類,較之傳統微積分理論能夠給予復雜系統狀態變化更科學的評價和預測。考慮到水資源價值的動態性、隨機性以及不可簡單疊加的非線性、相互聯系的復雜性,引入突變理論對其進行分析、評價是適用的。

1.1.1 原始數據標準化

突變模型基于突變理論、依據評價目的對待評目標進行多層次分解,構建遞階結構的評價指標體系,原始數據只需知道底層指標值。為使負向指標與正向指標具有可比性,原始指標值需要利用越大越優型或越小越優型隸屬度函數進行無量綱標準化,公式如下:

(1)

(2)

式中：U為經歸一化的指標值;X為指標實測值;a1，a2為指標的閾值,一般參照實測值取一適當范圍,如將最大值和最小值分別增、減其本身的10%作為該定量指標的上下界。

1.1.2 突變模型的選擇

按照突變理論,系統受到干擾后從一種穩定組態躍變到另一種組態的不連續過程可由某種特定形狀的幾何圖形表示,常用突變系統模型及相關公式見表1。

表1 常用突變模型的相關公式

表1中,F(x)為系統勢函數,不同類型系統對應不同的勢函數,根據勢函數對系統的臨界點進行分類,然后對分歧集進行歸一化處理,最終得到指標的突變模糊隸屬度,從而實現對臨界點附近的非連續性變化特征進行分析和評價。x為系統狀態變量；a，b，c，d為系統控制變量,需根據其在系統中的地位差異確定相對重要性。評價過程中,需根據實際情況確定決策原則。如果各指標之間不存在明顯聯系、需要按照“大中取小”的非互補性原則決策,如果彼此存在聯系、具有相互制約或促進關系,則需按互補性原則(取平均值代替)決策,最后對總指標隸屬度由大到小地排序分析。

1.2 層次分析法及熵值法

層次分析法是一種主觀賦權方法,熵值法則是一種比較客觀的賦權方法,兩者均為輔助決策工具。實踐中多將兩者結合應用,通過加權求均值的方法確定指標的綜合權重,可以盡量避免主觀賦權法導致的偏差以及客觀賦權法的絕對化。

1.2.1 層次分析法

層次分析法將專家意見與決策者的主觀判斷有效結合,首先基于評價目標構建遞階層次結構,然后按指標重要性排序構建判斷矩陣，并利用一定數學方法計算各層次權重,最后對判斷矩陣進行一致性檢驗并據此對定性指標進行定量分析。由于其具有簡便、靈活的特點而被廣泛應用于多準則方案決策,并且可以借助有關統計分析軟件實現復雜計算。

1.2.2 熵值法應用步驟

熵值法根據各指標的變異程度,利用信息熵計算各指標的權重。設有n個待評樣本、m項評價指標構成的評價目標集,其指標特征值矩陣為X=(xij)m×n(i=1, 2,…,m,j=1, 2,…,n)。首先對正向指標特征值利用式(1)、負向指標特征值利用式(2)進行無量綱化和同趨勢化處理,得標準化矩陣R=(rij)m×n。然后利用rij分別計算pij，ei和wi。

(3)

(4)

(5)

式中：pij為第j個樣本第i項評價指標的比重；ei為第i項指標的信息熵值；wi為權重。

2 遼河平原水資源價值評價

遼河平原位于東北中南部,是我國主要商品糧基地和重工業基地之一,也是水資源比較匱乏的區域之一,以往由于缺少流域綜合規劃,水利部門難以就水資源利用以及生態、環境保護問題等提出權威意見,導致部分區域水資源無序開發,水資源可持續發展形勢堪憂[10-11]。2013年初,醞釀已久的《遼河流域綜合規劃(2012—2030)》獲國務院批復,這為地方政府實施最嚴格的水資源管理制度提供了重要依據。筆者基于水資源系統的動態性和復雜、開放性特征考慮,引入突變理論結合層次分析法和熵值法對沈陽等9個行政分區的水資源價值進行評價,旨在為有關部門進行水資源規劃管理工作等提供理論依據。

表2 遼河平原水資源價值評價指標體系

表4 遼河平原水資源價值評價結果

2.1 評價指標體系及等級劃分標準

為了科學準確地反映研究區水資源綜合效益,在全面衡量區域自然條件及經濟社會發展現實情況的基礎上,遵循差異性、動態性的原則選取評價指標,構建遼河平原水資源價值評價指標體系,各指標所表征的含義、量化單位等如表2所示。

為了全面體現水資源價值,確定該次評價研究按互補性原則決策。同時,參考應用不同理論方法、不同流域水資源價值評價研究采用的等級劃分標準,確定該次研究的評價標準如表3所示[12-13]。

表3 遼河平原水資源價值評價標準

2.2 數據來源及計算過程

依據2011年遼寧年鑒、遼寧省統計年鑒等提供的數據得出遼河平原部分行政分區的水資源價值評價指標原始值[14-16],分別利用式(1)、式(2)進行無量綱和標準化處理,利用層次分析法計算出準則層指標B1～B4的權向量為[0.500 0,0.166 7,0.166 7,0.166 7]T,指標層C1～C16的權向量為[0.318 0,0.148 0,0.066 0,0.031 0,0.148 0,0.069 0,0.031 0,0.014 0,0.066 0,0.031 0,0.014 0,0.006 0,0.031 0,0.014 0,0.006 0,0.003 0]T;利用式(1)～(5)計算得出C1～C16的熵權向量為[0.060 4,0.061 9,0.061 8,0.058 5,0.064 3,0.069 3,0.062 0,0.060 6,0.066 2,0.059 8,0.065 7,0.059 5,0.064 3,0.063 1,0.059 0,0.063 6]T,B1～B4的熵權向量為[0.256 2,0.242 6,0.251 2,0.249 8]T。以上述兩項權重平均值為各層指標綜合權重,據此得出準則層指標重要性由大到小的順序依次為:B1>B2>B3>B4,底層指標重要性順序依次為C1>C2>C3>C4,C5>C6>C7>C8,C9>C10>C11>C12,C13>C14>C16>C15。利用蝴蝶型突變模型及互補性決策原則,計算得出準則層指標和總指標的隸屬度如表4所示(以沈陽為例:XB1=0.570 91/2=0.755 6,XB2=0.750 51/3=0.908 8,XB3=0.728 21/4=0.923 8,XB4=0.876 01/5=0.973 9,UA=(0.755 6+0.908 8+0.923 8+0.973 9)/4=0.890 5,其他依此類推)。

2.3 評價結果分析

從表4可以看出,不同區域水資源的資源價值、經濟價值、生態價值及環境價值不同,體現了各個地區資源稟賦、產業結構、經濟社會發展水平之間的差別。除沈陽、錦州和阜新等3個區域水資源綜合價值為Ⅱ級外,其余6個行政區域水資源價值等級均為Ⅰ級,表明遼河平原的水資源價值整體上處于較高水平。與2011年遼寧省水資源公報給出的各行政分區水資源總量及供水量、各部門用水情況、有關水質評價數據等比較,上述評價結果總體上符合研究區客觀實際[17],體現了突變理論在水資源價值評價中的適應性。

3 水價分攤系數模型及其應用

科學的水價體制不僅能夠促進節約用水、保障水管單位良性運行,而且能夠強化水資源管理、提高水資源利用效率。目前研究區水價由基礎水價和污水處理費兩部分構成,如表5所示[18]。

表5 遼河平原部分行政分區現行水價構成 元/m3

從表5可以看出,研究區現行水價在一定程度上體現了水資源的稀缺性、水資源的開發利用成本及環境損失成本。然而這一水價體系忽略了水資源的生態效益和社會公益價值,污水處理費收取標準也不盡合理,也不便于實踐操作。為全面地體現水資源綜合效益,筆者在前述評價結果的基礎上,基于水資源與經濟社會、生態環境協調發展視角,提出基于水資源價值的水價分攤系數模型。

3.1 水價分攤系數模型

為了便于水資源的經濟、生態、環境價值與其資源價值比較,提出基于水資源價值的水價分攤系數模型:即不同區域水資源各單項價值與水資源價值的比值,通過相應價值的隸屬度計算:

(6)

式中:bij為第j個區域水價分攤系數(b1j～b4j分別為資源系數、經濟系數、生態系數和環境系數);u1j～u4j分別為其突變隸屬度。

結合上述定義,按遼寧省現行用水部門分類方案,提出相應水價模型:

P1j=Sjb1j

(7)

P2j=Sj(1+b2j)

(8)

P3j=Sj(1+b2j+b3j)

(9)

P4j=Sj(1+b2j+b3j+b4j)

(10)

式中:P1j～P4j分別為第j區域內的資源水價、經營水價、生態水價和環境水價,分別從水資源價值為各行業、部門提供的邊際效益角度考慮:居民生活用水按資源水價執行,工、商業及服務業等經營產業用水按經營水價執行,行政事業、公共綠化等公益事業用水按生態水價執行,高污染特種行業用水按最嚴格的環境水價執行;Sj為第j區域基準水價,在具體執行過程中,可結合各地、各用水部門的社會承受能力,參照現行居民生活用水單價及單方水的污水處理費等,適時確定科學、合理的執行標準。

3.2 模型驗證分析

基于上述定義,結合表4、表5,利用式(7)～(10)計算遼河平原主要行政分區內各用水部門的水價參考標準，見表6(以沈陽為例:Sj=(1.80+0.60)元=2.40元,b1j～b4j分別為1.000 0，2.314 6，3.590 1，5.124 5,P1～P4分別為2.40元，5.56元，8.62元，12.30元，其他依此類推)。

與表5所示各行政分區現行水價比較,表6所示水價體系將污水處理費納入水價一次性收取,更容易被理解和接受。居民生活用水價格實際上保持不變,工商業和服務業用水價格整體上有所提高,行政事業性用水價格普遍提高1～2倍,特種行業用水價格與原價格整體上基本持平。隨著區域經濟社會、生態環境的發展變化,如需調整水價,只要通過制定合理、統一的基準水價就可實現全行業的水價調整,體現了公平性，且便于實踐操作。

表6 遼河平原主要行政分區各行業用水水價參考標準 元/m3

4 結 語

基于水資源系統的動態性和復雜性考慮,利用突變模型結合層次分析法及熵值法對流域水資源價值進行評價,得出的評價結果全面體現了水的資源價值、經濟價值、生態價值以及環境價值等,有利于提高用水單位及個人對水資源整體價值的認識,有利于全社會節約用水意識的加強。

據此提出水價分攤系數模型,既考慮了研究區當前經濟發展水平、社會承受能力等現實情況,也在一定程度上提高了現有水價標準。各地政府及各有關部門可以因地制宜地據此制定基準水價,逐步實施城鄉一體化的水資源價格政策,不僅能夠促進社會公平,也有利于加強全社會的環境保護意識，遏制資源浪費等不良風氣的蔓延,也是降低供水企業成本損失和政府財政負擔、引導流域水資源合理配置及提高水資源利用效率的有效途徑之一。

[1]LOUCIS D P.Quantifying trends in system sustainability[J].Hydrological sciences Journal,1997,42(4):513-529.

[2]LOOMIS J B.Assessing wildlife and environmental Values in cost benefitanalysis:state of the art[J].Environ Many,1986( 2):5-9.

[3]ELLIS G M.Valuing the environment as input[J].Environ Marag.1987,25(2):33-36.

[4]孫建光,韓桂蘭.塔里木河流域未來農業水價調整的水價補償分析[J].水利經濟,2012,30(5):7-9.

[5]方國華,司新毅,談為雄.供水價格對江蘇省經濟影響的CGE模型分析[J].水利經濟,2013,31(1):7-9.

[6]毛綿逵,徐科.農業水費征收中的政府、市場、社會三重失靈困境[J].水利經濟,2013,31(1):22-24.

[7]SCHNEIDER M L.User-specific water demand elasticites[J].Water Resour Plann and Manag,1991,117(1):111-118.

[8]WICHINS D.Motivating reductions in drain water with block-ratter prices for Irrigation water[J].Water Resour,199l,27(4):55-61.

[9]STERENS T H.Effect of price structure on residential water demand[J].Water Resources Bulletion,1992,28(4):23-27.

[10]孫才志,左海軍,欒天新.下遼河平原地下水脆弱性研究[J].吉林大學學報:地球科版,2007,37(5):943-948.

[11]張寶東,王殿武,李松.遼寧省水資源可持續利用存在的突出問題及對策[J].東北水利水電,2010,8(1):166-170.

[12]陳守煜.復雜水資源系統優化模糊識別理論與應用[M].長春:吉林大學出版社,2002.

[13]馮建江,胡媛娟,李根華,等.東塘水庫水域水資源價值模糊評價研究[J].安徽農業科學,2010,38(13):7156-7159.

[14]遼寧省人民政府.遼寧年鑒[M].遼寧:遼寧電子出版社,2011.

[15]遼寧省政府.遼寧省2011年國民經濟和社會發展公報[EB/OL].[2013-03-17].http://www.ln.gov.cn/zfxx/tjgb2.

[16]遼寧省氣象局.遼寧省氣候公報[EB/OL].[2013-03-17].http://www.lnmb.gov.cn/gb1.asp.

[17]遼寧省水利廳.2011年水資源公報[EB/OL].[2013-03-17].http://www.dwr.ln.gov.cn/szygb/szygb2011/index2011.htm.

[18]中國水網.遼寧省各地區水價[DB/OL].[2013-03-17].http://price.h2o-china.com/liaoningsheng_415.shtml.