基于灌溉系統結構和邊際效益的田塊水權分配方法

劉暢 閆晉陽 周龍偉 范澤華 楊智淵

關鍵詞：水權分配；邊際效益；農業用水；河套灌區

我國經濟社會的快速發展導致水資源需求量急劇增大。水資源供需矛盾嚴重限制了干旱地區經濟社會與生態環境的可持續發展。水資源是基礎性的自然資源和戰略性的經濟資源，區域的水資源稟賦往往難以顯著提高。因此，加強水資源管理，科學合理地利用有限的水資源是緩解水資源供需矛盾的關鍵。水權管理是水資源管理的重要內容，而初始水權分配是水權管理的基礎［１］。初始水權分配是指水資源管理部門將水的使用權分配給工業、農業、生態和生活等用水行業，一般由流域管理機構或者政府部門進行初始水權的確權［２－６］。灌區是開展農業節水、農業水權轉讓和農業水價改革的重要區域，農業灌溉水源集中且用水量較大，因而灌區農業水權分配是農業水權分配的重要組成部分［７］。灌區灌溉實時信息獲取能力不足、水權行使情況監管困難，研究建立適宜的農業用水戶水權確權方法對于農業用水戶水權管理具有重要的理論意義與實踐價值。

目前國內外學者在農業水權確權方法研究方面已經取得較為豐富的成果，但灌區水權分配模型方法及確權的理論體系仍需進一步探索。Ｄｅｌｏｒｉｔ等［８］提出參與農業生產的水權持有者可以利用水資源協同決策來解決水權分配的不確定性問題，提高農業用水的經濟和社會效益。潘少斌等［９］構建灌溉面積和灌溉需水量相結合的混合分配模式，確定了農業基本水權和動態水權，以保證農業水權分配的科學合理。張丹等［１０］采用基于用戶滿意度的綜合加權模型，完成了農戶間農業水權的初始分配，兼顧了農業水權初始分配的個體公平與整體公平。高娟娟等［１１］針對灌區內不同支渠基礎條件和種植結構的差異，結合灌區工程條件、社會、經濟及生態等方面的實際情況，提出一種在灌區現狀約束條件下使經濟效益達到最優的灌區各支渠間農業水權分配方法。管新建等［１２］基于灌區農業人口和灌溉面積，運用基尼系數法對灌區農戶間農業水權進行初始分配，使分配結果更具公平性。賀天明等［１３］運用投影尋蹤混沌粒子群優化模型，構建農業水權初始分配體系，對灌區農業水權進行深層次初始分配，實現灌區農業水權分配到戶，為農業水權界定到戶奠定了基礎。王婭［１４］在分析運城市灌區水權交易潛力、核定水權交易水價的基礎上，引入水權交易機制，提出了地表水灌區和地下水井灌區水權確權分配方法。已有水權分配研究大多在宏觀方面構建了比較完備的水權分配模型，但是在灌區農戶間的微觀分配模型的構建方面鮮有研究，因此如何結合灌區特點，提出合理的灌區水權分配的多層級結構和適合不同層級的水權分配方法是值得研究的重要課題。

本研究將確權田塊水權拆分為使用水權和占有水權，以不同農作物邊際效益相等為準則分配確權田塊使用水權，以同一渠系級別田塊的單位渠道長度滲漏損失系數相同為準則分配確權田塊占有水權，從使用水權和占有水權兩個方面提升水權分配的公平性。

１研究區概況

烏蘭布和灌域是河套灌區五大灌域之一，位于三盛公水利樞紐西北部，南邊界為烏蘭布和沙漠穿沙公路，北邊界為磴口縣與杭錦后旗行政區界，東起河套總干渠及烏拉河干渠，西至狼山沖洪積坡地邊界。烏蘭布和灌域地處烏蘭布和沙漠東北部，主要地貌有內陸高平原、河套盆地，海拔為１０３０～１０６０ｍ，屬中溫帶大陸性季風氣候區，冬寒夏炎，四季分明，日光充足，溫差大，光能豐富、積溫高，降水稀少，蒸發強烈。灌域總的地勢自西南向東北微傾，地勢平坦開闊，局部有起伏，形成崗丘和洼地。

２０１４年，水利部將內蒙古自治區列為全國７個水權試點之一，試點目標為在河套灌區烏蘭布和灌域推行節水工程，在巴彥淖爾市、鄂爾多斯市、阿拉善盟開展水權轉讓，建立健全水權交易平臺，建設水權交易制度，探索相關改革［１５－１６］。目前內蒙古河套灌區水利發展中心以直口渠（一般為斗渠）為單元，對烏蘭布和灌域內的４６１個群管組織發放了《引黃水資源管理權證》、對１６０３７個終端用水戶發放了《引黃水資源使用權證》，完成了直口渠灌溉用水初始水權分配和計量設施體系建設。烏蘭布和灌域水權分配試點在國內水權管理方面取得了良好的引領效果，為繼續推進灌區水資源高效利用和精細化管理，有必要探索將直口渠的初始水權分配延伸到農業用水戶層級的方案。

２研究方法

根據水權的“四權說”理論，水權是指水資源的所有權、占有權、支配權和使用權組成的權利束。根據農業水權行使過程特征，本研究將確權田塊水權拆分為使用水權和占有水權，分別代表田間用水量和渠系滲漏損失量。本研究提出基于灌溉系統物理結構和邊際效益的田塊水權分配方法：以不同農作物邊際效益相等為準則，分配確權田塊使用水權；以同一渠系級別田塊的單位渠道長度滲漏損失系數相同為準則，分配確權田塊占有水權。

２．１使用水權分配方法

基于公平性原則，本研究以不同農作物邊際效益相等為目標，利用作物水分生產函數構建確權田塊使用水權分配模型，實現最優的水權分配［１７］。對于灌溉用水戶來說，水分生產函數能很好符合灌溉用水戶的用水邊際效益遞減特點以及反映用水效益和用水量之間的關系［１８－１９］。由水分生產函數的性質可知，當不同作物用水邊際效益相等時，所有田塊總體效益最大。因此，分配模型可以表示為式中：Ｖｉ為第ｉ種作物的收益，ｎ為作物種類數，Ｖ′ｉ為第ｉ種作物的邊際收益，ｘｉ為第ｉ種作物的灌溉定額，Ａｉ為第ｉ種作物的種植面積，ｐｉ為第ｉ種作物的單價，ｆ（ｘｉ）為第ｉ種作物的水分生產函數，Ｗｃ為田塊使用水權總量，Ｗｔ為渠首確權水量，ｍ為渠道級數，ηｊ為第ｊ級渠道的渠系水利用系數。

２．２占有水權分配方法

確權田塊水資源占有權計算方法：假設同一等級渠道的單位長度滲漏損失系數相同，確權田塊單位灌溉面積所分配的水資源占有權應與對應等級渠道的輸水長度、灌溉定額成正比例函數關系。因此，基于某一等級渠道在灌溉系統中的滲漏損失總量，求得灌溉系統單位灌溉面積單位渠道輸水長度的滲漏損失系數，然后乘以對應等級渠道的輸水長度即可求得確權田塊單位灌溉面積在該等級渠道的水資源占有權，將所有等級渠道水資源占有權求和得到最終分配的水資源占有權，其計算公式為

３研究結果分析

以河套灌區烏蘭布和灌域巴彥套海農場新三斗渠確權田塊為例，對基于灌溉系統物理結構和邊際效益的田塊水權分配方法進行實例應用。根據調研結果，２０１２年巴彥套海農場新三斗渠確權水量為１０．９１萬ｍ３，灌溉總面積為３６．６ｈｍ２（玉米種植面積為３３．０ｈｍ２、向日葵種植面積為３．６ｈｍ２），灌溉水量由斗渠口引入。巴彥套海農場新三斗渠確權田塊種植結構和灌溉系統結構見圖１（圖中數字為地塊編號）。

３．１使用水權分配結果

根據河套灌區當地經驗值和參考文獻［２０］確定農作物的水分生產函數。玉米、向日葵的水分生產函數分別為

由水分生產函數可知，當農作物產量達到理論最大值時，玉米和向日葵的最佳灌溉定額分別為３５５８、４２３１ｍ３／ｈｍ２，分別乘以玉米和向日葵的種植面積，累加求得新三斗渠最佳灌溉水量為１３．２６萬ｍ３，而２０１２年新三斗渠實際確權水量為１０．９１萬ｍ３，達不到最佳灌溉水量，因此不滿足農作物需水要求，屬于非充分灌溉。根據實際市場價格，玉米價格為２．２６元／ｋｇ，向日葵籽價格為１５．４元／ｋｇ。利用式（１）、式（２），求解玉米和向日葵的邊際效益分別為

根據實地調研結果，斗渠渠系水利用系數為０．９６１８，農渠渠系水利用系數為０．９１１３。利用式（３）求得田塊使用水權總量為９５６５９ｍ３。

當玉米和向日葵邊際效益相等時，玉米和向日葵邊際效益為２．５２元／ｍ３，玉米確權田塊單位面積使用水權對應的ｘ１為２７５３ｍ３／ｈｍ２，向日葵確權田塊使用水權對應的ｘ２為１３６７ｍ３／ｈｍ２，分別乘以田塊面積，求得每個田塊的使用水權。

３．２占有水權分配結果

新三斗渠７２個確權田塊的灌溉面積及其對應農渠長度Ｄｑ，１和斗渠長度Ｄｑ，２分別見圖２和圖３。利用式（４）求得巴彥套海農場新三斗渠灌溉系統的斗渠滲漏損失系數為０．０００１１／ｍ，農渠滲漏損失系數為０．０００４２／ｍ。根據地塊各級渠系長度和滲漏損失系數，利用式（５）計算各確權田塊不同級別渠系的滲漏損失水量，利用式（６）計算各確權田塊占有水權量。

１～７２號田塊的水權確權結果見表１。渠系灌溉系統物理結構決定了單位面積確權田塊占有水權的大小，邊際效益決定了確權田塊單位面積使用水權的大小。以田塊３和田塊４為例，兩個田塊均種植向日葵，灌溉定額相同，使用水權（分別為５０８、５６２ｍ３）與田塊面積（分別為０．３７、０．４１ｈｍ２）成正比，而田塊３的農渠長度（３５９ｍ）明顯大于田塊４的（２６７ｍ），所以田塊４獲得了更大的占有水權。綜上所述，本研究提出的基于灌溉系統結構和邊際效益的田塊水權分配方法能夠對確權田塊的占有水權、使用水權和確權水權進行公平地分配。

３．３討論

傳統田塊水權分配方法通常將多年平均引水量根據灌溉面積平均分配。在實際灌溉過程中，灌溉系統物理結構的差異使處于灌區灌溉系統不同位置的農田取水量在輸配水過程中的損失情況并不相同。受輸配水渠道長度的影響，渠系末端農田的輸配水損失量往往更大，而渠首農田的輸配水損失量則相對較小。由于田塊不同農作物具有不同的灌溉定額，因此按照田塊面積平均分配水權則農作物灌溉需水量與實際分配的水權必然存在差異。根據灌溉面積平均分配水權沒有考慮農作物灌溉需水滿足程度的差異，實際分配的水權往往不能滿足農作物灌溉需水量，在灌溉不充分的情況下，不同農作物的田塊便會產生不同的產量損失和收益損失。本研究以不同農作物邊際效益相等為準則，利用作物水分生產函數構建確權田塊使用水權分配模型，可實現最優的使用水權分配。根據渠道的輸水長度、灌溉定額、渠道損失系數分配確權田塊使用水權，更能體現水權分配的公平性。

４結束語

相比傳統的水權確權方法，本研究提出的基于灌溉系統物理結構和邊際效益的水權分配方法不僅能夠反映各田塊面積的差異性，同時考慮了田塊在灌溉系統物理結構中位置的差異性和不同作物灌溉邊際效益，可保證單位面積田塊得到相同的邊際效益，相比傳統水權確權方法更能體現公平性。本研究以河套灌區烏蘭布和灌域巴彥套海農場新三斗渠為例，對確權田塊的占有水權、使用水權和確權水權進行分配，體現了分配方法良好的適用性。