農(nóng)業(yè)水權(quán)分配方法研究

潘少斌，劉路廣，董 葦，吳 瑕，張建濤，王麗紅，朱 梅，劉訓(xùn)宏

（1.湖北省水利水電科學(xué)研究院，武漢 430070；2.湖北省節(jié)約用水研究中心，武漢 430070；3.湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430070）

0 引 言

當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)灌溉用水方式還比較粗放，節(jié)水潛力較大，實(shí)施農(nóng)業(yè)水權(quán)分配確權(quán)是農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革和農(nóng)業(yè)水權(quán)轉(zhuǎn)讓的基礎(chǔ)[1-4]，對促進(jìn)農(nóng)戶采用節(jié)水灌溉技術(shù)、提高農(nóng)戶節(jié)水意識、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整影響顯著[5,6]。

根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，適用于農(nóng)業(yè)水權(quán)分配的模式主要有以下幾種：一是灌溉面積分配模式，以用水戶所轄灌溉面積占水資源轄區(qū)總灌溉面積的權(quán)重來分配水量[7]，該模式的局限性在于未考慮不同作物灌溉用水需求的差異；二是灌溉需水量分配模式，根據(jù)用水戶需水量占總需水量的權(quán)重來分配水量[8,9]，該模式的局限性在于現(xiàn)狀種植結(jié)構(gòu)不一定是最合理和公平的；三是現(xiàn)狀分配模式，以近一段考察期內(nèi)的用水量的加權(quán)平均值為標(biāo)準(zhǔn)，在認(rèn)可用水戶用水現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上進(jìn)行水權(quán)的分配，該模式難以體現(xiàn)現(xiàn)有用水的效率與公平兼顧原則，也加大潛在競爭者進(jìn)入市場的障礙，阻礙了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化完善；四是綜合分析方法，采用成熟的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行初始水權(quán)的分配，主要包括層次分析法、模糊優(yōu)選法等[10-13]，實(shí)施的關(guān)鍵在于權(quán)重等系數(shù)的確定，而權(quán)重等系數(shù)的大小則取決于各方的談判能力和決策者偏好。

以上分配方法難以解決農(nóng)業(yè)水權(quán)分配過程中存在的以下問題：一是農(nóng)業(yè)灌溉需水量受降雨、蒸發(fā)等氣象因素影響較大，農(nóng)業(yè)水權(quán)分配如何考慮氣象因素的影響；二是計(jì)量設(shè)施作為農(nóng)業(yè)水權(quán)分配落地的硬件基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)水權(quán)分配如何與計(jì)量設(shè)施計(jì)量級別相匹配?；诂F(xiàn)狀及存在的問題，本研究選擇湖北省引丹灌區(qū)李樓鎮(zhèn)為例，開展農(nóng)業(yè)水權(quán)分配方法研究。

1 研究區(qū)介紹

研究區(qū)為2018年度引丹灌區(qū)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目區(qū)，該項(xiàng)目區(qū)位于老河口市李樓鎮(zhèn)，涉及李樓鎮(zhèn)李樓、傅家堤、黃龍廟等21 個(gè)村。項(xiàng)目區(qū)主要種植作物為中稻、玉米和小麥，其中小麥種植面積為3 524 hm2，中稻種植面積為1 487 hm2（含蝦稻共作面積244 hm2），玉米種植面積為2 037 hm2，主要采用中稻-小麥和玉米-小麥輪種方式。

項(xiàng)目區(qū)主要通過引丹三干渠向唐溝水庫、新黑龍溝水庫、楊山一庫、楊山二庫等水庫補(bǔ)水，再從水庫引水灌溉。根據(jù)水利普查成果，結(jié)合實(shí)地調(diào)研，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)部水庫作為引丹灌區(qū)結(jié)瓜水庫，庫容和匯流面積小，僅起一定的調(diào)蓄作用，歷年充庫水量與出庫水量基本相當(dāng)，項(xiàng)目區(qū)實(shí)際灌溉水源為引丹三干渠。因此，本次研究項(xiàng)目區(qū)水權(quán)及水權(quán)分配均指項(xiàng)目區(qū)及不同用水戶可從引丹三干渠取水的水資源使用權(quán)。

2 項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)總水權(quán)確定

由于最嚴(yán)格水資源管理制度中老河口用水總量紅線指標(biāo)并未劃分到行業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及水源，引丹灌區(qū)的取水許可也僅僅是全灌區(qū)的總量，對于本研究確定項(xiàng)目區(qū)用水總量控制指標(biāo)指導(dǎo)意義不強(qiáng)，因此，本研究農(nóng)業(yè)總水權(quán)確定采用現(xiàn)狀分配模式，根據(jù)引丹三干渠向項(xiàng)目區(qū)歷史供水量確定用水總量控制指標(biāo)。

（1）引丹三干渠向項(xiàng)目區(qū)實(shí)際供水統(tǒng)計(jì)。本研究共收集了1979-2018年（缺1992、2010、2012 和2013年）共36年引丹三干渠向項(xiàng)目區(qū)供水資料。年供水量與年降雨量關(guān)系見圖1。據(jù)統(tǒng)計(jì)，引丹三干渠向項(xiàng)目區(qū)多年平均供水量為1 490 萬m3。由圖1可知，供水量呈現(xiàn)出先增加，后減少的變化趨勢，這與灌溉面積、作物類型、灌溉用水效率、氣象等因素有關(guān)。供水量與降雨量呈現(xiàn)一定負(fù)相關(guān)，降雨量大，供水量相對減少，但供水量與降雨相關(guān)關(guān)系并不明顯。

圖1 引丹三干渠向李樓鎮(zhèn)年供水量與年降雨量

（2）供水量與降雨量、干旱指數(shù)關(guān)系分析。將引丹三干渠向項(xiàng)目區(qū)年供水量與降雨量、干旱指數(shù)（水面蒸發(fā)與降雨量比值）進(jìn)行相關(guān)關(guān)系分析。年供水量與年降雨量、主要灌溉作物水稻生育期降雨量、年干旱指數(shù)、水稻生育期干旱指數(shù)的關(guān)系分別見圖2～圖5。由圖2～圖5可知，引丹三干渠年供水量與年降雨量、水稻生育期降雨量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；引丹三干渠年供水量與年干旱指數(shù)、水稻生育期干旱指數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)。但總體上，年供水量與降雨量、干旱指數(shù)相關(guān)性并不顯著，主要原因是供水量不僅受降雨、蒸發(fā)等氣象因素影響，也受項(xiàng)目區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)（特別是水稻種植面積）、灌溉面積、灌溉用水效率、管理水平等因素的影響。

圖2 年供水量與年降雨量關(guān)系

圖3 年供水量與水稻生育期降雨量關(guān)系

圖4 年供水量與年干旱指數(shù)關(guān)系

圖5 年供水量與水稻生育期干旱指數(shù)關(guān)系

（3）近10年供水量與降雨量、干旱指數(shù)關(guān)系。為了更好地反映種植結(jié)構(gòu)、灌溉工程現(xiàn)狀，對近10年供水量與降雨量、干旱指數(shù)相關(guān)性進(jìn)行對比分析。引丹三干渠向項(xiàng)目區(qū)近10年供水與降雨量關(guān)系見圖6；引丹三干渠向項(xiàng)目區(qū)近10年供水與干旱指數(shù)關(guān)系見圖7。由圖6和圖7可知，引丹三干渠近10年供水量與年降雨量成負(fù)相關(guān)，與年干旱指數(shù)呈正相關(guān)，相關(guān)性有了顯著提高。其中，引丹三干渠近10年供水量與年干旱指數(shù)的相關(guān)性更好。根據(jù)近10年供水量與年降雨量或年干旱指數(shù)的相關(guān)性，近10年供水量在一定程度上反映了現(xiàn)狀灌溉面積、灌溉工程及用水效率條件下的供水量。

圖6 近10年供水與年降雨量關(guān)系

圖7 近10年供水與年干旱指數(shù)關(guān)系

（4）供水量理論推導(dǎo)值。由于近10年供水量系列較短，為反映多年供水水平，根據(jù)近10年供水量與年降雨量、年干旱指數(shù)的關(guān)系，推求了多年（1973-2005年、2010年、2012年、2013年）的供水量，其他年份（2006-2009年、2011年、2014-2018年）采用實(shí)測值。由于2019年項(xiàng)目區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，244.4 hm2水田改為蝦稻共作，由于項(xiàng)目區(qū)缺乏蝦稻共作用水量實(shí)測資料，且蝦稻種植年限較短，本研究根據(jù)劉路廣等提出的蝦稻共作灌溉定額確定方法[14]，計(jì)算得到項(xiàng)目區(qū)在現(xiàn)狀蝦稻共作種植條件下1973-2018年逐年灌溉需水量，其多年平均灌水量將增加422 萬m3。將通過降雨量或干旱指數(shù)推求的供水量與蝦稻共作增加的供水量相加，得到了反映現(xiàn)狀灌溉工程及種植結(jié)構(gòu)等條件下供水水平，稱為“供水量理論推導(dǎo)值”。供水量理論推導(dǎo)值與年降雨量、年干旱指數(shù)的相關(guān)關(guān)系分別見圖8和圖9。根據(jù)年降雨量推導(dǎo)供水量，多年均值為1 510萬m3；根據(jù)干旱指數(shù)推導(dǎo)供水量，多年均值為1 519 萬m3。

圖8 供水量理論推導(dǎo)值與年降雨量關(guān)系

圖9 供水量理論推導(dǎo)值與年干旱指數(shù)關(guān)系

（5）項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)水權(quán)。項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)用水總量指標(biāo)，即項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)水權(quán)，受氣象等客觀因素影響顯著，因此采用動態(tài)控制指標(biāo)，即提出項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)動態(tài)總水權(quán)。項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)用水總量指標(biāo)基本值（也稱“項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)基本水權(quán)”）采用多年平均值；實(shí)際每年項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)用水總量指標(biāo)（也稱“項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)動態(tài)水權(quán)”）采用動態(tài)值；項(xiàng)目區(qū)最大農(nóng)業(yè)水權(quán)取85%灌溉保證率的水權(quán)（或85%降雨頻率對應(yīng)的水權(quán)）。

由于本項(xiàng)目區(qū)干旱指數(shù)與供水量相關(guān)性更好，因此，項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)水權(quán)根據(jù)年干旱指數(shù)推求的供水量理論推導(dǎo)值確定，項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)基本水權(quán)取供水量理論推導(dǎo)值多年均值1 519 萬m3；項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)動態(tài)水權(quán)根據(jù)年降雨量或年干旱指數(shù)推求，項(xiàng)目區(qū)最大農(nóng)業(yè)水權(quán)為1 708 萬m3。若項(xiàng)目區(qū)具有年干旱指數(shù)指標(biāo)觀測資料，則建議采用干旱指數(shù)模型，具體計(jì)算模型如下：

降雨模型：

干旱指數(shù)模型：

式中：W 為項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)動態(tài)水權(quán)，萬m3；P為項(xiàng)目區(qū)年降雨量，mm；α為項(xiàng)目區(qū)年干旱指數(shù)，年水面蒸發(fā)量與年降雨量比值。

3 項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)水權(quán)分配

項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)水權(quán)分配應(yīng)與計(jì)量設(shè)施配套建設(shè)情況相適應(yīng)，根據(jù)計(jì)量設(shè)施配套情況逐級分解。目前項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)用水計(jì)量到村，因此，現(xiàn)階段項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)水權(quán)分配確權(quán)到村。村級農(nóng)業(yè)水權(quán)同樣也采用農(nóng)業(yè)動態(tài)水權(quán)，村級農(nóng)業(yè)基本水權(quán)采用項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)基本水權(quán)進(jìn)行分配。

3.1 農(nóng)業(yè)水權(quán)分配方法

項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)水權(quán)分配首先采用灌溉面積分配模式和灌溉需水量分配模式進(jìn)行分配。灌溉面積分配模式更多考慮了公平性，即相同灌溉面積應(yīng)該享有相同的水權(quán)，但忽視了不同作物對水資源需求不同。灌溉需水量分配模式是基于現(xiàn)狀種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行水量分配，考慮了不同作物需水量的不同，但現(xiàn)狀種植結(jié)構(gòu)不一定是最合理和公平的。

綜合考慮灌溉面積分配模式和灌溉需水量分配模式優(yōu)缺點(diǎn)，本研究提出混合分配模式，將灌溉面積分配模式和灌溉需水量分配模式分配的水權(quán)進(jìn)行算術(shù)平均，確定最終的項(xiàng)目區(qū)村級農(nóng)業(yè)基本水權(quán)。

3.2 項(xiàng)目區(qū)村級農(nóng)業(yè)基本水權(quán)分配

（1）灌溉面積分配模式。由于項(xiàng)目區(qū)主要灌溉作物為水稻，旱作物灌溉較少，因此選擇水稻種植面積近似為實(shí)際灌溉面積進(jìn)行分配，具體分配成果見圖10。

（2）灌溉需水量分配模式。由于項(xiàng)目區(qū)各用水戶供水量實(shí)測資料缺乏，本研究通過理論計(jì)算獲取用水戶長系列需水量?；诂F(xiàn)狀種植結(jié)構(gòu)，對不同村莊灌溉需水量進(jìn)行計(jì)算[15]，按照灌溉需水量分配模式，對項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)基本水權(quán)進(jìn)行分配，具體分配成果見圖10。

（3）混合分配模式。采用混合分配模式，將基于灌溉面積分配模式和灌溉需水量分配模式的分配成果進(jìn)行算術(shù)平均得到了項(xiàng)目區(qū)最終村級農(nóng)業(yè)基本水權(quán)分配成果，具體見圖10。

圖10 項(xiàng)目區(qū)村級農(nóng)業(yè)基本水權(quán)分配

3.3 項(xiàng)目區(qū)村級農(nóng)業(yè)動態(tài)水權(quán)

項(xiàng)目區(qū)村級農(nóng)業(yè)水權(quán)采用動態(tài)水權(quán)。村級農(nóng)業(yè)動態(tài)水權(quán)根據(jù)村級農(nóng)業(yè)基本水權(quán)、年降雨量或年干旱指數(shù)進(jìn)行推求。有年干旱指數(shù)觀測資料時(shí)，建議采用村級農(nóng)業(yè)基本水權(quán)和年干旱指數(shù)進(jìn)行推求。村級農(nóng)業(yè)動態(tài)水權(quán)計(jì)算模型如下：

降雨模型：

干旱指數(shù)模型：

式中：W村為村級農(nóng)業(yè)動態(tài)水權(quán)，萬m3；W基本為村級農(nóng)業(yè)基本水權(quán)，萬m3。

4 結(jié)論和建議

本文結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉用水受氣象因素影響較大的特點(diǎn)，提出農(nóng)業(yè)水權(quán)應(yīng)采用動態(tài)水權(quán)，并提出了農(nóng)業(yè)動態(tài)水權(quán)計(jì)算方法。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)降雨、蒸發(fā)、種植結(jié)構(gòu)、歷史供水等資料，計(jì)算得到了項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)基本水權(quán)為1 519 萬m3，提出了基于降雨或干旱指數(shù)的農(nóng)業(yè)動態(tài)水權(quán)計(jì)算模型。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)用水計(jì)量到村的現(xiàn)狀，提出農(nóng)業(yè)水權(quán)分配確權(quán)到村，綜合考慮灌溉面積分配模式和灌溉需水量分配模式的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了混合分配模式，并確定了村級農(nóng)業(yè)基本水權(quán)和農(nóng)業(yè)動態(tài)水權(quán)。本文的研究成果可為其他區(qū)域確定和分配農(nóng)業(yè)水權(quán)提供借鑒。建議如下：

（1）隨著工程建設(shè)的不斷完善、管理水平的不斷提升、種植結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，農(nóng)業(yè)用水效率、灌溉面積、作物的灌溉定額都在不斷變化，因此建議定期修訂農(nóng)業(yè)水權(quán)。

（2）目前，在灌溉工程建設(shè)中，計(jì)量設(shè)施普遍配套不到位，不利于農(nóng)業(yè)水權(quán)制度落實(shí)，因此需不斷完善計(jì)量設(shè)施配套、合理設(shè)置計(jì)量點(diǎn)，為農(nóng)業(yè)水權(quán)的分配、管理乃至轉(zhuǎn)讓交易夯實(shí)基礎(chǔ)。