灌区水权转让与虚拟水补偿耦合模型的开发及应用

发布时间：2020-08-10 08:47

【摘要】：水是农业生产的命脉,也是当下农业发展的瓶颈。实施农业水权转让可促进灌区节水,但存在使灌区农业遭受缺水的风险,为保障粮食安全,农业水权的转让数量需受农业节水量与灌溉需求的双重制约。虚拟水补偿能够提高区域农业用水经济收益,从而提升农业用水与其他用水的竞争力,进而对农业水权转让数量实现有效调控。因此,分析农业水权转让机制和虚拟水补偿机制之间的关系并建立耦合模型,可优化农业节水量在产业间的配置,并且增强灌区节水效果。本研究在分析农业水权转让和虚拟水输出补偿耦合机理的基础上,采用双层规划方法,以灌区管理单位节水效益和不同行业用水户用水效益最大为模型的上、下层优化目标,水权转让与虚拟水补偿价格为上层决策变量,不同行业用水户新增用水量为下层决策变量建立双层多目标优化模型。将模型应用于河套灌区,利用枚举法分析用水户新增用水量、灌区管理单位节水效益及用水户的用水效益随价格的变化情况并选择优化方案,得到主要成果如下(1)分析并建立灌区水权转让机制和虚拟水补偿机制。基于博弈论的原理分析了非政策调节下水权转让的弊端,建立政策调节下的灌区水权转让机制,主要包括工业或生活等高收益用水行业反哺农业、支持灌区农业用水户回购水权、完善生态用水补偿机制等方面内容;对虚拟水补偿机制进行博弈分析,建立虚拟水补偿机制,包括补偿主体、客体、模式、方法、标准等,并分析虚拟水补偿机制的意义。(2)分析了灌区水权转让与虚拟水补偿的相互关系并建立耦合框架。灌区水权转让与虚拟水补偿既有共同点又存在互补性。共同点表现在:第一、作用上:提高用水效率,促进灌区的经济发展,增强灌区节水动力;第二、参与者:均以灌区管理单位为协调和管理主体;灌区农户为主要的参与者;第三、;模式上:均是市场调节和政策调控共同作用。互补性主要表现在作用的互补性和灌区受益主体的互补性。单纯的水权转让机制使灌区获得高额转让利益,但对农户节水的激励作用有限;单纯虚拟水补偿机制能够激发农户扩大农业生产的意愿,但对灌区节水宣传与节水改造的激励作用有限。因此将实体水与虚拟水相结合,建立灌区水权转让与虚拟水补偿耦合框架。(3)建立灌区水权转让与虚拟水补偿耦合模型。采用双层规划的方法,分别以灌区管理单位节水效益和不同行业用水户用水效益最大为模型的上、下层优化目标,水权转让与虚拟水补偿价格为上层决策变量,不同行业用水户新增用水量为下层决策变量建立双层多目标优化模型。(4)完成模型在河套灌区的应用。对现状年2012年,规划水平年2020年和2030年,利用枚举法求解并分析用水户新增用水量、灌区管理单位节水效益及用水户的用水效益随价格的变化情况并选取优化方案。2012年优化方案为:虚拟水基础补偿价格为1.85元/m3,灌区转让工业及生活用水户的水权价格分别为1.95元/m3和2.30元/m3,转让水权总量占灌区节水量的66.64%。2020年优化方案为虚拟水基础补偿价格为2.34元/m3,灌区转让工业及生活用水户的水权价格分别为3.36元/m3和1.87元/m3,转让水权总量占灌区节水量的69.31%。2030年优化方案为虚拟水基础补偿价格为2.60元/m3,灌区转让工业及生活用水户的水权价格分别为3.77元/m3和2.11元/m3,转让水权总量占灌区节水量的69.94%。(5)灌区水权转让与虚拟水补偿耦合模型可靠性和必要性的检验及分析。绘制不同行业用水户新增用水量、灌区管理单位节水效益及用水户的用水效益随价格变化曲线并进行分析。农业用水户新增用水量和用水效益总体随虚拟水补偿价格的提高而增加,工业与生活用水户新增用水量和用水效益随水权转让价格的提高而减少。虚拟水补偿价格的提高能够促进农户节水,而农业水权转让能够创造较高的社会总产值,且对灌区管理单位节水的激励作用显著。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S274;F323.213

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