本發(fā)明屬于水資源優(yōu)化配置領(lǐng)域，涉及一種公眾可參與的節(jié)水方法。

背景技術(shù)：

水是“生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基”，水資源短缺已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。近年來國家對(duì)水資源高效利用提出了諸多要求：《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃的建議》提出，實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度，以水定產(chǎn)、以水定城，建設(shè)節(jié)水型社會(huì)；2015年國務(wù)院印發(fā)“水十條”，要求大力推進(jìn)水資源的循環(huán)利用、控制用水總量和提高用水效率；2011年中央一號(hào)文件明確提出建立用水總量控制、用水效率控制和水功能區(qū)限制納污“三項(xiàng)制度”，相應(yīng)地劃定用水總量、用水效率和水功能區(qū)限制納污“三條紅線”?？梢?，強(qiáng)化節(jié)水、實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用勢(shì)在必行，意義重大。

然而，目前我國城市用水方式依然比較粗放，節(jié)水機(jī)制不夠完善，公眾節(jié)水積極性不高，水資源配置與實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中也存在不協(xié)調(diào)。具體來說，城市用水現(xiàn)狀中主要存在以下兩個(gè)問題。

一是從水資源配置角度沒有多余水量供給新的用水大戶，而在實(shí)時(shí)運(yùn)行中又會(huì)有部分規(guī)劃水量用不完。例如，對(duì)工業(yè)用水來說，規(guī)劃水平年并無多余的水量供給未獲得取水許可的新建企業(yè)；而對(duì)生活用水來說，規(guī)劃水平年將按照生活用水定額和人口數(shù)配置出足夠的生活用水量，因生活用水定額是考慮不同生活水平居民的用水需求及用水發(fā)展趨勢(shì)確定的，能夠保證大部分居民的用水需求，故居民實(shí)際用水量往往小于定額，據(jù)測算這部分水量約占居民總用水量的20％，存在可觀的節(jié)水空間。在這種情況下，生活用水定額內(nèi)未用完的配置水量若能轉(zhuǎn)讓，則可滿足部分新建擴(kuò)建企業(yè)的用水需求，即生活用水和新建工業(yè)用水間可以形成交易。目前由于居民各戶節(jié)水量零散難以直接交易，針對(duì)居民可參與的用水交易研究很少，那么如何科學(xué)測算可交易的水量，實(shí)現(xiàn)居民與新建工業(yè)間的交易，需要研究出切實(shí)可行的交易模式。

二是人人節(jié)水在很大程度上只是空喊口號(hào)，難于落到實(shí)處。這是由于我國尚未形成以經(jīng)濟(jì)手段為導(dǎo)向的節(jié)水機(jī)制，未能發(fā)揮出獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制在節(jié)水中的重要作用，用戶對(duì)水資源的重視程度不夠，難以自覺節(jié)水，那么如何在宣傳節(jié)水的同時(shí)，通過交易，讓節(jié)水居民得到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，以進(jìn)一步調(diào)動(dòng)其節(jié)水積極性，發(fā)揮“蟻群效應(yīng)”，提高城市整體節(jié)水水平，具有重要的研究意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是以城市水資源緊缺及實(shí)施階梯水價(jià)為背景，提供一種公眾可參與的節(jié)水方法，針對(duì)水資源規(guī)劃配置與實(shí)時(shí)運(yùn)行不匹配的問題，分析居民用水現(xiàn)狀及節(jié)水潛力，構(gòu)建可交易水量測算方法，研究可行的“居民-新建工業(yè)用水”交易模式，利用生活用水定額內(nèi)未用完的配置水量滿足部分新建擴(kuò)建企業(yè)的用水需求；針對(duì)居民節(jié)水空喊口號(hào)的問題，制定合理的節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，提升居民節(jié)水積極性，提高城市節(jié)水水平。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

城市水資源緊缺背景下，一種公眾可參與的節(jié)水方法，包括以下步驟：

步驟1，資料收集與分析，收集階梯水價(jià)制度資料、城市居民用水定額資料及社區(qū)居民用水資料，分析我國階梯水價(jià)制度現(xiàn)狀，確定規(guī)劃年的城市居民用水定額，分析城市居民基本用水情況和節(jié)水空間；

步驟2，以階梯水價(jià)為背景，測算居民節(jié)水潛力，構(gòu)建基于彈性價(jià)格理論的居民可交易水量測算方法；根據(jù)居民生活用水的需求價(jià)格彈性和實(shí)施階梯水價(jià)后水價(jià)的變化測算居民生活用水量的變化，得到實(shí)施階梯水價(jià)后的居民節(jié)水量及居民用水量，居民用水量與城市居民用水定額的差值即為其可交易水量；所述的可交易水量是指居民在階梯水價(jià)的刺激下，在城市居民用水定額內(nèi)節(jié)約的水量；

所述的測算實(shí)施階梯水價(jià)后的居民節(jié)水量公式為：

式中，qi(i＝1、2、…、m)和δqi(i＝1、2、…、m)分別表示處于不同階梯的家庭現(xiàn)用水量和階梯水價(jià)實(shí)施后的節(jié)水量；βi(i＝1、2、…、m)為不同階梯用水需求的價(jià)格彈性；m為階梯水價(jià)方案總階梯數(shù)；l1,l2,...,lm為各級(jí)水量上限；p0為階梯水價(jià)實(shí)施前的統(tǒng)一價(jià)格，p1,p2,...,pm分別為各級(jí)水價(jià)。

所述的實(shí)施階梯水價(jià)后的居民用水量為qi-δqi，城市可交易水量q交的公式為：

式中，q定為城市居民用水定額，n為用水量在定額內(nèi)的總戶數(shù)；

步驟3，建立以自來水公司為交易代理的“居民-新建工業(yè)用水”交易模式，即居民在階梯水價(jià)的刺激下節(jié)水，獲得可交易水量；由自來水公司作為交易代理回收居民零散的可交易水量后，整體交易給區(qū)域規(guī)劃新建的企業(yè)；自來水公司通過交易獲取收益，并將部分收益分配給居民節(jié)水用戶；

步驟4，確定“居民-新建工業(yè)用水”交易模式下的交易價(jià)格；

交易價(jià)格包括工業(yè)常規(guī)用水價(jià)格和額外購買水權(quán)價(jià)格，交易價(jià)格低于跨流域引水價(jià)格或海水淡化價(jià)格，高于工業(yè)基礎(chǔ)水價(jià)；所述的額外購買水權(quán)價(jià)格是指水資源緊缺城市新工業(yè)規(guī)劃前購買初始水權(quán)所需支付的用水單價(jià)；

步驟5，制定“居民-新建工業(yè)用水”交易模式下的階梯式收益分配方式。在收益分配時(shí)，設(shè)置居民節(jié)水收益函數(shù)，根據(jù)居民的節(jié)水比例調(diào)整收益價(jià)格，節(jié)水比例越高，收益越大。

所述的居民節(jié)水收益函數(shù)p(k)為：

式中，m為基本收益；a為節(jié)水第二階梯收益獎(jiǎng)勵(lì)系數(shù)；b為節(jié)水第三階梯收益獎(jiǎng)勵(lì)系數(shù)；α、β為居民可交易水量占定額的百分比；k為居民可交易水量占定額的百分比。

所述步驟4中的交易價(jià)格p交為跨流域引水價(jià)格p引、海水淡化價(jià)格p海兩者間較小值與工業(yè)基礎(chǔ)水價(jià)p基加和的均值，即：p交＝(min{p引,p海}+p基)/2；反推額外購買水權(quán)價(jià)格為p購＝p交-p基。

本發(fā)明的有益效果為：1)目前我國水權(quán)交易主要發(fā)生在工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌區(qū)之間，本發(fā)明著眼于水資源緊缺城市中居民用水和新建工業(yè)企業(yè)用水間的交易，在實(shí)際應(yīng)用中涉及范圍更為廣泛，利用起水資源規(guī)劃中未用完的那部分水量，解決新建工業(yè)無水可用的問題。2)發(fā)揮獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制在節(jié)水中的積極作用，讓節(jié)水用戶獲得利益，調(diào)動(dòng)居民的節(jié)水積極性，發(fā)揮“蟻群效應(yīng)”，將節(jié)約用水的口號(hào)變?yōu)槿巳艘獏⑴c的行動(dòng)，以真正實(shí)現(xiàn)節(jié)水的目的。3)提出可交易水量計(jì)算方法，區(qū)別于單純的實(shí)施階梯水價(jià)政策后的節(jié)水量，用規(guī)劃年的居民生活用水定額作為可交易的節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)居民可交易水量的量化計(jì)算。4)本發(fā)明中的交易模式可使參與交易的三方均獲益：自來水公司作為代理大批回收居民的零散節(jié)水量，解決居民散戶與工業(yè)企業(yè)難以直接交易的問題，并從中獲得利潤；居民通過階梯水價(jià)節(jié)水獲得收益，可激發(fā)更大的節(jié)水動(dòng)力，發(fā)揮“蟻群效應(yīng)”，提高城市整體節(jié)水量；企業(yè)以優(yōu)惠的水價(jià)獲得用水，可提高新產(chǎn)業(yè)入駐或老產(chǎn)業(yè)擴(kuò)建的積極性，在促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)減少境外調(diào)水水量和海水淡化的生產(chǎn)，節(jié)約用水成本。

附圖說明

圖1為大連市2020年居民數(shù)量-用水量分布累積曲線圖。

圖2為“居民-新建工業(yè)用水”交易模式示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例。以大連市為例，重點(diǎn)分析2020年“居民-新建工業(yè)用水”交易模式下的可交易水量及各方面節(jié)水效益。

下面應(yīng)用一種居民可參與的水權(quán)交易模式，包括以下步驟：

步驟1，資料收集與分析。

收集大連市階梯水價(jià)制度資料、大連市居民用水定額資料及大連市社區(qū)居民用水資料，分析制定合理的階梯水價(jià)方案，確定規(guī)劃年2020年的大連市居民用水定額，根據(jù)典型小區(qū)用水資料分析大連市居民基本用水情況。具體分析工作如下：

①制定階梯水價(jià)方案

考慮到遼寧省未來節(jié)約用水要求，依據(jù)遼寧省鼓勵(lì)節(jié)水的階梯水價(jià)指導(dǎo)意見，利用大連市居民用水分析結(jié)果制定階梯水價(jià)方案。根據(jù)遼寧省物價(jià)局于2016年9月7日發(fā)布的“我省完善城鎮(zhèn)居民用水階梯價(jià)格制度，制定調(diào)整污水處理收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)”政策要求，階梯水量應(yīng)由原三個(gè)階梯調(diào)整為四個(gè)階梯，每級(jí)階梯的覆蓋面分別為70％、85％和95％。根據(jù)居民用水分析結(jié)果，計(jì)算出覆蓋70％、85％和95％居民家庭用戶時(shí)的用水量，在此基礎(chǔ)上為方便實(shí)施進(jìn)行水量取整，確定四階梯水量分別為：

第一階梯水量l1＝0-10m³/戶·月；

第二階梯水量l2＝10-12m³/戶·月；

第三階梯水量l3＝12-14m³/戶·月；

第四階梯水量l4>14m³/戶·月。

此外，根據(jù)遼寧省物價(jià)局出臺(tái)的相關(guān)要求，各階梯水價(jià)比按不低于1∶1.5∶3∶6的比例安排。考慮到居民可接受程度，基礎(chǔ)水價(jià)延用現(xiàn)有水價(jià)，故四級(jí)水價(jià)分別為2.3元/m³、3.45元/m³、6.90元/m³和13.8元/m³(不包含污水處理費(fèi))。

②確定規(guī)劃年的居民生活用水定額

收集大連市各類規(guī)劃預(yù)測的2020年生活用水定額值，然后分別與《遼寧省行業(yè)用水定額》、歷史人均生活用水量趨勢(shì)分析預(yù)測值以及大連市典型小區(qū)用戶的用水情況進(jìn)行綜合對(duì)比分析(各定額值見表1)，確定大連市居民用水戶的2020年用水定額預(yù)測值q定＝125l/(p·d)。

表1大連市2020年用水定額值(預(yù)測值)對(duì)比表

③分析居民基本用水情況

選取大連市北府社區(qū)、名貴山莊社區(qū)和龍園社區(qū)作為典型社區(qū)，三個(gè)典型社區(qū)位于市中心地段，入住率高，小區(qū)檔次屬普通水平，用水各有特點(diǎn)，在一定程度上能夠代表大連市中等用水水平，2015年典型社區(qū)日人均用水量109.88l/(p·d)，2013年大連市居民生活用水定額為116l/(p·d)，則典型社區(qū)用水水平低于大連市定額水平，存在一定的節(jié)水空間。整合典型社區(qū)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析大連市居民現(xiàn)狀用水，并考慮未來用水增加趨勢(shì)，得到2020年居民用水分布累計(jì)曲線如圖1。

步驟2，以階梯水價(jià)為背景，基于彈性價(jià)格理論測算居民可交易水量。

在分析大連市典型社區(qū)用水的基礎(chǔ)上，基于的制定出階梯水價(jià)方案，根據(jù)大連市用水需求價(jià)格彈性測算實(shí)施階梯水價(jià)后的居民節(jié)水量及用水量，并以定額作為節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)，測算可交易水量。

①確定大連市用水需求價(jià)格彈性

價(jià)格彈性為需求變化率和價(jià)格變化率的比值，代表生活用水需求和水價(jià)之間的關(guān)系，直接影響了階梯水價(jià)的節(jié)水效益。當(dāng)前研究普遍利用歷史數(shù)據(jù)，采用雙對(duì)數(shù)模型來擬合歷史數(shù)據(jù)的價(jià)格彈性。雙對(duì)數(shù)模型認(rèn)為居民用水需求和水價(jià)、收入、水資源量等影響因素呈雙對(duì)數(shù)線性關(guān)系，選擇大連市的雙對(duì)數(shù)模型的基本形式為：

lnq＝β0+β1lnp+β2lni+β3lnw+ε

上式中q為城鎮(zhèn)居民人均生活用水量，i、p分別為以1999年物價(jià)水平為基準(zhǔn)折算出的當(dāng)年人均可支配收入和水價(jià)，w為當(dāng)年大連市水資源總量，ε為隨機(jī)干擾項(xiàng)，β0為常數(shù)，β1價(jià)格彈性，β2為收入彈性，β3為需求對(duì)水資源總量的彈性。

根據(jù)大連市1999年到2013年大連市的居民人均生活用水量、水價(jià)、可支配收入和水資源量數(shù)據(jù)，使用matlab軟件的回歸命令regress對(duì)歷史數(shù)據(jù)按雙對(duì)數(shù)模型進(jìn)行擬合，得出各回歸系數(shù)β0、β1、β2、β3以及各類統(tǒng)計(jì)量，結(jié)果如表2所示。

表2大連市用水需求價(jià)格彈性雙對(duì)數(shù)模型擬合結(jié)果

模型擬合結(jié)果中相關(guān)系數(shù)r²值為0.69，考慮到本模型擬合了15組樣本數(shù)據(jù)，解釋變量個(gè)數(shù)為3個(gè)，較多的樣本數(shù)據(jù)和較少的解釋變量會(huì)使r²值偏低，同時(shí)樣本自由度的f值小于0.01，可認(rèn)為回歸方程十分顯著。

擬合結(jié)果中價(jià)格彈性β1＝-0.130，按照現(xiàn)有研究成果中列出的我國不同收入階層的價(jià)格彈性比例計(jì)算出大連市不同收入階層的價(jià)格彈性如表3所示。

表3大連市不同收入階層價(jià)格彈性計(jì)算結(jié)果表

②測算實(shí)施階梯水價(jià)后的節(jié)水量及可交易水量。

測算節(jié)水量的公式為：

式中，qi(i＝1、2、…、m)和δqi(i＝1、2、…、m)分別表示處于不同階梯的家庭現(xiàn)用水量和階梯水價(jià)實(shí)施后的節(jié)水量；βi(i＝1、2、…、m)為不同階梯用水需求的價(jià)格彈性；m為階梯水價(jià)方案總階梯數(shù)；l1,l2,...,lm為各級(jí)水量上限；p0為階梯水價(jià)實(shí)施前的統(tǒng)一價(jià)格，p1,p2,...,pm分別為各級(jí)水價(jià)。

將①中的βi值及步驟1中的階梯水價(jià)方案帶入公式得大連市階梯水價(jià)節(jié)水量測算公式：

再將步驟1中的居民用水?dāng)?shù)據(jù)帶入到上式中，即可求得典型小區(qū)居民的節(jié)水量，最終根據(jù)人口比例推算大連市整體的節(jié)水量為677.88萬m³，占總用水量的2.36％，節(jié)水量偏小，這是由于節(jié)水量主要受階梯水價(jià)方案設(shè)置的影響，階梯水價(jià)方案中第一階梯價(jià)格與無階梯水價(jià)時(shí)相比無變化，第一階梯內(nèi)的居民并無價(jià)格刺激，不會(huì)自覺產(chǎn)生節(jié)水行為，即70％的居民不節(jié)水，導(dǎo)致節(jié)水量偏小。

可交易水量(q交)公式為：

式中，q定為城市居民用水定額，n為用水量在定額內(nèi)的總戶數(shù)。

將步驟1中給定的大連市2020年居民生活用水定額值進(jìn)行單位換算后帶入到公式中得：

再將步驟1中的居民用水?dāng)?shù)據(jù)帶入到上式中即可求得典型小區(qū)居民的可交易水量，最終根據(jù)人口比例推算全市可交易水量為6094.71萬m³，占總用水量的19.67％，可交易水量比較可觀，這是因?yàn)榭山灰姿恐饕芏~值的影響，而定額值(10.5m³/戶月)約覆蓋71.8％的居民，即實(shí)施階梯水價(jià)前有71.8％的居民就擁有可交易水量，由于初始水權(quán)值略高于第一階梯水量值，實(shí)施階梯水價(jià)后會(huì)新增一小部分居民用水量小于定額，計(jì)算得到實(shí)施階梯水價(jià)后有74％居民擁有可交易水量，故全市可交易水量值比較可觀。

步驟3，建立大連市以自來水集團(tuán)為交易代理的“居民-新建工業(yè)用水”交易模式。交易模式示意圖如圖2所示。

步驟4，計(jì)算“居民-新建工業(yè)用水”交易的價(jià)格。

大連市工業(yè)用水價(jià)格為4.4元/m³，淡化海水的價(jià)格為6.43元/m³，外調(diào)水的價(jià)格參照南水北調(diào)工程價(jià)格6.21元/m³，即交易價(jià)格為：p權(quán)＝(min{p引,p海}+p基)/2＝(6.21+4.4)/2＝5.31元/m³；其中額外購買水權(quán)價(jià)格為p購＝p權(quán)-p基＝5.31-4.4＝0.91元/m³。

步驟5，測算節(jié)水效益。

企業(yè)效益：選取大連市典型行業(yè)電子行業(yè)、紡織行業(yè)、化工行業(yè)作為參照，計(jì)算居民可交易水量能夠帶來的產(chǎn)值。電子行業(yè)平均萬元產(chǎn)值用水定額為1.13m³/萬元，為低耗水行業(yè)；紡織行業(yè)平均萬元產(chǎn)值用水定額為4.73m³/萬元，化工行業(yè)平均萬元產(chǎn)值用水定額為50.51m³/萬元，為高耗水行業(yè)。計(jì)算得到產(chǎn)值為電子行業(yè)5393.55億元，紡織行業(yè)1288.52億元，化工行業(yè)120.66億元；

自來水公司收益：根據(jù)步驟4中所述的交易價(jià)格測算其收入及利潤。擬定的交易價(jià)格為q＝5.31元/m³，若所有可交易水量均用于交易，則計(jì)算得到交易總收入為：6094.71×5.31÷10000＝3.24億元；查閱資料計(jì)大連市自來水運(yùn)行成本為3元，則總利潤為1.41萬元。假設(shè)總利潤30％分配給自來水公司，剩余70％分配給居民，則自來水公司和居民分別可獲得4223.63萬元和9855.15萬元的收益。

居民收益：針對(duì)大連市具體情況，合理擬定居民收益分配函數(shù)各系數(shù)為：a＝1.5，b＝3，α＝15％，β＝30％，即將居民可交易水量分為三個(gè)階梯，三階梯可交易水量分別占定額的15％以內(nèi)，15％到30％之間和30％以上，三個(gè)節(jié)水階梯的居民收益比例為1:1.5:3，可交易水量越大，收益越高。根據(jù)居民總收益反推，可得到基礎(chǔ)收益為m＝0.7元/m³，收益分配函數(shù)為：

式中k：居民可交易水量占定額的百分比。

即可交易水量占定額比例15％以內(nèi)時(shí)，居民可得到收益為0.7元/m³；比例在15％到30％之間時(shí)，居民收益為1.1元/m³；比例大于30％時(shí)，收益為2.1元/m³。根據(jù)步驟2中的測算結(jié)果，擁有可交易水量的家庭占74％，即全市共193萬戶家庭可獲得收益，計(jì)算得到平均每戶家庭的年節(jié)水收益為9855.15÷193＝51.1元，根據(jù)步驟二測算的各戶居民可交易水量可求得節(jié)水最多的家庭每年最多可獲得145.6元的節(jié)水收入，節(jié)水收益比較可觀。

分析上述案例可知，實(shí)施階梯水價(jià)后，通過居民節(jié)水大連市得到可交易水量6094.71萬m³，74％居民用戶擁有可交易水量，占居民總用水量的19.67％。該可交易水量可為企業(yè)帶來產(chǎn)值，為自來水公司帶來利潤，為居民帶來收益。居民收入比較可觀，能夠進(jìn)一步刺激居民節(jié)水，發(fā)揮出居民節(jié)水的“蟻群效應(yīng)”。

綜上所述，本發(fā)明中的節(jié)水方法能夠有效利用水資源規(guī)劃中生活用水未使用的配置水量，并通過收益分配給予居民節(jié)水刺激，發(fā)揮出城市居民在節(jié)水中的重要作用，同減少城市淡化海水和境外調(diào)水等價(jià)格較高水源的用量，有效提高水資源緊缺城市的整體節(jié)水水平和用水效率。