基于多主体系统理论的城市居民水权交易模型设计与仿真分析论文

一、引言

持续水资源短缺是全球面临的重大危机之一，除增加淡水资源供给和提高节水技术外，通过安全、公平、有效的水资源配置机制提高水资源利用效率，也是重要思路之一。目前学术界已提出行政配置、水资源市场配置、基于使用者的水资源管理等多种配置机制行政配置机制可以保证水资源供给的安全性、公平性，市场机制可以保证水资源的利用效率,学者们普遍建议采用行政配置与市场配置相结合的水资源配置模式;但如何整合行政配置与市场配置的优势，目前研究相对薄弱。付廷臣在总结现有水资源配置相关研究成果的基础上，提出了“政府中介市场—市场联动定价”的城市水价格定价机制基本内涵，旨在整合城市水资源配置过程中行政配置和市场配置的优势;该机制包含两个市场，其一是政府向供水企业购水形成的城市水供给市场，其二是政府向用水主体分配水资源后，用水主体间水权交易形成的需求方水权交易市场;首先由政府以公开竞标、特许经营等方式，向中标企业购买水权，通过在城市水供给中引入竞争，提高水供给效率，并形成供水市场价格;然后政府以城市供水市场价格和需求方水权交易价格为基础，制定城市水资源配置价格，向用水主体分配水权，并保障城市用水供给的安全和公平;用水主体间的水权交易提高城市水资源的利用效率。

“政府中介市场—市场联动定价”作为一种理论设想，能否实现预期目的，适用条件是什么，需要进一步研究。笔者针对“政府中介市场—市场联动定价”中的需求方水权交易市场进行研究，在假设用水主体仅存在居民的条件下，通过探索实施该机制所带来的用水主体行为改变和相关市场特征，判断该机制的有效性和适用条件。

二、城市居民间水权交易概念模型设计

(一)主体行为分析

1.政府行为分析

由于尚不涉及政府相关政策，在本研究中的政府行为仅包括期初向居民配置水权、制定水权配置价格和期末居民间水权交易市场中居民剩余水权的处置。

(1)期初水权分配和水权价格制定

虽然随着水资源短缺，水的商品属性逐步显现，但由于水是消费必需品，且具有公共品属性，为保证水资源配置的公平性，假定每期政府向每个居民配置同等数量的水权，记为wp，假设1单位水权可购买1单位水资源。政府作为非营利机构，制定水权价格主要考虑城市供水市场价格、需求方水权交易价格和一定的市场管理费用，由于本研究不考虑政府相关政策，不妨假设政府配置水权价格保持不变，记为p。

(2)剩余水权管理

在每个模拟期结束时，存在剩余水权的居民不一定能将剩余水权在市场中全部出售，对于本期的剩余水权，政府可采用不同管理模式，如以初始价格回收、允许居民转入下一个模拟期或者作废等，假设政府采用以初始价格回收的模式。

2.居民行为分析

在政府完成期初水权分配后，每个居民获得wp单位水权。居民首先进行水消费量决策，存在剩余水权的居民和缺水居民可以通过水权交易市场进行水权交易，另外每个居民也可以通过提高节水意识并进行节水投资减少水资源消费量。

(二)模拟结果分析

1.随着交易进行，水资源利用效率逐步提高

依据初始参数设置，当消费者节水投资为0时，基本消费量最大值为4000，最小值为3000，如果消费者节水投资较大，且节水意识为1时，居民水消费量主要集中在基本消费量中不受投资影响的第一项中，其均值为1500，另外选择位于1500和3000之间的2000，笔者分别对政府期初配置量取上述几个值时的主体行为和市场特征进行分析，以判断该机制的可行性和有效性，以及政府对市场的影响，模拟周期选择150期。在wp= 4000 , wp=3000 , wp=2000和wp=1500四种情况下，在第一个模拟期内，水消费获得满足的居民数量分别为500,500,258和97 ,在第150个模拟期内，获得满足的居民数量分别为500,500,481和151。总体来看，随着市场交易的进行，能够通过市场交易满足水消费需求的居民数量不断增加，证明该机制是有效的。

2.在合适的初始配置量下，水权交易价格能保持稳定

在wp=4000的情况下，由于政府期初配置量可以满足居民消费需要，故不存在市场交易，交易平均价格为0;在wp=000的情况下，前两个交易期市场平均交易价格略高于政府配置价格，从第三个交易期开始，市场平均价格与政府配置价格相等，随着居民节水投资和节水意识不断提高，政府期初配置量已能满足居民消费需求，从第44个交易期开始，市场平均价格为0;为进一步探索价格的变化规律，笔者模拟了wp=2500情况下平均价格的变化，在此情况下，交易平均价格整体呈逐步下降趋势，但略高于政府配置价格的水平;在wp=2000和wp=1500两种情况下，市场交易平均价格逐步上升。这说明如果实施该机制，政府应制定合理的初始配置量，以避免市场价格的过度上涨。

3.居民节水投资累计额整体呈增长趋势

居民节水投资累计额不断增长，说明水权交易市场的确对居民节水行为具有激励作用，但随着wp的增大，节水投资累计额的增长速度降低，尤其是在wp=000和wp=3000两种情况下，节水投资累计额在140期后基本保持不变，由于笔者没有考虑节水设备的折旧问题，这说明在此两种情况下，140期后居民基本没有新增节水投资，其主要原因是政府期初配置量已满足水消费需求，为降低支出，居民不再新增节水投资。

三、主要结论

从仿真结果来看，在市场激励下，居民节水意识不断提高;节水投资整体呈上升趋势;水资源利用效率不断提升;这证明在城市供水系统中实施市场配置机制是有效的。在合适的政府期初配置量下，市场平均价格基本保持稳定，说明该机制是可行的;但如果政府期初配置量过低，可能导致市场平均价格过度上涨，政府期初配置量过高，导致市场不存在水权交易。因此，该机制的顺利实施需要政府制定既能保证居民用水需求，又能避免市场平均价格过度上涨的期初配置量。另外，从水消费获得满足的主体数量和政府期初配置能满足消费需求的主体数量变化趋势来看，整体都呈现上升趋势，但30期后基本保持稳定，主要原因在于随着节水投资累计额的不断增长，基本消费量降低的速度不断减小，导致在政府期初配置量较低的情况下，虽然主体节水投资累计额不断提高，但政府期初配置量在较长时期内不能满足消费需要;因此，在严重缺水的城市，构建水权交易市场的同时，仍需要不断提高节水技术。

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