城市需水量管理基本参数分析

胡连起
国家城市给水排水工程技术研究中心

　　1. 前 言

　　80年代以来，随着我国改革开放政策的实施，人民生活水平显著提高，城市用水量迅速上升。截至1997年底，城市居民家庭人均日用水量已由1980 年不足80升上升到135升；城市供水量已达到476亿立方米。城市需水量已由改革开放初期的喷发式上升过渡到平缓发展，并在近年出现下降的新趋势。
　　尽管我国水资源总量列世界第六位；但人均拥有量仅为世界平均水平的1/4。此外，我国淡水资源不论在地域和时空的分布相差极大且与城市社会、经济发展以及人口分布极不协调。长期以来，我国城市基础设施建设在注重增加城市供水能力的同时，城市需水量管理未得到足够的重视。低水价导致过高的用水需求造成大量的水资源浪费，客观上加重了城市水资源紧缺的局面。城市用水量无论在总量和单位消耗指标上与我国面临的有限的水资源极不协调。为确保21世纪城市可持续发展，使有限的水资源得到合理配置和有效利用，实施长期有效的需水量管理是十分必要的。
　　本文在城市供水现状分析基础上，阐述了城市需水量管理概念；重点分析了城市居民生活需水量与水价和居民收入三者之间的关系；给出了家庭用水需求方程，利用城市家庭用水量需求曲线，计算了城市居民家庭用水需求的价格弹性和收入弹性并预测了到2007年城市家庭需水量的基本参数。

　　2. 城市供水现状

　　截至1997年底，全国共有设市城市668个，城市人口36699.4万人。城市日供水能力已由1949年的240.7万m³/日，增至20784.4万m³/日，城市供水总量达到476亿m³，全年生产用水252.5亿m³；生活用水175.4亿m³，人均日生活用水量达到213.4升，其中居民家庭用水量110.8亿m³，家庭用水占生活用水量的63.2%；用水人口达到22523.1万人，用水普及率为95.16%；城市供水能力已基本适应现阶段社会经济发展和人民生活的需要。

　　3. 近20年城市供水量变化趋势分析

　　自1978年以来，城市供水量变化基本可以分成三个阶段：1984年以前的缓慢发展阶段，1984年至1994年持续快速上升阶段和1994年以后供水量窄幅波动并逐年下降阶段。由图1和表1可见，现阶段城市供水量已基本满足社会经济发展和人民生活的需要。

　　4. 实施长期水价和水需求管理战略 确保城市可持续发展

　　据水利部的统计，80年代初，全国有300多个缺水城市，缺水比较严重的城市有114个，其中：35个城市属于严重缺水城市。缺水城市的地理分布亦由北方和沿海地区扩展到全国。
　　据预测，到2000年，我国城市化水平将达到35%，到2010年将达到45%。城市化进程的加快必将对城市用水提出更为迫切的要求。因此，必须实施长期水价和水需求管理战略确保城市社会经济可持续发展。

　　　5. 城市家庭用水需求价格弹性和收入弹性

　　据《中国城乡建设发展报告》有关数据统计，城市供水量和需水量数据如下表所示：

　　注：家庭收入为当年价。资料来源〈中国统计年鉴〉，1997。
　　根据上表分析，1996年以来，城市综合用水指标、家庭用水指标基本稳定在580升和135升的水平，说明城市供水量已满足当前居民家庭收入水平上的需水量要求。由于水价长期偏离市场的均衡价格，低于城市供水的长期边际成本，导致同期城市供水行业已由盈利变为亏损。仅1996年全行业亏损额就达1.2亿元（含补贴收入7.7亿元），亏损面高达35.7%。因此，分析水价、家庭收入相对变化引起的需水量相对变化，根据我国实际情况确定最优用水水平，对于制定长期需水量管理是十分必要的。
　　5.1　　城市家庭用水需求价格弹性的特点
　　现阶段我国城市家庭用水主要是室内生活用水，因此家庭用水需求价格弹性有如下几个特点：
　　A 不会由于水价的变动引起需水量的大量增加或大幅减少，需求价格弹性表现为缺乏弹性。
　　B 水费支出占家庭收入的比例很小，通常不到1%，水价提高，对居民生活影响较小。
　　C 家庭收入提高，居民愿意支付比现行水价更高的水价。
　　5.2　　城市家庭用水需求价格弹性与需求曲线
　　根据家庭用水的特点，其需求价格弹性可以表述为：水价的相对变动所引起的需水量的相对变动，即其需水量的变化率与水价变化率之比：

　　我国城市家庭用水需求价格弹性如下表所示：

　　5.3　　城市家庭用水需求收入弹性
家庭用水需求收入弹性可以表述为： 家庭收入的相对变动所引起的需水量的相对变动，即其需水量的变化率与家庭收入变化率之比：

　　式中（p₂ - p₁） ––––水价的变动量
　　I_e ––––家庭用水需求收入弹性
　　（q₂-q₁） ––––需水量的变动量
　　（I₂-I₁） ––––家庭收入的变动量
　　I ––––家庭收入的绝对量
　　q ––––需水量的绝对量

　　在相同水价时，低收入家庭用水需求收入弹性大于高收入家庭，水价提高对低收入家庭影响大于高收入家庭。需求收入弹性随着家庭收入的提高而降低，依据1997年城市家庭平均月收入1550元计算，需求收入弹性为0.74，同期最高家庭月平均收入为2491元，其需求收入弹性为0.69。也就是说，在1997年家庭收入的基础上，家庭收入每提高10%，家庭需水量相应增加7.4%。平均水费支出仅占家庭收入0.45%，即使最低收入户亦仅占其全部家庭收入的0.53%。分析结果表明，提高水价对居民生活水平不会产生很大的影响。（详见表4）

　　6. 家庭用水需求方程

　　实践经验证明，当居民收入和其他因素不变，需水量是所有可能价格的函数。水价高时家庭用水量少，水价低时，用水量多。因此，需求曲线的坡度向右方下斜。水价增加不会导致水量同比例增加，需求曲线为非线性需求曲线。根据家庭用水的特点，家庭用水需求曲线上任意点切线的价格弹性为：
　　

　　即：
　　 　

　　由于需求曲线任意点切线需求价格弹性（横轴公式）：

　　P_e=(q₁-q)/q

　　需求方程：

　　当qq1,q1→最低用水量时

　　P = P₁

　　因此，家庭用水需求方程：

　　家庭用水需求方程实践使用中必须经过供水损失修正。利用该方程开发的城市家庭需水量计算模型可以用来预测水价变动引起的城市家庭需水量的变化和消费者支付愿望。如果1998年家庭用水平均水在1997年平均水价0.55元/m³基础上调整到0.9元/m³，其后8年内每年提高10%，供水损失率15%，家庭收入增长率为4%，通货膨胀率3%，用水人口年增长率为2%，城市家庭人均日需水量到2004年基本可保持在1997年需水量水平（1997年城市居民家庭不同收入等级需求曲线和2000年、2005年和2007年城市家庭用水需求曲线见图3、图4。

　　依据前述条件分析，如果我国城市家庭需水量得到很好管理，1997年的城市供水量可以满足2000年家庭用水量的需求，至2007年城市用水人口如果增加到2.89亿人，即：比1997年增加30%，城市家庭需水量仅增加33亿m³，比1997年增加32.11%；同期水价以1997年可比价格计算增加167%；水费支出占家庭收入的百分比同期增加1.83倍，占家庭收入的0.84%。按照国际标准衡量，水费支出占家庭支出的比例仍然属于较低水平。实施有效的城市家庭需水量和水价管理战略，充分利用水价的杠杆调节作用，不仅可以缓解下世纪初城市水资源短缺的矛盾，而且可以获得得极大的社会效益和经济效益。

　　注：水价为1997年可比价格

　　7. 城市供水的长期边际成本（费用）

　　从理论上讲，如果资源能够得到有效分配，其价格必须等于提供该资源极其服务的长期边际成本（费用）。所谓“边际成本”不是指为当前该系统提供资源和服务的费用，而是指系统内现有水量已得到全部充分利用须提供下一个同样规模水量（单位增量水量）的成本（单位增值成本）。
　　当水价低于城市供水的长期边际成本（费用）时，必然产生过量需求。因此，必须长期持续的提高城市供水水价，使城市供水价格趋向于长期边际效益与长期边际成本达到平衡时的价格水平，从而提高城市用水效率。

　　依照上述计算结果分析，该市现行水价远低与供水的长期边际成本，只有连续提高水价才能够消除过量需求，达到供求平衡。否则，将面临更为严重的城市供水和水资源短缺局面。

　　8. 水价和需水量动态管理

　　按照市场供求法则，水价上升，需水量将下降，收入增加需水量将增加。在全世界范围内，如果忽略价格因素而不对需水量加以约束，不计成本的向城市无偿提供供水在任一城市都是不可持续的。因此，在我国这样一个人均水资源极为有限的国家加强水价和需水量管理应作为城市可持续发展战略的重要内容。在我国由于提高城市供水水价受到政府和各种因素约束，虽然政府采取提供财政补贴的办法解决低水价给供水企业造成的财政亏损，但是从经济学原理出发，这种做法在实践中是十分不可取的。水价不仅应当反映供水企业的财务成本，更重要的水价应当是给用户提供水资源丰缺的信号。当水价受到限制（管制价格），水价不仅低于市场的均衡价格，而且低于供水的长期边际成本时，用户体验不到水资源的紧缺，用水量远远大于实际的需水量。依据这种低水价时的用水量预测未来的需水量，城市必然将面临严重的水资源紧缺。
　　水价和需水量管理动态管理的目的就是使水价趋向于市场均衡的价格。如图5所示，以1997年城市供水曲线和估算的长期边际成本曲线（供给曲线）为例：1997年家庭用水水价为0.55元/m³，城市家庭人均日用水量为135升（Q₁），需水量大于供水量，市场产生短缺。满足需水量（Q₁）的长期边际成本约为2.2元/ m³，如果水价提高到长期边际成本的水平，用水量将大幅降低，此时需水量过剩，水价将降低到达到（Q₂），循环上述过程，市场供求最终达到均衡。由于需水量曲线随着收入的增加向右上方平移，供水曲线随着边际成本的提高向左上方平移。所以，水价和需水量的动态管理是连续的过程。

　　综上所述，面临我国水资源缺乏的现实，实施水价和需水量管理将会提高用水效率，促进城市节水工作的深入开展。

　　9. 城市用水经济效率的判定

　　由于水价等于供水的边际效益，供水曲线代表提供相应水量的边际费用。因此，城市水资源管理目标应使城市供水净效益最大化；既城市供水的边际效益等于边际费用，从而达到用水的经济效率。

　　由图6可见，水价P1为边际效益与边际费用相等时的价格；既最优价格。水价不论高于或低于P1，都将降低水的使用效率。如果边际费用超过供水水价，不可能收回全部供水成本，为了维持供水企业的正常运营，政府只有采取给予财政补贴的办法；其结果加大了水的需求，产生新的供水不足的矛盾。如果水价高于供水的边际费用，由于价格杠杆的调节作用，需水量受到过份抑制，不能充分使用现有的供水设施能力，有水供不出去，供水企业亏损，同样降低水的使用效率。
　　在实施需水量管理时应综合采用法律、行政、技术和财政措施；根据水需求确定和调整产业结构、经济结构；此外，加强宣传教育，提高全民对水资源危机的认识，为实现水资源持续利用和城市社会经济可持续发展，将发挥重要作用。

　　主要参考文献：

　　[1]　《中国统计年鉴》 1997，中国统计出版社
　　[2]　《中国城乡建设发展报告》 1997，中国城市出版社
　　[3]　《中国城市统计年鉴》 1996，中国统计出版社
　　[4]　《微观经济分析》 黎诣远 清华大学出版社
　　[5]　MICROECONOMICS, Third Edition, R. S. Pindyck and D. L. Rubinfeld Prentice-Hall International, Inc. 1996
　　[6]　ECONOMICS OF WATER RESOURCES PLANNING, L. Douglas James R. LEE McGraw-Hill Book Company 1971