2.4 水资源利用效益

对于水资源利用效益，一般意义上讲，按产业分类，水资源利用具有农业、渔业、工业、生活、景观、娱乐等方面的效益，即第一产业用水、第二产业用水和第三产业用水产生的效益；按产生模式分类，水资源利用效益分为直接效益、间接效益以及后续的辐射效益；按领域分类，水资源利用不仅对农林渔业等有经济效益，更重要的是具有维持生态环境的效益以及对经济社会发展和稳定的效益；按效益发生的时间和空间分类，有即时效益和远期效益以及区域效益和区域外的连带效益。各类效益之间有交叉、有组合。从水资源的经济性、生态性和社会性出发，本部分对水资源利用的边际效益、生态服务功能效益和区域综合效益作逐一阐述。

2.4.1 边际效益

从经济学的观点可以解释为：水是有限的自然资源，国民经济各部门对其使用并产生回报。经济上有效的水资源分配，是水资源利用的边际效益在各用水部门中都相等，以获得最大的效益，即在某一部门增加一个单位的水资源利用量产生的效益，在其他任何部门也是相同的。边际效益是从生产力角度出发，以经济学为依托，利用生产函数计算边际意义上的水资源利用效益，即边际增加一个单位的水资源所导致的产出增加量。边际效益体现了经济体制调整对水资源利用效率的影响，这种方法是定量分析水的效益及其对国民经济贡献的一个简单易行的手段，结果可为水资源管理宏观决策以及水价调整提供参考依据。

1.相关概念

经济学认为，经济增长的主要因素来源于各类生产要素的增加，经济发展取决于各类生产要素的贡献。某生产要素对经济发展的贡献率一般指该生产要素对经济增长的直接影响。

分析一种可变要素投入数量对产量的影响，涉及到以下3种基本概念：

（1）总产量（total product，TP）是指使用既定生产要素所能生产出来的全部产量。

（2）平均产量（average product，AP）是指平均每单位生产要素所能生产的产量。

（3）边际产量（marginal product，MP）是指每增加一单位生产要素所增加的产量，即最后增加一单位生产要素带来的总产量的增量。

现假定，用X表示某一生产要素投入量，ΔX表示某一生产要素的增量，ΔTP表示总产量的增量，则有下列关系式：

在经济学中，边际效益是指经济在最小成本的情况下达到最大的经济效益，即物品最后一单位比前一单位的效用。如果后一单位的效用比前一单位效用大，则是边际效益递增，反之为边际效益递减。

边际效益递增是指在知识依赖型经济中，随着知识与技术要素投入的增加而产出越多，生产者收益呈递增趋势明显。这一规律以知识经济为背景，在知识依赖型经济中生产要素简化成知识性投入和其他物质性投入。

边际效用递减是指在一个以资源作为投入的企业，单位资源投入对产品产出的效益是不断递减的，也就是说，虽然其产出总量是递增的，但二阶导数为负值，使其增长速度不断变慢，其最终趋于峰值并有可能衰退，即可变要素的边际产量会递减。

2.生产函数

计量经济学方法是通过拟合各种投入和产出要素之间的关系，求解要素变动的边际产出效应，包括生产函数法、需求函数法和一般均衡模型分析法。考虑供求平衡的一般均衡模型（Computable General Equilibrium model，CGE）分析法，理论严密，是较理想的计算水经济价值的方法之一，但模型要求的资料数据庞大，收集和处理资料十分困难，它是一个静态的资源配置模型，有极为严峻的假设条件才能成立，现实中往往并不存在，实践应用困难。生产函数法可以对投入要素求一阶偏导数，求出投入要素的边际效益。通常这些函数对现实数据拟合效果较好，具有普遍适用性。

水资源作为一种宝贵的自然资源，是人类赖以生存的不可替代的物质资源。从宏观经济学的角度看，水资源对经济总量的变化、经济结构演变以及经济空间布局有着重要影响。经济学中的生产函数概念可以用来描述经济总产出与投入之间的关系，它表示在一定技术条件下，生产要素的某种组合同它可能生产的最大产出量之间的数量关系。假定有n种生产要素，如原材料、资金、劳动量等，其投入量分别为X₁，X₂，…，X_n，生产处于最佳状态时，最大产出（生产量）为Q，生产函数可表示为

式（2.2）的经济含义是：在一定的技术水平条件下，在某一时间内为生产出Q数量的某产品，需要相应投入的X_i生产要素的数量及其组合的比例；如果X_i的投入量已知，那么就可以得出Q的最大量；如果Q为已知，那么也就可以知道所需要的X_i的最低限度的投入量。

在经济学分析中，为了简化分析，通常假定生产中只使用劳动和资本这两种生产要素。若以L表示劳动投入数量，以K表示资本投入数量，则生产函数写为

生产函数表示生产中投入量和产出量之间的依存关系，这种关系普遍存在于各种生产过程中。

3.柯布-道格拉斯生产函数

1927年，美国经济学家保罗·道格拉斯（Paul Douglas）根据美国1899—1922年的历史统计资料，发现资本创造的国民收入与劳动创造的国民收入间的比率在相当长的时间内基本保持不变。针对这种固定比率的现象，道格拉斯经求教数学家查尔斯·柯布（Charles Cobb），发现产出与雇佣劳动、固定资产之间的函数关系具有如下关系：

式中：Y为国民收入；A为正数，表示技术水平；K为资本；L为劳动；α为资本对国民收入的贡献率（国民收入中的资本份额），1-α表示劳动对国民收入的贡献率（国民收入中的劳动份额）。

生产函数的提出，多年来一直被视为论证西方经济学分配论的工具。可是，柯布-道格拉斯生产函数的假定中因含有“技术水平恒定”等限制条件，更有人对［α+（1-α）=1］的函数形式提出异议，而使它在实际应用中受到限制。

1942年，首届诺贝尔经济学奖金获得者简·丁伯根（Jan Tinbergan）对柯布-道格拉斯生产函数做了重大改进，将A变换为动态变量的形式A_t，初期的函数形式亦改写为

式中：α为资本弹性，表示当生产资本增加1%时产出平均增长α%；β为劳动弹性，表示当投入生产的劳动力增加1%时产出平均增长β%。

随着经济社会的发展，水资源逐渐成为稀缺性资源，水资源价值也逐步突显而不再是无偿使用。作为国民经济可持续发展的重要资源基础，水资源是农业、工业、生活生产不可或缺的生产要素，尤其是在水资源紧缺而现行水价偏低不足以引起对可持续发展的水资源管理重视的现状下，需要把水资源作为第三种投入加入到柯布-道格拉斯生产函数中，作为生产函数的自变量之一，计算其所创造的效益。于是，考虑了水资源要素的柯布-道格拉斯生产函数可表示为

式中：Y为总产值；A_t为技术效率；L为劳动力；K为固定资产投资；W为用水量；α为资本弹性；β为劳动弹性；γ为用水弹性。

这样就确立了以水资源为一种投入要素的柯布-道格拉斯生产函数，可以利用用水弹性求出水资源的边际效益。对式（2.6）两边取对数即是产业产出与资本、劳动力和水资源的双对数线性关系式，如式（2.7）所示，其中lnA、α、β和γ为待估参数。

对式（2.7）求关于W的偏导数，有

则有

式中：Y/W为单方用水产出率，即产业万元产值用水量的倒数，表明水对各产业的边际效益为用水弹性与万元产值用水量倒数的乘积。

规模报酬是同比例地变动所有的投入量而产生的产出的变动，也就是因生产规模的变动而引起的产出的变动情况。规模报酬以技术水平的基本不变为前提，考察所有生产要素变动对产出的影响。生产函数中，α+β+γ称为规模弹性。α+β+γ>1称为规模报酬递增，是指增加投入时，产出的增加速度快于生产要素投入的增加速度；α+β+γ=1称为规模报酬不变，是指增加投入时，产出的增加速度等于生产要素投入的增加速度；α+β+γ<1称为规模报酬递减，是指增加投入时，产出的增加速度慢于生产要素投入的增加速度，这就是常说的出现了规模不经济。为了正确反映水资源投入要素对产出的贡献，采用折算用水弹性消除规模弹性的影响：

所以，消除规模弹性影响的产业用水边际效益为

2.4.2 生态服务功能效益

水资源作为特殊的生态资源支撑生命系统，不仅提供维持人类生产生活的基础产品，还具有维持自然生态系统结构、生态过程和区域生态环境的功能。尤其在水环境恶化、水生态类型（河流、湖泊、沼泽和湿地等）退化的当今，水的生态服务功能的体现及其效益的发挥愈加重要。千年生态系统评估项目（Millennium Ecosystem Assessment）将生态系统服务功能定义为：人类从生态系统中获得的效益，包括生态对人类可以产生直接影响的供给功能、调节功能和文化功能，以及对维持生态系统的其他功能具有重要作用的支持功能。水生态服务功能是水生态系统及其生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然条件与效用，它不仅是人类社会经济的基础资源，还维持人类赖以生存与发展的生态环境条件。生态服务功能效益即水生态类型为人类提供的生态功能以及功能所产生的一切效益，根据水生态系统提供服务的机制、类型和效用，将其划分为供给功能、调节功能、文化功能和生命支持功能。

（1）供给功能。供给功能指水生态系统通过提供直接产品或服务维持人类的生产生活为人类带来的直接效益，包括提供动植物产品、医用药品、加工原料、水能资源、内陆航运、景观欣赏等。水生态系统提供的产品主要包括人类生活及生产用水、水力发电、内陆航运、水产品生产和基因资源等。

（2）调节功能。调节功能指人类从水生态系统的调节过程中获得的服务功能和效益，水生态系统的调节作用主要包括水文调节、气候调节、大气调节、河流输送、侵蚀控制、水质净化和生物多样性保护等。

1）水文调节：湿地、湖泊、沼泽等水生态系统具有蓄水、补给地下水、均化洪水和调节径流等作用，对区域水文调节和水平衡有重要作用。

2）气候调节：气候调节指通过水生态系统的水面蒸发及其植物蒸腾作用调节局部地区的湿度、温度和降水状况，调节区域内风速、温度、湿度等气候要素，从而减轻干旱、风沙、冻灾、土壤沙化过程，防止土壤养分流失，改善土壤状况，同时缓冲极端气候对人类的不利影响。

3）大气调节：大气调节是水生态系统的绿色植物和藻类通过光合作用，固定大气中的二氧化碳、释放氧气、将生成的有机物储存在自身组织中的过程；同时，泥炭沼泽累积并储存大量的碳作为土壤有机质，一定程度上起到了固定并持有碳的作用，因此水生态系统对全球二氧化碳浓度的升高具有极大的缓冲作用。

4）河流输送：河流输送指河流等水生态类型具有输沙、输送营养物质以及淤积造陆等生态服务功能。河水流动过程中，能冲刷河床上的泥沙，达到疏通河道的作用，河流水量减少将导致泥沙沉积、河床抬高、湖泊变浅，使得调蓄洪水和行洪能力大大降低；河流携带并输送大量如碳、氮和磷等营养物质，不仅是生物化学循环的重要环节，也是海洋生态系统营养物质的主要来源，对维系近海生态系统高生产力起着关键作用；河流携带的泥沙在入海口处沉降淤积，形成新的陆地，在增加土地面积的同时，保护海岸带免遭风浪侵蚀。

5）侵蚀控制：河川径流进入湖泊、沼泽、湿地等水生态系统后，水流分散流速下降，水中携带的泥沙沉积，从而起到截留泥沙，防止自然力的破坏及控制侵蚀。

6）水质净化：水提供和维持了良好的污染物物理化学代谢环境，提高了区域环境的净化能力。水体动植物从周围环境中除了吸收它所需要的营养物质外，也可以吸收它不需要的有害化学物质，从而完成污染物的迁移、转化、分散和富集过程，污染物的形态、化学组成和性质随之变化，最终达到净化作用。另外，进入水生态系统的污染物吸附在沉积物表面并随颗粒物沉积，从而实现了污染物的固定和缓慢转化。

7）生物多样性保护：水生态系统为各种水生生物提供生境，是野生生物栖息、繁衍、迁徙和越冬的场所，同时为各种涉禽、游禽提供丰富的食物来源和营巢避敌的良好条件，成为珍稀野生生物的天然衍生地。

（3）文化功能。文化功能是人类通过认知发展、主观映像、消遣娱乐和美学体验，从水生态系统中获得的非物质效益。水生态系统的文化功能主要包括文化多样性、教育价值、美学价值、娱乐及生态旅游价值等。作为独特的生存环境和地理单元，水生态系统对形成独特的传统、文化类型影响很大。

（4）生命支持功能。生命支持功能指维持自然生态过程与区域生态环境条件的功能，是上述服务功能产生的基础，只不过生命支持功能对人类的影响是间接的并且需要经过很长时间才能显现。比如，土壤形成与保持、光合产氧、氮循环、水循环、初级生产力和提供生境等。以提供生境为例，湿地以其高景观异质性为各种水生生物提供生境，是野生动物栖息、繁殖、迁徙和越冬的基地，一些水体是珍稀濒危水禽的中转停歇站，还有一些水体养育了许多珍稀的两栖类和鱼类特有种类。

2.4.3 区域综合效益

水资源利用的边际效益和水生态服务功能效益，是分别从水资源的经济属性和生态特性考虑而形成的效益，对于区域的水资源综合利用，需考虑水资源在区域范围内具有的多种属性及功能以及相应具有的多种效益形态。按照用水结构的路径和水资源所提供的服务功能，水资源利用的区域综合效益以直接经济效益、生态环境效益和经济社会效益的类别划分，并将各种模式、各类产业、各项领域的效益纳入其中，实现经济性、生态性和社会性的统一。定义如下。

直接经济效益：水资源作为生产生活资料和经济发展的重要物质基础，直接参与投入-产出和生产-消费的经济活动。通过水资源利用而产出商品或劳务并通过分配和交换发挥作用，以及为人类生计提供支持，从而带来经济性的效益。直接经济效益源于水资源直接作用，表现为增加的各类产品，如农业和食物供给、渔牧业养殖、水力发电等，可以通过产出物进行货币化计量。

生态环境效益：水体是一切水生生物的寄生场所和生存空间，水资源是维系生态环境的基础性要素。生态环境效益体现在水资源所提供的调节服务功能为生物体提供了适宜的生存条件和发展基础。

经济社会效益：是直接经济效益和生态环境效益的产生对社会发展和稳定的辐射带动作用，如促进就业、提高社会整体素质以及“水文化”带来的娱乐服务、美学体验和教育科研等效益，以满足人们的精神需求。

直接经济效益和生态环境效益的产生会给区域带来即时的效益体现，而经济社会效益是对社会的影响，是水资源长期作用的结果，需要时间的累积，并且还可能对周围地区的发展产生连带效益。由此，构建一对一、一对多、多对多的用水结构和用水效益的耦合关系，见图2.1和表2.1。

图2.1 用水结构-用水效益耦合关系图