干旱期间稀缺水资源定价的保护和分配后果

Derek C. Wietelman, Casey J. Wichman, Daniel A. Brent 关于作者 Derek C. Wietelman他是马里兰大学帕克分校农业与资源经济学系的一名博士候选人。他是一位应用微观经济学家，专长于环境和资源经济学。他目前的研究运用应用计量经济学方法，来理解家庭对能源和水资源等基本资源的需求如何受到价格以及非价格政策干预的影响。他还涉足与水质经济学相关的话题。 Casey J. Wichman他是乔治亚理工学院经济学院的一名副教授，同时也是未来资源大学研究员。他是一位应用微观经济学家，专注于环境与公共经济交叉领域的问题。他的研究聚焦于人们如何与自然和建成环境互动，以及这种行为揭示了哪些关于环境便利价值的认识。Wichman的研究涵盖了水资源和能源需求管理、气候变化影响和政策、城市交通、公共物品提供以及户外娱乐等领域。 丹尼尔·A·布伦特他是宾夕法尼亚州立大学农业经济学、社会学和教育系的一名副教授。他是一位专注于环境经济学和水资源的应用微观经济学家。 致谢 我们感谢加州数据合作组织（CaDC）和两家匿名成员公用事业公司，它们促进了我们获取账单数据。我们非常感谢与CaDC的Christopher Tull进行的多次交流，以及CaDC和两家公用事业公司的其他多位工作人员，他们帮助我们解释数据并理解在我们研究期间实施的干旱政策的背景。我们感谢Fiona Burlig、Bryan Pratt、Saif Ali、Anna Alberini以及2019年城市水需求圆桌会议、亚利桑那州立大学、苏黎世联邦理工学院、2019年AERE夏季会议、2020年水经济学在线研讨会系列（SWELL）、2022年WEAI年度会议、马里兰大学以及美洲开发银行的评论和建议。 本工作得到美国农业部国家食品与农业研究所和哈奇拨款的支持，项目编号为#PEN04951，存取编号为#7006541。任何剩余的错误均为我们自己的。 关于RFF 未来资源研究所（RFF）是一家位于华盛顿特区的独立、非营利性研究机构。其使命是通过公正的经济研究和政策参与，改善环境、能源和自然资源决策。RFF致力于成为最广泛信任的研究洞察和政策解决方案的来源，以实现健康的环境和繁荣的经济。 工作论文是由作者为信息交流和讨论目的而传播的研究材料。它们不一定经过正式的同侪评审。此处所表达的观点为个别作者的观点，可能与RFF其他专家、其官员或董事的观点不同。 分享我们的工作 我们的工作可以在Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0)许可证下分享和改编。您可以在任何媒介或格式中复制和重新分发我们的材料；您必须提供适当的信用，提供指向许可证的链接，并指出是否进行了更改，且不得施加额外限制。您可以在任何合理的方式下这样做，但不得以任何暗示许可方支持您或您使用的方式。您不得将材料用于商业目的。如果您混合、转换或基于该材料进行创作，您不得分发修改后的材料。更多信息，请访问https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/. 干旱期间对稀缺水资源定价的保育和分配后果∗ Derek C. Wietelman†Casey J. Wichman‡丹尼尔·A·布伦特§ 2025年2月24日 摘要 使用价格激励来分配稀缺资源是经济学的一个核心原则，但可能会导致令人不快的分布性结果。我们通过研究在现有的非线性费率结构中实行的额外收费措施，分析了价格作为在严重干旱期间促进水资源节约的有效性。通过将机器学习反事实预测方法嵌入需求框架中，以隔离外生价格变化，我们发现尽管额外收费是临时性的，但家庭仍表现出显著的需求响应。然而，进一步的研究揭示，仅靠额外收费无法解释观察到的多数节约，尽管价格大幅上涨。“基于预算”的费率通过保护大用户免受价格上调的约束，削弱了稀缺性信号，而额外收费本身对减少水支出的累退性作用甚微。在公平性方面，简单的费率结构可以占据主导地位，并且可以通过在费率结构内的总额转移来提高其进步性。 1 引言 严重干旱与气候变化有关，威胁着全球的供水。在美国西部，这一地区正经历自至少800年前以来的最干燥条件，水资源短缺尤为严重（威廉姆斯等人，2022年）。长期干旱对城市供水区施加了巨大压力，尤其是那些没有自有地表水或地下水权利、依赖购买水供应的地区。面对供应量减少和不确定性，这些干旱地区的水管理者必须找到有效的方法来抑制居民用水需求，否则将面临城市用水配给带来的高昂福利损失（巴克等人，2016年）。 经济学家常常主张提高水价以反映其稀缺价值。然而，多个因素阻碍水价适应实时供应条件。首先，美国大部分居民用水由市镇公用事业提供，这些公用事业需要正式的定价过程来改变价格，这阻碍了干旱期间对供应冲击的动态调整（Hanemann，1997）。此外，将水获取视为一项人权以及政治压力意味着价格通常低于供应的长期边际成本（Renzetti，1992，1999；Timmins，2002a,b）。系统性的低价未能充分传达额外水消费的稀缺价值（Olmstead，2010）。1尽管如此，试图提高价格引发了严重的股权问题，鉴于至少10%的美国家庭面临水费负担问题（Cardoso和Wichman，2022）。 鉴于在传达适当的稀缺信号与维持可负担性之间存在的紧张关系，如何在严重干旱时期，住宅用水费如何共同解决节约用水和公平性目标？我们通过研究加利福尼亚州2011-2017年干旱期间引入的两个干旱附加费定价方案来回答这个问题，该期间包括了该州有记录以来最干燥的几年（Mount等，2023）。在这两项研究中，被研究的公用事业公司实施了临时附加费，这些附加费在其现有的“基于预算的”费率结构，或BBRs中引起了大幅价格上涨。BBRs类似于传统的阶梯式递增费率（IBRs），其中边际价格随着消费量的增加而上升。关键区别在于，BBRs为每个家庭分配了个别化的用水预算，以确定消费等级的大小，而IBRs中，消费等级在所有家庭中是统一的。 使用超过37,000个家庭的月度账单面板，我们估计了一系列需求模型，以描述家庭如何应对附加费。为了将价格对用水量的影响从同时期的非价格政策中分离出来，我们使用机器学习算法来预测干旱附加费期间的反事实消费。我们基于Burlig等人（2020年）和Prest等人（2023年）的框架，通过使用随机森林在附加费期间预测无任何政策变化时的反事实需求预测。我们使用反事实预测来构建我们需求模型中的价格变化工具。这种模拟工具——预测价格与实际价格之间的差异 一个家庭在附加费定价下面临的情况以及附加费定价之前同等水平的消费——为了估算因果价格弹性，需要隔离外生政策诱导的价格变动（Ito, 2014；Sears, 2021；Ito和Zhang, 2023）。 我们的短期需求价格弹性估计范围在-0.2到-1.1之间，这证实了水需求通常是非弹性的观点（Dalhuisen等，2003；Sebri，2014）。我们的发现有两个显著原因。首先，我们关注附加费在紧急干旱条件下诱导即时、短期节约的能力。直观上，由于家庭有更多的节约潜力，长期价格弹性通常比短期估计值更弹性（Espey等，1997）。尽管我们关注短期，但我们估计的弹性位于已发表文献中短期弹性的较高端，在许多情况下与长期价格弹性更为可比。其次，我们的临时 设置相对罕见，因为我们在此处隔离了外生变化。干旱附加费事前 与更常见的永久性利率变化的情况相反。考虑到家庭进行长期结构调整的激励很小，人们可能会期望对临时价格增长的反应相对缺乏弹性。这使得我们发现弹性与现有文献相当或更大显得尤为显著，并且表明附加费在诱导短期节约方面是有效的。 我们的弹性估计是在干旱期间采用的其他非价格政策条件下的（Wichman等，2016；Browne等，2021）。鉴于这一点，我们使用我们的因果弹性，结合价格变动和预测的总保护量，分别估计价格和非价格保护。在合理的假设下，我们发现附加费解释了大约五分之一的总保护量。我们还记录了消费者群体间弹性的显著异质性，发现大用户的需求弹性最小，部分原因是因为BBRs保护他们免受更高价格的影响。这些结果对城市水管理者具有重要意义。尽管更高的价格能够引发显著的需求反应，但如果价格变动不足以绑定足够多的家庭，稀缺信号就会被削弱。 价格响应的不均匀性引发了关于价格上涨负担如何在家庭间分配的问题。我们通过扩展我们的需求估计框架以考虑收入异质性进行分布分析，发现低收入家庭对价格最为敏感。我们接下来评估征收附加费是否改善了BBRs的再分配特性。通过构建类似于Levinson和Silva（2022）所提出的洛伦兹曲线，我们发现附加费对水支出总体回归性的影响很小。这一结果与我们的需求估计结果一致，强调了个性化的水预算可以保护某些家庭免受约束性价格增长的冲击。 我们通过模拟不同风格的反事实利率结构如何将提高收入的负担分配到收入分布中，直接通过纳入我们对因果价格弹性的估计来考虑家庭需求响应。我们发现，在公平性方面，统一利率结构的表现与现有的BBR相似或略差。 将统一费率与与收入挂钩的可变固定费用相结合，在很大程度上缓解了股权问题。此外，我们发现，与IBR相对应的BBR更具累退性。因此，考虑到消费者往往误解复杂非线性价格（Ito，2014；Wichman，2014；Brent和Ward，2019；Shaffer，2020），公用事业公司可能更倾向于采用更简单的费率结构。尽管我们得出结论，BBR相对于模式化的替代方案并没有提供明显的股权优势，但水预算与附加费相结合仍能保留传递关于公用事业公司认为的“浪费性”消费的特定家庭信息信号的能力。了解这些信号是否作为有效的非价格节约工具，是就BBR相对于替代方案最终福利表现做出明确陈述所必需的。 我们的研究对几个不同的文献做出了贡献。首先，我们为关于住宅用水需求的丰富文献提供了新的证据，这些文献可以追溯到几十年前（例如，Gottlieb，1963年；Howe和Linaweaver Jr，1967年；Young，1973年）。随着气候变化在近年加剧了干旱状况，研究重点随着时间的推移从描述基线价格弹性估计转变为研究价格和非价格政策作为需求管理工具的能力（例如，Renwick和Archibald，1998年；Pint，1999年；Renwick和Green，2000年；Mansur和Olmstead，2012年）。我们特别的研究对研究2011-2017年加州干旱期间实施的各种价格和非价格节约政策的有效性做出了贡献，包括家庭用水报告（Ferraro和Price，2013年；Brent等，2015年、2020年；Jessoe等，2021年；Brent和Wichman，2022年）、公众羞辱和道德劝说（Sears，2021年；El-Khattabi，2023年）、费用和其他超额用水罚款（Sears，2021年；Pratt，2023年）以及自动灌溉执法（West等，2021年；Browne等，2023年）。我们的分析独特之处在于，它侧重于识别由短期价格反应驱动的临时 由附加费，发现需求弹性略高于许多其他短期研究。此外，由于价格和非价格政策几乎总是同时使用，关于哪种方法在诱导节约方面更有效的证据相对较少（Browne等人，2021年）。因此，我们分解由价格引起的总节约的练习具有启发意义，因为它突出了仅靠附加费无法推动大部分观察到的节约。 其次，我们为分析环境政策分配影响的研究文献做出了贡献，特别是研究公用事业费用的能力作为再分配政策工具（例如，Borenstein，2012；Borenstein和Davis，2012；Deryugina等人，2019；Burger等人，2020；Levinson和Silva，2022）。许多研究集中于能源价格，尽管水价的再分配方面对低收入家庭的重要性十分突出，但研究水价分配方面的论文相对