Meta

 

Program

 

Limitations

 

Modules

Viele Querbeziehungen zwischen verschiedenen Modulen
Insbesondere Hydrologie, Topologie, Parzelleneigenschaften und soziales Netzwerk haben viele teils wechselseitige Abhängigkeiten
Probleme schon im Setup, da wechselseitige Abhängigkeiten (Verlinkungen) nicht in einem Pass zu erstellen sind.
Komplexe Seiteneffekte aufgrund der Abhängigkeiten.

Complexity

Algorithmen exponentieller Ordnung. Reagieren sensibel auf
Anzahl der Marktteilnehmer,
Anzahl der WURe je Konzessionen,
Anzahl der alternativen Nutzungen.

General Guidelines

While it would be advisable to follow the Java style guide and throw Exceptions, the programming style follows always the C style, using null as returned Object for unsuccessful operation where possible and in line with the semantics of the method in question.

Concept

 

Water Use-Right Markets

In many regions of the world, water is a scarce resource, hence a way for proper allocation is needed. Water use-right markets are proposed as an efficient allocation instrument.
A market requires a marketable good. In economic terms, a good is marketable if it is scarce, ie its abundance or amount is limited in praxi. In many western, especially european countries, water has not been seen as rare, due to regular and certain replenishment and abundance of the resources with plenty of surplus reserves. Other regions of the world, in the contrary, are not blessed with superfluence, but scarcity of water, often combined with unsecure replenishment, and a fast growing population demanding ever more from the natural environment, pushing ecology to its limits, given by maximum capacities available to human needs and allowing for sustainable support of the socio-economic system. Where water is not seen as a marketable good, its appliance is not bound to efficient use and not given to who can make the most of it, but used where it is found or by who can make a claim on reasons not necessarily connected with the outcome of its employment. The two expectable consequences are either the overuse of water as a "raw material" to match secondary human demands, incurring irreversible longterm damages to the environment and unbalancing the water supply, or restriction to the sustainable amount of water, leaving a growing gap between demand for the products the water is needed for and actual supply. A working water use-right market prevents these unwanted outcomes: It limits the amount of water by introducing legally binding stakes in a global capacity, and it supposedly matches the resources with the best utilization possible while offering equivalent (financial) compensation to those who otherwise would have privileged access.
What a market can not do is bring about wonders. If the minimum demand is larger than the capacity of the local hydrology, a market leads to a situation where the market participants with the least profitable utilization loose not only relatively to the mean, but will simply miss out. Thus household demand might not be the right area to be included in a water use-right market.
Economically optimal allocation through market transactions is bound to two conditions: total information and the willingness of the participants to accept transactions with every other participant at the equilibrium price. Both conditions are not met in reality due to ineffective and hampered information flow and social and cultural restrictions or "rules". Thus the central, anonymous market with equal, rational participants splits up into local ego-centric, partly overlapping networks, where every market participant has an own and unique set of information about offered and requested water use-rights and corresponding prices, expectations about the available water volume and potential gain from water use, and perception of socially acceptable transactions regarding price and the status of the counterparty. Our model aims to study the market distortions resulting from these influences of the social network the market participants constitute, but cannot show effects of control schemes and conflicts during water distribution.

Kommunikation

Das Kommunikationsmodell folgt den Vorstellungen von Weaver und Shannon (Weaver 1971, S. 33f.) und Bühler (). Der Sender kodiert die Nachricht, die Zeichen werden über ein Medium übertragen und unterliegen während der Übertragung Störungen, der Empfänger dekodiert die Nachricht. Eventuelle Belegung der übertragenen Informationen mit Bedeutung ist den Sender- bzw. Empfängeragenten überlassen. Eine Erweiterung besteht darin, daß zwischen Formulierung der Nachricht und Absenden (d.h. die Nachricht verläßt den Verfügungsbereich des Senders) Zeit vergehen kann, was insbesondere für schriftliche Kommunikationsformen zutrifft.
Von den vier Ebenen der Kommunikation - Selbstoffenbarung, Beziehung, Appell, Sachinhalt (Schulz von Thun 1981, S. 30) - wird nur die Sachebene berücksichtigt. Die Appell- und Selbstoffenbarungsebene kommt nur indirekt dadurch zum Ausdruck, daß die übermittelten Informationen Angebote sind, die angenommen oder abgelehnt werden können, die aber neben dem rein sachlichen Inhalt keinen Spielraum zur Interpretation lassen. Ausdrucks- und Wirkungsfunktion (aaO, S.209ff) fallen zusammen.
Soziale Faktoren der Kommunikation kommen an anderer Stelle zum Tragen, z.B. durch die Verbindungen (oder fehlenden Verbindungen) im sozialen Netzwerk, die soziale Distanz zwischen den Akteuren, die Zuverlässigkeit der Verbindungen, ...
Als mögliche Störungen der Kommunikation (Watzlawick 1969) werden nur solche auf der Ebene der Nachrichtenübermittlung zugelassen, also syntaktische (Morris 1938). Die semantische Dimension wird als unmißverständlich vorausgesetzt, die pragmatische Dimension wird innerhalb der Agenten verkörpert durch die Behandlung der Informationen (nutzen, weitergeben, unterdrücken, etc.).
Der Übermittlungsprozeß ist eventbasiert implementiert. Der Sender übergibt die Nachricht an das Medium (die Verbindung zwischen den Akteuren) und bestimmt aktiv den wirklichen Sendezeitpunkt; d.h. Zeitpunkt der Erstellung der Nachricht und Zeitpunkt des Abschickens können auseinanderfallen. Das Medium determiniert den Ankunftszeitpunkt (und die Wahrscheinlichkeit) der Ankunft der Nachricht im Verfügungsbereich des Empfängers. Sobald die Nachricht empfangen wird, wird der Empfänger direkt aktiviert und kann auf die Nachricht sofort, according to its current state, außerhalb seines normalen Aktionszyklus, reagieren, sei es durch Rezeption, Speichern oder Ignorieren der Nachricht.

Water distribution - legal structure

 

Concessions

Parcels/sites can have concessions to draw an exact amount, fixed or variable, of water from a source of water (groundwater, river, reservoir etc) attached. Each concession resembles one intake of water, e.g. a groundwater well. The water is considered to be used up and not available for downstream use. (At least until an advanced hydrology module is available.) Like the installation in the world of tangible objects, the concession cannot be separated from the site and vests an endurable right. Concessions might arise from habitual use of the resources, traditional rules, appropriation by governmental institutions or public authorities.
Public sources like public wells for drinking water or open groundwater holes for occasional watering of livestock are not considered to use up a relevant amount of water. Ie the tragedy of the common is neglected resp. assumed as being resolved otherwise.

Water Use-Rights

Water use-rights are derived from a concession and can - in principle - be designed at will without preconditions, but in line with the limitations of the concession. So water use-rights can be set up for parts of the total amount of water a concession covers. For WURM it's assumed that water use-rights last one growth-harvest-cycle and are then renegotiated from scratch, ie can not be prolonged.
One principle rule is that no fixed WUR can be derived from a variable Concession. Allowance would mean introduction of more complex negotiation involving penalties, financial compensation for defaults on delivering and other intricacies.
Water use-rights are festgelegt to be transferred just one time. Without that restriction, ie assuming allowance to pass the water use-right on indefinitely, the result would be for every block of the network the optimal allocation, independently from the special properties (density, centrality etc.) of the graph, since that would be the only steady state. The network could then be described as a set of nodes of profitability with the links as gradients, and the water use-rights would "flow" to the lowest point (ie with the highest profitability) until its saturation. That state could be calculated analytically easily. That does not hinder a MP to buy one water use-right cheap and sell one of its own more expensive.

Relations architecture

MP - 1:n - Estate {Parcel|Site}
Estate - 1:n - Concession {Fixed|Variable}
Concession - 1:n - Water Use-Right (share of Concession)
Parcel - n:1 - Crop/Use (Link Use->Parcel[] not necessary, thus not implemented)

Distribution process:
Hydrology distributes (actively!) water to concessions. WURs are shares of concessions, thus Concessions hold the available amount of water and WUR amounts are calculated from there.

Hydrology has all information about geology, hydrology, topography.
Hydrology has information about productiveness of all water intakes.
Though more than one groundwater intake is possible for one site, it does not make any sense at this stage, since the only parameter for the productiveness of the entire site is effectively its size. No reflow, cross border suction etc is taken account for.

Market Participants

Market Participants (MPs) are entities in possession of a concession and/or interested in water usage. Subcategories are farmers (or, abstracted from the person: farms as business entities); households; enterprises respectively their subunits, production sites, where the water would be needed physically; public entities (city administrations, e.g. for parks, fountains or other public places, administration buildings, schools etc.).
Rural MPs (esp. farms) usually generate water supply as well as demand, whereas urban MPs don't generate water supply.

Allocation

 

Ausgangslage

Jeder Marktteilnehmer hat eine Erlösfunktion, die abhängt von den Marktpreisen der einzelnen Güter, der verfügbaren Wassermenge und der damit erzielbaren Gütermenge. Daraus läßt sich - im Prinzip - eine Funktion bestimmen, die in Abhängigkeit vom Volumen den maximalen Wasserkauf- bzw. -verkaufspreis angibt. Treffen nun Angebot und Nachfrage aufeinander, liegt der optimale Preis im Schnittpunkt der beiden Funktionen.
Trotz der einfach zu beschreibenden theoretischen Bedingung ist die praktische Berechnung aufwendig, da es sich bei beiden Preisfunktionen um zusammengesetzte Funktionen handelt.

Folgerungen des dezentralisierten Marktes:
1. Eine global optimale Allokation kann nur unter sehr speziellen (welchen??) Bedingungen erreicht werden.
2. Je nachdem, ob entlang der Bids oder Asks sukzessive gematcht wird und wie das Pricing gestellt wird, sind die Käufer oder Verkäufer systematisch benachteiligt.
Beispiel:
Es werde das höchstmögliche Ask gefunden, das höchste Bid dazu gesucht. Der Käufer zahlt mindestens das zweitbeste Bid (bei second best-pricing), obwohl er evtl. sehr viel günstigere Asks hat.
Verhindert werden kann das nur, wenn ausgehend von einem Bid/Ask-Paar beim Bid-Steller auf bessere Asks untersucht wird, beim folgenden Ask-Steller auf bessere Bids usf. Deadlocks können nicht(??) ausgeschlossen werden.

Interessen der Käufer und Verkäufer

Der Verkäufer erzielt mit dem Verkauf des WURe einen fixen Preis und geht eine Lieferverpflichtung ein. Bei variablen WURe trägt er nach dem Verkauf kein Risiko mehr, bei fixen Mengen ein Lieferrisiko, das evtl. mit einer Entschädigung abgegolten werden muß.
Der Käufer bezahlt eine fixe Summe für eine (im variablen Fall) unbestimmte Menge Wasser; neben den sowieso vorhandenen Risiken, denen er als Produzent nicht ausweichen kann, nämlich seinem (land-)wirtschaftlichen Erfolg und dem Risiko schwankender Marktpreise, trägt er zusätzlich ein klimatisches Risiko.
Da der Wassermarkt in ariden Gebieten erwartungsgemäß ein Verkäufermarkt mit tendenziell maximal hohen Preisen sein dürfte (Quelle??!), muß ein Risikoausgleich für den Käufer erfolgen, damit Fairneß herrscht. Das kann eine behördliche Genehmigungspflicht sein (Nachteil: hoher Verwaltungsaufwand), eine minimale Lieferverpflichtung und Entschädigungszahlungen durch den Verkäufer, oder die Absicherung gegen Regenausfälle durch Wettertermingeschäfte oder Versicherungen.
Was im Modell funktioniert, aber in der Wirklichkeit wohl bald unterlaufen würde, ist eine allgemeine Preiszurückhaltung (durch pauschalen Risikoabschlag) auf der Käuferseite. Insbesondere die nicht-agrarische Konkurrenz auf dem Wassermarkt hat wesentlich geringere Risiken aus der Verfügbarkeit von Wasser, sei es durch Preismacht auf dem Absatzmarkt und erweiterte administrative Vollmachten (Wasserversorger) oder einer geringeren Rolle, die das Wasser bei der Produktion spielt (Industrie).

Market Participants' General Characteristics

Market participants (MP) have a common knowledge about what constitutes a "good" transaction. Two alternative ways are tested how to deal with the occurence of a good transaction possibility. The first is to wait until the information flow comes to a halt and then determine the globally "best" transaction, each MP scoring by its own evaluation criteria, and iterate over all possible transactions, until no more transaction is left. Ie the judgment over the transaction is made locally, while the algorithm gives priority to the globally best transactions. (test, how close the algorithm comes to the optimal allocation given by the restrictions of the decentralised market!! what order would a optimizing algorithm have??)
The other is to give the MPs a satisfaction threshold and as soon as the threshold is met, the MP initiates the conclusion of a contract. That method has the advantage that the succession of the transaction is not a characteristic of the allocation algorithm, but the characteristics of the MPs and the relationships between them. (If the relationships are symmetrical and the MPs have the same threshold - how does the choice of the initiator influence the global outcome? When the settlement is not balanced, but the price is set by the initiator (who would of course propose the most favourable price for itself), the outcome depends on the MPs' order.->monte carlo!?) Therefore it might be favourable to introduce a settlement process which mitigates between the MPs and takes into account their price setting power.

Begründung für "Highest Ask"

Für den einzelnen Käufer ist es natürlich am günstigsten, das niedrigste Angebot wahrzunehmen. Allerdings handelt es sich bei Wasser in ariden Gebieten um ein knappes Gut und tendenziell eher um einen Verkäufermarkt, in dem die Verkäufer bessere Angebote abwarten können und die Bieter die Gebote maximal erhöhen. Unter Risikogesichtspunkten bedeutet das, daß die Wasserverkäufer die Gewinne einstreichen, während die Käufer maximale (land-)wirtschaftliches Risiken tragen. Deshalb wäre eine Preismitigation wünschenswert; Second Best Pricing ist eine erste Möglichkeit, aber in Hinblick auf gute Streuung der Zusatzprofite aus der besseren Allokation weder unbedingt zielführend (Second Best Price hat keine Bindung an durchschnittlichen Preis oder Risikoparameter) noch "natürlich" (Welcher Verkäufer würde freiwillig auf den zweitbesten Preis zurückgehen?).

Mögliche Alternativen

1. Ausgehend vom Verkäufer


2. Ausgehend vom Käufer
Käufer sucht niedrigstes Angebot -> Käufe hat Wahlfreiheit


Höchstes Volumen