Davies, Amalia

Davies, Stephen P.

Fathelrahman, Eihab

Pritchett, James G.

English

Research Papers in Economics

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Welfare Impacts of Rural to Urban Water Transfers: 
An Equilibrium Displacement Approach 
 
 
 
 
 
James Pritchett, Stephen Davies, Eihab Fathelrahman, and Amalia Davies  
 
 
 
 
 
 
The authors are 1Associate Professor, Professor, Research Associate and Research 
Associate all in the Department of  Agriculture and Resource Economics, Colorado State 
University  
 
Contact: James Pritchett, Campus Mail 
1172, Agriculture and Resource Economics, Colorado State University, Fort Collins, CO 
80523-1172, james.pritchett@colostate.edu , 970-491-5496. 
 
 
 
Poster prepared for presentation at the Agricultural & Applied Economics Association 2010 
AAEA,CAES, & WAEA Joint Annual Meeting, Denver, Colorado, July 25-27, 2010 
Copyright 2010 by James Pritchett, Stephen Davies, Eihab Fathelrahman, and Amalia Davies.  
 
 
All rights reserved. Readers may make verbatim copies of this document for non-commercial 
purposes by any means, provided that this copyright notice appears on all such copies. Introduction Western agriculture has blossomed with the development 
of water resources that are used in growing crops which in turn spurs
Welfare Impacts of Rural to Urban Water Transfers: An Equilibrium Displacement Approach
James Pritchett, Stephen Davies, Eihab Fathelrahman, and Amalia Davies
Unique Element (Part I) To the authors knowledge, a
Scenarios: Attention is focused on the South Platte River Basin, where 
increasing population pressure is the greatest vis a vis other basins, and  
farm gate revenues are greater than $600 million In addition new of water resources that are used in growing crops, which in turn spurs 
the value‐added products like meat, sugar and dairy products. Economic 
activity is generated directly by these industries when inputs are 
purchased and wages are spent. Without other viable local base 
industries to generate revenues and provide employment, a reduction in 
the agricultural revenue seriously impede a rural regional economy.
Yet, population growth is driving a reallocation of agricultural water 
resources from rural areas to burgeoning municipalities. By 2030, an 
estimated 33 million additional people are projected to be living in the 
West, requiring approximately 30 billion more gallons of water for 
consumption (Western Governors’Association 2006) Growth and
Basin
Population 
Increase by 
2030 (%)
Additional 
Annual Water 
Demand (AF)
Forecasted 
Fallowing of 
Irrigated Acres
Economic 
Activity for 
Each Irrigated 
Acre 
Arkansas 55% 98,000 23,000  to 72,000 $428
Rio Grande 35% 43,000 60,000 to 100,000 $1,235
South Platte 65% 409,700 133,000 to 266,000 $690
Table 1. Economic activity generated by irrigated agriculture in four basinsa
Unique Element (Part I) To the authors knowledge, a 
standard EDMP has not yet been  adapted to track the flow 
of water as factor of production  and  as an intermediate  
good of exchange. The disposition of water can be 
measured across time and space, so that transbasin
diversions (Figure  3) and surface water storage (Table 2) 
must be accounted for in a water balance set of equations 
that include crop consumptive use , municipal demands  
and interstate compact obligations.
farm gate revenues are greater than $600 million. In addition, new 
transfers between basins are highly controversial, thus it is not expected 
that western Colorado water demands will be used to meet growing 
populations in the South Platte. The first scenario reduced agriculture 
water availability by 10% while the second is a more substantial 
reduction of 25%. 
consumption (Western Governors  Association, 2006). Growth and 
subsequent water conflicts are often focused in agricultural areas where 
key water resources are fragile and scarce, as pointed out in the Bureau 
of Reclamation’s Water 2025 Report. Competitive pressure and 
reallocation is particularly strong in Colorado, where more than an 
additional 600,000 AF will be needed to meet new municipal and 
industrial demands (Table 1).
The economic activity estimates  in Table 1. do not consider the potential 
impacts to important downstream industries including feedlots, meat 
packing, dairies, cheese manufacturing and ethanol production.  Their 
analysis is best viewedat the margin but clearly the acreage changes
Changing crop mix: The interdependence of the grain and livestock 
sectors are evident as the decrease in water availability causes a shift in 
acreage out of corn and wheat  into oat and sorghum, which are mostly 
used in feed rations. Although the acreage for oat and sorghum is 
smallerin absolute terms the percent increase is large showing the
aPopulation, water demand and lost irrigated acres drawn from the Colorado Water Conservation Board, 
Statewide Water Supply Initiative (2004). Thorvaldson and Pritchett (2006) provide economic activity estimates.
analysis is best viewed at the margin, but clearly the acreage changes 
described in Table 1 are quite large, so much so that the analysis may 
misrepresent actual impacts. Their analysis does not allow for 
endogenous prices and the out‐of‐state imports of irrigated crops that 
mitigate potential welfare losses.  Significant improvement in policy 
analysis can be made with a more representative, flexible modeling effort 
that considers both water transfer scenarios and other water firming 
projects (e.g., reservoirs) that shift water from  less populous regions of 
Colorado  to greater M & I demands (Figure 1).
Research Objective The purpose of this study is to better inform 
stakeholders of the likely welfare impacts of water initiatives in Colorado
smaller in absolute terms, the percent increase is large showing the 
dramatic shift out of irrigated ration to dry ration grain production.  The 
hay acreage increases for a 10% decrease of water availability, but 
decrease when water is limited by greater proportions.  
Figure 3. Transbasin diversions modeled it he Colorado EDMP 
stakeholders of the likely welfare impacts of water initiatives in Colorado, 
which are relevant to accelerating rural‐to‐urban water transfers 
throughout the West. Specific objectives include
a) Creating  an equilibrium displacement model (EDM) that 
accurately depicts the water inflows and outflows for three  Colorado 
river basins, and captures the market based relationships that this 
natural resource has  to Colorado economic sectors;
b) Characterizing scenarios that might be used to meet expected 
water demands including water transfers, construction of a reservoir, and 
inflow of water from an out‐of‐state supply source, 
c) Discussing the tradeoffs of the scenarios in (b) according to their 
direct impacts to the basin of origin and the indirect impacts to other
Figure  1.  Surface water flows in Colorado. 
Indirect impacts on livestock: For a decrease in irrigation water  all 
hay into feed decreases by more than 5%, while  the grains for  feed 
increase, especially sorghum increasing by more than 30% . Cow calf 
and fed beef operations remain at about the same levels of production direct impacts to the basin of origin and the indirect impacts to other 
industries.  
Methodology Harrington and Dubman (2008) provided comprehensive 
description of the mathematical programming approach in the EDM. 
Description of the reduced form EDM by Harrington and Dubman 
follows:
Max: Z = F'x ‐ 1/2 x' H x.     (1)                                                                    
Where; 
Z is the objective function to be maximized The objective function can
Results
Unique Element (Part II) A key element of this model is  the 
accounting stance used in water transfers. Rather than 
transferring an entire diversion of water, parties are only 
allowed to transfer the consumptive use of their water right 
allocation.  the water reallocation. Additional activities to 
the standard EDMP include the crop consumptive use that
and fed beef operations remain at about the same levels of production, 
while sheep production declines due to less forage availability, since 
they do not use much grain.  
Z is the objective function to be maximized. The objective function can 
be either the sum of consumer plus producer surpluses or the sum of 
residual quasi‐rents.
F'x is a vector of intercepts of supply and demand processes for the 
product and commodities
H is  Hessian matrix of marginal adjustment costs and demand slopes.
x  is a vector of optimized variables (which assure that all solutions are 
feasible and efficient) The objective function above is subject to the 
following constraints:
A11x = Free Indicator accounts,   (2)
For further information
Please contact. James Pritchett james.pritchett@colostate.edu
the standard EDMP include the crop consumptive  use that 
vary by basin. Likewise, water transfer scenarios are 
measured in consumptive use units. 
Figure 2. Graphical representation of EDMP methods 
Price and Welfare Impacts: Prices for crops that use water increase, 
as well as for crops in higher demand by the livestock sector.  Prices for 
dairy, sheep and broilers increase.  Finally, the decreasing water 
availability in agriculture decreases the combined producer and 
consumer surplus by $5 million and $19 million respectively. 
.  

Welfare Impacts of Rural to Urban Water Transfers: An Equilibrium Displacement Approach

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