面向行業(yè)的初始水權配置系統(tǒng)模型構(gòu)建

吳 丹,吳鳳平,陳艷萍

(河海大學商學院,江蘇 南京 210098)

流域初始水權配置涉及流域內(nèi)各區(qū)域間的公平協(xié)調(diào)發(fā)展、各用水行業(yè)之間的競爭用水問題,與各區(qū)域的社會、經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境發(fā)展狀況密不可分,是一個多區(qū)域、多用水戶參與的半結(jié)構(gòu)性多目標、多層次的復雜系統(tǒng)決策問題。流域初始水權配置主要可分為2個階段[1-2]:①流域初始水權總量在省、市和縣三級行政區(qū)域上的分配,即流域初始水權第1階段配置;②行政區(qū)域?qū)@得的水權分配額在其各用水部門或行業(yè)上的分配,即流域初始水權第2階段配置。

目前,針對流域初始水權第1階段配置,國內(nèi)外學者已進行了開拓性探索。國外學者主要根據(jù)具體國家和地區(qū)的社會制度、水資源情況、文化傳統(tǒng),沿襲了占用優(yōu)先[3]、河岸優(yōu)先[4]、條件優(yōu)先[5]和慣例[6]等具有各自歷史合理性的分配方法,通過立法和過程模擬進行分配研究;國內(nèi)學者主要通過系統(tǒng)地構(gòu)建1套水權配置指標體系與模型[1,7]對其進行配置。

針對流域初始水權第2階段配置,國內(nèi)外學者主要建立目標規(guī)劃模型進行分配研究。葛敏等[2]認為生活用水具有絕對優(yōu)先權,提出將工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值、生態(tài)環(huán)境用水及農(nóng)業(yè)與工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比的目標值作為水權分配的目標約束,按照一定優(yōu)先級別建立了目標規(guī)劃模型,實現(xiàn)各用水行業(yè)的水權分配。曾勇等[8]提出優(yōu)先保障生活用水量和生態(tài)用水量,對生產(chǎn)用水權進行分配時宜側(cè)重公平原則,篩選出人口、耕地面積、匯水面積、產(chǎn)水量、現(xiàn)狀用水量、未來需水量、國內(nèi)生產(chǎn)總值的倒數(shù)等6項指標,構(gòu)造了初始水權分配滿意度函數(shù),通過最優(yōu)化函數(shù)確定生產(chǎn)用水權比例。汪中華等[9]認為應先留足生態(tài)系統(tǒng)需水量,在城市地表水、地下水和外調(diào)水可開發(fā)利用的水資源量范圍內(nèi),按照一定的優(yōu)先級別建立了隨機相關機會多目標規(guī)劃模型,分配生活、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)的水權,并采用一種基于隨機模擬的遺傳算法求解模型。蔣劍勇[10]將生活、生態(tài)環(huán)境和其他用水量以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的規(guī)劃值作為目標約束,按照一定的優(yōu)先級別建立了目標規(guī)劃模型,并提出可根據(jù)城市發(fā)展狀況調(diào)整初始水權分配優(yōu)先級別。此外,一些學者提出建立計劃配置、市場配置和定額配置模型對初始水權進行配置等[11-12]。

鑒于國內(nèi)外相關研究成果,針對流域初始水權第2階段配置,不同用水行業(yè)之間的用水優(yōu)先級別尚未達成共識,為防止社會經(jīng)濟用水擠占生態(tài)環(huán)境用水、工業(yè)用水擠占農(nóng)業(yè)用水等惡性競爭用水問題,將生活、生態(tài)環(huán)境以及生產(chǎn)等用水行業(yè)作為初始水權配置對象,從系統(tǒng)角度構(gòu)建面向行業(yè)的初始水權配置系統(tǒng),在剖析面向行業(yè)的初始水權配置系統(tǒng)內(nèi)涵、提出初始水權配置系統(tǒng)應遵循的基本原則基礎上,結(jié)合各用水行業(yè)的發(fā)展目標以及初始水權配置系統(tǒng)的總體目標,確定生活、生態(tài)環(huán)境以及生產(chǎn)等不同用水行業(yè)的用水優(yōu)先序位,建立目標規(guī)劃模型,對不同用水行業(yè)的初始水權進行合理配置。

1 面向行業(yè)的初始水權配置系統(tǒng)構(gòu)建

1.1 內(nèi)涵

面向行業(yè)的初始水權配置系統(tǒng)是指在水資源管理制度和法律法規(guī)體系的前提保障下,充分考慮區(qū)域水資源與社會、經(jīng)濟以及生態(tài)環(huán)境之間相互協(xié)調(diào)與制約的關系,結(jié)合生活、生態(tài)環(huán)境以及生產(chǎn)等用水行業(yè)的發(fā)展目標,為防止不同用水行業(yè)之間的惡性競爭用水問題,保障水資源的可持續(xù)利用,促進社會、經(jīng)濟以及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,從而以區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局的調(diào)整與優(yōu)化為核心,對各用水行業(yè)的初始水權進行合理配置的系統(tǒng)。

根據(jù)面向行業(yè)的初始水權配置系統(tǒng)內(nèi)涵,面向行業(yè)的初始水權配置系統(tǒng)實質(zhì)上是由區(qū)域的生活、生態(tài)環(huán)境以及生產(chǎn)等相互作用、相互影響、相互制約的不同用水行業(yè)構(gòu)成的具有一定結(jié)構(gòu)、目標與功能的系統(tǒng)。其中,生活、生態(tài)環(huán)境、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)等用水行業(yè)既是系統(tǒng)不可分割的有機組成部分,又是相對獨立的子系統(tǒng)。各用水行業(yè)的發(fā)展目標具體包括:①生活用水行業(yè),保障基本生活用水需求;②河道外生態(tài)環(huán)境用水行業(yè),保障城鎮(zhèn)綠化環(huán)境用水需求,維持生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán);③第一產(chǎn)業(yè)用水行業(yè),保障居民生存的糧食產(chǎn)量,加快第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展,增加第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值;④第二產(chǎn)業(yè)用水行業(yè),加快第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展,增加第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值;⑤第三產(chǎn)業(yè)用水行業(yè),加快第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展,增加第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值。結(jié)合各用水行業(yè)的發(fā)展目標,面向行業(yè)的初始水權配置系統(tǒng)的總體目標是統(tǒng)籌兼顧生活、生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)等“三生”用水需求,對區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局進行調(diào)整與優(yōu)化,限制高耗水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在保障社會穩(wěn)定和糧食安全的基礎上,將水資源優(yōu)先配給低耗水、高效益生產(chǎn)用水行業(yè),以水資源的可持續(xù)高效利用支撐經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 初始水權配置的基本原則

國內(nèi)大多數(shù)學者認為,初始水權配置過程應優(yōu)先考慮人類生存和基本用水需求;保障社會穩(wěn)定和糧食安全;公平與效率兼顧、公平優(yōu)先;尊重用水現(xiàn)狀;向經(jīng)濟發(fā)展重點行業(yè)適當傾斜,保障國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展;政府預留水量,供必要時進行調(diào)節(jié)。基于此,為防止社會經(jīng)濟用水擠占生態(tài)環(huán)境用水、工業(yè)用水擠占農(nóng)業(yè)用水等惡性競爭用水趨勢,協(xié)調(diào)各用水行業(yè)的用水需求,初始水權配置系統(tǒng)應遵守的基本原則包括:①總量控制原則。各用水行業(yè)配置的水權量之和必須控制在區(qū)域初始水權總量范圍內(nèi)。②人的基本生活用水優(yōu)先原則。基本生活用水關系到人類的生存權,為了維護社會安定,應首先保證人的基本生活用水得到滿足。③保障社會穩(wěn)定和糧食安全原則。為保障社會穩(wěn)定和糧食安全,在滿足人的基本生活用水的前提條件下,優(yōu)先保障農(nóng)業(yè)糧食總產(chǎn)量的灌溉需水。④重視生態(tài)及保護環(huán)境原則。為防止社會經(jīng)濟用水擠占生態(tài)環(huán)境用水,必須保證一定的河道外生態(tài)環(huán)境用水需求,以維護和恢復生態(tài)系統(tǒng)。⑤經(jīng)濟效益原則。為提高水資源的利用效率與經(jīng)濟效益,合理保障經(jīng)濟效益比較高的用水行業(yè)的用水需求,使初始水權配置結(jié)果在國民經(jīng)濟發(fā)展中產(chǎn)生更大效益。⑥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理化原則。為充分體現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間的合理化,調(diào)整第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)等用水行業(yè)之間的發(fā)展規(guī)模,促進區(qū)域三大產(chǎn)業(yè)之間的均衡、協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 初始水權配置系統(tǒng)模型構(gòu)建

結(jié)合用水行業(yè)的發(fā)展目標以及初始水權配置系統(tǒng)的總體目標,基于初始水權配置系統(tǒng)應遵循的基本原則,確定不同用水行業(yè)的用水優(yōu)先級別,建立目標規(guī)劃模型,實現(xiàn)初始水權配置系統(tǒng)中不同用水行業(yè)的初始水權配置。

2.1 用水優(yōu)先序位的確定

根據(jù)初始水權配置應遵循的基本原則,可將不同用水行業(yè)初始水權配置的一般優(yōu)先序位界定為:①人的基本生活用水優(yōu)先原則。人的基本生活用水需求必須優(yōu)先得到滿足。②保障社會穩(wěn)定和糧食安全原則。在配置基本生活用水的前提條件下,必須優(yōu)先保障糧食生產(chǎn)用水需求。③重視生態(tài)及保護環(huán)境原則。在優(yōu)先配置基本生活用水與糧食生產(chǎn)用水的前提條件下,保障河道外生態(tài)環(huán)境的用水需求。④經(jīng)濟效益原則。在保障糧食安全的前提下,為提高整體的國民經(jīng)濟效益,按照第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)以及第一產(chǎn)業(yè)的用水序位,合理保障3大產(chǎn)業(yè)的用水需求。⑤產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理原則。確定第一產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)之間的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例,以及第二產(chǎn)業(yè)與第三產(chǎn)業(yè)之間的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例,以促進三大產(chǎn)業(yè)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。

根據(jù)不同用水行業(yè)之間初始水權配置的優(yōu)先序位,確定初始水權配置系統(tǒng)中各用水行業(yè)的用水優(yōu)先級別。

第1優(yōu)先級別P1:生活用水量不低于相應的目標值。第2優(yōu)先級別P2:糧食總產(chǎn)量不低于相應的目標值。第3優(yōu)先級別P3:河道外生態(tài)環(huán)境用水量不低于相應的目標值。第4優(yōu)先級別P4:第二產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值不低于相應的目標值;第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值不低于相應的目標值;第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值不低于相應的目標值。第5優(yōu)先級別P5:第一產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比等于相應的目標值。第6優(yōu)先級別P6:第二產(chǎn)業(yè)與第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比等于相應的目標值。

各用水行業(yè)的目標值可根據(jù)流域社會經(jīng)濟綜合發(fā)展規(guī)劃,通過專家咨詢予以確定。第4優(yōu)先級別包括第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)與第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值3個目標,由于第二產(chǎn)業(yè)與第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益比第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益高,因此,在保障第一產(chǎn)業(yè)糧食生產(chǎn)用水需求的前提下,取第二產(chǎn)業(yè)與第三產(chǎn)業(yè)的權系數(shù)為3,取第一產(chǎn)業(yè)的權系數(shù)為1。

2.2 目標規(guī)劃模型的建立

根據(jù)初始水權配置系統(tǒng)中不同用水行業(yè)的用水優(yōu)先級別,確定不同行業(yè)初始水權配置的約束條件,建立目標規(guī)劃模型,按照用水優(yōu)先級別對各用水行業(yè)的初始水權進行配置,實現(xiàn)初始水權配置系統(tǒng)的總體目標。

約束條件如下:

(j=1,2,…,n;l=1,2,…,5;k=1,2,…,8)式中:Wj為初始水權配置系統(tǒng)dj的初始水權總量;Wjl為系統(tǒng)dj第l用水行業(yè)的配水量;Wj1,Wj2,Wj3,Wj4和Wj5分別為系統(tǒng)dj生活、河道外生態(tài)環(huán)境、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)的配水量;Zjm為用水行業(yè)的目標值,其中m=1,2,…,8,可根據(jù)流域社會經(jīng)濟發(fā)展綜合規(guī)劃,通過專家咨詢予以確定;Zj1為系統(tǒng)dj生活用水的目標值;Zj2為系統(tǒng)dj糧食總產(chǎn)量的目標值;Zj3為系統(tǒng)dj河道外生態(tài)環(huán)境用水的目標值;Zj4為系統(tǒng)dj第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值的目標值;Zj5為系統(tǒng)dj第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值的目標值;Zj6為系統(tǒng)dj第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值的目標值;Zj7為系統(tǒng)dj第一產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比的目標值;Zj8為系統(tǒng)dj第二產(chǎn)業(yè)與第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比的目標值;aj為系統(tǒng)dj每立方米水的糧食產(chǎn)量;bj為系統(tǒng)dj每立方米水的第二產(chǎn)業(yè)增加值;cj為系統(tǒng)dj每立方米水的第三產(chǎn)業(yè)增加值;ej為系統(tǒng)dj每立方米水的第一產(chǎn)業(yè)增加值為系統(tǒng)dj第m個目標未達到Zjm目標值的負偏差量為系統(tǒng)dj第m個目標超過Zjm目標值的正偏差量。

目標規(guī)劃模型可利用GLPS目標規(guī)劃軟件包求解。根據(jù)構(gòu)建的目標規(guī)劃模型,可得到初始水權配置系統(tǒng)dj內(nèi)生活、河道外生態(tài)環(huán)境、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)等不同用水行業(yè)的配水量。

3 案例分析

以大凌河流域為例,在確定規(guī)劃年(2030年)大凌河流域各區(qū)域初始水權的基礎上,利用建立的目標規(guī)劃模型,確定各區(qū)域內(nèi)不同用水行業(yè)的初始水權。大凌河流域是內(nèi)蒙古自治區(qū)、遼寧省、河北省3個省級行政區(qū)域的跨省流域,包括遼寧省的錦州市、阜新市、朝陽市、盤錦市、葫蘆島市 5個地級市13個縣(市、區(qū))及內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市、赤峰市和河北省承德市等部分地區(qū)。規(guī)劃年大凌河流域各地級市的社會經(jīng)濟發(fā)展指標參數(shù)值(表1)可通過《中國水利年鑒》、《大凌河水資源公報》、《流域初始水權分配理論與實踐》[13]、《水權制度建設試點經(jīng)驗總結(jié):大凌河流域初始水權制度建設資料匯編》[14]以及調(diào)研等方式得到。大凌河流域各地級市不同行業(yè)的發(fā)展目標值見表2。

表1 大凌河流域各地級市的社會經(jīng)濟發(fā)展指標參數(shù)值

表2 大凌河流域各地級市不同行業(yè)的目標值

表3 大凌河流域各地級市不同行業(yè)的初始水權

大凌河流域多年平均可分配水資源總量為12.494億m3,各地級市可分配的初始水權分別為:赤峰市3781.4萬m3,通遼市 2884.5萬m3,錦州市25777萬m3,阜新市25183萬m3,朝陽市51220 萬m3,盤錦市 9 000萬 m3,葫蘆島市5246萬m3,承德市1848.3萬m3。結(jié)合大凌河流域各地級市的用水行業(yè)發(fā)展目標,通過建立各地級市初始水權配置的目標規(guī)劃模型,應用GLPS目標規(guī)劃軟件包對模型進行求解,得到各地級市不同用水行業(yè)配置的初始水權,見表3。

4 結(jié) 語

構(gòu)建了面向行業(yè)的初始水權配置系統(tǒng),剖析了初始水權配置系統(tǒng)的內(nèi)涵,根據(jù)初始水權配置系統(tǒng)各用水行業(yè)的發(fā)展目標以及初始水權配置系統(tǒng)的總體目標,提出了初始水權配置系統(tǒng)應遵循的基本原則,確定了不同用水行業(yè)的用水優(yōu)先級別,建立了初始水權配置系統(tǒng)的目標規(guī)劃模型,實現(xiàn)初始水權配置系統(tǒng)中各用水行業(yè)的初始水權分配。通過大凌河流域案例分析表明,模型對不同行業(yè)之間的初始水權配置具有一定的實效性。

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[1]吳鳳平,葛敏.水權第一層次初始分配模型[J].河海大學學報:自然科學版,2005,33(2):216-219.

[2]葛敏,吳鳳平.水權第二層次初始分配模型[J].河海大學學報:自然科學版,2005,33(5):592-594.

[3]GOPALAKRISHNAN C.The doctrine of prior appropriation and its impact on water development:a critical survey[J].American Journal of Economics&Society,1973:32.

[4]WILLIAM G.Water law[M].Second edition.Michigan:Lewis Publishers,Inc,1988.

[5]JOHN R.Teerink andmasahiro nakashima[M].劉斌 ,等,譯.天津:天津科學技術出版社,2000.

[6]MATHER J.Water resources[M].New York:John Wiley&Sons,Inc,1984.

[7]佟金萍,王慧敏,牛文娟.流域水權初始分配系統(tǒng)模型[J].系統(tǒng)工程,2007,25(3):105-110.

[8]曾勇,楊志峰,劉靜玲.一種區(qū)域水資源初始產(chǎn)權配置模型[J].資源科學,2005,27(2):28-32.

[9]汪中華,林洪孝,賈和增.水權與水權配置機會相關模型研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報:自然科學版,2005,36(3):382-386.

[10]蔣劍勇.地區(qū)水權初始分配模型探討:以慈溪市為例[J].價值工程,2006(12):10-12.

[11]李永根.區(qū)域地下水三層次水權分配方法與應用[J].中國水利,2006(19):25-27.

[12]周念來,紀昌明.區(qū)域水權初始配置模型研究[J].水電能源科學,2007,25(3):6-8.

[13]王浩,黨連文,謝新民,等.流域初始水權分配理論與實踐[M].北京:中國水利水電出版社,2008.

[14]高而坤,黨連文.水權制度建設試點經(jīng)驗總結(jié):大凌河流域初始水權制度建設資料匯編[G].北京:中國水利水電出版社,2008.