姚明磊，董 斌，龍志雄，黃 凱，吳衛(wèi)熊，張廷強(qiáng)

(1.武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，武漢 430072；2.廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，南寧 530023)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國(guó)水資源短缺的壓力也愈來(lái)愈大，各用水部門(mén)之間的用水矛盾日益突出。流域初始水權(quán)配置主要可分為2個(gè)階段[1,2]：①流域初始水權(quán)總量在省、市和縣三級(jí)行政區(qū)域上的分配，即流域初始水權(quán)第1階段配置；②行政區(qū)域?qū)@得的水權(quán)分配在其各行業(yè)或用水部門(mén)，即流域初始水權(quán)第2階段配置。

目前，對(duì)于流域初始水權(quán)第1階段的配置，國(guó)內(nèi)有關(guān)學(xué)者在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了較為完善的水權(quán)分配基本原則，水權(quán)配置模型的構(gòu)建也逐步趨向成熟，但多數(shù)學(xué)者都把流域初始水權(quán)分到了省或市一級(jí),縣域尺度的初始水權(quán)配置通過(guò)我國(guó)水權(quán)改革試點(diǎn)的實(shí)施,仍處在探索階段。如尹云松[3]等基于AHP方法研究了黃河流域初始水權(quán)分配的方案，將其分配到黃河流域的各個(gè)省份。陳燕飛[4]等采用多目標(biāo)半結(jié)構(gòu)性模糊優(yōu)選模型將漢江流域初始水權(quán)分配到陜西、河南和湖北省。李秀明[5]等分別運(yùn)用模糊決策和層次分析法對(duì)大凌河流域初始水權(quán)進(jìn)行分配，比較后選用層次分析法將大凌河流域初始水權(quán)分配到葫蘆島市、朝陽(yáng)市、阜新市和錦州市。而對(duì)于流域初始水權(quán)第2階段的配置，國(guó)內(nèi)學(xué)者多數(shù)將行政區(qū)域分得的水權(quán)配額繼續(xù)分到了各個(gè)行業(yè)。如林洪孝[6]等提出城市水源可分配水權(quán)量應(yīng)留足生態(tài)系統(tǒng)需水量，其余參與水權(quán)分配的用水戶(hù)可概化為居民生活、第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)4大類(lèi)用水戶(hù)，進(jìn)行了初始水權(quán)的合理配置。王德全[7]等運(yùn)用多目標(biāo)規(guī)劃方法建模，根據(jù)各行業(yè)目標(biāo)在區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中的相對(duì)重要性，確定其優(yōu)先順序?yàn)樯钣盟⑥r(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生態(tài)用水，進(jìn)行了各行業(yè)初始水權(quán)的合理配置。吳丹[8]等按照“流域-省區(qū)-市區(qū)-行業(yè)”層級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始配置的思路，在用水總量和用水強(qiáng)度控制的制度約束下，建立雙控行動(dòng)下流域初始水權(quán)分配的多層遞階決策模型，有效保障了雙控行動(dòng)下市區(qū)內(nèi)各行業(yè)的初始水權(quán)達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)值。

鑒于國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，學(xué)者們大都在第2階段選擇將行政區(qū)域獲得的水權(quán)分配到其各個(gè)用水行業(yè)上，即按照生活用水、生態(tài)用水、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)用水進(jìn)行初始水權(quán)的分配。筆者認(rèn)為，僅將縣域獲得的水權(quán)分到用水行業(yè)是不夠的：縣域水權(quán)交易的實(shí)際主體是三大產(chǎn)業(yè)的各個(gè)用水部門(mén)及其下的用水戶(hù)，如果僅僅將初始水權(quán)分配到三大產(chǎn)業(yè)就完成第2階段的配置，實(shí)際水權(quán)交易主體的水資源使用權(quán)依舊模糊不清，這將導(dǎo)致各產(chǎn)業(yè)內(nèi)部用水部門(mén)的初始水權(quán)配置糾紛，并增加水權(quán)交易中因水權(quán)模糊而產(chǎn)生的信息搜集、談判和監(jiān)督的成本，致使“水權(quán)模糊”成為阻礙水市場(chǎng)發(fā)展的障礙。再者，縣域作為目前行政區(qū)域的最后一級(jí)分配單元，需要有操作性更強(qiáng)的水權(quán)配置方案，將水權(quán)分配到各個(gè)用水部門(mén)無(wú)疑要比分配到各個(gè)用水行業(yè)的對(duì)象更加具體，操作上的指導(dǎo)意義更強(qiáng)。所以十分有必要進(jìn)一步地將縣域初始水權(quán)分配到各個(gè)用水部門(mén)的手中，成為部門(mén)水權(quán)交易模式的前提條件。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文將縣域尺度中各個(gè)用水部門(mén)作為初始水權(quán)配置的對(duì)象，建立多目標(biāo)規(guī)劃模型，對(duì)不同用水部門(mén)的初始水權(quán)進(jìn)行了合理配置。

1 縣域尺度中面向用水部門(mén)的初始水權(quán)分配原則

目前主要有兩種水資源分配機(jī)制：集中機(jī)制和市場(chǎng)機(jī)制。集中機(jī)制是一種基于系統(tǒng)整體效益最優(yōu)的水資源分配機(jī)制；而市場(chǎng)機(jī)制是一種基于個(gè)體消費(fèi)和生產(chǎn)行為的資源分配機(jī)制[9]。我國(guó)采取了計(jì)劃和市場(chǎng)相結(jié)合的模式。對(duì)于基本生活用水、糧食安全用水和生態(tài)環(huán)境用水，考慮其特殊性而使用集中機(jī)制分配，優(yōu)先保障人的基本生活需求和生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展；而對(duì)于生產(chǎn)性水權(quán)，通過(guò)公平為主兼顧效率的基本原則進(jìn)行配置，在尊重歷史現(xiàn)狀的前提下，充分發(fā)揮價(jià)格的杠桿作用，引導(dǎo)水資源配置到經(jīng)濟(jì)效益高的地方。縣域尺度中面向用水部門(mén)的初始水權(quán)分配具體原則可分為以下6條。

(1)總量控制原則?？捎盟偭坎荒艹^(guò)需水量、可供利用的水量與用水總量紅線(xiàn)三者的最小值。

(2)生活用水優(yōu)先保障原則。水是人類(lèi)賴(lài)以生存不可缺少的物質(zhì)資源之一，《中華人民共和國(guó)水法》第二十一條規(guī)定：開(kāi)發(fā)、利用水資源，應(yīng)當(dāng)首先滿(mǎn)足城鄉(xiāng)居民生活用水。

(3)糧食安全原則。黨的十九大報(bào)告旗幟鮮明地指出，“確保國(guó)家糧食安全，把中國(guó)人的飯碗牢牢端在自己手中”。我國(guó)是人口大國(guó)，從國(guó)家安全戰(zhàn)略角度看，如果放松國(guó)內(nèi)糧食生產(chǎn)，過(guò)度依賴(lài)國(guó)際市場(chǎng)，無(wú)異于將自己的飯碗放在他人手上，在戰(zhàn)略上極易受制于人，在關(guān)系國(guó)家生存發(fā)展的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中處于被動(dòng)。而種植業(yè)在我國(guó)是弱勢(shì)產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他產(chǎn)業(yè)，為了國(guó)家安全，必須保護(hù)種植業(yè)的灌溉水權(quán)。

(4)生態(tài)用水保障原則。一定數(shù)量和適當(dāng)質(zhì)量的水對(duì)于任何健康、穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)都不可或缺。為了維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定，履行國(guó)際義務(wù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)水資源法律與政策承認(rèn)生態(tài)環(huán)境用水需求，賦予生態(tài)環(huán)境用水以比較優(yōu)先的順序地位[10]。

(5)尊重歷史與現(xiàn)狀原則。盡管現(xiàn)行的初始水權(quán)分配方案可能存在著諸多不合理因素，但畢竟是為當(dāng)前各用水部門(mén)、各用水戶(hù)所接受并實(shí)行的，容易得到用水者、管理者的普遍認(rèn)可。同時(shí)，新方案的實(shí)施，意味著政府機(jī)構(gòu)要通過(guò)協(xié)商與收買(mǎi)等手段，來(lái)調(diào)整原來(lái)的初始水權(quán)分配方案，必要時(shí)還要考慮水利工程的建設(shè)和修復(fù)等費(fèi)用。實(shí)質(zhì)上，尊重歷史與現(xiàn)狀原則，也體現(xiàn)了方案實(shí)施費(fèi)用最小原則[11]。

(6)經(jīng)濟(jì)效益最高原則。由于水資源的特殊性，其分配的高效性原則是指“包括經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益在內(nèi)總體效益高效”[12]。但是因?yàn)樯鐣?huì)效益和生態(tài)效益難以量化，所以本文在此僅把水資源作為經(jīng)濟(jì)資源的一種，通過(guò)量化分析追求其經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

2 多目標(biāo)規(guī)劃模型的構(gòu)建

面向用水部門(mén)的初始水權(quán)分配問(wèn)題涉及到不同用水部門(mén)的自身利益，而要協(xié)調(diào)各方互相矛盾的利益關(guān)系是一個(gè)帶有優(yōu)先級(jí)別的多目標(biāo)問(wèn)題，而多目標(biāo)規(guī)劃模型處理這類(lèi)多目標(biāo)決策問(wèn)題十分有效。

2.1 模型結(jié)構(gòu)

取縣域?qū)嶋H的需水量、可供利用水量和用水量紅線(xiàn)的三者的最小值為可用水總量；同時(shí)輸入代表各用水部門(mén)的發(fā)展目標(biāo)和歷史與現(xiàn)狀的參數(shù)值A(chǔ)-P、Fmin-Omin和f-o，按照面向用水部門(mén)的初始水權(quán)分配原則進(jìn)行計(jì)算，輸出各用水部門(mén)水權(quán)分配結(jié)果，多目標(biāo)規(guī)劃模型的結(jié)構(gòu)如圖1。

2.2 設(shè)置決策變量和偏差變量

2.3 優(yōu)先因子的確定

基于面向用水部門(mén)的初始水權(quán)分配原則，并考慮當(dāng)?shù)馗饔盟块T(mén)的發(fā)展目標(biāo)及其歷史與現(xiàn)狀，確定不同用水部門(mén)的用水優(yōu)先級(jí)別。

第1優(yōu)先級(jí)別P1：城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民生活用水量不低于目標(biāo)值。

第2優(yōu)先級(jí)別P2：保證糧食安全的灌溉水量不低于目標(biāo)值。

第3優(yōu)先級(jí)別P3：生態(tài)功能和生態(tài)建設(shè)用水量不低于目標(biāo)值。

第4優(yōu)先級(jí)別P4：水田、水澆地、灌溉林果地、灌溉草場(chǎng)、池塘養(yǎng)殖用水量不應(yīng)低于當(dāng)?shù)赜盟~規(guī)范中50%灌溉保證率下的用水量，牲畜、工業(yè)、建筑業(yè)與服務(wù)業(yè)用水量不應(yīng)低于近五年來(lái)用水量最小值。

第5優(yōu)先級(jí)別P5：水田、水澆地、灌溉林果地、灌溉草場(chǎng)、池塘養(yǎng)殖、牲畜、高用水和一般工業(yè)、火(核)電工業(yè)、建筑業(yè)、服務(wù)業(yè)與商飲業(yè)用水量不低于相應(yīng)的目標(biāo)值?？紤]經(jīng)濟(jì)效益最高原則，其相應(yīng)的權(quán)系數(shù)等于各自每方水增加的產(chǎn)值。

2.4 約束條件的確定

(1)絕對(duì)約束。各用水部門(mén)分配得到的水量不能超過(guò)可用水總量。

(1)

式中：W為可用水總量，W=min{X，Y，Z}；X為縣域需水量；Y為縣域可供利用水量；Z為縣域用水量紅線(xiàn)。

(2)第一目標(biāo)約束。優(yōu)先保障城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民的生活用水。

(2)

(3)

同理可知第二至第五目標(biāo)約束，此處不再贅述。

2.5 模型參數(shù)確定方法

模型共38個(gè)參數(shù)，除為保證糧食安全的灌溉水量目標(biāo)值C，參數(shù)的確定方法按以下步驟進(jìn)行：①如果有當(dāng)?shù)乜h的規(guī)劃文件，則按規(guī)劃文件；②如果沒(méi)有規(guī)劃文件，可通過(guò)當(dāng)?shù)亟y(tǒng)計(jì)年鑒、水資源公報(bào)、用水定額等，參考《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃技術(shù)細(xì)則》計(jì)算得到歷史數(shù)據(jù)，再對(duì)近期和遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)可利用各種類(lèi)型的數(shù)學(xué)曲線(xiàn)模型進(jìn)行擬合。③如果通過(guò)數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)方法擬合的R方、均方誤差等不能接受，則使用趨勢(shì)法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

為保證糧食安全的灌溉水量目標(biāo)值C(萬(wàn)m3)的計(jì)算公式如下：

C=npη/WPc

(4)

式中：n為確保中國(guó)的糧食安全的糧食人均占有量，kg/a；p為該縣的總?cè)丝?，萬(wàn)人；η為灌區(qū)產(chǎn)生的糧食占總糧食產(chǎn)量的比例；WPc為水分生產(chǎn)率，kg/m3。

根據(jù)唐華俊等[13]的結(jié)論，如果中國(guó)糧食人均占有量386.60 kg/a，就能夠基本確保中國(guó)的糧食安全，n可以取386.60 kg/a。參考姜文來(lái)等[14]的結(jié)論，據(jù)估計(jì)灌區(qū)產(chǎn)生的糧食占總糧食產(chǎn)量的70%左右，η可以取0.7。p和WPc則根據(jù)該縣的實(shí)際情況取值。

2.6 縣域尺度中面向用水部門(mén)的多目標(biāo)規(guī)劃模型

面向用水部門(mén)的多目標(biāo)規(guī)劃模型可利用Lingo軟件求解。

3 結(jié)果與分析

賓陽(yáng)縣位于廣西壯族自治區(qū)中部，是自治區(qū)首府南寧市的郊區(qū)縣，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均降雨量1 550 mm，氣候溫和，光照充足，適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)，是廣西的農(nóng)業(yè)大縣，其農(nóng)業(yè)用水占總用水量的83%左右。但是，縣境內(nèi)無(wú)長(zhǎng)江大河，水資源相對(duì)貧乏，很大程度地制約著農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。本文以廣西南寧市的賓陽(yáng)縣為例，以2025年為近期規(guī)劃年，2030年為遠(yuǎn)期規(guī)劃年。在灌溉保證率分別為50%、75%、90%時(shí)，規(guī)劃年的賓陽(yáng)縣需水量、可供利用水量、用水量紅線(xiàn)及其各用水部門(mén)的發(fā)展目標(biāo)和歷史與現(xiàn)狀的共38個(gè)參數(shù)值見(jiàn)表1、表2。

表1 不同灌溉保證率下的初始水權(quán)配置參數(shù)值Tab.1 Parameter values of initial water right allocation under different irrigation guarantee rate

表2 不同規(guī)劃年的初始水權(quán)配置參數(shù)值Tab.2 Parameter values of initial water right allocation under different planning years

基于面向用水部門(mén)的初始水權(quán)分配原則，建立了多目標(biāo)規(guī)劃模型，將賓陽(yáng)縣獲得的水權(quán)合理分配到其各用水部門(mén)，分配結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 賓陽(yáng)縣各用水部門(mén)的初始水權(quán)配置結(jié)果Tab.3 Initial water right allocation results of different water use sectors in Binyang County

將規(guī)劃年的賓陽(yáng)縣各用水部門(mén)的初始水權(quán)配置結(jié)果與各用水部門(mén)的用水量目標(biāo)值對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：①賓陽(yáng)縣2025年的可用水量只能滿(mǎn)足50%的灌溉保證率下各部門(mén)用水量的需求。如果按75%或90%的灌溉保證率，則水田、水澆地、灌溉草場(chǎng)、灌溉林果地的用水量無(wú)法達(dá)到目標(biāo)值。所以在賓陽(yáng)縣用水紅線(xiàn)的控制下，一方面要合理開(kāi)源，更重要的是要節(jié)流。貫徹《廣西壯族自治區(qū)人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)廣西農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革實(shí)施方案的通知》，落實(shí)節(jié)水優(yōu)先方針，形成相關(guān)機(jī)制激勵(lì)農(nóng)業(yè)用水戶(hù)節(jié)水，是解決2025年賓陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)用水部門(mén)缺水的關(guān)鍵。②賓陽(yáng)縣2030年的農(nóng)業(yè)用水部門(mén)缺水更加嚴(yán)峻，高用水和一般工業(yè)用水部門(mén)的缺水現(xiàn)象也開(kāi)始體現(xiàn)。筆者認(rèn)為，賓陽(yáng)縣工業(yè)用水部門(mén)不能依賴(lài)于農(nóng)業(yè)用水效率的提升，從而在節(jié)約的農(nóng)業(yè)用水中獲取更多的初始水權(quán)，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到工業(yè)用水存在的嚴(yán)重問(wèn)題，制定合理有效的節(jié)水措施以維護(hù)水資源的可持續(xù)利用。當(dāng)然，隨著我國(guó)水市場(chǎng)的日趨成熟，如果初始水權(quán)無(wú)法滿(mǎn)足用水目標(biāo)，將一部分缺水量通過(guò)水市場(chǎng)交易獲取也是可行的。