佟大千

(遼寧省河庫管理服務(wù)中心(遼寧省水文局)，遼寧 沈陽 110000)

1 概述

在最嚴(yán)格的水資源管理制度下，如何對區(qū)域初始水權(quán)進(jìn)行分配是當(dāng)前水資源行政管理部門的難題，也是重點需要解決的問題[1]。以前，對于區(qū)域初始水權(quán)分配大都是結(jié)合地區(qū)水資源用水總量，對其初始水權(quán)進(jìn)行分配，這種分配方式主觀性強，缺乏科學(xué)性[2]。為提高區(qū)域初始水權(quán)分配的合理性、客觀性，國內(nèi)許多學(xué)者展開了相關(guān)研究[3- 9]，并結(jié)合一些區(qū)域水資源量的特點，建立初始水權(quán)分配指標(biāo)體系，但這些指標(biāo)體系往往具有很明顯的區(qū)域特點。對于南方地區(qū)而言，其生產(chǎn)用水量相對較大，因此其初始水權(quán)分配中對生產(chǎn)用水量覆蓋面較多；而對于北方地區(qū)而言，其農(nóng)業(yè)用水量相對其他類型用水較大，因此其初始水權(quán)分配指標(biāo)體系對農(nóng)業(yè)用水量覆蓋面較多[10]。此外國內(nèi)對于初始水權(quán)考慮優(yōu)化分配的研究成果還相對較少，為此本文以遼寧省為例，結(jié)合在水資源優(yōu)化分配領(lǐng)域中應(yīng)用較多的多目標(biāo)層次分析方法[11- 15]，在構(gòu)建適合于遼寧地區(qū)初始水權(quán)分配指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，選用該方法對各市初始水權(quán)進(jìn)行優(yōu)化分配。研究成果對于全省乃至東北地區(qū)初始水權(quán)合理、科學(xué)分配具有重要的參考意義。

2 初始水權(quán)優(yōu)化分配模型及指標(biāo)體系

2.1 優(yōu)化模型原理

各用水水權(quán)優(yōu)化分配的目標(biāo)函數(shù)主要從社會、生態(tài)及經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，通過對各目標(biāo)函數(shù)效益值進(jìn)行不斷調(diào)試優(yōu)化達(dá)到效益最大值。初始水權(quán)優(yōu)化分配模型首先從社會效益目標(biāo)出發(fā)，對其目標(biāo)值進(jìn)行優(yōu)化計算，方程為：

(1)

初始水權(quán)分配模型的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化計算方程為：

(2)

在經(jīng)濟(jì)、社會效益目標(biāo)函數(shù)計算的基礎(chǔ)上，對其生態(tài)效益進(jìn)行優(yōu)化計算，方程為：

(3)

在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)優(yōu)化時，其約束條件為優(yōu)化前后水量減少率不能高于20%，生態(tài)效益目標(biāo)優(yōu)化的約束條件為優(yōu)化后期生態(tài)用水保障率不能超過100%。

2.2 分配指標(biāo)體系

結(jié)合遼寧省水資源特點，從目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層建立遼寧省初始水權(quán)分配指標(biāo)體系，初始水權(quán)分配指標(biāo)體系見表1。

表1 遼寧省初始水權(quán)分配指標(biāo)體系

3 模型應(yīng)用

3.1 各行政區(qū)初始水權(quán)分配指標(biāo)值

遼寧省屬于水資源相對短缺的省份，水資源量時空分布十分不均勻，空間上總體從東向西逐步遞減變化，流入遼寧省境內(nèi)的入境水量多年平均值為54.60億m3。其中，渾江口以上入境水量多年均值為34.83億m3，遼河干流柳河口以上入境水量多年均值為17.94億m3，沿渤海西部諸河入境水量多年均值為1.83億m3。全省出境河流包括流出到河北、內(nèi)蒙古、吉林的青龍河、老哈河在建平縣部分的支流、東遼河在西豐縣的支流和輝發(fā)河在清源縣的支流，全省出境水量多年均值為307.35億m3。其中，出省境水量多年均值為4.34億m3。全省各行政分區(qū)中地表水資源量多年均值在10億～80億m3之間，丹東市地表水資源量最大，盤錦地區(qū)地表水資源最低。全省地下水資源量多年均值為106.80億m3，其中，山丘區(qū)地下水資源量42.96億m3，平原區(qū)地下水資源量67.66億m3，山丘區(qū)與平原區(qū)重復(fù)計算量3.82億m3。結(jié)合初始水權(quán)分配指標(biāo)，利用遼寧省2019年統(tǒng)計年鑒及水資源公報數(shù)據(jù)，對各指標(biāo)進(jìn)行賦值計算，結(jié)果見表2。

表2 遼寧省2019年初始水權(quán)分配指標(biāo)值

3.2 各指標(biāo)分配權(quán)重設(shè)置

采用專家經(jīng)驗賦值方法，以行政分區(qū)為單元，對遼寧省初始水權(quán)各分配指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行設(shè)定，各行政分區(qū)初始水權(quán)分配指標(biāo)權(quán)重見表3。

表3 遼寧省2019年各行政分區(qū)初始水權(quán)分配指標(biāo)權(quán)重設(shè)定值

從各行政分區(qū)初始水權(quán)分配結(jié)果可知，遼寧省各行政分區(qū)不同指標(biāo)權(quán)重設(shè)置具有一定的規(guī)律性，缺水率在各行政區(qū)初始水權(quán)分配指標(biāo)中權(quán)重最高，是主要的硬性指標(biāo)，缺水率越高，其初始水權(quán)分配量也相對越高，一般而言城市缺水率是供水量與需水量的比值。城市用水首先需要滿足城市生活用水，其次要滿足農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)需水，再次要滿足工業(yè)產(chǎn)值增加的用水需求。遼寧省缺水率也同樣具有較為明顯的地區(qū)變化規(guī)律，東部由于水資源量相對充沛，因此其缺水率較低；而西部地區(qū)由于水資源量相對短缺，因此其缺水率權(quán)重也相對較高，中部臨海城市的缺水率權(quán)重值也較高。此外對于城市初始水權(quán)分配而言，其人口密度影響權(quán)重也相對較大，人口密度和人口增長率2個分配指標(biāo)有較大的關(guān)聯(lián)度，其權(quán)重也具有一定的地區(qū)差異性。經(jīng)濟(jì)較好的城市，其人口密度和人口增長率相對權(quán)重較大；而經(jīng)濟(jì)較低的城市，如遼寧的西部等城市人口密度和人口權(quán)重的指標(biāo)權(quán)重相對較低，主要側(cè)重于農(nóng)業(yè)用水相關(guān)的初始水權(quán)分配指標(biāo)。

3.3 各行政區(qū)初始水權(quán)優(yōu)化分配

在省各行政分區(qū)初始水權(quán)分配指標(biāo)賦值和指標(biāo)權(quán)重分析基礎(chǔ)上，以社會、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)函數(shù)，以區(qū)域供水量、需水量為指標(biāo)約束值，利用初始水權(quán)優(yōu)化分配模型，對遼寧省2019年各行政區(qū)初始水權(quán)進(jìn)行優(yōu)化分配，優(yōu)化結(jié)果見表4。

表4 遼寧省2019年各行政區(qū)初始水權(quán)分配結(jié)果

以遼寧省2019年總的可供水量235.4億m3進(jìn)行初始水權(quán)優(yōu)化分配，從表4可看出，優(yōu)化分配結(jié)果總體合理。沈陽作為省會城市，其供水保障程度要相對高于其他城市，因此其優(yōu)化分配權(quán)重較高，此外營口和阜新地區(qū)作為全省缺水率較高的地區(qū)，其分配權(quán)重也相對較高，尤其是營口地區(qū)，由于區(qū)域內(nèi)無任何大、中型水利工程，只能靠上游水庫放水進(jìn)行應(yīng)急補水，因此其初始水權(quán)分配權(quán)重也較高。阜新市作為全省最旱的城市，雖然其區(qū)域內(nèi)建設(shè)有較多大、中、小型水庫，但其缺水率也較高，因此其初始水權(quán)優(yōu)化分配值也相對較大。丹東地區(qū)作為全省缺水率相對較低的城市，雖然人口密度也相對較大，但由于水資源總量較為充沛，此外工業(yè)用水相比于其他城市要少，使得其初始水權(quán)優(yōu)化分配值相對較低?？傮w而言，初始水權(quán)分配和區(qū)域社會、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益具有較高的相關(guān)度，優(yōu)化分配首先保障社會效益，即城市居民生活用水的保障；其次為經(jīng)濟(jì)效益，尤其是東北作為老工業(yè)基地，東北振興也需要保障經(jīng)濟(jì)效益，因此對于工業(yè)城市如鞍山、鐵嶺等城市，其水量優(yōu)化分配值也相對較高。

3.4 各行政區(qū)初始水權(quán)二次優(yōu)化分配

考慮到各行業(yè)用水程度不同，在省各行政區(qū)初始水權(quán)一次分配的基礎(chǔ)上，分別從工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活、生態(tài)4個層次進(jìn)行初始水權(quán)的二次優(yōu)化分配，從而指導(dǎo)各區(qū)域進(jìn)行不同行業(yè)用水的初始水權(quán)的分配，二次優(yōu)化分配結(jié)果見表5。

表5 遼寧省各行政分區(qū)初始水權(quán)二次優(yōu)化分配結(jié)果 單位：108m3

為對比全省各行政區(qū)不同行業(yè)初始水權(quán)二次優(yōu)化分配結(jié)果，結(jié)合2019年全省各行政區(qū)不同行業(yè)用水量，對其優(yōu)化結(jié)果的合理性進(jìn)行分析。通過對比分析，優(yōu)化后農(nóng)業(yè)和生活用水總體有所提高，工業(yè)用水比例有所下降，此外生態(tài)用水也不同程度得到提升，這主要是建立的初始水權(quán)分配模型可綜合考慮社會、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益，并以區(qū)域可供水量作為各指標(biāo)的約束條件，相比于優(yōu)化前，其初始水權(quán)二次分配結(jié)果更為合理。從2019年遼寧省各行政分區(qū)初始水權(quán)二次優(yōu)化分配結(jié)果可看出，總體均呈現(xiàn)生活水權(quán)高于農(nóng)業(yè)水權(quán)，農(nóng)業(yè)水權(quán)高于工業(yè)水權(quán)，生態(tài)水權(quán)均低于各類行業(yè)用水水權(quán)，尤其是對于遼寧西部水資源短缺的城市，其優(yōu)化分配后，初始生態(tài)水權(quán)有所降低。

4 結(jié)論

(1)針對城市初始水權(quán)優(yōu)化分配進(jìn)行了探討，一個城市首先要保障生活初始用水水權(quán)，不同類型可供水量作為其分配指標(biāo)的約束條件進(jìn)行設(shè)置。

(2)初始水權(quán)優(yōu)化分配是水權(quán)制度的核心，進(jìn)行城市水權(quán)交易的基礎(chǔ)也在于初始水權(quán)的優(yōu)化分配，是城市水權(quán)制度建立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此對東北缺水城市一定要盡快對初始水權(quán)進(jìn)行優(yōu)化分配，為城市水權(quán)交易和水權(quán)制度建立提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

(3)從社會、生態(tài)、效益3方面為東北城市初始水權(quán)優(yōu)化分配提供一定的思路，構(gòu)建的指標(biāo)體系覆蓋面還有所差距，在后續(xù)研究中應(yīng)增加城市初始水權(quán)分配指標(biāo)體系的覆蓋度，從而使得優(yōu)化分配結(jié)果更為精準(zhǔn)。