水資源管理下水權配置框架分析

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1前言

20世紀末以來，由于水資源的無序開發和低效利用，以水資源短缺、水污染加劇和水環境惡化等為主要特征的水問題日趨復雜，水資源供需矛盾日益凸顯，已成為制約我國經濟社會發展的瓶頸[1]。這些危機在我國七大流域均有所體現，尤其在資源性缺水地區表現尤為突出[2]。為解決我國日益復雜的水問題，實現水資源的有效配置和高效利用，我國實行最嚴格水資源管理制度，確立了三條紅線，即水資源開發利用控制紅線、用水效率控制紅線、水功能區限制納污紅線[3，4]。這充分體現了國家對水資源管理的戰略需求和制度安排。水資源合理配置是水資源開發利用的前提、提高用水效率的基礎及維護水生態環境的保障，故每一條紅線的落實都與水資源合理配置密切相關[5]。而明晰流域初始水權是實現水資源在各區域以及各用水行業之間進行公平、合理、有效配置的重要途徑，是促進水資源合理配置的前提基礎和重要內容[6]。因此，明晰流域初始水權是落實最嚴格水資源管理制度的重要途徑和技術支撐。同時，流域初始水權配置的理論與實踐又必須適應這一制度的要求，以用水總量控制、用水效率控制和納污量控制（簡稱“三條紅線控制”）為基準，形成規模適度、結構合理的流域初始水權有效配置方案。近年來，國內外學者結合各國的水資源開發利用現狀和水資源管理體制等，基于不同視角開展研究，提出了各具特色的流域初始水權配置方法。國外學者針對流域初始水權配置方法的研究，已傾向于從單一的水資源模型向多模型、多目標或不同階段耦合方向發展。其主要觀點與成果表現在：①多模型耦合方法。Condon等將幾個線性優化水資源配置算法模塊耦合為一個集成的物理-水文-水資源管理模型[7]，并應用于美國沃希托河的水資源配置。WanshunZhang等將污染物遷移和水循環過程考慮在內[8]，建立流域水量水質耦合水資源配置模型；②多目標耦合方法。Xevi等利用響應矩陣方法，將地下水模擬模型和多目標優化模型進行耦合構建多目標水資源配置模型[9]；③基于博弈的配置方法。Kerachian等研究了基于水質的地表水和地下水的綜合配置問題，提出了解決該問題的兩種沖突博弈模型，并將模型應用于德黑蘭省的水資源配置[10，11]。國內學者主要是基于平衡、交互、研討等耦合思想，探討使配置過程相互關聯、配置結果相對合理的配置模型或方法。其主要觀點與成果有：①采用平衡或交互方法。

王浩等基于水資源“三次平衡”分析進行流域初始水權配置[12]。吳丹等基于三條紅線控制，構建流域初始二維水權耦合配置的雙層優化模型，實現流域初始取水權與排污權的合理配置[13]；②采用集成研討的方法。王慧敏等把綜合集成研討廳理論引入流域初始水權配置中，將多利益主體定性的、不全面的感性認識加以綜合集成，并采用群決策模型進行方案選擇[14]；③采用智能調控的方法。王宗志等面向最嚴格水資源管理制度，提出基于初始二維水權的流域水資源調控理論框架[15，16]。同時，我國水權配置實踐進展明顯。繼1987年編制的黃河正常來水年及1997年編制的黃河枯水年可供水量分配方案之后，2005年以來先后開展了松遼流域水資源使用權初始分配專題研究，霍林河流域、大凌河流域省（自治區）際初始水權分配試點工作等，并相繼出版了一批理論成果[12，17-19]。從流域初始水權配置方法的發展趨勢看，已逐步實現從基于比較單一配置原則的配置方法向在配置模型中嵌入平衡、協商、交互等耦合思想的配置方法等方向發展。在現有借鑒耦合思想進行流域初始水權配置方法的研究中，大多建立的是相對比較宏觀的配置思想、配置理念或配置框架，這些思想或理念在流域初始水權配置實踐中起到了良好的指導作用。但筆者認為這些方法在最嚴格水資源管理制度的約束下，尚存在兩點不足：①目前對不同類別的初始水權集成耦合方法的研究尚處于起步階段，有關水量與水質相結合的研究較少，未見專門針對省區初始水權與流域級政府預留水量之間的集成耦合模型；②將用水效率有機嵌入到目標函數或約束條件中的配置模型尚不多見。面向最嚴格水資源管理制度，本文將基于耦合的視角，針對流域初始水權配置系統需要解決的核心問題，以“三條紅線控制”為基準，提出流域初始水權配置方法與理論框架。

2相關概念及解析

2.1最嚴格水資源管理制度的概念及解析

結合現有的最嚴格水資源管理制度概念解析的研究成果[20-23]，筆者認為最嚴格水資源管理制度以水資源配置、節約和保護為重點，通過統一規劃和水資源論證，建立水資源開發利用控制紅線，嚴格實行用水總量控制，建立用水效率控制紅線，全面推進節水型社會建設，建立水功能區限制納污紅線，嚴格控制入河湖排污總量，通過開發、利用、保護、監管四項制度，實現社會經濟發展與水資源水環境承載能力相協調，推動社會經濟長期平穩較快發展。最嚴格水資源管理制度的核心是建立三條紅線，而三條紅線是基于水量和水質兩個維度對水資源進行宏觀總量控制和微觀定額管理，通過四項制度保障落實，促進社會經濟發展與水資源水環境承載力相協調。水資源開發利用紅線要充分考慮水資源承載能力，是對取水的流域、區域等進行宏觀總量控制，主要考慮水量問題。用水效率控制紅線要充分反映節水過程，是對用水的宏觀總量控制和微觀定額管理，因為它既可對一個流域、區域的用水量進行宏觀總量控制，也可對行業、企業、用水戶的用水量進行微觀定額管理，可以直接影響水量，也可以間接考慮到水質，因為用水效率高意味著重復利用率高和污水排放少，有利于改善水質[24]。水功能區限制納污紅線要充分考慮水環境承載能力，是對入河湖排污總量的宏觀總量控制和微觀定額管理，主要用于水質和水生態系統的保護。三條紅線對水資源管理的作用見圖1。筆者結合最嚴格水資源管理制度的概念及解析，對國內外有關流域初始水權配置模式進行全面梳理，總結出我國流域初始水權配置迫切需要解決的核心問題是以“三條紅線控制”為基準，以協調上下游左右岸不同區域的正當用水權益、推動經濟社會發展與水資源水環境承載力相協調為目的，以清晰界定產權歸屬、兼顧公平與效率、結合地區實際情況等為省區初始水權配置原則，獲得由水量水質耦合控制的省區初始水權配置方案，兼顧“供給-可能”和“需求-需要”兩個方面確定政府預留水量，協調省區初始水權配置量和政府預留水量的分配比例，推進最嚴格水資源管理制度的落實，保障社會經濟長期平穩較快發展。其中，“供給-可能”是指在分析和確定政府預留水量時，應從預留水量“供給”量著手，考慮政府“可能”預留水量；“需求-需要”是指在分析和確定政府預留水量時，還應結合流域內各省區為解決應急供水等問題而產生的政府預留水量“需求”，考慮政府“需要”預留水量。

2.2基于耦合視角的流域初始水權配置相關概念及解析

流域初始水權由流域級自然水權、省區初始水權和流域級政府預留水量三部分構成，其中，與流域初始水權相關的概念及其解析如表1所示[12]。在流域初始水權的三個組成部分中，流域級自然水權的配置過程因其需求的特殊性一般處于相對獨立的階段，在本文中不進行討論，本文的主要研究范圍是省區初始水權的配置和流域級政府預留水量的確定，即在研究合理協調省區初始水權配置量和政府預留水量的分配比例的基礎上，探討流域初始水權如何在各省區有效配置的方法。耦合過程是一個適應性學習過程，通過耦合，得以使初始水權的配置主體相互配合、互相適應，從而減少配置結果可能引發的爭議，提高水權配置結果的滿意度。采用耦合視角研究流域初始水權配置理論和方法，主要基于以下考慮：第一，耦合在最嚴格水資源管理制度的執行過程中具有客觀存在性。由于水資源在數量和質量上具有天然雙重耦合性，因此，用水總量控制制度和水功能區限制納污制度在省區初始水權配置過程中必須統籌協調，對水量配置形成疊加耦合制約，同時也要考慮用水效率對水量和水質的影響；第二，流域級政府預留水量的供給與需求具有相互適應、相互配合的耦合關系；第三，政府預留水量的確定與省區初始水權配置量具有依存關系，因此，耦合在省區初始水權配置和流域級政府預留水量確定過程中具有客觀存在性。綜合以上分析，本文提出基于耦合視角的流域初始水權配置的概念：在最嚴格水資源管理制度的約束下，針對流域初始水權配置系統中的內在耦合關系，通過省區初始水權配置子系統量質耦合、流域級政府預留水量配給子系統供需耦合以及兩個子系統循環耦合，探討不同要素之間彼此適應的初始水權配置方法。

3基于耦合視角的流域初始水權配置框架

流域初始水權配置一般分三個階段來完成：“為什么分配-配置什么-如何配置”。不同流域可能在某個階段因采用不同方法需進行不同的細分。關于第一階段“為什么分配”的問題，筆者在前言部分已經進行了闡述，下面將圍繞第二、三階段的問題進行探析。

3.1基于耦合視角的流域初始水權配置對象及主體的界定

3.1.1基于耦合視角的流域初始水權配置對象的界定

界定水權配置對象是流域初始水權配置的一項重要工作，旨在回答配置什么及其配置量多少的問題。結合本文的研究范圍，確定基于耦合視角的流域初始水權配置須界定的對象包括：省區初始水權配置量和流域級政府預留水量。（1）基于量質耦合的省區初始水權配置對象的界定。基于量質耦合的省區初始水權配置的對象包括流域可分配水資源量（水量）和流域內的入河湖限制排污總量（水質）。流域可分配水資源量是指流域水資源總量扣除流域級自然水權量和流域級政府預留水量之后的水資源量[17]。其中，流域水資源總量是指由當地降水形成的地表、地下產水總量（不包括區外來水量）[1]。為防止由于水資源緊缺而導致的生態環境用水被嚴重侵占，生態用水應放到全流域的角度考慮，故在流域初始水權配置過程中須預先扣除流域自然水權量。流域級政府預留水量并不是從河道抽取儲存起來的量，而是“暫存”于河道的“緩沖水量”，根據《水量分配暫行辦法》（中華人民共和國水利部令2007年第32號）第八條第一款規定，該量可由有關行政區域人民政府協商確定，其又被稱為流域級政府預留水量的供給量。流域內的入河湖限制排污總量是根據流域的環境特點和自凈能力，按照流域綜合規劃、水資源保護規劃和經濟社會發展需求，將污染物入河湖總量控制在納污能力的承載范圍之內。其值是通過計算該流域的納污能力來確定的[26]。（2）基于供需雙側耦合的流域級政府預留水量的界定。流域級政府預留水量的界定與分析可從“供給-可能”和“需求-需要”兩個維度展開研究，即由流域級政府預留水量的需求量和供給量耦合確定，以便協調省區初始水權配置量和政府預留水量的分配比例，獲得合理有效的流域初始水權配置方案。具體研究思路見3.2.2節。

3.1.2基于耦合視角的流域初始水權配置主體的界定

我國的流域初始水權配置主體具有明顯的層級結構，第一級是持有宏觀配置權的中央政府或水行政主管部門，在流域上表現為中央政府或流域管理機構；其次是持有提取權和供水范圍內配置權的各省、自治區、直轄市等水行政主管部門；最后一級是持有使用權的具體用水戶[27，28]。由于本研究的配置范圍是流域初始水權在流域內省際（自治區、直轄市）的初始水權配置，故流域初始水權的配置主體是中央政府或流域管理機構；同時，流域級政府預留水量是由中央政府或流域機構具體負責管理的；省區初始水權配置主體是各省、自治區、直轄市等水行政主管部門。

3.2基于耦合視角的流域初始水權配置技術框架

面向最嚴格水資源管理制度，結合國內外初始水權配置相關研究進展的系統梳理，筆者在提出相關概念及剖析其內涵的基礎上，基于耦合的視角，以“三條紅線控制”為基準，提出流域初始水權配置方法與理論框架：①基于量質耦合的省區初始水權配置框架。針對省區初始水權配置子系統，基于量質耦合的省區初始水權配置，獲得流域內不同省區（流域單元）初始水權量；②基于供需雙側耦合的流域級政府預留水量配給框架。針對政府預留水量配給子系統，基于供需雙側耦合配置，確定流域級政府預留水量；③基于循環耦合的流域初始水權配置框架。為保障兩個子系統協調發展，建立基于耦合協調性判別準則的循環耦合模型，獲得流域初始水權配置推薦方案。

3.2.1基于量質耦合的省區初始水權配置技術框架

用水總量控制紅線位于三條紅線之首，其目標是以流域生態環境保護為前提，強化水資源管理的約束力，促進水資源優化配置，提高用水效率[25]。尤其是對大凌河流域、石羊河流域等資源性缺水地區的水問題解決，用水總量控制是最基本的控制紅線，是主要的控制因素，入河湖排污總量控制是協調性控制紅線，用水效率控制紅線不僅影響用水總量控制，還間接促進水質的提高，是該流域、各省區、各行業都要進行的一項長期工作。結合以上分析，針對省區初始水權配置子系統，遵循省區初始水權配置的原則，確定基于量質耦合的省區初始水權配置研究框架：①基于用水總量控制要求，構建反映省區用水特征的指標體系，嵌入用水效率制約，構建基于用水總量控制的省區初始水權配置模型，計算獲得流域內各省區的初始水權量（獲得僅由水量進行控制的配置結果）；②基于排污總量控制要求，采用經濟效益、社會效益和生態環境效益三個優化目標，建立基于排污總量控制的初始排污權配置模型，計算獲得流域內各省區的初始排污權量；③對排污量超出水功能區初始排污權量的地區，以減少其水權配置量進行懲罰，對排污量低于初始排污權量的地區，以增加其水權配置量進行獎賞，即構建基于獎優罰劣原則的水量水質耦合配置模型，獲得由水量水質耦合控制的配置方案，實現基于用水總量控制和排污總量控制的省區初始水權配置。配置技術框架的工作原理見圖4。

3.2.2基于供需雙側耦合的流域級政府預留水量配

給技術框架隨著我國城鎮化、工業化和產業化的快速發展，社會經濟發展過程中的不可預見因素難以避免，致使各種緊急情況下的水資源非常規需求不斷出現。因此，在開展流域初始水權配置時，需要配置適當的政府預留水量，作為應對緊急情況下水資源需求和經濟社會發展的儲備。針對流域級政府預留水量配給子系統，結合流域水資源分布特點、經濟發展水平、水資源規劃等主客觀情況，構建政府預留水量需求預測模型，在此基礎上，兼顧“供給-可能”和“需求-需要”兩個方面，將供給和需求進行雙側耦合確定流域級政府預留水量：①預測流域級政府預留水量的需求量。篩選出典型案例作為流域級政府預留水量需求預測的參照，基于應急和發展用水控制目標，結合定額法，組合預測流域級政府預留水量的需求量；②確定流域級政府預留水量的供給量。依據有關行政區域人民政府協商結果，確定流域級政府預留水量的供給量；③將供給與需求進行雙側耦合，建立流域級政府預留水量供需雙側耦合配給模型，計算獲得流域級政府預留水量的配給量。

3.2.3基于循環耦合的流域初始水權配置技術框架

由于流域水資源總量是一定的，所以在省區初始水權配置與流域級政府預留水量配給的過程中，二者存在事實上的此消彼長的相互依存關系，為揭示兩者之間的這種依存關系，筆者將省區初始水權配置子系統與流域級政府預留水量配給子系統結合起來進行研究，采用循環耦合方法，通過多輪判別和運算保證兩個子系統的配置結果不斷進化和相互適應，實現兩個子系統之間的協調發展。建立基于耦合協調性判別準則的循環耦合模型，即通過“計算-耦合協調性判別-方案進化調整-推薦方案”循環耦合的步驟，確定流域初始水權配置的推薦方案。①計算。基于量質耦合計算得到省區初始水權配置方案，基于供需雙側耦合計算得到政府預留水量，將兩者的組合確定為流域初始水權初步配置方案；②耦合協調性判別。對省區初始水權配置子系統與流域級政府預留水量配給子系統進行耦合，構建系統耦合協調度函數，研制使得最終配置結果既能滿足各區域社會經濟發展要求，又能滿足社會發展中的不可預見因素和各種緊急情況對水資源的非常規需求的耦合協調性判別準則，對初步配置方案進行耦合協調性判別；③方案進化調整。分析導致耦合協調性判別準則不能滿足的原因，通過逆向追蹤探尋需要調整水權量的區域以及政府預留水量，基于三條紅線約束進行集成分析，調整水權配置量，獲得新的水權配置方案；重新對方案進行協調度判別、調整，直至調整后的配置方案通過協調度判別；④推薦方案。將通過判別的流域初始水權配置方案作為推薦方案。基于循環耦合的流域初始水權配置技術框架的工作原理。設計耦合協調性判別準則是構建基于循環耦合的流域初始水權配置模型的核心環節。從程度性和效應性兩個維度設計耦合協調性判別指標，構建流域初始水權配置方案的二維協調性判別準則，對初步配置方案進行判別。總體設計思路如下：（1）耦合協調性判別維度設計。為全面衡量配置方案應對供水危機的程度，科學度量配置方案促進區域協同有序發展的效應，從程度性和效應性兩個維度設計耦合協調性判別指標。（2）耦合協調性判別準則設計。為衡量“區域對”（任意兩個區域）的初始水權比較值與其判別指標比較值之間的匹配程度，基于格序理論的模糊多目標評價模型構建程度性判別準則，對方案進行程度性判別；為度量“區域對”的配置方案在提高各區域之間協同有序發展態勢的效應，基于協調度理論的灰理想關聯決策模型構建效應性判別準則，對方案進行效應性判別；若配置方案均通過程度性和效應性判別，則認為該方案通過了耦合協調性判別，否則認為該方案未通過耦合協調性判別。其總體設計思路流程見圖6。

4結論與討論

4.1結論

為解決我國日益復雜的水問題，推進最嚴格水資源管理制度的落實，本文設計基于耦合視角的流域初始水權配置的研究框架，并詳細闡述該研究框架的工作原理及其之間工作關系，主要結論如下：（1）通過對國內外初始水權配置相關研究進展的系統梳理，得到初始水權配置方法的發展趨勢，并指出最嚴格水資源管理制度約束下的現有方法尚存在的不足之處，并提出基于耦合視角的解決思路。（2）基于耦合視角的流域初始水權配置的研究框架及工作原理：①基于量質耦合的省區初始水權配置框架；②基于供需雙側耦合的流域級政府預留水量配給框架；③基于循環耦合的流域初始水權配置框架。通過“計算-耦合協調性判別-方案進化調整-推薦方案”的循環耦合步驟，獲得流域初始水權配置推薦方案。

4.2討論

（1）在理論研究方面，如何確定省區初始水權與流域級政府預留水量的循環耦合協調性判別準則，保證耦合協調度判別結果不斷逼近設定閾值，實現算法的收斂性，是進一步需要研究的方向。（2）在實踐研究方面，研究的落腳點應是選取典型流域進行案例分析，明晰流域初始水權，實現水資源的優化配置，推進最嚴格水資源管理制度的落實。

作者：張麗娜1 吳鳳平1 賈鵬2 單位：1.河海大學商學院 2.中交城市軌道交通設計研究院有限公司