基于破产理论的跨界河流水资源配置问题研究.pdf

第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程V o l ,N o 年月H y d r oS c i e n c ea n dC o l dZ o n eE n g i n e e r i n gS e p,胡笑妍,杨震宇基于破产理论的跨界河流水资源配置问题研究J水利科学与寒区工程,():基于破产理论的跨界河流水资源配置问题研究胡笑妍,杨震宇,(黄河勘测规划设计研究院有限公司,河南 郑州 ;水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹),河南 郑州 )摘要:为尝试解决由于水资源匮乏所引发的地区间用水冲突,文章以宁夏回族自治区为例,分别采用经典破产理论和权重破产论探讨跨界河流水资源配置问题,并通过资源配置稳定性指数的变化,分析权重对于配置方案的影响.结论如下:经典破产理论以需求为导向,其他外部因素的变化并不影响配置结果,仅与各地区的需求水量有关;权重破产理论能够通过设置权重兼顾考虑各地区贡献水量的差异;以贡献水量与水资源可利用总量比值作为权重,C E A准则形成的配置方案稳定性提升显著;权重系数是影响权重破产理论所形成的配置方案稳定性最重要的因素之一.关键词:破产理论;跨界河流;水资源配置;冲突中图分类号:T V 文献标志码:A文章编号:()收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目()作者简介:胡笑妍(),女,宁夏中卫人,工程师,主要从事水文水资源方向规划设计工作.E m a i l:q q c o m.在研究跨界河流水资源分配问题的解决方案前,应首先讨论问题的关键因素、指标体系、分配原则等 .何大明等指出,分水指标体系的选择和确定,是引发跨境冲突的核心问题和难点所在.陈海燕在总结国际河流分水实例的基础上,提出在制定分水方案时要考虑到可能出现的极端情景.张瑞金等提出了跨界河流水量分配的基本原则、水量组成及分配基数.基于上述研究,如何达成公平合理可行的流域水资源分配方案,历来是学者们讨论的核心问题.不同学者们采用了博弈理论、系统理论、主客观分析等致力于寻求系统最优解.黄德春、吴凤平、李芳等从多种博弈理论模型出发,探讨不同条件下的区域水资源分配问题;李奔、陈艳萍 等分别采用层次分析法、破产理论分析跨界河流的分水方案;张彧瑞、邓晓雅 等采用主客观分析法寻求公平合理的评分机制.然而,大多数方法更倾向于将流域内部用水主体的总体满意度最优作为方案公平合理的准则,寻求系统帕累托解,容易忽视各参与利益分配方的个体诉求,方案相对公平但缺乏可实施性.破产理论最早源于解决债务人资产无法偿还其所有债务时,分配其现有资产这一经济问题.由于其兼具追求相互合作和个体利益诉求的特点,破产理论被广泛应用于具有公共服务属性的资源分配问题.李深林等 考虑水资源丰富程度、用水效率和最低保障,对破产理论的分配规则进行优化.袁亮等 结合破产理论和讨价还价博弈模型,将跨界河流水资源分配问题转化为效用非转移博弈模型.河流流经的国家或地区基于其特殊的地理位置、经济产业结构及发展规划,用水需求各有不同.本文以水资源问题较为突出的黄河流域上游宁夏回族自治区为例,拟运用权重破产理论,以对区域水资源量的贡献确定权重,体现配置中各地区的话语权,并通过资源配置稳定性指数的变化,与经典破产理论对比,分析权重对于配置方案的影响.河流水资源配置冲突问题下的权重破产理论 破产理论下水资源配置冲突问题分析在一定时期内,对于一条流经n个国家或地区的河流,假设每个国家或地区对河流的贡献水量和需求水量分别为ai和ci.河流水资源总量Eniai,各个国家或地区的需求水量之和Cnici.在河流水资源配置冲突问题中,破产理论旨在合理有效分配河流水资源总量.假设每个国家和地区最终被分配的水量为xi,且分配过程要满足按需分配和高效分配,如式()式():xifi(n,E,ci,ai),i,n()nixiE()xici()式中:xi为第i个国家或地区按某种破产理论准则下最终被分配的水量,亿m;fi为某种破产理论准则;n为国家或地区数量;ci为第i个国家或地区的需求水量,亿m;ai为第i个国家或地区的贡献水量,亿m.P准则如式():xip ci()式中:xPi为第i个国家或地区在P准则下最终被分配的水量,亿m;p为比例系数,pE/C;ci为第i个国家或地区的需求水量,亿m.A P准则如式()式():xA Pii(Enjj)(c ii)nj(c jj)()i m a x,Enj,jicj()c i m i nci,E()式中:xA Pi为第i个国家或地区在A P准则下最终被分配的水量,亿m;i为第i个国家或地区的最小分配水量,当除该国家或地区外的需求水量之和大于河流水资源总量时取;c i为第i个国家或地区的可能最大分配水量,当该国家或地区的需求水量大于河流水资源总量时取E,亿m.C E A约束平等收益准则,如式()式():xC E Ai m i n,ci()nim i n,ciE()式中:xC E Ai为第i个国家或地区在C E A准则下最终被分配的水量,亿m;为满足水量分配原则式()和式()的某一分配水量,亿m;ci为第i个国家或地区的需求水量,亿m.C E L约束平等损失准则,如式()式():xC E Li m a x,ci()nim a x,ciE()式中:xC E Li为第i个国家或地区在C E L准则下最终被分配的水量,亿m.在传统的破产理论的基础上,赋予每个国家或地区一权重i;(,n),(i,nii)用以表示其在水资源冲突问题中的决策地位或话语权.权重 破 产 理 论 中 实 际 分 配 水 量 可 表 示 为式():xifi(N,E,ci,ai,i),i,n()式中:i为按某种破产理论准则下第i个国家或地区的权重.权重P准则中任一国家或地区的实际分配水量xWPi按式()式()计算 :xWPi m i n ici,ci()nim i n ici,ciE()式中:xWPi为第i个国家或地区在权重P准则下最终被分配的水量,亿m;为满足水量分配原则式()和式()的某一分配水量,亿m.权重A P准则中任一国家或地区的实际分配水量xWA Pi按式()式()计算:xWA Piim i n ic i,c i()E Enii()c i m i ncii,E()式中:xWA Pi为第i个国家或地区在权重A P准则下最终被分配的水量,亿m;E 为给每个国家或地区分配A P准则确定的最小分配水量后的剩余水资源量,亿m.权重C E A准则中任一国家或地区的实际分配水量xWC E Ai按式()式()计算:xWC E Ai m i n i,ci()nim i n i,ciE()式中:xWC E Ai为第i个国家或地区在权重C E A准则下最终被分配的水量,亿m.水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷权重C E L准则中任一国家或地区的实际分配水量按式()式()计算:xWC E Li m a x,cii()nim a x,ciiE()式中:xWC E Ai为第i个国家或地区在权重C E A准则下最终被分配的水量,亿m.破产理论下水资源配置冲突的稳定性分析在冲突问题的分析中,基于不同的破产理论准则会得到不完全相同的配置结果,建立评价标准对不同方案进行稳定性分析能够了解各个主体对方案的满意程度,并有助于方案的有效实施.本次研究采用基于权力指数(B P I)提出的破产理论资源配置稳定性指数(B A S I)评价各个方案的稳定性,其可定义如式()式():B A S IB P IB P I()B P Ixisinj(xjsj)()siEnj,jicjEnj,jicj()()式中:B I P为权力指数B P I的标准差;B P I为权力指数B P I的平均值;si为水量,亿m.破产理论资源配置稳定性指数B A S I越大,配置方案的稳定性越差.实例研究宁夏回族自治区位于我国西北地区东部,黄河流域中上游,东接陕西省,西南、东南与甘肃省交界,东北和西北邻内蒙古自治区,黄河是宁夏的主要水源.受限于黄河流域水资源总量相对较少的现状,宁夏水资源也十分有限.作为黄河流域生态保护和高质量发展先行区,水资源已成为当地经济社会发展的最大制约因素.本次研究以 年宁夏水资源公报和黄河水量分配方案为基础,以各市县黄河用水指标作为贡献水量ai,以各市县年度地表取水量作为需求水量ci,研究破产理论在河流水资源配置冲突中的应用.银川、石嘴山、吴忠、中卫和固原的贡献水量和需求水量情况见表.年,宁 夏 各 市 县 总 需 求 水 量(C)亿m,超出过境黄河水资源可利用总量(E)亿m的 .其中,银川、石嘴山、吴忠和中卫贡献水量较大,分别占到了总贡献水量的 、和 ;固原贡献水量小,仅占 .本次研究基于两种情景进行水资源配置:等权重情景和变权重情景.在等权重情境下,各个地市具有相同的权重i,水资源的配置采用传统破产理论方法;在变权重情境下,各个地市根据其贡献水量ai占水资源可利用总量(E)的比例确定权重,水资源的配置采用权重破产理论方法.表 年宁夏各市县贡献水量与需求水量市县贡献水量ai/亿m贡献水量占比aiE/需求水量ci/亿m银川市 石嘴山市 吴忠市 中卫市 固原市 合计 在等权重情景下,运用四种经典破产理论进行水资源配置的结果如表所示.其中pixi/ci表示该地区需水满足度.对比P准则等比例配置结果,在A P准则下,需水满足度排序与需求水量排序相同,各地区间的满足度相差不大,配置结果较为均衡,p银川p吴忠p中卫p石嘴山p固原;在C E A准则下更倾向于优先满足需水较小地区,p固原p石嘴山p中卫p吴忠p银川;在C E L准则下更倾 向 于 满 足 需 水 较 大 的 地 区,p银川p吴忠p中卫p石嘴山p固原.一般而言,由于传统破产理论配置结果仅以需求为导向,并未考虑各地区对区域水资源的贡献情况.本 次 研 究 拟 定 各 市 县 权 重iai/E(,),进一步考虑变权重情景.运用四种权重破产理论的水资源配置结果如表所示.对比权重P准则配置结果,权重A P准则经最小分配i水量调整后,各地区分配水量有所调整,但差别不大,满足度排序与贡献水量大小排序相第期胡笑妍,等基于破产理论的跨界河流水资源配置问题研究表基于经典破产理论的宁夏各市县水资源配置结果市县P准则A P准则C E A准则C E L准则xPi亿mpi/xA Pi亿mpi/xC E Ai亿mpi/xC E Lipi/银川市 石嘴山市 吴忠市 中卫市 固原市 合计 表基于权重破产理论的宁夏各市县水资源配置结果市县权重P准则权重A P准则权重C E A准则权重C E L准则xWPi/亿mpi/xWA Pi/亿mpi/xWC E Ai/亿mpi/xWC E Li/亿mpi/银川市 石嘴山市 吴忠市 固原市 中卫市 合计 同,p银川p吴忠p中卫p石嘴山p固原;在 权 重C E A准则下,仍倾向于优先满足需求水量较小地区,p中卫p银川p固原p吴忠p石嘴山;在 权 重C E L准则下,仍倾向于优先满足需求水量较大地区,p银川p吴忠p中卫p石嘴山p固原.由式()()计算得到,各情境下的破产理论资源配置稳定性指数B A S I如图所示.在等权重情景下P准则得到的配置结果稳定性最好,C E A准则得到的配置结果稳定性最差,P准则得到的次优方案也有可能成为水资源配置冲突的最后方案.在变权重情景下,权重C E A准则得到的配置结果稳定性最好,其余三种权重破产理论准则得到的配置结果稳定性较差.稳定性最高的三个配置方案为权重C E A、P准则、A P准则.综合两种情景,在本次案例中,地区需求水量与贡献水量呈正相关,权重的引入使得破产理论不再仅以需求为导向,能够揭示贡献水量对最终配置结果的影响.对于本就考虑需求水量比重的P、A P准则,权重的引入虽然没有改变满足度排序,但各地区需水满足度差异增大,配置结果的稳定性有所下降;对于优先考虑需水较小地区图各情境下破产理论资源配置稳定性指数B A S I的C E A准则,权重的引入使其兼顾考虑了贡献水量较大地区,配置结果稳定性得到了有效提升;对于优先考虑需水较大地区的C E L准则,由于固原贡献和需水均较小,权重的引入并未有效优化配置结果,稳定性变化不大.经典破产理论和权重破产理论均能够获得较为稳定的区域水资源配置方案.以贡献水量与可利用总量比值作为权重有一定局限性,对C E A准则形成的配置方案稳定性提升显著.同时在地区和国家情况下,应考虑人口、经济发展、生态需水等多因素确定综合权重系数.水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷 结论破产理论作为解决跨行政区划河流水资源配置冲突问题的方法之一,力求公平合理地在各利益主体间分配有限的水资源量.在当前水资源匮乏的背景之下,公平与效率的权衡是能否最终解决水资源配置冲突问题的症结所在.为此,本文分别利用传统破产理论和权重破产理论,以宁夏回族自治区作为研究对象,进行跨行政区河流水资源配置冲突问题研究,可得结论如下:不同的破产理论出发点有所不同,在具体应用中最终得到的配置结果也有所不同,能够为确定最优解提供可行性方案.经典破产理论以需求为导向,其他外部因素的变化并不影响配置结果,仅与各地区的需求水量有关;权重破产理论能够通过设置权重兼顾考虑各地区贡献水量的差异.以贡献水量与水资源可利用总量比值作为权重,C E A准则形成的配置方案稳定性提升显著.权重系数是影响权重破产理论所形成的配置方案稳定性最重要的因素之一.本文仅考虑各地区的贡献水量确定各权重系数,进一步探讨综合地区人口、经济发展、生态需水等多因素综合权重系数十分必要.参考文献:汪恕诚水权和水市场 谈实现水资源优化配置的经济手段J中国水利,():E r s h a dO f t a d e h,M o j t a b aS h o u r i a n,B a h r a m S a g h a f i a n E v a l u a t i o no f t h eB a n k r u p t c yA p p r o a c h f o rW a t e rR e s o u r c e sA l l o c a t i o nC o n f l i c tR e s o l u t i o na tB a s i nS c a l e,I r a n sL a k eU r m i aE x p e r i e n c eJ W a t e r R e s o u r c e s M a n a g e m e n t,():何大明,冯彦,陈丽晖,等跨境水资源的分配模式、原则和指标体系研究J水科学进展,():陈海燕可利用水量变化影响国际河流分水的实例及其启示J水利发展研究,():张瑞金,张欣,刘博,等跨界河流水量分配模式研究J边界与海洋研究,():何大明全球变化下跨境水资源国内外研究进展J地理教育,():黄德春,陈陆滢,吴祠金基于演化博弈的国际河流水量调整策略分析J中国农村水利水电,():,吴凤平,谭东升构建“水安全命运共同体”从博弈到共享的跨境水资源分配J经济与管理评论,():李芳,吴凤平,陈柳鑫,等非对称性视角下跨境水资源冲突与合作的鹰鸽博弈模型J中国人口资源与环境,():李奔,张坤,程天矫基于层次分析法的澜沧江湄公河可消耗水 量 分 配 J武 汉 大 学 学 报(工 学 版),():陈燕萍,刘晶婕,吴凤平跨境河流水量分配方法探讨:破产理论下的评估与改进J中国人口资源与环境,():张彧瑞,马金珠,齐识人类活动和气候变化对石羊河流域水资源的影响 基于主客观综合赋权分析法J资源科学,():赵志轩,刘艳丽,王怡宁,等跨境水资源多级权属体系构建以澜沧江一湄公河流域为例J水利发展研究,():O N e i l l B a r r y Ap r o b l e mo f r i g h t s a r b i t r a t i o n f r o mt h eT a l m u dJM a t h e m a t i c a lS o c i a lS c i e n c e s,():李深林,陈晓宏,何艳虎,等破产理论在区域水量分配中的应用J南水北调与水利科技,():,袁亮,沈菊琴,何伟军,等基于主体不平等的跨国界河流水资源分配的破产博弈研究J河海大学学报(哲学社会科学版),():,E r i kA n s i n k,H a n s P e t e rW e i k a r d S e q u e n t i a ls h a r i n gr u l e sf o rr i v e rs h a r i n gp r o b l e m sJS o c i a lC h o i c e&W e l f a r e,():B a l b i n aC a s a s M n d e z,V i t oF r a g n e l l i,I g n a c i oG a r c a J u r a d o W e i g h t e db a n k r u p t c yr u l e s a n d t h em u s e u mp a s sp r o b l e m S c i e n c e D i r e c tJ E u r o p e a nJ o u r n a lo fO p e r a t i o n a lR e s e a r c h,():H i p e lK W,K i l g o u rD M,F a n gL T h eG r a p hM o d e lF o rC o n f l i c tR e s o l u t i o nMW i l e y,第期胡笑妍,等基于破产理论的跨界河流水资源配置问题研究