流域初始水权分配的主从递阶双层优化方法

依托“流域-地区-行业”层次的初始水权分配模式,“流域-地区”层次影响制约“地区-行业”层次的初始水权分配,“流域-地区”和“地区-行业”层次的初始水权分配共同影响流域综合效益。现有研究主要聚焦“流域-地区”或“地区-行业”层次的初始水权分配,但将两个层次集成进行初始水权分配仍有待深化研究。为此,构建主从递阶双层优化方法,开展流域初始水权分配研究。具体可表述为：(1)针对“流域-地区”层次,建立流域综合效益优化函数与约束条件。构造适应性诊断准则和空间均衡性诊断准则,嵌入流域综合效益优化函数中,提高地区之间初始水权分配与经济社会发展的适应性、流域分水的空间均衡性。(2)针对“地区-行业”层次,建立地区综合效益优化的非线性目标规划模型,保障行业发展用水需求。并构造匹配性诊断准则嵌入非线性目标规划模型中,提高地区不同行业初始水权分配与行业发展的匹配性。(3)集成“流域-地区”和“地区-行业”层次,应用主从递阶双层优化方法,开展黄河流域初始水权分配实践探索。研究得出：通过黄河流域初始水权分配方案设计,得到黄河流域涉及省区水权分配比例与其经济社会发展综合指标加权值比例的比值,其中,内蒙古-陕西、...     

基于双层优化模型的流域初始二维水权耦合配置

结合新时期我国实行的最严格水资源管理制度,基于用水总量控制、用水效率控制、水功能区限制纳污三条红线控制约束条件,将流域初始取水权与排污权作为研究对象,根据流域初始水权配置的主从递阶思想,构建流域初始二维水权耦合配置的双层优化模型,实现流域初始取水权与排污权在不同区域及其不同部门之间的合理配置。从经济角度体现流域整体的经济效益最大化,从社会角度体现流域内区域之间的协调发展,从生态角度体现流域允许最大水污染物排放总量的严格控制。最终,实现流域初始水权配置中社会、经济以及生态目标的集成化,水资源数量与质量的相统一,提高流域内不同区域不同用水部门的用水效率、水污染物排放绩效,消除流域内不同区域之间的用水矛盾、水污染物排放冲突。并基于交互式决策理论,提出基于满意度的主从递阶交互式迭代算法对流域初始水权配置模型进行求解。结合案例分析,进一步验证了模型的有效性与算法的可行性。     

基于双子系统协调耦合的流域初始水权配置模型

省区初始水权和流域级政府预留水量是流域初始水权的重要组成部分,研究省区初始水权配置子系统和政府预留水量配置子系统之间的耦合协调性是提高流域水资源利用效率的重要途径。面向最严格水资源管理制度要求,建立基于“三条红线”的耦合协调性判别准则,针对省区初始水权和流域级政府预留水量的配置方案,分别从水量、水质和用水效率视角判别两者之间的耦合协调性;针对未能通过耦合协调性判别的情形,提出调整两个子系统配置方案的方法,并重新进行判别,直至配置方案通过耦合协调性判别,从而获得流域初始水权配置推荐方案;最后,针对太湖流域进行实证研究。结果表明模型和算法具有可行性和有效性,可为其它流域开展同类研究提供借鉴     

基于奖优罚劣的省区初始水权优化配置

针对我国最严格水资源管理制度要求,研究省区初始水权优化配置模型。首先,基于流域经济效益、省区排污权协调性等建立目标函数,根据流域排污总量构建约束条件,建立多目标省区初始排污权免费分配模型;其次,将排污权嵌入初始水量权配置中,根据奖优罚劣机制构建省区初始水权配置模型;最后,以太湖流域为研究背景进行实证研究。结果表明:太湖流域规划年2030年在75%来水频率下,基于流域可分配初始水权总量为363.3亿m~3和排污量为54.46亿m~3的限制,江苏、浙江和上海初始水权配置量分别为135.19亿m~3,129.21亿m~3和98.89亿m~3。本文的模型通过奖优罚劣函数,把超标或未超标排污的外部性内化到水量分配上,实现了水量权与排污权分配的统一,可为其它流域开展同类研究提供借鉴。     

基于综合集成研讨厅的流域初始水权分配群决策研究

针对传统的流域初始水权分配中存在的问题,提出将初始水权分配中的各利益相关群体引入到分配决策中来,以多利益相关主体参与的群体决策替代传统的水资源配置中单纯地"技术经济寻优",有利于减少初始水权分配中的矛盾和冲突.借鉴钱学森提出的解决复杂性巨系统问题的综合集成理论,构建了流域初始水权分配群决策的平台--流域初始水权分配综合集成研讨厅,并在此基础上讨论了初始水权分配群决策的有关模型.实例分析的结果表明,本文提出的理论是可行的,并且有利于提高多利益主体对初始水权分配的综合满意度.     

汉江流域水权初始配置模型研究

水权管理的关键和难点是水权的初始分配。做好初始水权的分配,能够促进水资源的优化配置,达到以水资源的可持续利用支持国民经济和社会的可持续发展。根据水权初始分配有效性、公平性、可持续性发展的原则,分析了水权初始分配的主要影响因素,主要是经济发展、用水效益、平均分水、现状用水、水源地优先、生态环境以及社会发展;构建了水权初始分配的层次结构图;采用多目标半结构性模糊优选模型研究流域水权初始分配,该模型根据人的经验知识量化原理确定定性指标的相对优属度和各指标的目标权重,为确保模型的实用性,目标值重要性比较时采取了专家咨询手段;定量指标则根据实际情况采用越大越优型的相对优属度公式或越小越优型相对优属度公式。     

基于演化博弈的初始水权分配中的冲突分析

初始水权分配极易导致流域上下游、左右岸之间引发冲突。本文分析这种冲突存在的根源是因为部分区域分配的水权过多,而部分区域分配的水权过少。从而建立"水权过多区"群体和"水权过少区"群体间的演化博弈模型,并分析各群体的复制动态和演化稳定策略,以及演化博弈系统的稳定性,得到两个主要结论:如果"水权过少区"群体少分配的水权占其实际分配到的水权的比重较小时,博弈系统的演化稳定策略为:(不同意放弃Δq的水权,不暴发冲突);如果"水权过少区"群体少分配的水权占其实际分配到的水权的比重较大,超出其心理承受范围时,博弈系统的演化稳定策略为:(同意放弃Δq的水权,暴发冲突)。研究表明,根据演化稳定策略调整各区域的水权,可以有效化解初始水权分配中的冲突,从而构造和谐有序的用水环境。     

流域初始水权分配研究进展

当前我国水资源存在短缺和使用效率低下等问题,其最核心的解决办法就是建立水权市场,而其中的关键在于界定初始水权。通过界定初始水权,在各流域行政区域之间合理地分配。简要介绍了流域初始水权分配的最新研究进展和动态,主要包括分配原则、分配指标体系、分配方法和分配机制等方面。对这些研究进行了评述并且指出了存在的问题。由于水资源分配的特殊性,涉及到水量、水质和其它一些因素,单纯的分配水权难以获得成功。在此基础上,探讨了流域初始水权分配的未来研究方向,即在考虑到了水权、排污权和林权等集成的基础上,综合考虑初始水权分配的原则、指标体系和机制等,并且在分配方法上由单一目标模型向多目标模型发展,不确定性和模糊优化模型是未来流域水资源分配模型的发展方向。     

流域水权初始分配机制中的节水激励

目前,永资源短缺的问题普遍存在,如何利用非工程手段解决水资源的供需矛盾开始成为研究的焦点。水权翩度能够对人们的用水行为产生积极的或消极的影响,而水权初始分配机制是水权制度运行的基础,该机制是否能够激励用水者不断地开发应用节水技术以及在更广泛的领域内减少浪费行为,对于有效地控制用水需求,缓解水资源危机具有十分重要的意义。本文通过构建流域水权初始分配机制节水激励模型,考察在以指标法为基础的水权初始分配过程中,流域各地区可以控制并且能够影响水权分配结果的因素,分析其可能进行的行为选择以及对水资源节约的影响。研究结果表明,决策者可以通过平衡选择现状用水量权重．延长水权初始分配份额的有效期,以及对节水工程投资和水利工程投资进行补贴等手段,使水权初始分配机制在长期内发挥节水激励作用．不仅能够提高各地区的经济收益,并且能够缓解水资源的供需矛盾。实现流域的可持续发展。     

基于最严格水资源管理制度的初始水权分配研究

实行最严格水资源管理制度是2011年中央一号文件明确要求的内容。在分析最严格水资源管理初始水权分配内涵的基础上,首次以水资源管理“三条红线”为准则,构建了包含目标层、准则层、指标层及方案层4个层次结构的初始水权分配指标体系,建立了最严格水资源管理初始水权分配的投影寻踪模型,并采用量子遗传算法优化投影指标函数,以模型计算出的最佳投影值作为初始水权分配的分水比例。最后,以南水北调东线一期工程为例,将本文所建立的模型用来分配该工程净增加供水量的初始调水量。结果表明:该指标体系和模型具有一定的可操作性及有效性。     

合作视角下的跨境水资源两级分配模式

跨境水资源是淡水资源的重要组成部分，随着世界人口和经济的快速发展，各国对水资源需求增加，气候变化使水资源变化情势具有不确定性，更是加剧了各国对水资源安全保障的诉求。公平合理的跨境水资源分配对于缓解各流域国用水冲突、实现跨境水资源可持续利用具有重要意义。为提高跨境水资源分配的公平合理性和水资源利用效率，基于合作视角，该研究提出一个“初始分配以明晰所有权+优化再分配以实现高效利用”的跨境水资源两级分配模式。首先基于协商谈判视角，运用讨价还价博弈模型的方法理念，引入流域国间协商谈判机制，以实现跨境水资源在流域国间的公平合理初始分配。然后基于利益共享理念，构建具有模糊支付的跨境水资源合作博弈模型和要素双重模糊的跨境水资源合作博弈模型，探讨不同模糊情景下的跨境水资源优化再分配问题。并以澜沧江-湄公河流域为例进行实证分析，研究表明：(1)基于协商谈判寻求跨境水权分配最优解，可以有效提高分配方案的可接受性。(2)初始分配是流域国开发利用跨境水资源的基础，有利于明晰初始水权，但也存在难以长时间适应流域环境变化和各流域国用水需求变化的缺陷。(3)合作开发情景下的系统收益比非合作情景下的系统收益更高，且当...     

基于纳污能力控制的省区初始排污权ITSP配置模型

省区初始排污权配置具有多阶段性、复杂性及不确定性特征。面向水功能区限制纳污红线约束,根据省区初始排污权配置的基本假设,引入区间数和随机数来描述不确定性信息,以因省区初始排污权配置产生的经济效益为第1个阶段,以因承担减排责任而可能产生的治污损失为第2个阶段,设计实现流域经济效益最优的目标函数,并以配置结果能够体现社会效益、生态环境效益和社会经济发展连续性为约束条件,构建基于纳污能力控制的省区初始排污权区间两阶段随机规划(ITSP)配置模型,分水污染物类别确定不同减排情形下的省区初始排污权配置方案。在三种减排情形下,2020年太湖流域各省区的初始排污权配置结果表明:1江苏省、浙江省和上海市的COD初始排污权配置区间量没有明显变化,其NH3-N和TP初始排污权配置区间量总体呈上升或递增趋势;2太湖流域各省区因初始排污权的配置产生的总体经济效益最优区间数分别为[335.35,399.75]亿元、[336.63,401.11]亿元和[339.08,402.74]亿元,最优区间数的下限值、上限值及期望值总体呈上升或递增趋势。分类确定不同减排情形下的配置方案,并提出方案实施的政策建议,为排污权配置决策提供更为准确的决策空间。     

用水总量控制下行业配水权重不完全信息动态博弈

流域水量的合理分配是实现流域水资源可持续利用的基础和前提,而行业配水权重是流域水资源分配的关键问题之一。博弈论借助于严谨的数学模型研究对策行为中利益冲突各方是否存在着最合理的行动方案,是找寻最合理行动方案的有效工具。基于不完全信息动态博弈理论,以广东省东江流域为例,研究了流域行业配水权重博弈过程及其最优解确定途径,并将基于用水总量控制的激励与惩罚机制引入至构建的行业配水权重博弈模型,以提高配水方案的可操作性。结果表明:(1)行业配水权重满足子博弈精炼Nash均衡目标的一阶条件可由水资源可利用量、河道内生态需水量、各行业需水量及其用水效益指标综合决定。(2)采用逆向归纳法求解东江流域初始行业配水权重博弈模型,2020年流域生活、工业、农业及和河道外生态环境配水权重系数分别为0.72、0.71、0.69和0.46,特枯来水年各行业相应配水量分别为20.2亿m~3、28.57亿m~3、33.61亿m~3和2.05亿m~3。配水结果较为客观合理,体现了行业用水的优先顺序。(3)用水总量控制指标下,明确配水的激励与惩罚额度是行业配水博弈的关键;通过用水的激励与惩罚机制,迫使各行业用水量在流域用水总量控制指标范围内重复博弈,增强行业节水积极性,提高用水效率,最终逐步实现各行业用水的个体理性和全流域水资源开发利用的集体理性相统一。研究结果有利于保障最严格水资源管理制度的有效实施,为变化环境下流域行业水量分配提供科学的决策依据。     

用水效率多情景约束下省区初始水量权差别化配置研究

面向最严格水资源管理制度的新要求,利用情景分析法刻画用水效率控制约束情景,分情景研究用水总量控制下的省区初始水量权差别化配置问题。从公平性的角度出发,在全面认知省区现实经济活动量差异、资源禀赋差异和未来发展需求差异,识别影响用水效率控制约束强弱的关键情景指标的基础上,设计省区初始水量权差别化配置指标体系,以区间数描述不确定信息,设置及描述用水效率控制约束情景WECS1、WECS2和WECS3,构建动态区间投影寻踪配置模型,利用实数编码加速遗传算法进行求解,计算获得不同用水效率控制约束情景下各省区的初始水量权。不同情景下2030年太湖流域各省区的初始水量权配置区间量测算结果表明:在任意情景下,江苏省的初始水量权最大,其次是浙江省和上海市,安徽省最少,配置结果在考虑公平的基础上充分尊重省区的差异性;江苏省的初始水量权配置区间量随着用水效率控制强度的增强而减少,浙江省和上海市的配置区间量无明显增减变化趋势,安徽省的配置区间量随着用水效率控制强度的增强而增加,且增加趋势明显。配置结果可有效促进各省区尤其是欠发达省区提高用水效率,有利于推进最严格水资源管理制度的落实。同时,分情景以区间数的形式给出配置结果,可为水量权配置决策提供更为准确的决策空间。     

用水效率多情景约束下省区初始水量权差别化配置研究北大核心CSCDCSSCI

面向最严格水资源管理制度的新要求,利用情景分析法刻画用水效率控制约束情景,分情景研究用水总量控制下的省区初始水量权差别化配置问题。从公平性的角度出发,在全面认知省区现实经济活动量差异、资源禀赋差异和未来发展需求差异,识别影响用水效率控制约束强弱的关键情景指标的基础上,设计省区初始水量权差别化配置指标体系,以区间数描述不确定信息,设置及描述用水效率控制约束情景WECS1、WECS2和WECS3,构建动态区间投影寻踪配置模型,利用实数编码加速遗传算法进行求解,计算获得不同用水效率控制约束情景下各省区的初始水量权。不同情景下2030年太湖流域各省区的初始水量权配置区间量测算结果表明:在任意情景下,江苏省的初始水量权最大,其次是浙江省和上海市,安徽省最少,配置结果在考虑公平的基础上充分尊重省区的差异性;江苏省的初始水量权配置区间量随着用水效率控制强度的增强而减少,浙江省和上海市的配置区间量无明显增减变化趋势,安徽省的配置区间量随着用水效率控制强度的增强而增加,且增加趋势明显。配置结果可有效促进各省区尤其是欠发达省区提高用水效率,有利于推进最严格水资源管理制度的落实。同时,分情景以区间数的形式给出配置结果,可为水量权配置决策提供更为准确的决策空间。     

基于物元可拓理论的水库初始水权分配研究

由于我国北方地区水资源短缺,水库周围区域供需水矛盾越来越严重,给水库的水权分配带来较大困难。为促进区域水资源公平和高效利用,迫切需要探讨合适的涉及多方利益相关者的水库初始水权分配方法。本文以我国北方某水库为例,首先从流域水文条件、区域水资源供需状况、水库工程建设管理、区域经济社会发展等方面,分析影响水库初始水权分配的敏感性因素;然后,从影响因素中选取重要的影响因子,构建水库初始水权分配的指标评价体系;再者,引入物元可拓理论,建立水库初始水权分配物元可拓模型,通过指标熵权关联度的计算确定水库水权的分配权重;其后,根据水库的来水量,采用长系列变动用水时历法,计算水库的可供水量;最后,根据水库的可供水量,利用物元可拓模型对水库的行业和区域的水权进行分配。结果表明,该水库的农业水权为424万m~3、工业和生活水权为1 040万m~3、生态水权为600万m~3,水库分配给A县、B县和C县的水权分别为967万m~3、163万m~3和334万m~3,水库所在河流因涉及跨区域河流生态流量管理,将生态水权归于更高一级行政管理层,不再进行县区分配。该水库的水权分配方案得到了多方利益相关者的认可,该项研究有利于促进市场条件下水库的水权分配,提升水资源决策管理水平。     

流域水权市场中的节水激励

流域水权制度是否具有内在的节水激励是能否纾缓一个国家或地区水资源危机的关键.水权再分配机制是水权制度的重要组成部分,而水权市场则是水权再分配机制的方式之一.该文通过构建节水投资收益净现值(NPV)模型,分析水权市场对节水激励的作用,讨论各因素对不同层次用水户进行节水投资决策的不同影响,并且应用节水投资收益净现值模型对黄河流域进行了案例分析.分析表明:有效的流域水权市场能够激励用水者进行节水投资,获得水权交易收益,同时缓解水资源供需矛盾,实现流域水资源的优化配置;跨地区跨行业的水权交易由于规模大,需要的投资金额多,交易成本较高,只能由较高级别的水资源管理机构或取水工程完成,但需要采取适当的节水设施管理方式;地区内行业内的水权交易规模小,需要的投资金额少,交易成本低.对于微观用水户具有激励作用,但需要政府提供相应的信贷支持.     

政府强互惠激励下跨界流域一级水权分散优化配置模型

我国跨界流域水资源冲突问题较严重,一级水权集中配置方案因其过于理想化而实施效率低下,难以应对冲突。提出应在规划和决策的前期给予各类主体充分的利益表达机会,创新一级水权配置模式,构建政府强互惠激励政策协调下的多用水主体分散优化配置模型。首先将分散优化与集中优化进行对比,分析政府强互惠激励下的分散优化协调机制对提高跨界流域水资源的配置效率和配置方案的可操作性的作用;基于分散优化的基本模型,加入政府强互惠节水激励政策,通过节水激励水价这一因子代替原分散优化模型的自利因子,构建一般的一级水权分散优化模型和政府强互惠激励下的一级水权分散优化模型;以漳河流域为例,对模型进行计算及对比分析。研究结果表明:一般分散优化配置模式中,主体的自利性使得流域整体利益受损,尤其是在来水极少的年份;政府强互惠激励下的分散优化配置模式能够兼顾流域宏观和微观的利益。来水量对于跨界流域一级水权配置模式有重要影响,来水量充裕时,政府可放手用水主体进行自主治理,降低行政管理成本;来水量短缺时,政府必须注意改变管理模式,对不同用水主体实施差异化政策激励,加强主体的节水动力;来水量越少,政府强互惠激励下的分散优化配置模式优势越明显。由于既充分考虑各用水主体的利益又能体现流域统一管理理念,因此,政府强互惠激励下的跨界流域一级水权分散优化配置模式在当前流域统一管理和区域分块管理相结合的管理体制下避免了权力冲突。     

最严格水资源管理制度下的水权理论框架探析

在我国水资源贫乏、供需矛盾日益尖锐的情况下,建立和发展具有中国特色的水权制度,已成为践行最严格水资源管理制度和解决日趋复杂水问题的切实需要。本文首先从我国水资源管理体制的改革发展历程和未来需求出发,探讨了最严格水资源管理制度与水权制度两者的内在联系,指出水权制度建设对落实最严格水资源管理制度的重要意义;接着,从行政管理视角提出了有关水权划分的两级分类体系,重点解析了使用权与"三条红线"之间的对应关系;最后,从水权制度建设的主体内容出发,构建了由"基于水资源开发利用控制红线的取水权初始分配"、"基于用水效率控制红线的用水权交易"和"基于水功能区限制纳污红线的排污权交易"三部分组成的水权理论框架。在取水权分配方面,以和谐论思想为指导,以水资源开发利用控制红线为硬性约束,提出由和谐分配原则确定、和谐状态指标选取、区域总和谐度计算、和谐目标优化模型、取水权和谐分配方案优选等构成的取水权初始分配工作流程。在用水权交易方面,以用水效率控制红线为硬性约束,运用优化决策理论,提出由用水计划制定、节水潜力分析、水量折算系数计算、可交易用水权计算、用水权交易方案优选等构成的用水权交易工作流程。在排污权交易方面,以水功能区限制纳污红线为硬性约束,提出由污染物入河量预测、控制断面水质预报、减排潜力分析、可交易排污权计算、排污权交易方案优选等构成的排污权交易工作流程。该理论框架的提出可为我国水权理论研究提供参考。     

总量控制下流域初始排污权分配的竞争性混合决策方法

中国排污权交易市场尚不完善,若初始排污权的分配结果与现有排污量差异过大,排污方不能及时调整生产方式或结构与之相适应,同时又无法顺利在市场上购买到所必须的排污权量,排污方的经济社会发展将会受到阻碍。基于此,提出了总量控制下流域初始排污权的竞争性混合分配方式:一部分排污权按照现状排污比例进行分配,另一部分排污权实行竞争性分配。重点研究了排污权的竞争性分配决策:提出了由排污管理者制定柔性决策参数,排污方在柔性参数约束下进行自主竞争的初始排污权配置机制;建立了总量控制下初始排污权分配的竞争性决策模型,模拟排污方在排污管理者的总体控制下以"自身排污配比最大化"为目标通过交互评价的方式参与初始排污权的分配过程。柔性决策参数的构建反映了排污权管理者对初始排污权分配的公平性、高效性原则的整体把握;排污方在柔性权重下以"自评"和"它评"为主要形式进行交叉评价,体现了排污方在排污权分配中的"发言权"和"参与权";排污权管理者对排污方交叉评价结果的集结,实质上是对排污方之间的"利益"进行协调。在初始排污权的竞争性混合分配方式中,竞争性分配的排污权比例取决于流域内排污方的经济社会发展对排污量变化的"敏感度",排污方经济社会发展对排污量变化的"敏感度"越高,竞争性分配的比例的取值宜越小,反之越大。同时,可根据排污交易市场的建设进度,逐步提高竞争性分配排污权的比例,分阶段实现流域排污权的动态分配,最终达到对排污权进行高效、公平分配的目标。以北江流域为例进行了分析,给出了排污权分配总量中竞争性分配比例取不同值时,北江流域6个城市排污权分配的动态结果。