县域尺度中面向用水部门的初始水权配置

姚明磊，董 斌，龙志雄，黄 凯，吴卫熊，张廷强

(1.武汉大学水利水电学院，武汉 430072；2.广西壮族自治区水利科学研究院，南宁 530023)

0 引 言

随着经济的迅猛发展，我国水资源短缺的压力也愈来愈大，各用水部门之间的用水矛盾日益突出。流域初始水权配置主要可分为2个阶段[1,2]：①流域初始水权总量在省、市和县三级行政区域上的分配，即流域初始水权第1阶段配置；②行政区域将获得的水权分配在其各行业或用水部门，即流域初始水权第2阶段配置。

目前，对于流域初始水权第1阶段的配置，国内有关学者在借鉴国外经验的基础上，提出了较为完善的水权分配基本原则，水权配置模型的构建也逐步趋向成熟，但多数学者都把流域初始水权分到了省或市一级,县域尺度的初始水权配置通过我国水权改革试点的实施,仍处在探索阶段。如尹云松[3]等基于AHP方法研究了黄河流域初始水权分配的方案，将其分配到黄河流域的各个省份。陈燕飞[4]等采用多目标半结构性模糊优选模型将汉江流域初始水权分配到陕西、河南和湖北省。李秀明[5]等分别运用模糊决策和层次分析法对大凌河流域初始水权进行分配，比较后选用层次分析法将大凌河流域初始水权分配到葫芦岛市、朝阳市、阜新市和锦州市。而对于流域初始水权第2阶段的配置，国内学者多数将行政区域分得的水权配额继续分到了各个行业。如林洪孝[6]等提出城市水源可分配水权量应留足生态系统需水量，其余参与水权分配的用水户可概化为居民生活、第一、第二、第三产业4大类用水户，进行了初始水权的合理配置。王德全[7]等运用多目标规划方法建模，根据各行业目标在区域经济结构中的相对重要性，确定其优先顺序为生活用水、农业用水、工业用水、生态用水，进行了各行业初始水权的合理配置。吴丹[8]等按照“流域-省区-市区-行业”层级结构进行初始配置的思路，在用水总量和用水强度控制的制度约束下，建立双控行动下流域初始水权分配的多层递阶决策模型，有效保障了双控行动下市区内各行业的初始水权达到预期的目标值。

鉴于国内外相关研究成果，学者们大都在第2阶段选择将行政区域获得的水权分配到其各个用水行业上，即按照生活用水、生态用水、第一产业、第二产业和第三产业用水进行初始水权的分配。笔者认为，仅将县域获得的水权分到用水行业是不够的：县域水权交易的实际主体是三大产业的各个用水部门及其下的用水户，如果仅仅将初始水权分配到三大产业就完成第2阶段的配置，实际水权交易主体的水资源使用权依旧模糊不清，这将导致各产业内部用水部门的初始水权配置纠纷，并增加水权交易中因水权模糊而产生的信息搜集、谈判和监督的成本，致使“水权模糊”成为阻碍水市场发展的障碍。再者，县域作为目前行政区域的最后一级分配单元，需要有操作性更强的水权配置方案，将水权分配到各个用水部门无疑要比分配到各个用水行业的对象更加具体，操作上的指导意义更强。所以十分有必要进一步地将县域初始水权分配到各个用水部门的手中，成为部门水权交易模式的前提条件。

针对上述问题，本文将县域尺度中各个用水部门作为初始水权配置的对象，建立多目标规划模型，对不同用水部门的初始水权进行了合理配置。

1 县域尺度中面向用水部门的初始水权分配原则

目前主要有两种水资源分配机制：集中机制和市场机制。集中机制是一种基于系统整体效益最优的水资源分配机制；而市场机制是一种基于个体消费和生产行为的资源分配机制[9]。我国采取了计划和市场相结合的模式。对于基本生活用水、粮食安全用水和生态环境用水，考虑其特殊性而使用集中机制分配，优先保障人的基本生活需求和生态的可持续发展；而对于生产性水权，通过公平为主兼顾效率的基本原则进行配置，在尊重历史现状的前提下，充分发挥价格的杠杆作用，引导水资源配置到经济效益高的地方。县域尺度中面向用水部门的初始水权分配具体原则可分为以下6条。

(1)总量控制原则。可用水总量不能超过需水量、可供利用的水量与用水总量红线三者的最小值。

(2)生活用水优先保障原则。水是人类赖以生存不可缺少的物质资源之一，《中华人民共和国水法》第二十一条规定：开发、利用水资源，应当首先满足城乡居民生活用水。

(3)粮食安全原则。党的十九大报告旗帜鲜明地指出，“确保国家粮食安全，把中国人的饭碗牢牢端在自己手中”。我国是人口大国，从国家安全战略角度看，如果放松国内粮食生产，过度依赖国际市场，无异于将自己的饭碗放在他人手上，在战略上极易受制于人，在关系国家生存发展的国际竞争中处于被动。而种植业在我国是弱势产业，其产生的经济效益远远低于其他产业，为了国家安全，必须保护种植业的灌溉水权。

(4)生态用水保障原则。一定数量和适当质量的水对于任何健康、稳定的生态系统都不可或缺。为了维护生态系统的健康和稳定，履行国际义务，实现可持续发展，我国水资源法律与政策承认生态环境用水需求，赋予生态环境用水以比较优先的顺序地位[10]。

(5)尊重历史与现状原则。尽管现行的初始水权分配方案可能存在着诸多不合理因素，但毕竟是为当前各用水部门、各用水户所接受并实行的，容易得到用水者、管理者的普遍认可。同时，新方案的实施，意味着政府机构要通过协商与收买等手段，来调整原来的初始水权分配方案，必要时还要考虑水利工程的建设和修复等费用。实质上，尊重历史与现状原则，也体现了方案实施费用最小原则[11]。

(6)经济效益最高原则。由于水资源的特殊性，其分配的高效性原则是指“包括经济效益、社会效益和生态效益在内总体效益高效”[12]。但是因为社会效益和生态效益难以量化，所以本文在此仅把水资源作为经济资源的一种，通过量化分析追求其经济效益的最大化。

2 多目标规划模型的构建

面向用水部门的初始水权分配问题涉及到不同用水部门的自身利益，而要协调各方互相矛盾的利益关系是一个带有优先级别的多目标问题，而多目标规划模型处理这类多目标决策问题十分有效。

2.1 模型结构

取县域实际的需水量、可供利用水量和用水量红线的三者的最小值为可用水总量；同时输入代表各用水部门的发展目标和历史与现状的参数值A-P、Fmin-Omin和f-o，按照面向用水部门的初始水权分配原则进行计算，输出各用水部门水权分配结果，多目标规划模型的结构如图1。

2.2 设置决策变量和偏差变量

2.3 优先因子的确定

基于面向用水部门的初始水权分配原则，并考虑当地各用水部门的发展目标及其历史与现状，确定不同用水部门的用水优先级别。

第1优先级别P1：城镇居民和农村居民生活用水量不低于目标值。

第2优先级别P2：保证粮食安全的灌溉水量不低于目标值。

第3优先级别P3：生态功能和生态建设用水量不低于目标值。

第4优先级别P4：水田、水浇地、灌溉林果地、灌溉草场、池塘养殖用水量不应低于当地用水定额规范中50%灌溉保证率下的用水量，牲畜、工业、建筑业与服务业用水量不应低于近五年来用水量最小值。

第5优先级别P5：水田、水浇地、灌溉林果地、灌溉草场、池塘养殖、牲畜、高用水和一般工业、火(核)电工业、建筑业、服务业与商饮业用水量不低于相应的目标值。考虑经济效益最高原则，其相应的权系数等于各自每方水增加的产值。

2.4 约束条件的确定

(1)绝对约束。各用水部门分配得到的水量不能超过可用水总量。

(1)

式中：W为可用水总量，W=min{X，Y，Z}；X为县域需水量；Y为县域可供利用水量；Z为县域用水量红线。

(2)第一目标约束。优先保障城镇和农村居民的生活用水。

(2)

(3)

同理可知第二至第五目标约束，此处不再赘述。

2.5 模型参数确定方法

模型共38个参数，除为保证粮食安全的灌溉水量目标值C，参数的确定方法按以下步骤进行：①如果有当地县的规划文件，则按规划文件；②如果没有规划文件，可通过当地统计年鉴、水资源公报、用水定额等，参考《全国水资源综合规划技术细则》计算得到历史数据，再对近期和远期规划水平年进行预测。预测可利用各种类型的数学曲线模型进行拟合。③如果通过数学预测方法拟合的R方、均方误差等不能接受，则使用趋势法进行预测。

为保证粮食安全的灌溉水量目标值C(万m3)的计算公式如下：

C=npη/WPc

(4)

式中：n为确保中国的粮食安全的粮食人均占有量，kg/a；p为该县的总人口，万人；η为灌区产生的粮食占总粮食产量的比例；WPc为水分生产率，kg/m3。

根据唐华俊等[13]的结论，如果中国粮食人均占有量386.60 kg/a，就能够基本确保中国的粮食安全，n可以取386.60 kg/a。参考姜文来等[14]的结论，据估计灌区产生的粮食占总粮食产量的70%左右，η可以取0.7。p和WPc则根据该县的实际情况取值。

2.6 县域尺度中面向用水部门的多目标规划模型

面向用水部门的多目标规划模型可利用Lingo软件求解。

3 结果与分析

宾阳县位于广西壮族自治区中部，是自治区首府南宁市的郊区县，属于亚热带季风气候，多年平均降雨量1 550 mm，气候温和，光照充足，适宜农作物生长，是广西的农业大县，其农业用水占总用水量的83%左右。但是，县境内无长江大河，水资源相对贫乏，很大程度地制约着农业的快速发展。本文以广西南宁市的宾阳县为例，以2025年为近期规划年，2030年为远期规划年。在灌溉保证率分别为50%、75%、90%时，规划年的宾阳县需水量、可供利用水量、用水量红线及其各用水部门的发展目标和历史与现状的共38个参数值见表1、表2。

表1 不同灌溉保证率下的初始水权配置参数值Tab.1 Parameter values of initial water right allocation under different irrigation guarantee rate

表2 不同规划年的初始水权配置参数值Tab.2 Parameter values of initial water right allocation under different planning years

基于面向用水部门的初始水权分配原则，建立了多目标规划模型，将宾阳县获得的水权合理分配到其各用水部门，分配结果见表3。

表3 宾阳县各用水部门的初始水权配置结果Tab.3 Initial water right allocation results of different water use sectors in Binyang County

将规划年的宾阳县各用水部门的初始水权配置结果与各用水部门的用水量目标值对比可以发现：①宾阳县2025年的可用水量只能满足50%的灌溉保证率下各部门用水量的需求。如果按75%或90%的灌溉保证率，则水田、水浇地、灌溉草场、灌溉林果地的用水量无法达到目标值。所以在宾阳县用水红线的控制下，一方面要合理开源，更重要的是要节流。贯彻《广西壮族自治区人民政府办公厅关于印发广西农业水价综合改革实施方案的通知》，落实节水优先方针，形成相关机制激励农业用水户节水，是解决2025年宾阳县农业用水部门缺水的关键。②宾阳县2030年的农业用水部门缺水更加严峻，高用水和一般工业用水部门的缺水现象也开始体现。笔者认为，宾阳县工业用水部门不能依赖于农业用水效率的提升，从而在节约的农业用水中获取更多的初始水权，应充分认识到工业用水存在的严重问题，制定合理有效的节水措施以维护水资源的可持续利用。当然，随着我国水市场的日趋成熟，如果初始水权无法满足用水目标，将一部分缺水量通过水市场交易获取也是可行的。