调水工程可持续供应链协同管理成因及模式研究

2021-04-23李战国司保江卢亚丽

科技管理研究 2021年3期

李战国，刘蒙，司保江，卢亚丽

(1.河南农业大学信息与管理科学学院，河南郑州 450046；2.华北水利水电大学信息工程学院，河南郑州 450046；3.华北水利水电大学管理与经济学院，河南郑州 450046)

为解决水资源短缺和时空分配不均问题，我国兴建了诸多大型调水工程。例如：引江济汉、引滦入唐、引江济太、南水北调等［1］。这些大型调水工程一般具有规模大、距离长、跨区域、跨流域、涉及利益相关者众多、与社会交叉点密集、准公共物品属性等显著特征。例如，从南阳陶岔渠首到北京团城湖的南水北调中线工程总干渠，总长1267千米，涉及8个省辖市，22个县（市）。作为水源地的丹江口水库，涉及河南、湖北、陕西三省43个县，1 460多万人，其中，库区水库加高工程致使34.5万人搬离家园［2］。通过实地调研和文献分析发现，当前调水工程运营管理中存在的主要问题有：（1）调水工程大规模征地和移民引发的敏感社会问题；（2）对水源地进行调水，减少了其水环境容量，对水源地生态环境造成不利影响，调水工程沿线的生态环境也会发生改变；（3）调水工程管理部门和其他部门利益关系复杂，协调难度大［1］。针对这些问题，已有专家学者做了大量研究，不少学者将供应链管理的理论和方法应用到调水工程中，并取得丰硕的成果。其中成果较为显著的如河海大学的王慧敏等［3］团队，在国内最早论证了供应链管理的理论和方法用于南水北调运营管理的可行性。然而，我国调水工程的建设和运营具有多目标性，不仅仅是配置水资源，同样还要兼顾其生态效益和社会效益。显然，传统供应链管理理论中仅注重经济效益目标不能很好地诠释我国调水工程建设运营的多重目标性。调水工程同时兼顾经济、环境和社会效益，这与可持续性供应链的“经济、社会和环境”的三重底线原则相契合［4］。同时，南水北调等调水工程是大型的复杂系统工程，涉及的管理部门和利益相关者众多，相比较于一般的工程项目，大型调水工程的管理更加复杂。例如：调水工程一般地域范围大，覆盖面积较广，利益相关者多，复杂的自然环境对工程的建设、技术实施提出更高的要求。综合来说，调水工程具有更大的复杂性、不确定性和多目标性，在项目运营管理阶段，需要在传统项目管理理论和思维方式基础上建立新的理论和方法［5］。目前学者对于复杂利益协调问题，多基于协同管理思想，且多以供应链视角解决复杂管理问题。

基于调水工程中水资源配置和调度需要的极强计划性和整体协调性，王慧敏等［6］将供应链管理的思想运用到南水北调工程中去，并以南水北调东线为例，研究了其水资源供应链的概念模型以及运作模式。随后，朱九龙等［7］在其研究的基础上，对南水北调东线工程水资源供应链结构进行了设计，并给出了设计的指导思想和原则，对水资源供应链进行了优化。不少学者在其研究基础上，进一步进行了深入研究。陶晓燕等［8］运用供应链管理的思想，对调水工程供应链各节点之间供水契约的制定，以及对物流、资金流和信息流内涵的界定进行了研究。之后的相关研究逐渐由调水工程供应链的架构，转移到对其经济效益研究。较多学者利用博弈论的思想分析调水工程各利益主体的利益诉求。Chen等［9-10］构建了南水北调工程的供应链系统，并结合工程实际运营情况，构建博弈论模型，通过收益共享契约构建了协调机制，又建立南水北调供应链合作运营的非对称Nash讨价还价模型，研究客户策略行为下的供应链的协调与优化。随着研究的进一步深入，学者们又融入了对调水工程社会效益的研究。陈志松［11］首先界定了南水北调工程的供应链系统，并引入社会责任视角，建立了Stackelberg模型和相应的收入分享契约协调机制。骆进仁等［12］认为调水工程供应链可持续运营的关键是构建供应链相关主体间的利益共享和风险共担机制。这对调水工程水资源可持续利用具有普遍意义。然而目前对调水工程的研究，主要基于供应链管理的思想，多关注工程主体及利益相关者的经济利益诉求。显然，这并不能完美的诠释调水工程建立初衷-调水工程的准公益性，亟需同时兼顾其社会效益和环境效益。

协同管理的思想在1965年首次被美国战略管理学家Andrew Campbell［13］首次引入到企业管理领域，Haken［14］在其基础上，系统阐述了系统理论，将协同学称为“协同工作之学”，认为协同学适用于从自然科学到社会科学的多个领域［15］。目前协同管理的内涵尚未统一，但是协同管理的理念已经开始得到重视和关注，协同管理的定义也逐渐从微观层面过度到宏观层面［16］。目前普遍把协同管理定义为局部力量合理地排列、组合，来完成某项工作和项目，以求整体利益最大化。陈春花等［15］研究结果显示，协同管理理念拥有鲜明的中国特色，是根植于中国管理的概念，并且国内外对于供应链协同管理的研究较多。王丽杰等［17］以我国汽车制造业供应链协同管理为例，指出目前我国供应链管理必须融入绿色理念以提高我国汽车行业的竞争力。王玖河等［18］通过引入第四方物流，构建出多层次集群式供应链协同运行体系，分析了协同运行机理，并阐述了协同运行的保障措施。L M等［19］提出了一个基于供应链管理的港口物流链协同物流框架，该框架依赖利益相关者的整合与协作，为港口物流链的内陆协调提供了参考模型。宫大庆等［20］利用博弈论的方法，构建了信息对称和信息不对称条件下的供应链的协同管理模型，为供应链协同管理提供一套完善的方法论。朱庆华［21］以前人对供应链协同管理研究为基础，提出可持续供应链的协同管理与创新框架，为该领域的研究提供了重要参考。吴继辉等［22］综述了我国农产品供应链协同管理的研究进展，指出当前该领域研究方法单一化、研究主体简单化等问题，并认为后续应注重供应链的可持续和协同信息技术应用方面的研究。

2018年国家水利部部长提出“水利工程补短板，水利行业强监管”的工作总基调。我国调水工作尚存在较多的短板和相对薄弱环节，如基础研究不足、缺乏相关标准和规范、信息化等基础能力不足等［23］，亟需相关调水工程管理理论基础的构建。本文以可持续供应链为切入点，并结合协同管理的理论，研究调水工程可持续供应链协同管理的成因，并构建调水工程可持续供应链的协同管理模型，以期为大型调水工程的运营管理实践提供参考和理论支撑，丰富调水工程协同管理相关理论。

1 调水工程可持续供应链协同管理成因及概念界定

1.1 调水工程可持续供应链的协同管理成因

对调水工程从可持续供应链和协同管理视角进行研究有诸多成因。

1.1.1 目标一致性

调水工程在建设初期，其本质目标是追求经济、环境和社会效益的多方共赢，并实现工程运行的可持续性。实行可持续供应链的协同管理，合理配置水资源，有利于满足不同利益相关者的利益诉求，有效处理调水工程运营中的突发事件，维护工程主体运行的可持续性，不断创造经济、社会和环境效益。

1.1.2 多方利益协调需求

调水工程可持续运营的关键在于协调多方利益相关者的利益诉求。基于可持续供应链管理视角，通过调水工程运营管理协同运作，对可持续供应链的物流、信息流和资金流进行合理的协调和控制，满足各利益相关者的利益诉求，最终实现调水工程整体的利益最大化。

1.1.3 调水效率需求

在调水工程设计初期，调水效率就作为决定调水工程能否达到规划调水目标和调水经济指标的主要参数，也是用来判断工程成功与否的重要标志之一［24］。实施调水工程可持续供应链的协同管理，运用先进的现代信息技术，实现信息实时交互，提高工程的调水效率。

1.1.4 水量节约需求

目前作为制约我国经济、社会和生态协调发展的水资源［25］，其重要性无需赘述。调水工程可持续供应链协同管理机制的构建有利于对沿线用水区域进行网格化管理，利用信息技术对用水量和供水量进行界定和预测，制定可行的节水方案。综合考量水源地和用水地区的经济发展和生态和谐，对水资源进行合理的配置。

1.1.5 水质保证需求

许多专家和学者就调水工程的成败进行了研究，大多数学者认为调水工程成败在于水质。以南水北调为例，在建设的初期，中央就提出了“先节水后调水、先治污后通水、先环保后用水”的三先三后的原则，明确表明把生态环境的保护放在重要的位置。好的水质也能够提高人民的幸福感。在调水工程中实行可持续供应链的协同管理，能够有效的保证水质和生态环境。

1.1.6 可持续三重底线诉求

调水工程建设初期和运营中兼顾工程的经济、社会和环境效益，重视工程运行的可持续性，与可持续供应链的三重底线理论相契合。采用可持续供应链的协同管理机制，更大程度上提高工程的经济、社会和环境效益，以实现工程的可持续性。

1.2 调水工程可持续供应链协同管理模型的概念界定及其外部性

调水工程作为国家战略性工程，大多横跨众多省市和区域，涉及不同人群的利益，协同管理难度较大。并且调水工程又可以看做一个同时注重工程主体的经济效益、环境效益和社会效益的多流域、多水源、多主体、多目标的复杂可持续供应链系统（见图1）。基于此，本研究将调水工程可持续供应链协同管理模型的概念界定为：以调水工程经济效益、环境效益和社会效益的提高为目标，以协同管理为抓手，在调水工程水源地、沿线和受水地区，建立起以政府为主导，市场、企业与公众等多方利益相关者参与的协同管理机制。通过协同战略、管理和操作等驱动多方管理资源和创新方法的投入和共享，协同开展调水工程可持续供应链活动，构建单个供应链成员无法实现的可持续供应链战略联盟。以期提高调水工程的管理运作水平，优化水资源配置，保护水质和工程运行的可持续性。

调水工程实施与建设需要相当长时间的规划与设计，它关乎国家整体的战略布局，解决众多地区的水资源匮乏问题，保障区域经济的可持续发展。因此，调水工程运营与管理亟需注重经济、社会和环境效益，并维护工程的可持续运营。保障各地区的协调发展，支撑国家的可持续发展。

图1 调水工程可持续供应链结构图

2 调水工程可持续供应链协同管理模式分析

2.1 调水工程可持续供应链协同管理模式图

对调水工程可持续供应链的研究要点进行梳理和分析，设计协同管理模式图（见图2）。

图2 协同管理模式图

2.2 调水工程可持续供应链协同管理利益相关者

2.2.1 协同管理利益相关者行为分析

（1）利益相关者协同目标。调水工程可持续供应链的协同管理模式中各利益相关者利益诉求不同，但是要实现调水工程主体运营的经济效益、环境效益和社会效益。各利益相关者要协同目标，与工程总目标一致，需要不同的利益相关者摒弃原来只追求自身利益最大化的目标，思考如何与各利益相关者达成合作，协同管理。以期实现工程主体运行的可持续性，并持续不断创造更大的经济、环境和社会效益。这些即是调水工程可持续供应链协同模式形成的出发点。

（2）利益相关者分类及其特征分析。从可持续供应链系统角度出发，调水工程的运行与管理离不开所有利益相关者的支持，所有利益相关者都十分重要，但这并不意味着他们同等重要［26］。因此对于调水工程各利益相关者应从多个角度进行分类，不同类型的利益相关者对于调水工程运行管理的影响以及受到调水工程主体运行影响的程度不同。前期许多学者对利益相关者的分类进行了较为深入的研究。段文等［27］在构建供应链管理绩效评价体系时，重点关注了利益相关者的利益诉求。本研究从调水工程可持续供应链的利益相关者的利益诉求出发，基于可持续供应链的三重底线理论，将其分为经济利益相关者、环境利益相关者、社会利益相关者（见表1）。

表1 协同管理利益相关者分类及其行为

从表1可以看出，许多利益主体的利益诉求是多方面的。政府在调水工程的运行管理中不仅考虑经济方面的诉求，还注重工程的环境效益和社会效益，因此政府在利益相关者的分类中具有多重身份。政府在制定法律以及相关管理政策时，要保证政策落到实处，并且加强监管，在运行管理中实现政策协同。政府不断与企业、公众就政策制度调控、资源的开发和利用进行协同管理，以期实现调水工程的可持续性。调水工程的相关企业大多关注自身经济利益情况，主要是经济利益相关者。其需要在与不同企业和公众以及政府就协同决策、信息传递和利益分配等支配下协同演化并达到有序。多数公众在调水工程的运营管理中同时追求经济效益和环境效益，既是经济利益相关者又是环境利益相关者，需要与政府和企业在资源管理、绿色需求和环境友好的目标下不断进行演化以达到协同。

2.2.2 协同组织和个体

调水工程可持续供应链作为一个多流域、多水源、多主体、多目标的复杂水资源大系统，并且与社会交叉点密集以及具有准公共物品的属性。更要系统考虑到调水工程运营的经济效益、社会责任和环境效益。从参与的组织和个体进行分类和整理，主要分为政府职能部门、企业以及社会公众，其协同机制见图3。

政府职能部门包括中央政府、沿岸地方政府以及流域管理委员会等。地方政府的主要职责是在中央政府的统一领导和监督下，落实中央政策，调整产业结构，优化空间布局，维护国家利益，自主进行调水工程的建设及运营管理和各项经营活动，并对相关企业和个体进行监督和管理，并与其形成合作关系，协同管理调水工程。

相关企业包括水源地企业、沿线用水企业、供水企业等。其主要职责是保护水源，调整生产，合理利用水资源，减少污水的排放以保护水质，遵循市场的规则合理制定水价。用水企业也要合理利用本地水和外调水，同时接受政府部门的监管以及公众的监督。三者协同管理，互相促进，维护工程主体运营的可持续性。

社会公众包括水源地居民、沿线居民、沿线种植户和用水户等。其主要职责是监督政策落实，同时在生产生活中节约用水，减少污水的排放以保护沿线生态，明晰供水企业的定价机制，受到政府监管的同时也可以对政府进行监督，并提供改进建议。

图3 政府-企业-公众三方协同机制

2.3 调水工程可持续供应链协同管理模式的维度

本文将调水工程可持续供应链的协同管理模式分成管理、战略与操作三种协同维度（见表2）。战略层作为调水工程可持续供应链的指挥中枢，从大局出发，以宏观的角度制定出供应链系统协同管理的要素和运行机制，确定协同目标和制度，为调水工程可持续供应链协同管理提供大致的方针。管理层是在战略层的指导下，组织和细化协同目标，实施可持续供应链视角下的协同管理理念，并建立有效的信息共享机制，实现生产和物流的协同。操作层作为实现协同管理的基础和关键，在管理层的基础上，按照统一的规范和标准进行操作，运用相同的信息操作系统和平台，实现信息的实时共享，保证工程运行的可持续性。

表2 协同管理模式维度分类及指标

2.3.1 战略维度

（1）目标协同。目标协同是指调水工程可持续供应链上的所有利益相关者具有相同的愿景，并且在战略目标上达成一致，相同的战略和目标是调水工程可持续供应链形成的基础，共同的目标为调水工程可持续供应链协同管理提供方向。参与调水工程可持续供应链运营的利益相关者要对自身在供应链中的作用和地位有一个明确的认知，在协同理论的指导下，调水工程可持续供应链的利益相关者应在供应链系统整体目标下确定各自的目标，舍弃原来只追求个体利益最大化的做法，各司其职，共同维护调水工程主体，保证水质和工程运行的可持续性。

（2）观念协同。吴绒等［28］在研究农产品绿色供应链的协同模式时，他认为观念协同是指农产品绿色供应链的所有利益相关者均具备绿色理念和供应链管理的思想。同样调水工程可持续供应链的观念协同是指利益相关者应具备可持续发展理念和供应链管理的思想。政府做为供应链的核心，通过制定相关的政策以及保证政策的落地，加大力度宣传可持续发展理念，并将其做为考核相关企业的一个标准，使可持续理念根植人心。企业中也要不断贯彻可持续理念，使经济、社会和环境协同发展。公众也要学习和理解可持续发展的理念。以此达到调水工程可持续供应链的观念协同。

（3）制度协同。制度是指利益相关者都要遵循的规则，目前我国调水工程的政策制定偏原则性，缺乏实操性。例如《南水北调工程供用水管理条例》作为南水北调工程运行管理的纲领性文件，仅给出原则性规定，然而从政策到具体实施起来依然存在一些阻碍，科学合理的制度规定是调水工程可持续供应链运行的关键因素和重要的保障。中央政府制定出合理的实操性强的法律条例和规章制度，企业和公众等其他利益相关者认真贯彻落实相关的制度，使调水工程可持续供应链达到制度协同。

（4）利益协同。调水工程利益相关者的利益诉求不尽相同。利益相关者之间利益协调难度较大，许多调水工程管理人员对于复杂系统的利益协调能力不足，需要相关政府层面进行相关组织实施和管理，把握利益相关者的行为特点和演化规律。建立利益协同机制，维持调水工程运营的可持续性，使调水工程可持续供应链系统不断地为社会创造经济效益、环境效益和社会效益。

2.3.2 管理维度

（1）生产协同。调水工程沿线存在不同种类的生产和生活。不同的利益相关者的利益诉求不同，有些生产生活并不有利于调水工程运营的可持续性。需要调整生产，减少污染。合理使用本地水和外调水，最大限度的在不影响生产情况下维持工程的可持续性。以此达到生产的协同，确保水质以及对沿线生态环境的保护。

（2）物流协同。彭信坤等［29］认为水资源不仅具有公共属性，同样也是一种特殊的商品。调水工程中水资源的运输通过修建运水通道，应当满足普通商品运输的特性，在对水资源进行物流运输时，应当达到物流协同。此时物流协同包括水资源的整合，以及在水资源运输中沿线的企业和公众等利益相关者对水质的保护。受水地区合理的使用本地水和外调水，维持水资源运输的可持续性。沿线水污染企业减少污水排放，保护水质。维护调水工程的生态效益。

2.3.3 操作层

（1）信息协同。调水工程可持续供应链中信息协同主要体现在调水工程运营管理的信息化水平以及利益相关者的信息化教育水平。

调水工程信息化水平的提高，需要政府对调水工程信息化发展环境和基础设施进行建设，构建务实高效的信息管理系统，实时监测水量、水质等数据，实现水资源数据的实时传输、汇总、分析和共享。政府允许企业参与信息化建设，同时注重信息化人才的培养。其他利益相关者要提高自身的信息化教育水平。

（2）技术协同。调水工程可持续供应链中技术协同应包含技术应用协同和技术创新协同。在调水工程运行管理中，应用相关先进的技术，实现调水工程自动化运行。综合运用3S（RS、GIS和GPS）技术、计算机技术、通讯技术等，并构建协同管理平台和相关数据库。组建相关的研发团队对调水工程相关的技术进行创新。

（3）组织协同。调水工程沿线居民等利益相关者对于水量和水质的需求需要相关运营管理者不断地改进技术水平以提升响应的速度。迫使调水工程可持续链的原有的跨组织的交互方式进行改变以压缩各供应链节点的延迟时间。各利益相关者需要根据水质和水量的需求进行重组，以实现多组织的协同，保证工程运行的持续性。并且供应链各个利益相关者清晰明了自己在系统中的定位、职责和分工。组织的协同可以消除可持续供应链间组织的分离而产生的沟通障碍和协作壁垒。进而可以降低调水工程可持续供应链的运营成本。

3 南水北调中线工程可持续供应链水量协同管理系统仿真模型

3.2 水量协同管理系统模型

针对调水工程水量配置与管理的研究有许多，例如李红艳［30］以南水北调东线为例，构建了水权分配的四层调度系统，以此合理调度水资源，充分发挥工程效益。本文在前人研究的基础上，以南水北调中线工程为例，构建出可持续供应链视角下的水量协同管理系统模型（见图4）。

图4 南水北调中线工程水量协同管理系统模型

按照工程运行情况，构建出模式图。各部分简介如下：

（1）协同管理平台；构建出协同管理的平台，用于收集水资源供应链的水文信息以及其他利益相关者的诉求，构建成水文信息数据库，数据库中基础数据信息作为模型的底层支持。所需的基础数据可分为三类：分水片相关的资料、利益相关者利益诉求、水源地及各水库的历史水文信息。

（2）智能辨识系统；在数据整理与相关数据约束的基础上，通过人机交互，智能辨识系统通过自适应的控制，对模型的响应进行分析，仿真计算出各用水户的用水量，合理的控制与调度水资源；并以追求经济、环境和社会效益的最大化为目标。

（3）控制与修正模块；根据智能辨识系统的反馈信息，若用户供水保证率过低，经济、环境和社会的整体效益未达到最优，则较小比例的调整各地调水量，形成反馈修正量，重新输入至智能辨识系统进行计算。

（4）模型输出模块；通过历史数据的输入进行仿真计算，若输出结果能够较大程度的保证各用水户的用水需求，并且合理的使用本地水和外调水，维护南水北调工程运营的可持续性，较大程度的满足各利益相关者的经济、环境和社会需求，则实现结果的输出。

3.2 模型计算约束条件

3.2.1 水库约束

（1）水库水量平衡约束。

（2）每个供水水库的调蓄能力约束。

（3）水库的供水能力约束。

（4）本地水约束。若用水户同时使用当地水，则当地水可开采使用量约束

（5）外调水约束。

（6）以上所有决策变量均为非负。

3.3 模型计算目标

调水工程水量协同管理的最终目标是合理的使用本地水和外调水，实现水资源的合理配置与运用，并实现工程的经济、环境和社会效益最大化，以维持工程运营的可持续性。则其模型为

（1）经济效益目标。在经济学的范畴中，可以反应经济效益的目标有很多，如利润率，社会总产值，国民生产总值等等。指标中，有可以反应宏观层面的经济，有些是微观层面的。对于调水工程水资源的配置而言，其属于宏观层面的。所以选用国民生产总值GDP作为主要的经济效益目标。即要求调水区域的国内生产总值最大化，用表示，其中还要考虑到水污染治理成本和供水成本，即式子可以表示为

（2）社会效益目标。社会效益目标较为广泛，有就业率、社会稳定、文化水平等，根据调水工程目标的特殊性，拟将缺水量作为社会效益的表征，即式子为

（3）环境效益目标。水资源的配置对环境的影响有很多方面，如污水排放，大气污染等，用水污染造成水环境污染最小为表征。即式子为

（4）以上变量均为非负；且不同用水区域可能在供水、排污等方面有特殊需求，各地可能再根据实际情况制定一些约束条件。

将上述约束条件以及三个目标进行组合，构成了南水北调水量优化配置的多目标系统模型。

4 结语与展望

4.1 结语

本研究针对目前调水工程运营管理中存在多目标性和复杂性问题，通过对调水工程供应链和协同管理相关文献的梳理，发现当前已有很多文献证实了供应链理论应用到调水工程中的适用性和协同管理理论对解决复杂工程问题的先进性，并从调水工程的多重目标性和复杂性出发，将可持续供应链理论和协同理论运用到调水工程的运营和管理中。论文主要分为以下几部分：

（1）分析了调水工程实行可持续供应链的成因。

（2）将调水工程的利益相关者分为经济利益相关者、环境利益相关者和社会利益相关者，构建了战略-管理-操作的三维协同发展模式，并对相关的协同指标进行了详细阐述。

（3）以南水北调中线工程为例，构建可持续供应链视角下的水量协同管理模型，并给出相应的水量协同管理约束条件和经济、环境和社会效益的计算公式。

本研究可为我国大型调水工程的运营管理提供理论借鉴和参考，丰富我国调水工程运营管理相关理论。