辽宁省初始水权优化分配模型构建及应用

佟大千

(辽宁省河库管理服务中心(辽宁省水文局)，辽宁 沈阳 110000)

1 概述

在最严格的水资源管理制度下，如何对区域初始水权进行分配是当前水资源行政管理部门的难题，也是重点需要解决的问题[1]。以前，对于区域初始水权分配大都是结合地区水资源用水总量，对其初始水权进行分配，这种分配方式主观性强，缺乏科学性[2]。为提高区域初始水权分配的合理性、客观性，国内许多学者展开了相关研究[3- 9]，并结合一些区域水资源量的特点，建立初始水权分配指标体系，但这些指标体系往往具有很明显的区域特点。对于南方地区而言，其生产用水量相对较大，因此其初始水权分配中对生产用水量覆盖面较多；而对于北方地区而言，其农业用水量相对其他类型用水较大，因此其初始水权分配指标体系对农业用水量覆盖面较多[10]。此外国内对于初始水权考虑优化分配的研究成果还相对较少，为此本文以辽宁省为例，结合在水资源优化分配领域中应用较多的多目标层次分析方法[11- 15]，在构建适合于辽宁地区初始水权分配指标体系的基础上，选用该方法对各市初始水权进行优化分配。研究成果对于全省乃至东北地区初始水权合理、科学分配具有重要的参考意义。

2 初始水权优化分配模型及指标体系

2.1 优化模型原理

各用水水权优化分配的目标函数主要从社会、生态及经济效益出发，通过对各目标函数效益值进行不断调试优化达到效益最大值。初始水权优化分配模型首先从社会效益目标出发，对其目标值进行优化计算，方程为：

(1)

初始水权分配模型的经济效益优化计算方程为：

(2)

在经济、社会效益目标函数计算的基础上，对其生态效益进行优化计算，方程为：

(3)

在进行经济效益目标优化时，其约束条件为优化前后水量减少率不能高于20%，生态效益目标优化的约束条件为优化后期生态用水保障率不能超过100%。

2.2 分配指标体系

结合辽宁省水资源特点，从目标层、准则层、指标层建立辽宁省初始水权分配指标体系，初始水权分配指标体系见表1。

表1 辽宁省初始水权分配指标体系

3 模型应用

3.1 各行政区初始水权分配指标值

辽宁省属于水资源相对短缺的省份，水资源量时空分布十分不均匀，空间上总体从东向西逐步递减变化，流入辽宁省境内的入境水量多年平均值为54.60亿m3。其中，浑江口以上入境水量多年均值为34.83亿m3，辽河干流柳河口以上入境水量多年均值为17.94亿m3，沿渤海西部诸河入境水量多年均值为1.83亿m3。全省出境河流包括流出到河北、内蒙古、吉林的青龙河、老哈河在建平县部分的支流、东辽河在西丰县的支流和辉发河在清源县的支流，全省出境水量多年均值为307.35亿m3。其中，出省境水量多年均值为4.34亿m3。全省各行政分区中地表水资源量多年均值在10亿～80亿m3之间，丹东市地表水资源量最大，盘锦地区地表水资源最低。全省地下水资源量多年均值为106.80亿m3，其中，山丘区地下水资源量42.96亿m3，平原区地下水资源量67.66亿m3，山丘区与平原区重复计算量3.82亿m3。结合初始水权分配指标，利用辽宁省2019年统计年鉴及水资源公报数据，对各指标进行赋值计算，结果见表2。

表2 辽宁省2019年初始水权分配指标值

3.2 各指标分配权重设置

采用专家经验赋值方法，以行政分区为单元，对辽宁省初始水权各分配指标的权重进行设定，各行政分区初始水权分配指标权重见表3。

表3 辽宁省2019年各行政分区初始水权分配指标权重设定值

从各行政分区初始水权分配结果可知，辽宁省各行政分区不同指标权重设置具有一定的规律性，缺水率在各行政区初始水权分配指标中权重最高，是主要的硬性指标，缺水率越高，其初始水权分配量也相对越高，一般而言城市缺水率是供水量与需水量的比值。城市用水首先需要满足城市生活用水，其次要满足农业正常生产需水，再次要满足工业产值增加的用水需求。辽宁省缺水率也同样具有较为明显的地区变化规律，东部由于水资源量相对充沛，因此其缺水率较低；而西部地区由于水资源量相对短缺，因此其缺水率权重也相对较高，中部临海城市的缺水率权重值也较高。此外对于城市初始水权分配而言，其人口密度影响权重也相对较大，人口密度和人口增长率2个分配指标有较大的关联度，其权重也具有一定的地区差异性。经济较好的城市，其人口密度和人口增长率相对权重较大；而经济较低的城市，如辽宁的西部等城市人口密度和人口权重的指标权重相对较低，主要侧重于农业用水相关的初始水权分配指标。

3.3 各行政区初始水权优化分配

在省各行政分区初始水权分配指标赋值和指标权重分析基础上，以社会、生态、经济效益为目标函数，以区域供水量、需水量为指标约束值，利用初始水权优化分配模型，对辽宁省2019年各行政区初始水权进行优化分配，优化结果见表4。

表4 辽宁省2019年各行政区初始水权分配结果

以辽宁省2019年总的可供水量235.4亿m3进行初始水权优化分配，从表4可看出，优化分配结果总体合理。沈阳作为省会城市，其供水保障程度要相对高于其他城市，因此其优化分配权重较高，此外营口和阜新地区作为全省缺水率较高的地区，其分配权重也相对较高，尤其是营口地区，由于区域内无任何大、中型水利工程，只能靠上游水库放水进行应急补水，因此其初始水权分配权重也较高。阜新市作为全省最旱的城市，虽然其区域内建设有较多大、中、小型水库，但其缺水率也较高，因此其初始水权优化分配值也相对较大。丹东地区作为全省缺水率相对较低的城市，虽然人口密度也相对较大，但由于水资源总量较为充沛，此外工业用水相比于其他城市要少，使得其初始水权优化分配值相对较低。总体而言，初始水权分配和区域社会、生态、经济效益具有较高的相关度，优化分配首先保障社会效益，即城市居民生活用水的保障；其次为经济效益，尤其是东北作为老工业基地，东北振兴也需要保障经济效益，因此对于工业城市如鞍山、铁岭等城市，其水量优化分配值也相对较高。

3.4 各行政区初始水权二次优化分配

考虑到各行业用水程度不同，在省各行政区初始水权一次分配的基础上，分别从工业、农业、生活、生态4个层次进行初始水权的二次优化分配，从而指导各区域进行不同行业用水的初始水权的分配，二次优化分配结果见表5。

表5 辽宁省各行政分区初始水权二次优化分配结果 单位：108m3

为对比全省各行政区不同行业初始水权二次优化分配结果，结合2019年全省各行政区不同行业用水量，对其优化结果的合理性进行分析。通过对比分析，优化后农业和生活用水总体有所提高，工业用水比例有所下降，此外生态用水也不同程度得到提升，这主要是建立的初始水权分配模型可综合考虑社会、生态、经济效益，并以区域可供水量作为各指标的约束条件，相比于优化前，其初始水权二次分配结果更为合理。从2019年辽宁省各行政分区初始水权二次优化分配结果可看出，总体均呈现生活水权高于农业水权，农业水权高于工业水权，生态水权均低于各类行业用水水权，尤其是对于辽宁西部水资源短缺的城市，其优化分配后，初始生态水权有所降低。

4 结论

(1)针对城市初始水权优化分配进行了探讨，一个城市首先要保障生活初始用水水权，不同类型可供水量作为其分配指标的约束条件进行设置。

(2)初始水权优化分配是水权制度的核心，进行城市水权交易的基础也在于初始水权的优化分配，是城市水权制度建立的关键环节，因此对东北缺水城市一定要尽快对初始水权进行优化分配，为城市水权交易和水权制度建立提供基础和依据。

(3)从社会、生态、效益3方面为东北城市初始水权优化分配提供一定的思路，构建的指标体系覆盖面还有所差距，在后续研究中应增加城市初始水权分配指标体系的覆盖度，从而使得优化分配结果更为精准。