基于物元可拓理論的水庫(kù)初始水權(quán)分配研究

張雷　仕玉治　劉海嬌　李福林

摘要 由于我國(guó)北方地區(qū)水資源短缺，水庫(kù)周圍區(qū)域供需水矛盾越來(lái)越嚴(yán)重，給水庫(kù)的水權(quán)分配帶來(lái)較大困難。為促進(jìn)區(qū)域水資源公平和高效利用，迫切需要探討合適的涉及多方利益相關(guān)者的水庫(kù)初始水權(quán)分配方法。本文以我國(guó)北方某水庫(kù)為例，首先從流域水文條件、區(qū)域水資源供需狀況、水庫(kù)工程建設(shè)管理、區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等方面，分析影響水庫(kù)初始水權(quán)分配的敏感性因素;然后，從影響因素中選取重要的影響因子，構(gòu)建水庫(kù)初始水權(quán)分配的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系;再者，引入物元可拓理論，建立水庫(kù)初始水權(quán)分配物元可拓模型，通過(guò)指標(biāo)熵權(quán)關(guān)聯(lián)度的計(jì)算確定水庫(kù)水權(quán)的分配權(quán)重;其后，根據(jù)水庫(kù)的來(lái)水量，采用長(zhǎng)系列變動(dòng)用水時(shí)歷法，計(jì)算水庫(kù)的可供水量;最后，根據(jù)水庫(kù)的可供水量，利用物元可拓模型對(duì)水庫(kù)的行業(yè)和區(qū)域的水權(quán)進(jìn)行分配。結(jié)果表明，該水庫(kù)的農(nóng)業(yè)水權(quán)為424萬(wàn)m3、工業(yè)和生活水權(quán)為1 040萬(wàn)m3、生態(tài)水權(quán)為600萬(wàn)m3，水庫(kù)分配給A縣、B縣和C縣的水權(quán)分別為967萬(wàn)m3、163萬(wàn)m3和334萬(wàn)m3，水庫(kù)所在河流因涉及跨區(qū)域河流生態(tài)流量管理，將生態(tài)水權(quán)歸于更高一級(jí)行政管理層，不再進(jìn)行縣區(qū)分配。該水庫(kù)的水權(quán)分配方案得到了多方利益相關(guān)者的認(rèn)可，該項(xiàng)研究有利于促進(jìn)市場(chǎng)條件下水庫(kù)的水權(quán)分配，提升水資源決策管理水平。

關(guān)鍵詞 水庫(kù)初始水權(quán);水權(quán)分配;物元可拓模型

中圖分類號(hào) F294 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1002-2104（2019）03-0110-08DOI：10.12062/cpre.20181123

水權(quán)管理制度是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下優(yōu)化配置水資源的重要途徑，是現(xiàn)代水資源管理制度的重要組成部分。深化水資源管理體制機(jī)制創(chuàng)新、開(kāi)展水權(quán)水市場(chǎng)建設(shè)，是貫徹落實(shí)國(guó)家水法律法規(guī)的必然要求，是促進(jìn)水資源合理開(kāi)發(fā)利用和節(jié)約保護(hù)的重要手段。2011年中央一號(hào)文件《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》明確提出：“建立和完善國(guó)家水權(quán)制度，充分運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制優(yōu)化配置水資源”。2012年國(guó)務(wù)院三號(hào)文件《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(jiàn)》提出：“建立健全水權(quán)制度，積極培育水市場(chǎng)，鼓勵(lì)開(kāi)展水權(quán)交易，運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制合理配置水資源”。2014年1月水利部印發(fā)了《水利部關(guān)于深化水利改革的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出要開(kāi)展水資源使用權(quán)確權(quán)登記;同年3月，習(xí)近平總書記在聽(tīng)取水安全戰(zhàn)略匯報(bào)時(shí)提出要明確水權(quán)歸屬，隨后相關(guān)工作在7個(gè)省區(qū)開(kāi)展不同類型的水權(quán)試點(diǎn)，內(nèi)容包括水資源所有權(quán)確權(quán)登記、水權(quán)交易流轉(zhuǎn)和水權(quán)制度建設(shè)等。2016年6月，水利部印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)水資源用途管制的指導(dǎo)意見(jiàn)》（水資源〔2016〕234號(hào)），明確要求各省加強(qiáng)水資源用途管制工作，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水，將用水總量控制指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化到生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等主要用水行業(yè)，明確社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展各行業(yè)的水資源用途，實(shí)際上是明確了各行業(yè)的初始水權(quán)總量。水庫(kù)作為重要的地表水水源地，在區(qū)域生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)用水過(guò)程中起到非常關(guān)鍵的作用。尤其是我國(guó)北方地區(qū)由于水資源短缺，水庫(kù)周圍區(qū)域供需水矛盾越來(lái)越嚴(yán)重，

經(jīng)常發(fā)生水庫(kù)上下游、左右岸、不同行政區(qū)和不同行業(yè)的爭(zhēng)水、搶水現(xiàn)象。

因此，科學(xué)分配水庫(kù)初始水權(quán)，對(duì)于完善水權(quán)管理制度，促進(jìn)水資源公平、高效利用具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文依托基于用水需求的水權(quán)分配思路，在統(tǒng)籌考慮多方因素建立水庫(kù)水權(quán)分配指標(biāo)體系，將可拓理論引入水庫(kù)初始水權(quán)分配中，建立基于物元可拓水權(quán)分配模型，并以北方某一座大型水庫(kù)為實(shí)例，開(kāi)展初始水權(quán)分配研究，以期為優(yōu)化水庫(kù)供水調(diào)度與運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 文獻(xiàn)綜述

目前，現(xiàn)有水權(quán)分配理論框架主要是開(kāi)展以流域?yàn)閱卧乃畽?quán)分配機(jī)制研究，而對(duì)于以水庫(kù)蓄水工程為主體的初始水權(quán)分配研究還處于起步階段。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水權(quán)分配方法研究取得了許多成果，概括起來(lái)，水權(quán)分配方法主要有邊際成本法、公共管理法、水市場(chǎng)法、基于用水需求的分配方法等[1-3]，不同水權(quán)分配方法在具體應(yīng)用中存在其優(yōu)缺點(diǎn)。邊際成本法是從水資源邊際成本的角度進(jìn)行水權(quán)的再分配，分配成果能夠避免水資源的過(guò)度使用，不足之處是在實(shí)際應(yīng)用中很難確定邊際成本價(jià)格，如Jeson Kelmanti[1]提出了一種基于不同用戶水的機(jī)會(huì)成本的分配模型，探討了經(jīng)濟(jì)法則和線性分配機(jī)制。公共管理分配法是從政府管理角度實(shí)施水權(quán)分配制度，比較常見(jiàn)的有河岸權(quán)制度、優(yōu)先占用權(quán)等，優(yōu)點(diǎn)是能夠促進(jìn)公平，確保水資源不足地區(qū)的供水，并滿足環(huán)境需水要求，不考慮價(jià)格因素，缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮資源的稀缺程度，會(huì)導(dǎo)致公共資金的巨大投入，造成水資源浪費(fèi)，如Gopalakrishnan[4]采用占用優(yōu)先原則建立水權(quán)分配方法。水市場(chǎng)法是以市場(chǎng)水權(quán)交易的形式，實(shí)現(xiàn)水資源從低效益用戶向高效益用戶流轉(zhuǎn)，提高用水效率，其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)市場(chǎng)配置資源，優(yōu)質(zhì)高效，還可進(jìn)行水權(quán)轉(zhuǎn)讓，缺點(diǎn)是水資源分配傾向于經(jīng)濟(jì)效益第一，會(huì)忽視弱勢(shì)群體和公共利益，Howe[5]從水市場(chǎng)的角度提出了一種新的流域水權(quán)分配方法，Zhao等[6]建立了基于代理的水權(quán)分配框架，并比較分析管理系統(tǒng)和市場(chǎng)系統(tǒng)視角下用水戶行為（水權(quán)交易、交易價(jià)格、水使用違規(guī)處罰等）。基于用水需求的水權(quán)分配方法主要是統(tǒng)籌考慮多方利益關(guān)系，建立綜合分配指標(biāo)體系[7-9]，采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行水權(quán)分配的方法[10-13]，該方法可以靈活調(diào)整供水方式以滿足不同區(qū)域、部門的用水需求，不足之處是需要構(gòu)建一個(gè)透明的協(xié)商分配機(jī)制較為困難，需要協(xié)調(diào)多方利益，如鄭劍鋒等[7]采用滿意度決策理論進(jìn)行了瑪納斯河取水權(quán)分配研究，陳艷萍等[8]采用模糊優(yōu)選和TOPSIS法研究流域初始水權(quán)分配模型，王忠靜[10]、吳丹[12]、王宗志[13]等也分別建立了不同分層或者分級(jí)的水權(quán)分配模型。不同水權(quán)分配方法對(duì)比分析，基于用水需求的水權(quán)分配方法應(yīng)用最為廣泛，實(shí)用性強(qiáng)，易于操作，但關(guān)鍵是在模型求解過(guò)程中，需要采用先進(jìn)決策方法。

可拓理論[14]是由我國(guó)著名學(xué)者蔡文首次提出的，廣泛應(yīng)用于控制決策、信息技術(shù)和人工智能等領(lǐng)域，尤其在處理多因素復(fù)雜系統(tǒng)綜合決策方面具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。目前，將可拓理論引入水庫(kù)初始水權(quán)分配中還沒(méi)有系統(tǒng)的研究報(bào)道，特別是以案例實(shí)證方面的研究值得關(guān)注。本文在水庫(kù)調(diào)節(jié)計(jì)算的基礎(chǔ)上先進(jìn)行行業(yè)水權(quán)分配，然后對(duì)不同保證率下的水權(quán)采用相應(yīng)的決策模型在區(qū)域間進(jìn)一步分配。

2 北方某水庫(kù)的基本情況及供用水需求

2.1 北方某水庫(kù)基本概況

以山東省某流域的一座大型水庫(kù)為例（簡(jiǎn)稱“某水庫(kù)”）。該水庫(kù)位于流域的中上游段，水庫(kù)功能以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水以及下游河道生態(tài)用水。水庫(kù)流域面積687.14 km2，流域上下游有A、B、C三個(gè)縣，面積分別為343.96 km2、82.04 km2和261.14 km2，A縣和C縣又根據(jù)水庫(kù)控制流域分界線分為上游區(qū)和下游區(qū)，B縣僅有上游區(qū)，水庫(kù)及上下游的行政區(qū)位置見(jiàn)圖1a。水庫(kù)的死水位116.19 m、死庫(kù)容831萬(wàn)m3，興利水位124.59 m、興利庫(kù)容6 125萬(wàn)m3，校核洪水位127.91 m，水庫(kù)總庫(kù)容11 280 萬(wàn)m3（10 000年一遇校核）。

2.2 某水庫(kù)取用水現(xiàn)狀及需求

水庫(kù)的現(xiàn)狀用水戶為A縣的水庫(kù)灌區(qū)和A縣某電廠，其中A縣1 444 hm2的灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水以及某電廠的工業(yè)用水370萬(wàn)m3/a均取自該水庫(kù)的地表水。隨著近年來(lái)周邊區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源需求量的增大，A縣提出了將該水庫(kù)作為部分生活用水水源，同時(shí)增加電廠及其他企業(yè)工業(yè)供水量的要求;而B縣和C縣也宣稱應(yīng)該擁有該水庫(kù)

地表水一定比例的取用水權(quán)，主要用于城市生活與工業(yè)用水;該水庫(kù)灌區(qū)的管理部門和農(nóng)民用水協(xié)會(huì)提出，水庫(kù)可以增加向城市生活和工業(yè)供水，但不能影響和損壞農(nóng)民的灌溉用水權(quán)益;水庫(kù)的下游河道是旅游風(fēng)景區(qū)，下游政府部門也提出，要求保證河道有一定的生態(tài)徑流和景觀流量。由此，水庫(kù)涉及多方利益相關(guān)者，主要包括城市工業(yè)企業(yè)用戶和城鄉(xiāng)居民用戶、下游農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水協(xié)會(huì)、水庫(kù)管理者、河流生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)的公益代言人以及政府機(jī)構(gòu)等，不同利益相關(guān)者代表不同取用水戶的利益。水庫(kù)取用水的不同利益相關(guān)者見(jiàn)圖1b和表1所示。

3 水庫(kù)初始水權(quán)分配的影響因素及指標(biāo)體系

3.1 某水庫(kù)初始水權(quán)分配的影響因素分析

水庫(kù)是攔洪蓄水和調(diào)節(jié)水流的水利工程建筑物，水庫(kù)初始水權(quán)分配實(shí)際上是對(duì)水庫(kù)可供水量在不同區(qū)域、行業(yè)部門、用戶之間的用水分配，因而，水權(quán)的分配必然受到水庫(kù)的來(lái)水、蓄水、輸水、配水過(guò)程的影響。結(jié)合水庫(kù)工程狀況和區(qū)域用水現(xiàn)狀和需求，概括起來(lái)說(shuō)，水權(quán)的影響因素主要有四個(gè)方面：一是水文因素，主要包括水庫(kù)的降水量、集流面積、下墊面狀況、水庫(kù)水質(zhì)狀況等，直接影響水庫(kù)的來(lái)水量和水質(zhì)情況;二是水庫(kù)的建設(shè)與管理因素，主要包括水庫(kù)特征庫(kù)容、特征水位、水庫(kù)建設(shè)淹沒(méi)面積、水庫(kù)建設(shè)投資、水庫(kù)蓄水工程、輸水工程及其配套供水管網(wǎng)建設(shè)、水庫(kù)正常運(yùn)行、供水和防汛調(diào)度管理等，直接影響水庫(kù)的可供水量及供水、運(yùn)行和管理成本等;三是供需因素，主要包括水庫(kù)用于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水、城市生活用水和生態(tài)環(huán)境用水等的現(xiàn)狀用戶用水情況及規(guī)劃供水區(qū)的需水情況，供需狀況直接影響可供水量的分配比例大小;四是經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素，主要包括水庫(kù)上下游的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口規(guī)模、供水價(jià)格及用水效率等，這決定著水庫(kù)供水的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。如果在水權(quán)分配過(guò)程中僅考慮單一因素，比如單單考慮水庫(kù)的匯水面積，則上游分配的水量很大，下游分配的水量很少，而水庫(kù)的傳統(tǒng)用水戶大多集中在下游，這對(duì)于既要承擔(dān)供水任務(wù)又要承擔(dān)防洪任務(wù)的下游區(qū)域非常不利;如果水權(quán)分配僅僅考慮經(jīng)濟(jì)效益因素，則水庫(kù)的大部分水量會(huì)分配給工業(yè)用水，而農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)用水就得不到保證。因此，水權(quán)分配需要綜合考慮多種因素、需要平衡多個(gè)利益相關(guān)者的訴求。

3.2 某水庫(kù)初始水權(quán)分配指標(biāo)體系構(gòu)建

水權(quán)分配指標(biāo)體系是進(jìn)行水庫(kù)初始水權(quán)分配的重要基礎(chǔ)，指標(biāo)體系的構(gòu)建原則上應(yīng)滿足代表性、系統(tǒng)性、可比性、通用性、簡(jiǎn)潔性等要求，即指標(biāo)的選取應(yīng)具有關(guān)鍵共性、客觀全面及可辨識(shí)度。目前水庫(kù)初始水權(quán)分配指標(biāo)體系構(gòu)建尚未有可直接借鑒的研究成果，本文在水庫(kù)初始水權(quán)分配影響因素分析的基礎(chǔ)上，參考流域或區(qū)域水權(quán)分配指標(biāo)體系[9，12-13]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際，從水文因素、供需因素、工程建設(shè)與管理、經(jīng)濟(jì)社會(huì)等方面選取10個(gè)敏感性指標(biāo)，建立某水庫(kù)初始水權(quán)分配的指標(biāo)體系（見(jiàn)表2）。一旦建立起水權(quán)分配指標(biāo)體系，那么按照每個(gè)指標(biāo)所賦予的權(quán)重，就可以對(duì)水庫(kù)的可供水量進(jìn)行分配。

需要說(shuō)明的是，由于水庫(kù)的農(nóng)業(yè)灌區(qū)全部位于水庫(kù)的下游A縣，其他縣對(duì)此沒(méi)有異議，則農(nóng)業(yè)灌溉的用水權(quán)可經(jīng)水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算首先求取，不再參與水權(quán)指標(biāo)體系的構(gòu)建及分配。

4 基于物元可拓理論的水庫(kù)水權(quán)分配模型

水權(quán)分配的權(quán)重大小直接影響著水權(quán)分配的比例大小，一般的層次分析法（AHP）具有一定的人為性，主觀性較強(qiáng)，同時(shí)受專家數(shù)據(jù)樣本限制，樣本數(shù)量較小時(shí)，分析取得的水權(quán)分配權(quán)重存在誤差較大，而物元可拓理論能夠利用關(guān)聯(lián)度客觀定量的確定水權(quán)分配權(quán)重，解決了水權(quán)分配主觀性強(qiáng)的難題。基于該理論的水權(quán)分配物元可拓模型[14]的水權(quán)分配思路是，首先通過(guò)物元理論確定水權(quán)分配的物元三元體和它的經(jīng)典域和待評(píng)物元，然后采用熵權(quán)法計(jì)算出評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，最后通過(guò)計(jì)算貼近度進(jìn)而確定水庫(kù)初始水權(quán)區(qū)域分配權(quán)重。

4.1 水權(quán)分配的物元

給定事物的名稱N，它關(guān)于特征c的量值為v，以有序的三元組R=（N，c，v）作為描述事物的基本元，簡(jiǎn)稱物元。可以表示為：

R=（N，C，V）（1）

式中，R為水權(quán)分配的物元;N為待分配或可分配水權(quán);C表示影響水權(quán)分配的指標(biāo);V～N關(guān)于指標(biāo)所規(guī)定的量值范圍。

4.2 經(jīng)典域和待評(píng)物元

4.2.1 經(jīng)典域

R0=N N1 N2 … Nm

C V1 V2 … Vm=

NN1 N2…Nm

C1 〈a11，b11〉〈a12，b12〉 … 〈a1m，b1m〉

C2 〈a21，b21〉〈a22，b22〉 … 〈a2m，b2m〉

…… ………

Cn 〈an1，bn1〉〈an2，bn2〉 … 〈anm，bnm〉

（2）

式中，R0～m個(gè)同征的物元體;Nj（j=1，2，…，m）所劃分的第j個(gè)水權(quán)分配優(yōu)先等級(jí);Vij=（aij，bij）等級(jí)j關(guān)于第i個(gè)指標(biāo)所取的數(shù)值范圍，簡(jiǎn)稱經(jīng)典域。

4.2.2 待評(píng)物元

Rk=（Nk，C，Vk）=N C1 Vk1

C2 Vk2

… …

Cn Vkn（3）

式中，Nk第k個(gè)待評(píng)區(qū)域;Ci（i=1，2，…，n）影響水權(quán)分配的第i個(gè)指標(biāo);Vki第k個(gè)待評(píng)區(qū)域關(guān)于第i個(gè)指標(biāo)的具體取值。

4.3 貼近度計(jì)算

文獻(xiàn)[15]提出采用非對(duì)稱貼近度原則替代最大隸屬度原則，將實(shí)變函數(shù)中距離的概念拓展為“距”，分別表示點(diǎn)與區(qū)間的距離，其計(jì)算公式如下：

ρ（Vki，Vij）=|Vki-（aij+bij）/2|-（bij-aij）/2（4）

假定指標(biāo)Ci的權(quán)系數(shù)為βi，令Kkj（Vki）=ρ（Vki，Vij），則貼近度計(jì)算公式如下：

Kkj（Nk）=1-1n（n+1）∑n1βiKkj（Vki） （j=1，2，…，m）（5）

Kkj（Nk）為第k個(gè)待評(píng)區(qū)域關(guān)于等級(jí)j的貼近度，其中評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重β采用熵權(quán)法計(jì)算。在計(jì)算過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)貼近度小于的情況，這時(shí)需要對(duì)貼近度進(jìn)行修正賦值，即：當(dāng)Kkj（Nk）小于零時(shí)，令Kkj（Nk）=0，并將第k個(gè)待評(píng)區(qū)域的其他等級(jí)的貼近度均平移增加|Kkj（Nk）|，修正后的貼近度不會(huì)影響等級(jí)差異化評(píng)價(jià)。

4.4 水權(quán)分配權(quán)重

根據(jù)非對(duì)稱貼近度原則，待評(píng)區(qū)域Nk的綜合貼近度越大，則意味著該區(qū)域需水配置的程度越大，即對(duì)應(yīng)可分配的水權(quán)量權(quán)重越大，為充分考慮待評(píng)區(qū)域不同等級(jí)貼近度信息，假定不同等級(jí)貢獻(xiàn)系數(shù)為αj，計(jì)算求取待評(píng)區(qū)域Nk綜合貼近度，即：

KTk=∑mjαjKkj（Nk）（6）

對(duì)待評(píng)區(qū)域Nk綜合貼近度進(jìn)行歸一化，得到不同待評(píng)區(qū)域間的水權(quán)分配權(quán)重Wk：

Wk=KTk/∑KTk（7）

由此，分配權(quán)重乘以水庫(kù)的可分配水量即得到水庫(kù)初始水權(quán)不同區(qū)域水權(quán)分配量。

5 水權(quán)分配計(jì)算與結(jié)果分析

首先利用長(zhǎng)序列時(shí)歷法，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行供水調(diào)節(jié)計(jì)算，得到不同保證率下的可供水量，作為水庫(kù)的可分配水權(quán)總量，然后，利用物元可拓水權(quán)分配模型對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和生活、生態(tài)用水等行業(yè)水權(quán)進(jìn)行不同區(qū)域的水權(quán)再分配。

5.1 水庫(kù)流域的行業(yè)水權(quán)分配

水權(quán)的分配要以水庫(kù)的來(lái)水量和可供水量作為基礎(chǔ)依據(jù)。采用1956—2014年水庫(kù)的實(shí)測(cè)徑流量資料進(jìn)行水文數(shù)據(jù)的還原還現(xiàn)，利用長(zhǎng)系列時(shí)歷法對(duì)水庫(kù)供水進(jìn)行多年調(diào)節(jié)計(jì)算，調(diào)算過(guò)程中，起調(diào)水位設(shè)定為水庫(kù)的死水位，起調(diào)庫(kù)容為死庫(kù)容，將最后一年的年末庫(kù)容作為起調(diào)庫(kù)容納入調(diào)算系列，直至起調(diào)庫(kù)容與最后一年的年末庫(kù)容一致。水庫(kù)的上限水位設(shè)定為興利水位，超過(guò)該水位則水庫(kù)棄水，同時(shí)，水庫(kù)的下泄水量要保證下游的河道生態(tài)用水需求。農(nóng)業(yè)、生態(tài)、工業(yè)和生活等的用水保證率分別按照50%、75%和95%考慮，水庫(kù)多年調(diào)節(jié)成果見(jiàn)表3所示。

經(jīng)計(jì)算得出，該水庫(kù)在滿足下游河道生態(tài)用水（600萬(wàn)m3/a）及下游現(xiàn)有灌區(qū)1 444 hm2耕地農(nóng)灌用水（424萬(wàn)m3/a）的條件下，可向城市生活及工業(yè)多年平均供水1 040萬(wàn)m3，那么城市生活和工業(yè)水量、農(nóng)灌水量及河道生態(tài)水量和即可視為水庫(kù)流域的行業(yè)水權(quán)分配水量。需要注意的是，利用水庫(kù)來(lái)水量和水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能計(jì)算得到的行業(yè)分配水量是有一定的供水保證率的，特枯年首先要滿足城市生活和工業(yè)用水需求，而生態(tài)用水和農(nóng)灌用水的保證程度不高。

5.2 水庫(kù)的區(qū)域水權(quán)分配

水庫(kù)的行業(yè)水權(quán)需要進(jìn)一步分配到具體的區(qū)域中去。由于水庫(kù)灌區(qū)全部位于A縣，其他縣沒(méi)有農(nóng)灌的競(jìng)爭(zhēng)用水要求，則50%保證率的424萬(wàn)m3農(nóng)業(yè)灌溉用水權(quán)可以全部分配給A縣，且河道下游生態(tài)用水（600萬(wàn)m3/a）也不參與區(qū)域用水分配。因此，僅需對(duì)水庫(kù)95%保證率的可供水量1 040萬(wàn)m3進(jìn)行不同區(qū)域間的再分配（見(jiàn)表4～5）。具體步驟如下。

第一步，以該大型水庫(kù)的大壩為界，采用流域境內(nèi)嵌套行政區(qū)的辦法，將流域分為上游和下游共5個(gè)區(qū)域，分別為A上游、A下游、B上游、C上游、C下游;分別量測(cè)上游匯水區(qū)和下游用水區(qū)的面積，分析各個(gè)分區(qū)的水文貢獻(xiàn)、水資源供需現(xiàn)狀、水庫(kù)工程建設(shè)與管理投入、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求等指標(biāo)特性。

第二步，利用前述建立的物元可拓水權(quán)分配模型，對(duì)各個(gè)分區(qū)的水庫(kù)水權(quán)分配指標(biāo)進(jìn)行賦值，其水權(quán)分配指標(biāo)值如表4所示。

第三步，指標(biāo)分級(jí)沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮各個(gè)分區(qū)的實(shí)際情況，以能夠區(qū)別不同區(qū)域之間差異化為目的，〖JP+2〗將水權(quán)分配優(yōu)先等級(jí)劃分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)3個(gè)等級(jí)，優(yōu)先順序?yàn)棰窦?jí)>Ⅱ級(jí)>Ⅲ級(jí)，其水權(quán)分配指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

第四步，根據(jù)公式（1）～（3）建立水庫(kù)水權(quán)分配的經(jīng)典域和待評(píng)物元，再根據(jù)公式（4）和公式（5），結(jié)合指標(biāo)熵權(quán)計(jì)算貼近度，最終采用公式（6）和公式（7）可確定水權(quán)分配的權(quán)重。

（1）構(gòu)造經(jīng)典域和待評(píng)物元

（2）綜合貼近度計(jì)算。根據(jù)熵權(quán)法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重系數(shù)βi=[0.118，0.021，0.079，0.027，0.198，0.238，0.218，0.087，0.004，0.010]，將權(quán)重系數(shù)代入貼近度計(jì)算公式，并進(jìn)行修正，令αj=[0.8，0.6，0.2]，〖JP+2〗分別求得待評(píng)區(qū)綜合貼近度，結(jié)果如表6所示。由表6中可知，A下游等級(jí)最高為Ⅰ，說(shuō)明需水配置的程度最高，故需要分配的水量越多。

（3）水權(quán)分配權(quán)重。對(duì)待評(píng)區(qū)域綜合貼近度進(jìn)行歸一化處理，得到A上游、A下游、B上游、C上游和C下游的水權(quán)分配比例分別為14.3%、38.0%、15.6%、17.5%和14.6%。將水庫(kù)的生活和工業(yè)可供水量1 040萬(wàn) m3按此比例分至5個(gè)區(qū)域，則水權(quán)分配結(jié)果如表7所示。

5.3 水庫(kù)初始水權(quán)分配結(jié)果分析

綜合水庫(kù)的行業(yè)水權(quán)分配和區(qū)域水權(quán)分配，得到水庫(kù)初始水權(quán)分配的計(jì)算成果，如表8所示。

從表6～8中可以看出，就行業(yè)水權(quán)分配而言，城市生活和工業(yè)的用水權(quán)為1 040萬(wàn)m3，占比最大，其次是河道生態(tài)用水600萬(wàn)m3，而農(nóng)業(yè)灌溉分配的水權(quán)最少，僅為424萬(wàn)m3，這與近些年城市化擴(kuò)展用水增加、城市景觀用水增多、灌區(qū)面積萎縮導(dǎo)致農(nóng)業(yè)灌溉用水減少的實(shí)際情況相符，也是城市和鄉(xiāng)村、工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水需求博弈的結(jié)果。就區(qū)域水權(quán)分配而言，A縣分配的水權(quán)最多，用于灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉和城市生活與工業(yè)生產(chǎn)，計(jì)967萬(wàn)m3，這與A縣處于水庫(kù)下游、是傳統(tǒng)農(nóng)灌和城市用水區(qū)，且長(zhǎng)期擔(dān)任水庫(kù)建設(shè)、維護(hù)和運(yùn)行管理的責(zé)任和貢獻(xiàn)大小是一致的;B縣處于水庫(kù)最上游，雖然現(xiàn)狀沒(méi)有用水，但是具有一定的匯水流域，對(duì)水庫(kù)的來(lái)水量具有一定的貢獻(xiàn)且承擔(dān)著水庫(kù)水

源地水質(zhì)保護(hù)的重要責(zé)任，分配了163萬(wàn)m3的水權(quán)，允許該縣未來(lái)通過(guò)建設(shè)輸水工程向附近的城鎮(zhèn)供水;同樣，C縣跨越水庫(kù)的上下游，分配的水權(quán)為334萬(wàn)m3，可以用于水庫(kù)上游區(qū)域，也可以用于下游區(qū)域的工業(yè)生產(chǎn)和城市生活用水。該水權(quán)分配方案既考慮了水庫(kù)上下游、又考慮了現(xiàn)狀和未來(lái)用水需求，體現(xiàn)了客觀、公平、公正的基本原則，得到了相關(guān)縣行政區(qū)和有關(guān)部門的認(rèn)可，目前已經(jīng)形成具體的分配方案。

6 結(jié) 語(yǔ)

水庫(kù)的初始水權(quán)分配是解決當(dāng)前水庫(kù)供水矛盾的重要手段，也是完善水權(quán)管理制度的重要內(nèi)容。但水庫(kù)初始水權(quán)分配過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其影響因素較多，涉及多方利益相關(guān)者，需要統(tǒng)籌考慮多因素影響，并采用科學(xué)可行的分配方法。

（1）影響水庫(kù)水權(quán)分配的因素主要包括流域水文條件、水庫(kù)周邊現(xiàn)狀供用水與需水情況、水庫(kù)工程建設(shè)與管理、水庫(kù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平等，本文通過(guò)影響因素分析，選擇敏感性因子構(gòu)建了水庫(kù)初始水權(quán)分配指標(biāo)體系，為開(kāi)展水庫(kù)的水權(quán)分配奠定了基礎(chǔ)。

（2）引入物元可拓理論，建立了水庫(kù)初始水權(quán)分配的物元可拓模型，有效處理水權(quán)分配指標(biāo)的權(quán)重賦值問(wèn)題，豐富了水權(quán)分配的模型方法。

（3）以山東某水庫(kù)為例，通過(guò)水庫(kù)供水調(diào)節(jié)方法，計(jì)算得到水庫(kù)的可供水量，作為水庫(kù)可分配的水權(quán);利用物元可拓模型對(duì)水庫(kù)的行業(yè)水權(quán)和區(qū)域水權(quán)進(jìn)行分配，水庫(kù)水權(quán)分配的結(jié)果得到了水庫(kù)周邊地區(qū)不同利益相關(guān)者的認(rèn)可。

目前我國(guó)對(duì)于水庫(kù)水權(quán)分配的研究和實(shí)踐尚處于起步階段，水權(quán)分配指標(biāo)體系構(gòu)建和分配方法的選擇對(duì)于水庫(kù)水權(quán)分配至關(guān)重要，需要結(jié)合實(shí)際情況開(kāi)展進(jìn)一步探索并擴(kuò)大實(shí)例應(yīng)用。在當(dāng)前水權(quán)、水價(jià)、水市場(chǎng)交易改革積極推進(jìn)的大背景下，建議開(kāi)展不同區(qū)域、多水源、多行業(yè)的水權(quán)分配理論、方法和實(shí)例的研究，為推進(jìn)我國(guó)水權(quán)制度

改革提供決策參考。

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Study on water initial rights allocation of reservoir based on matter-element

extension theory

ZHANG Lei1，2 SHI Yu-zhi3 LIU Hai-jiao3 LI Fu-lin3

（1.Business School， Hohai University，? Nanjing Jiangsu 210098，China;

2.Science and Technology Promotion Center， Ministry of Water Resources， Beijing 100038，China;

3.Water Resources Research Institute of Shandong Province， Jinan Shandong 250013，China）

Abstract Initial water rights allocation is an important part of water rights management system in China， which plays foundational roles on optimal water resources allocation under market economic conditions， and it is of great significance to promote regional economic and social development and industrial layout. However， due to lack of water resources in nothern China， water disputes are getting more and more serious between water demands and available water supplies around the reservoir area， which makes water rights allocation of reservoirs more difficult. So it is necessary to present an appropriate allocation method for initial water rights in the reservoir area considering multiple stakeholders in order to improve the equity and efficiency of water uses. Taking a reservoir in northern China as a study case， this paper firstly analyzes the sensitive factors affecting the initial water rights allocation of a reservoir from aspects of hydrological conditions， water supply and demands， engineering construction with management as well as economic and society development， and then establishes an evaluation index system for determining the weights of water rights allocation by selected proper impacting factors. This paper also presents a reservoir water rights allocation model based on the Matter Extension Theory， and the proposed model is applied for the industry and regional water right allocation according to the available water supply of the reservoir. Results show that three parts of water rights are allocated including agricultural water rights of 4.24 million m3， industrial and domestic water right of 10.4 million m3 and ecological water rights of 6 million m3， as well as 9.67 million m3 in county A， 1.63 million m3 in county B and 3.34 million m3 in county C， due to cross-regional river ecological flow management， the ecological water rights belong to senior administrative management. The scenarios of the resevoir water rights allocation haves been approved by different stickholders and this study will be beneficial to promoting water rights allocation under market conditions and improving water resources decision management.

Key words reservoir water right; water rights allocation; matter-element extension