遼寧省初始水權優化分配模型構建及應用

佟大千

(遼寧省河庫管理服務中心(遼寧省水文局)，遼寧 沈陽 110000)

1 概述

在最嚴格的水資源管理制度下，如何對區域初始水權進行分配是當前水資源行政管理部門的難題，也是重點需要解決的問題[1]。以前，對于區域初始水權分配大都是結合地區水資源用水總量，對其初始水權進行分配，這種分配方式主觀性強，缺乏科學性[2]。為提高區域初始水權分配的合理性、客觀性，國內許多學者展開了相關研究[3- 9]，并結合一些區域水資源量的特點，建立初始水權分配指標體系，但這些指標體系往往具有很明顯的區域特點。對于南方地區而言，其生產用水量相對較大，因此其初始水權分配中對生產用水量覆蓋面較多；而對于北方地區而言，其農業用水量相對其他類型用水較大，因此其初始水權分配指標體系對農業用水量覆蓋面較多[10]。此外國內對于初始水權考慮優化分配的研究成果還相對較少，為此本文以遼寧省為例，結合在水資源優化分配領域中應用較多的多目標層次分析方法[11- 15]，在構建適合于遼寧地區初始水權分配指標體系的基礎上，選用該方法對各市初始水權進行優化分配。研究成果對于全省乃至東北地區初始水權合理、科學分配具有重要的參考意義。

2 初始水權優化分配模型及指標體系

2.1 優化模型原理

各用水水權優化分配的目標函數主要從社會、生態及經濟效益出發，通過對各目標函數效益值進行不斷調試優化達到效益最大值。初始水權優化分配模型首先從社會效益目標出發，對其目標值進行優化計算，方程為：

(1)

初始水權分配模型的經濟效益優化計算方程為：

(2)

在經濟、社會效益目標函數計算的基礎上，對其生態效益進行優化計算，方程為：

(3)

在進行經濟效益目標優化時，其約束條件為優化前后水量減少率不能高于20%，生態效益目標優化的約束條件為優化后期生態用水保障率不能超過100%。

2.2 分配指標體系

結合遼寧省水資源特點，從目標層、準則層、指標層建立遼寧省初始水權分配指標體系，初始水權分配指標體系見表1。

表1 遼寧省初始水權分配指標體系

3 模型應用

3.1 各行政區初始水權分配指標值

遼寧省屬于水資源相對短缺的省份，水資源量時空分布十分不均勻，空間上總體從東向西逐步遞減變化，流入遼寧省境內的入境水量多年平均值為54.60億m3。其中，渾江口以上入境水量多年均值為34.83億m3，遼河干流柳河口以上入境水量多年均值為17.94億m3，沿渤海西部諸河入境水量多年均值為1.83億m3。全省出境河流包括流出到河北、內蒙古、吉林的青龍河、老哈河在建平縣部分的支流、東遼河在西豐縣的支流和輝發河在清源縣的支流，全省出境水量多年均值為307.35億m3。其中，出省境水量多年均值為4.34億m3。全省各行政分區中地表水資源量多年均值在10億～80億m3之間，丹東市地表水資源量最大，盤錦地區地表水資源最低。全省地下水資源量多年均值為106.80億m3，其中，山丘區地下水資源量42.96億m3，平原區地下水資源量67.66億m3，山丘區與平原區重復計算量3.82億m3。結合初始水權分配指標，利用遼寧省2019年統計年鑒及水資源公報數據，對各指標進行賦值計算，結果見表2。

表2 遼寧省2019年初始水權分配指標值

3.2 各指標分配權重設置

采用專家經驗賦值方法，以行政分區為單元，對遼寧省初始水權各分配指標的權重進行設定，各行政分區初始水權分配指標權重見表3。

表3 遼寧省2019年各行政分區初始水權分配指標權重設定值

從各行政分區初始水權分配結果可知，遼寧省各行政分區不同指標權重設置具有一定的規律性，缺水率在各行政區初始水權分配指標中權重最高，是主要的硬性指標，缺水率越高，其初始水權分配量也相對越高，一般而言城市缺水率是供水量與需水量的比值。城市用水首先需要滿足城市生活用水，其次要滿足農業正常生產需水，再次要滿足工業產值增加的用水需求。遼寧省缺水率也同樣具有較為明顯的地區變化規律，東部由于水資源量相對充沛，因此其缺水率較低；而西部地區由于水資源量相對短缺，因此其缺水率權重也相對較高，中部臨海城市的缺水率權重值也較高。此外對于城市初始水權分配而言，其人口密度影響權重也相對較大，人口密度和人口增長率2個分配指標有較大的關聯度，其權重也具有一定的地區差異性。經濟較好的城市，其人口密度和人口增長率相對權重較大；而經濟較低的城市，如遼寧的西部等城市人口密度和人口權重的指標權重相對較低，主要側重于農業用水相關的初始水權分配指標。

3.3 各行政區初始水權優化分配

在省各行政分區初始水權分配指標賦值和指標權重分析基礎上，以社會、生態、經濟效益為目標函數，以區域供水量、需水量為指標約束值，利用初始水權優化分配模型，對遼寧省2019年各行政區初始水權進行優化分配，優化結果見表4。

表4 遼寧省2019年各行政區初始水權分配結果

以遼寧省2019年總的可供水量235.4億m3進行初始水權優化分配，從表4可看出，優化分配結果總體合理。沈陽作為省會城市，其供水保障程度要相對高于其他城市，因此其優化分配權重較高，此外營口和阜新地區作為全省缺水率較高的地區，其分配權重也相對較高，尤其是營口地區，由于區域內無任何大、中型水利工程，只能靠上游水庫放水進行應急補水，因此其初始水權分配權重也較高。阜新市作為全省最旱的城市，雖然其區域內建設有較多大、中、小型水庫，但其缺水率也較高，因此其初始水權優化分配值也相對較大。丹東地區作為全省缺水率相對較低的城市，雖然人口密度也相對較大，但由于水資源總量較為充沛，此外工業用水相比于其他城市要少，使得其初始水權優化分配值相對較低。總體而言，初始水權分配和區域社會、生態、經濟效益具有較高的相關度，優化分配首先保障社會效益，即城市居民生活用水的保障；其次為經濟效益，尤其是東北作為老工業基地，東北振興也需要保障經濟效益，因此對于工業城市如鞍山、鐵嶺等城市，其水量優化分配值也相對較高。

3.4 各行政區初始水權二次優化分配

考慮到各行業用水程度不同，在省各行政區初始水權一次分配的基礎上，分別從工業、農業、生活、生態4個層次進行初始水權的二次優化分配，從而指導各區域進行不同行業用水的初始水權的分配，二次優化分配結果見表5。

表5 遼寧省各行政分區初始水權二次優化分配結果 單位：108m3

為對比全省各行政區不同行業初始水權二次優化分配結果，結合2019年全省各行政區不同行業用水量，對其優化結果的合理性進行分析。通過對比分析，優化后農業和生活用水總體有所提高，工業用水比例有所下降，此外生態用水也不同程度得到提升，這主要是建立的初始水權分配模型可綜合考慮社會、生態、經濟效益，并以區域可供水量作為各指標的約束條件，相比于優化前，其初始水權二次分配結果更為合理。從2019年遼寧省各行政分區初始水權二次優化分配結果可看出，總體均呈現生活水權高于農業水權，農業水權高于工業水權，生態水權均低于各類行業用水水權，尤其是對于遼寧西部水資源短缺的城市，其優化分配后，初始生態水權有所降低。

4 結論

(1)針對城市初始水權優化分配進行了探討，一個城市首先要保障生活初始用水水權，不同類型可供水量作為其分配指標的約束條件進行設置。

(2)初始水權優化分配是水權制度的核心，進行城市水權交易的基礎也在于初始水權的優化分配，是城市水權制度建立的關鍵環節，因此對東北缺水城市一定要盡快對初始水權進行優化分配，為城市水權交易和水權制度建立提供基礎和依據。

(3)從社會、生態、效益3方面為東北城市初始水權優化分配提供一定的思路，構建的指標體系覆蓋面還有所差距，在后續研究中應增加城市初始水權分配指標體系的覆蓋度，從而使得優化分配結果更為精準。