基于沖突分析圖模型的海岸防護工程決策主體均衡分析?

劉海波,劉紅軍，許國輝

(中國海洋大學環境科學與工程學院,山東 青島 266100)

海岸線是海洋和陸地的接觸地帶，可有效地將陸地與海洋隔開，保障陸地居民的穩定生活。但同時，海岸帶也是全球生態環境的脆弱帶，由于受到多種作用力的相互影響，海岸帶所處的動態平衡本身存在一定的脆弱性[1]。全球氣候變暖導致的海平面上升、沿海自然資源的不斷開發以及人類生產活動造成的沿岸輸沙被攔截，使得海岸線加速侵蝕成為全球范圍內的普遍現象[2]。海岸侵蝕不僅破壞海岸線的整體結構，嚴重時還會加速海岸線后退，影響沿海城市的建設和發展，威脅人類生命與經濟安全。長期以來相關學者針對不同的海岸線侵蝕現象做了大量工作，為海岸帶的防護與修復提供了科學依據[2-3]。中國的海岸整治措施以傳統硬工程措施、線防護為主，從增加泥沙供給量和減少入射波浪能量的角度實施，常采用建設海堤、丁壩、離岸堤、人工沙灘等常用侵蝕防護工程措施，對海岸線進行綜合整治防護。

如何對濱海環境加以合理改造以適應人類社會發展是長久以來本領域的重要研究課題。實踐中，許多國家和地區大量修建離岸壩、丁壩等海岸線防護工程，用于海灘的防護和修復，以應對日益嚴重的海岸線蝕退問題。然而，離岸堤、丁壩這類海岸防護工程在減少上游泥沙流失的同時勢必會擾亂近岸的波浪場、波生流場，進而造成不平衡輸沙并加速下游海岸侵蝕，最終產生新的侵蝕熱點[4]。因此在做出海岸防護設施建設的決策前，不僅要充分考慮設施對于本地區的成本和收益，還要兼顧其外部性對相鄰海岸的影響。目前關于海岸防護工程決策的研究大多集中于對海岸資源開發與海岸侵蝕防護中各級政府、企業和社會公眾之間的沖突[5-7]，而鮮有學者將海岸防護工程對臨岸侵蝕的不利影響納入到海岸防護工程決策體系內。現有的解決海岸防護工程決策沖突問題的方法大都運用博弈思想建立模型。經典博弈論要求精確的偏好值，且決策過程需要收集大量的信息和數據，然而在解決實際問題過程中，沖突各方對自然屬性的評判往往難以量化，這需要一種合理的制度來對這種資源加以管理[8]。

沖突分析圖模型法(GMCR)作為工程決策理論的重要組成部分，是在經典對策論和偏對策理論的基礎上發展起來的一種對沖突行為進行正規分析的決策分析方法。在沖突研究初期，沖突問題只是被當作經典的非合作對策加以研究，隨著沖突分析領域的不斷擴大，沖突分析方法得到了逐步地發展。1987年Kilgour等[9]提出沖突的圖示模型，為沖突分析圖模型的建立奠定了基礎。目前，沖突分析圖模型已用于解決現實社會中的重大沖突問題，如國際貿易爭端[10]、工業發展與環境問題[9]、軍事沖突[11]、勞務問題談判[12]等。針對海岸帶工程防護問題信息量較少的特征[13-14]，沖突分析圖模型理論只需要各沖突方的少量偏好信息[15]就能夠對沖突進行有效的分析，求出均衡解，更適用于決策主體之間信息匱乏、偏好難以定量化研究的問題[16]，能合理地為沖突決策者、調解機構提供有效的解決方案[17]，也被逐漸用于解決基礎研究項目決策問題[18-19]。

本文將在前人研究的基礎上，運用沖突圖模型對海岸防護工程引起的下游海岸侵蝕補償問題進行分析。選擇最常用的海岸線防護工程——丁壩為例來建立模型，通過海岸工程防護主體的策略和利益得失來展現沖突本質，根據決策者的選擇和偏好計算出最優解，預測出沖突問題的最終結果，為參與者的決策提供依據。文章將提出一個具有普適性的海岸防護工程引起下游海岸侵蝕的理論模型，并運用不確定偏好的模型方法探討海岸防護工程決策主體的選擇、偏好與均衡問題，為現實中海岸防護工作提供一定的決策依據。

1 沖突分析圖模型

沖突分析圖模型是用于解決不同的決策主體間的沖突問題的模型方法。不同的決策主體采取不同的行動或策略，排列組合形成一系列狀態。每一個決策主體對狀態的偏好關系都有各自的認知，每一個狀態可以作為每一個決策主體的共同的交點(Nodes)，狀態和狀態之間是可以轉移的，能夠轉移的狀態為可行狀態。連接狀態的弧(Directed arcs)是決策主體的行動，每一個決策主體可以控制自己的行動實現狀態間的轉移。決策主體的行動是存在方向的，一些行動一旦采取后就無法撤回。

在圖模型中，每一個狀態都是由不同的決策主體為達到自身目標所選擇策略的組合而成。實際上，每一個決策主體的策略都有自己的選擇策略,表示為O1，O2，…。決策主體判斷是否對策略進行選擇，如果選擇，則用 “Y”表示，如果不選擇，則用 “N”表示。將每一個決策主體的策略排成一列，由于主體的不同選擇的而產生不同的狀態。假設所有決策主體總共有p個選擇策略，那么在數學邏輯上將會有2p個狀態，但在實際應用中，由于選擇之間存在一些矛盾，可行狀態一般是小于2p個狀態。

基于上述圖模型方法的描述，給出數學語言的定義，假定有多個決策主體N={1,2,…,n}，通過對各自行動或策略形成狀態集合S={s1,s2,…,sm}，對于任意決策主體k∈N所采取的行動或策略Ak∈S×S可以控制狀態之間的轉移，決策主體發生狀態移動的根源是決策主體的偏好Pk，對此沖突分析圖模型的數學表達如下：

[N,S,{(Dk,Pk):k∈N}]。

明確決策主體、行動(策略)、狀態和偏好后，關于沖突分析圖模型的Nash stability(Nash)，General Metarationality (GMR)，Symmetric Metarationality (SMR) 和 Sequential Stability (SEQ)[25-26]的4種均衡定義如下：

2 模型建立

2.1 問題描述

通常情況下，對于一段受到侵蝕的海岸，當其所有者為私人或企業的情況下，侵蝕的海岸影響到其經濟利益，做出對海岸進行防護或不采取防護措施的決策者是私人或企業。當私人或企業評估其對侵蝕海岸實施防護工程的收益大于其因海岸侵蝕造成的損失時，其必然做出對侵蝕海岸進行防護的決策。這時，由私人或者企業做出決策存在風險。由于各個相鄰岸段存在水動力相互聯系，對某一岸段實施了工程防護，可能會引起沿岸泥沙輸運的下游岸段的侵蝕，這樣會對下游側的利益相關方產生不利的影響。中國因國土資源國有的屬性，對海岸國土資源由公共部門政府實施管理，理論上可以避免由私人或企業做出決策而導致的不利風險。

中國政府作為公共部門，按照層級進行設置，不同層級的政府對侵蝕岸段是否實施防護工程，會因為確立目標的不同而出現不同的選擇。不同層級的政府有不同范圍的管轄權。下面設定一個3級政府的情景，討論由于政府層級不同，可能出現的對海岸侵蝕是否實施防護所確立的目標不同問題。

將設定的3級政府稱為A、B、C級，其中管轄權限范圍為A>B>C，設定C級政府的C1和C2處于相鄰的砂質海岸線處。再繼續設定2種情形：甲種情形是C級政府的C1和C2，都歸屬于B1管轄；乙種情形是C1歸屬于B1管轄，C2歸屬于B2管轄，B1和B2都歸屬于A管轄。C1和C2所管轄的砂質岸線存在沿岸輸沙，并且沿岸輸沙的方向是由C1管轄區運動向C2管轄區(見圖1)。C1管轄區的岸線存在海岸侵蝕現象。

對于政府C1來說，保護形成寬闊優良的砂質岸線，其海岸國土資源價值將大幅提升。而防止其管轄岸線侵蝕的措施是在其管轄區臨近C2管轄區位置，向海里修建一條丁壩，就會將處于侵蝕狀態的岸線，通過泥沙的淤積而向海中推進(見圖1)。修建一條丁壩的費用相比于海岸國土資源提升的價值較小，則政府C1必然做出修建丁壩的選擇。當修建丁壩的費用比海岸國土資源提升的價值還要高的情況下，政府C1會選擇不修丁壩。在政府C1先擇修建丁壩的情況下，由于丁壩阻攔了沿岸泥沙輸運到政府C2管轄的岸線，會導致政府C2管轄岸線的侵蝕(見圖1)，使得政府C2管轄海岸的國土資源價值下降。

2.2 決策主體的策略選擇

首先，在決策主體確定方面，根據描述問題的背景，假定有四個決策主體，政府C1，政府C2，兩政府的上級政府B(為更好地簡化模型，便于模型計算，假設政府C1和政府C2均被政府B管轄)，以及更高一級的政府A。政府C1可采取修建丁壩、丁壩的再開發和對政府C2損失的補償三種策略，政府C1在考慮由優良的砂質岸線帶來的國土資源價值和由國土資源利用帶來的經濟價值的同時，也需要考慮因修建丁壩而對政府C2所處的地區的造成的海岸線侵蝕。政府C2無權干涉政府C1修建丁壩，但政府C2可以要求政府C1和上機政府B對修建丁壩造成破壞而進行補償。上一級政府B給予政府C1和C2相關的支持，并在調節政府C1和C2的關系，以實現各方利益最大化。對于更高一級政府A，在政策制定上可以給予更低級別的政策支持。

根據對決策主體以及決策主體的策略分析，每一個策略都有采取(Y)和不采取(N)兩種行為。由于4個決策主體共有7個策略，在數學邏輯上將會有27=128種狀態，但在實際情況下，一些狀態的策略組合是矛盾的，比如，當決策者政府C1選擇不修建丁壩，那么決策主體C1也不能夠繼續商業開發，也不會給予政府C2關于修建丁壩的補償。因此最終的決策主體可行狀態是42種，如表1所示。

表1僅能夠表達每個狀態下的各個決策主體的策略組合，為更好觀察各狀態的轉移路徑繪制狀態轉移圖如圖2所示，在沖突圖模型理論中，在其他決策主體不發生策略變化的情況下，一個決策主體發生策略變化時稱為狀態轉移。狀態轉移是具有方向的，在海岸工程防護案例下，決策主體均為雙向轉移。

2.3 決策主體的偏好分析

在沖突分析圖模型中，每個決策主體對應著相同的狀態，但是每個決策主體對各個狀態的偏好不同，這也是導致各個決策主體發生沖突問題的根本原因，因此分析不同決策主體的偏好是解決沖突問題的重要基礎。

在確定狀態轉移路徑后，應對各決策主體的各狀態的偏好進行評價，對于各決策主體而言，修建丁壩需要考慮的因素如表2所示。

政府C1在決定是否修建丁壩時，需考慮多重因素，主要可分為經濟因素、環境因素和政策因素。經濟因素中從成本和收益兩方面考慮，其中，經濟成本主要有修建工程本身直接成本，工程實施的相關環境補償成本，資金使用的機會成本以及工程使用本身的維護成本；經濟收益主要有土地資源收益，國土資源相應補償，工程本身的開發收益及其相關減稅政策。在環境因素方面，丁壩修建時，需要考慮對環境的危害和環境的改善。同時政府C1應考慮更高級別政府政策的制定，基于不同的政策所做出的策略應是不同的。

如果更高級別的政府制定政策支持政府C1修建丁壩，政府C1更有動力修建丁壩；如果更高級別的政府的政策不支持政府C1修建丁壩，政府C1在修建丁壩就更為慎重。同時，政府C1需綜合權衡經濟成本和經濟收益，如果政府C1認為修建丁壩的所帶來的經濟收益高于成本，政府C1更希望修建丁壩并進行更深層次的地開發；如果政府C1認為修建丁壩的所承擔的經濟成本高于經濟收益，政府C1則慎重考慮下一步行為。同樣，環境因素也是影響決策者行為和偏好的重要因素，權衡修建丁壩對環境產生的影響，以及和經濟因素的相關影響，對決策者行為提供了偏好的指導。

表1 丁壩修建問題的決策主體、策略和可行狀態匯總表Table 1 Summary table of decision-making subjects,strategies and feasible states of groin dam construction

表2 決策主體政府修建丁壩的考慮因素Table 2 Consideration factors for the construction of spur dikes by the decision-making subject government

對于政府C2而言，政府C2反對政府C1修建丁壩，雖然政府C2無法對政府C1修建丁壩提供決策性的建議，但是政府C1修建堤壩將會給政府C2所在地區帶來土地的侵蝕，會給政府C2所在地區帶來經濟和環境方面的多重損失，因此政府C2需要對各種損失進行評估，為是否要求賠償和賠償金額提供實際支撐。同樣，政府C2會配合上級領導的相關政策，對自身海岸進行防護，降低海岸侵蝕所帶來的損失。

對于政府B而言，在確定決策主體偏好時，需綜合考慮政府C1和政府C2的經濟因素、環境因素和管理因素，以及和A級政府的政策因素。政府B首先考慮更高級政府政策的支持情況，在政府A政策支持的情況下，政府B更愿意支持政府C1修建丁壩，并繼續開發。如果政府A政策不支持，政府B則減少支持政府C1修建丁壩的意愿。同樣，政府B也要綜合考慮兩地區的經濟因素和環境因素，如果修建丁壩，在對環境破壞較小時能夠對兩地區的經濟帶來較大的改善，那么政府B更愿意給予相應的環境補償；如果修建丁壩對環境造成極大的自然破壞或者經濟損失嚴重，政府B則不愿意給予政策支持和相關的環境補償。

同樣，對于政府A而言，在政策制定方面要統籌大地區，綜合權衡經濟、環境和管理要素，考慮是強調經濟發展高于環境保護，是強調環境保護高于經濟發展，還是促進經濟發展和環境保護協調可持續發展。政府A在制定政策時，也需考慮不同利益群體的沖突問題，明確協調沖突問題的原則和資源分配的平等性等問題。

通過對影響每個決策主體偏好的因素分析，在一定的條件假設下，依據不同決策主體的偏好對所有可行狀態進行排序。

本文僅以當前更高級別政府A在制定政策時更希望經濟發展與環境保護統籌協調可持續發展，經過實地的評估確定政府C1修建丁壩能夠帶來較大的經濟發展，相對而言對環境影響不大，就此情況下每個決策主體對于42種狀態的排序不同，排序結果如表3所示。

表3 環境危害遠小于經濟收益的情況下各決主體的各狀態的偏好排序Table 3 The preference ranking of each state of the decision subjects under the circumstance that the environmental harm is far less than the economic benefit

在修建丁壩能夠帶來較大的經濟發展且環境破壞較小假定條件下，政府C1更積極地修建丁壩。從上級政府獲取相關政策條件，并充分利用工程的再開發，獲取利潤最大化。關于對政府C2進行補償的問題，C1更希望上級政府B出面給予政府C2補償。對政府C2而言，更希望政府C1不進行修建丁壩。如果政府C1修建堤壩，政府C2會要求政府C1和政府B進行相應的補償，并希望二者給予補償和相關資源的分配，通過補償挽救海水侵蝕帶來的損失。政府B在得到政府A的支持下也會支持C1修建丁壩以謀求整個B地區的經濟發展，如果政府C2提出補償要求，政府B更希望政府C1能夠承擔大部分對政府C2的補償。對于政府A，如果修建丁壩能夠帶來較大的經濟發展且環境破壞較小的話，符合經濟發展與環境保護協調可持續發展，政府A愿意給出相關的政策支持。

3 結果與討論

基于上述偏好設置，依據沖突圖模型的Nash stability(Nash)，General Metarationality (GMR)，Symmetric Metarationality (SMR) 和 Sequential Stability (SEQ)四種均衡的概念，對修建丁壩的沖突問題進行求解，求解結果如表4所示。

表4 環境危害遠小于經濟收益的情況下修建丁壩沖突問題的求解結果Table 4 The solution results of the conflict problem of dam construction under the condition that the environmental harm is far less than the economic benefit

根據沖突圖模型的均衡解定義，在某一狀態下當所有決策主體同時滿足同一種均衡，那么該狀態即該均衡的均衡解。觀察表4可知，同時滿足四種均衡的均衡解的狀態是S32和S40。由表4知，這兩種狀態都是在政府A給予政策支持的條件下，政府C1決定修建丁壩并進行深層次的開發，政府C2要求補償，此時政府B主要進行補償，政府C1不直接進行補償。二者區別是：狀態S32是政府B拿出支持政府C1的資金來對政府C2補償；狀態S40在補償政府C2的同時，也提供對政府C1的支持。滿足GMR和SMR兩種均衡的均衡解的狀態是S10，S29，S30，S31，S33，S34，S37，S38，S39，S40，S41和S42等狀態，除S10以外的其他狀態都是政府C1采取修建堤壩的行動，這些狀態的區別在于是否對堤壩的深度開發以及不同決策主體的補償方式的不同。通過對于各決策主體狀態的排序和均衡解的分析，狀態S41和S42發生的可能性較大，政府A給予宏觀支持，政府B給予政府C1和C2雙方支持，政府C2要求補償，政府C1修建丁壩并給予政府C2補償，在這兩種狀態下才能夠確保經濟發展的前提下盡可能減少對環境自然的破壞。

4 結語

本文運用不確定偏好的沖突圖模型對引起下游海岸侵蝕的海岸防護工程多方參與決策問題進行分析。通過建立具有普適性的理論模型，分析了海岸防護工程所涉及到的利益主體、各個主體所采取的相關對策以及形成的狀態集合，從經濟因素、政策因素和環境因素多維度出發，綜合考慮了不同決策主體的狀態偏好，最終形成均衡解。結果表明，海岸防護工程有助于提升當地的土地面積和防災減災能力，合理的開發利用有利于地區的環境保護和經濟發展，在謀求當地利益的同時，需兼顧相鄰區域帶來的破壞并通過協商彌補工程所帶來的負向影響，不同層級的政府部門通力合作有助于化解不同決策主體的利益矛盾和修復風險。

文章根據沖突分析圖模型，對建設某特定海岸防護工程的地方政府C1、C2、上級政府B以及更高一級的政府A四個決策主體的策略、偏好進行分析，綜合考慮各決策主體的經濟因素、環境因素、政策因素和管理因素，根據各政府的管轄范圍、利益得失等綜合考慮各方因素。通過借助沖突圖模型對各決策主體狀態的排序和均衡解的分析研究，發現海岸防護工程的建設需要各級政府的支持，更高級政府的宏觀支持，上級政府的財政支持和補償支持，以及行動政府的修建、開發、補償力度均能保障，在經濟發展的基礎上合理有效、公平綠色地對海岸帶進行防護。

本文所給出的沖突問題圖模型權衡求解結果能夠從框架上給出一定的決策參考，但在實際決策過程中遠比所討論的情況復雜的多，對此開展合理全面的評估，明確侵蝕海岸的防護變量和構建侵蝕海岸的防護體系是防護重要基礎，綜合權衡各個相關利益者的偏好，確定優化方案。在未來，進一步運用沖突分析方法用于求解更為復雜的真實海岸防護工程的利益矛盾中。