耿翔燕,葛顏祥
(山東農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟管理學院,泰安 271018)
隨著我國經(jīng)濟、人口的快速增長,水資源需求量逐漸增多,流域上下游間的用水矛盾日益突出,流域斷流現(xiàn)象頻繁發(fā)生。因水資源短缺造成的流域水環(huán)境惡化已成為制約經(jīng)濟社會和諧發(fā)展的重要瓶頸[1],流域水資源量的合理劃分迫在眉睫。十八屆三中全會強調要有序推進重要江河的水量分配工作,加快水的生態(tài)文明建設。實踐中,黃河、石羊河、黑河、晉江、太湖等流域的水量分配工作相繼開展。
流域水量分配應兼顧生態(tài)與經(jīng)濟、公平與效率。流域水資源的科學劃分對優(yōu)化水資源配置、協(xié)調流域各區(qū)域間的利益關系具有重要作用。近年來,學者們圍繞著流域水量分配做了大量研究,并取得了一定成果。李榮昉[2]通過綜合考慮河道內(nèi)外的生態(tài)需水,進而確定了流域各斷面的最小需水量; 付意成[3]基于合作博弈理論,從流域用水部門利益最大化角度,建立了永定河的水量分配模型; 呂雁琴[4]、張升東[5]等在流域水資源總量的基礎上,分別利用層次分析法、模糊優(yōu)選法等構建水量分配體系,通過權重或優(yōu)屬度確定流域各區(qū)域的應分水量?,F(xiàn)有研究多停留在流域水量“分多少”層面,對于后續(xù)的“怎么分”及“分完如何保障”等問題較少涉及。此外,現(xiàn)有的水量分配多為行政調控,無償為流域下游供水,忽略了上游對水量維持的保護貢獻,且沒有考慮各區(qū)域實際使用中的行為差異,抑制了水量維護行為,導致水量短缺與浪費并存。
生態(tài)補償作為當前重要的環(huán)境保護手段,在保障用水者權益、緩解流域生態(tài)經(jīng)濟矛盾等方面發(fā)揮重要作用。目前國內(nèi)外學者多考慮流域生態(tài)補償中的水質好壞[6-8],對水量涉及較少。徐大偉[9]提出生態(tài)補償中應顧及水資源的稀缺性,并根據(jù)水權和經(jīng)濟貢獻率確定了區(qū)域的水量系數(shù); 陳艷萍和周穎[10]利用區(qū)域取水量與分水量的差額,測算了黃河流域水量方面的補償額。我國北方流域多為缺水型區(qū)域,對充足水量的需求比水質更為強烈。鑒于此,為進一步明確各區(qū)域的分水量及水資源利用上應承擔的責任,文章擬從水量分配入手,以生態(tài)補償為落腳點,設計一套較為完善的水資源配置與管理體系方案,確保流域水資源從分到用的順利實施。以山東省小清河流域為研究對象,利用多元指標體系法對小清河流域可用水量進行初始分配,對流域水資源使用過程中的保護行為進行補償、浪費破壞行為進行懲罰,以期理順上下游水量間的生態(tài)利益關系,激勵流域上游更好的保護水環(huán)境,為流域的可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。
小清河是山東省最大的內(nèi)陸河,也是全國5條重要的國防戰(zhàn)備河道之一。小清河源起濟南泉群,干流河道長237km,支流眾多,流域人口為1 123.10萬人,流域面積達103.36萬hm2,擔負著山東省魯中地區(qū)灌溉、防洪除澇、航運等多重功能。
小清河流域內(nèi)的降水時空分布不均勻,年際變化大,豐枯水年的交替現(xiàn)象明顯,是典型的水資源短缺型河流。近年來,隨著用水需求的不斷增長,小清河流域水資源短缺現(xiàn)象日益明顯,嚴重影響了流域周邊工農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。據(jù)山東省環(huán)保廳統(tǒng)計, 2015年小清河24個省控斷面中有3個處于斷流狀態(tài),占監(jiān)測斷面的1/8。2016年山東省提出“十三五”末要實現(xiàn)小清河的全面復航,對小清河水量維持問題提出更高要求。因此小清河流域水量分配十分必要,是優(yōu)化水資源配置、實現(xiàn)流域水資源高效利用的關鍵驅動因素。
流域水量分配問題涉及生態(tài)、經(jīng)濟社會等多個因素,以往按照人口、面積、生產(chǎn)總值、用水現(xiàn)狀等單一的分配模式具有片面性,難以兼顧多方面的需求。指標體系法可同時涵蓋流域的定性和定量信息,能夠很好地體現(xiàn)各因素的重要程度,提高流域水量分配結果的科學性。該文利用混合的分配模式,在建立多元指標體系的基礎上,確定各影響因素的權重,為小清河流域水量分配方案提供依據(jù)。
2.1.1 水量分配指標體系的建立
流域水量的分配應確保公平,同時兼顧效率和可持續(xù)性。小清河目前水質較差,流域用水主要作為周邊的農(nóng)業(yè)灌溉和航運。該文從小清河流域的整體利益角度出發(fā),遵循數(shù)據(jù)材料易搜集、計算簡便可操作、影響指標各自獨立的前提條件,根據(jù)小清河的實際現(xiàn)狀,結合當?shù)毓ぷ髡吆蛯<覍W者的建議,經(jīng)過反復篩選論證,最終選取10個主要影響因子從社會公平、經(jīng)濟效率和生態(tài)可持續(xù)3個維度進行小清河流域水量分配的指標體系構建(表1)。
表1 小清河流域水量分配指標體系
目標準則指標指標含義小清河流域水量分配A社會公平B1人口總量C1正向,表征區(qū)域人口數(shù)量多少農(nóng)業(yè)有效灌溉面積C2正向,體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)用水公平現(xiàn)狀用水量C3正向,體現(xiàn)了尊重現(xiàn)實用水需求經(jīng)濟效率B2人均GDPC4正向,表征經(jīng)濟水平,體現(xiàn)經(jīng)濟效益單位面積平均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值C5正向,表征農(nóng)業(yè)用水效益萬元GDP用水量C6負向,體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)結構間的用水效率工業(yè)萬元增加值用水量C7負向,表征工業(yè)用水效率生態(tài)可持續(xù)B3生態(tài)河道治理長度C8正向,表征流域生態(tài)的保護程度萬元GDP廢水排放量C9負向,表征清潔生產(chǎn)的發(fā)展趨勢植被覆蓋率C10正向,表征水源涵養(yǎng)強度
2.1.2 指標權重確定
指標權重的大小直接影響流域的水量分配結果。通常指標在流域水量分配中的影響作用越大,相應的權重應越大。權重確定的本質就是對各指標的評價過程,分為主觀賦權、客觀賦權等多種方式。為減少指標權重確定過程中的主觀性及客觀賦權通用性差的缺陷,該文采用層次分析法與熵值法相結合的綜合賦權方式,用AHP法確定主觀權重、用信息熵技術確定客觀權重,將兩者結合,最終得到科學、客觀的綜合權重。
層次分析法(簡稱AHP)是用人的主觀意識將問題層次化,以較少的定量信息反映問題的重要性,從而為多目標復雜問題提供簡便的處理方法[11]。
熵值法是一種基于物理學的評價方法,用數(shù)據(jù)的離散程度衡量其對評價對象的影響[12]。假設水量分配中共有m個評價對象,n個評價指標。熵值法賦權的計算公式為:
(3)計算第j項指標的差異度。熵Ej與矩陣的差異度呈負相關關系,第j項指標差異度的計算公式為:Dj=1-Ej,j=1, 2, 3…n。
2.1.3 流域水量分配模型
Qi=FiQ
(1)
式(1)中,Qi為第i個區(qū)域應分得的水量;Fi為流域中第i區(qū)域各指標的綜合評價值在流域中所占的最終權重;Q為流域可分配總水量。
2.2.1 流域單位水量維持成本的測算
流域水量維持成本主要包括直接投入成本和機會成本兩部分,其中直接投入成本是指為保障水量而進行各種生態(tài)建設、水環(huán)境保護等直接產(chǎn)生的費用,通常包括污水處理設施建設、植樹造林、退耕還林、公益林建設、濕地建設、生態(tài)移民等的投入[13-14],其中,退耕還林和公益林建設已列入國家補償范圍內(nèi),因此相關投入不計入核算范圍; 機會成本是指為保證一定水量而放棄的經(jīng)濟收入和發(fā)展權[15]。流域水量維持的機會成本通常表現(xiàn)在第一產(chǎn)業(yè)方面的機會成本(AOC)和第二產(chǎn)業(yè)方面的機會成本(IOC)。其中第一產(chǎn)業(yè)的機會成本(AOC)損失可用種植收益減少的數(shù)額來表示,即:
(2)
式(2)中,Si為水源地因生態(tài)建設導致第i種種植作物減少的耕種面積(hm2);Ii為第i種種植作物的單位面積平均收益(元)。
第二產(chǎn)業(yè)的機會成本損失(IOC)可用水源地生態(tài)保護前后的工業(yè)發(fā)展速度差異來表示[16]。選取同水源地生態(tài)保護前經(jīng)濟水平、地理位置、人口、產(chǎn)業(yè)結構等相似的對照區(qū)域,通過比較兩者間第二產(chǎn)業(yè)增加值的差額進行確定。計算公式為:
(3)
(4)
其中,Mf為水源地地區(qū)的人口數(shù)量; e、f分別為對照區(qū)域和水源地當年的第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值; e′、f′分別為對照區(qū)域和水源地保護前一年的第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值;Me為對照區(qū)域當年的人口數(shù);θ為調節(jié)系數(shù),用水源地財政收入(R)與當年GDP的比值表示。
通過上述研究可知,流域單位水量維持成本的表達式為:
(5)
2.2.2 流域水量的生態(tài)補償
水量分配是明確各區(qū)域的用水權,生態(tài)補償則是落實用水權的真正價值。生態(tài)補償?shù)膶嵤┛擅鞔_流域水量分配中各方的責權利,保障水量分配工作的順利開展。
基于水量的生態(tài)補償可分為兩個步驟進行:
首先,根據(jù)各區(qū)域的分水量對流域源頭進行維持成本分攤。流域水量分配中流域上游無償為下游供水,獨自承擔為維持一定水量所投入的資金和相關經(jīng)濟損失,存在區(qū)域間的不公平,用水下游可依據(jù)分水量的多少對上游進行補償,從而激勵流域上游保護的積極性;
其次,根據(jù)各區(qū)域的實際用水和出水情況,按照下泄水量“多獎少罰”的原則,對各區(qū)域的補償金額進行調整。對實際用水小于所分配水量或通過其他環(huán)保措施(提高用水效率、外來引水等)增加區(qū)域內(nèi)的流域徑流量的進行獎勵,對用水量超過分配水量的主體加大懲罰力度,抑制其過度用水行為,間接促進水資源利用效率的提高。為方便測算,流域各區(qū)域水量增加或減少值用其出境斷面實際徑流量與分水后理論徑流量的差額表示。
最終,各區(qū)域基于水量分配的補償額的表達式為:
(6)
(7)
式(6)(7)中,M0為水源地基于水量分配的最終補償額;Mi為流域中第i區(qū)域基于水量分配的最終補償額(除水源地外);Qci為第i區(qū)域的實際出境水量;Qsi為第i區(qū)域的理論徑流量; 其他符號意義同上。
該文選取2016年作為研究的時間點,研究數(shù)據(jù)中的水量分配指標中除生態(tài)河道治理長度來自于山東省水利志小清河建設管理資料長編(2001~2005年),剩余指標來源于山東省及各地市的統(tǒng)計年鑒,其中因資料不齊全,工業(yè)萬元增加值用水量為各地市的數(shù)據(jù),其他數(shù)據(jù)都是小清河干流流經(jīng)區(qū)縣的數(shù)據(jù)。小清河可分配水量來源于濟南市水文局。
3.1.1 可分配水量
流域水資源總量包括地表水和地下水兩部分,由于兩者之間存在相互補排、轉化的因素,因此該文只考慮地表水。流域具有地理位置和資源稟賦的特殊性,上下游間的用水影響是單向不可逆的,因此流域分配的用水量應該是從上流流至下游的水,這樣的水量分配才有意義。2016年小清河流域的可分配水量為3.46億m3(小清河流域濟南段流出的年均水量),按照不同來水保證率(豐水年=25%,平水年=50%,枯水年=75%)的標準劃分, 2016年屬于枯水年,可分配水量低于濟南段出境斷面的多年平均徑流量。在豐水年和平水年小清河流域的可分配水量會高于此值。
表2 AHP方法下小清河流域各指標的權重
準則權重指標權重AHP主觀權重社會公平B10333人口總量C101630054農(nóng)業(yè)有效灌溉面積C202970099現(xiàn)狀用水量C305400180經(jīng)濟效率B20333人均GDPC401410047單位面積平均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值C501410047萬元GDP用水量C604550152工業(yè)萬元增加值用水量C702630087生態(tài)可持續(xù)B30333生態(tài)河道治理長度C804290143萬元GDP廢水排放量C904290143植被覆蓋率C1001420048
表3 小清河流域水量分配指標綜合權重
3.1.2 指標權重的確定
采用AHP法,邀請本領域的專家對小清河流域水量分配體系中的10個指標按照重要性程度進行兩兩打分,構造判斷矩陣,計算各指標的主觀權重,結果都通過了一致性檢驗(表2)。
將小清河各指標的數(shù)據(jù)進行標準化處理,其中萬元GDP用水量、工業(yè)萬元增加值用水和萬元GDP廢水排放量遵循負向變化越小越優(yōu)的原則。其余指標為正向指標,遵循正向變化越大越優(yōu)的原則。按照熵值法的計算步驟,利用Matlab 2016軟件分別測算各指標的熵值、差異度和客觀權重。最后通過對AHP法的主觀權重進行修正,得到調整后的綜合權重。結果如表3。
3.1.3 各區(qū)域水量分配數(shù)量
2016年濟南黃橋臺斷面的年均徑流量為3.46億m3,根據(jù)該文的研究構建小清河流域水量分配模型和各指標綜合權重,得到小清河流域從上至下各區(qū)域的水量分配比重和分配量(表4)。需要注意的是,該處應分水量是生態(tài)需水和生產(chǎn)、生活需水的總和。
3.2.1 水量維持成本的確定
小清河水量維持成本可分為直接投入成本和間接機會成本兩部分, 2016年的維持成本為3.86億元,相關數(shù)據(jù)如表5。
表4 小清河下游各區(qū)域的應分水量
流域區(qū)域濱州鄒平淄 博濱州博興東 營濰 坊區(qū)域分水比例(%)21241899127527811922分水量(萬m3)735003656884441118962053664942
表5 2016年小清河水量維持成本的數(shù)額
目標成本類型項目名稱投資額(萬元)小清河水量維持總成本直接投入成本雨污分流工程11250人工濕地建設84750植樹造林31600修復柴莊節(jié)制閘5000小清河綜合治理645000機會成本第一產(chǎn)業(yè)機會成本482400第二產(chǎn)業(yè)機會成本2597516 資料來源:小清河管理局和濟南財政局整理所得
從表5中可知,上游濟南為保證一定的下泄水量,進行了大量的工程建設,主要包括雨污分流工程、人工濕地建設、植樹造林、修復柴莊節(jié)制閘、小清河綜合治理工程等, 2016年的直接投入費用達7 776萬元。其中,雨污分流、濕地建設、綜合治理等工程類項目,由于建設期長,其投資額是根據(jù)總投資與作用年限計算得到。
小清河的機會成本總額為3.08億元。第一產(chǎn)業(yè)機會成本是根據(jù)小清河水源地種植的小麥、玉米兩種主要農(nóng)作物的相關數(shù)據(jù),結合式(2)計算得到。濟南和青島是山東省的兩大城市,兩者都屬于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū),且產(chǎn)業(yè)結構、人口方面具相似性,因此第二產(chǎn)業(yè)機會成本的核算中,選取青島作為參照地區(qū)具有一定的科學合理性。
水量維護主要包括濟南段用水量和供給下游水量兩部分。其中上游濟南段對小清河的使用主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)灌溉用水和河道生態(tài)用水, 2016年小清河流域濟南段的灌溉用水為4 832.10萬m3,河道生態(tài)用水約占年均徑流量的30%,為1.04億m3。小清河流域濟南段流出的年均水量為3.46億m3,由此可計算得知小清河濟南段維持的水量總計為4.98億m3。
綜上可根據(jù)式(5)計算得知,小清河單位水量維持成本為0.77元/m3。
3.2.2 基于水量的補償額測算
各區(qū)域對流域源頭的水量維持行為做出補償,然后根據(jù)實際用水情況對區(qū)域做出進一步的獎懲,綜合兩方面結果,得到小清河流域內(nèi)各行政區(qū)域的補償金額。
(1)源頭保護貢獻的補償量測算
該部分主要是依據(jù)各區(qū)域的分水量對流域上游進行補償,分擔上游的水量維護成本。根據(jù)表5中小清河流域濱州鄒平、淄博、濱州博興、東營和濰坊各自的分水量,結合單位水量維持成本,得到各區(qū)域分別需要向上游濟南補償5 659.52萬元、5 058.01萬元、3 396.61萬元、7 407.81萬元和5 120.05萬元。為減少補償過程中的交易成本,采用逐級補償方式[17]由下游往上逐次遞交補償金額的具體結果如表6。
(2)各區(qū)域水量貢獻的補償額調整
按照分配水量對流域源頭的保護行為進行補償后,還要依據(jù)各區(qū)域的實際用水和節(jié)水情況進行相應調整。
生態(tài)徑流量是河道的最低需水量,具有保護河流生物多樣性、維持水沙平衡、水質凈化等作用。若不能被保證,則說明該區(qū)域擠占、使用了過多的水,侵害了下游河道基本的生態(tài)安全,應該對下游造成的損失進行補償。生態(tài)徑流計算方法有多種,其中1976年由美國Don Tennant首次提出的基于流域年均天然流量計算的Tennant法應用簡單、方便計算,常被作為生態(tài)徑流的檢驗標準[18]。參照Tennant法的計算思路,該文采用斷面徑流量的30%作為基本的生態(tài)徑流量。根據(jù)該文中區(qū)域的應分水量,去除生態(tài)徑流量,各區(qū)域分配的生產(chǎn)生活可用水量從上到下分別為5 145.02萬m3、4 598.19萬m3、3 087.83萬m3、6 734.37萬m3、4 654.59萬m3。假設可用分水量與使用量相等,根據(jù)2016年小清河流域從濱州到下游濰坊各交界斷面的年徑流量與理論徑流量的差額,得到各區(qū)域基于實際用水的補償調整情況。按照逐級補償?shù)姆绞剑瑓^(qū)域的補受償額與其相鄰的下游進行結算,可得到各區(qū)域的實際補受償額。結果如表7。
從表7可知,除濰坊外,其他區(qū)域的實際徑流量大于理論徑流量,為其下游提供了充足用水,應受到下游的補償。結合單位水量保護成本,按照逐級補償方式,濱州鄒平實際中因節(jié)約用水、外部調水等方式增加了下游可用水量,獲得下游淄博額外的水量補償2.59億元。淄博因享受上游超量水量而額外支付2.59億元、因出境徑流量大于理論徑流量獲得下游東營3.09億元的額外補償額,綜合補償與支付的數(shù)額后因水量增加實際獲得補償5 080.60萬元。由此可類推得到其他各區(qū)域基于水量維護貢獻的補償額。需要說明的是濰坊因超量用水造成了負外部性,需要向其下游進行補償,因處于流域末端,是與省級政府進行結算。
(3)基于水量補償額的綜合測算
將基于流域源頭貢獻的補償量與區(qū)域調整量進行綜合疊加,按照逐級補償?shù)姆绞?,根?jù)式(6)(7)可以得出小清河流域各行政區(qū)域基于水量的補償數(shù)額(表8)。
表6 流域源頭保護貢獻的補償金額
用水區(qū)濟南—濱州鄒平濱州鄒平—淄博淄博—濱州博興濱州博興—東營東營—濰坊各區(qū)域補償額(萬元)-565952-505801-339661-740781-512005逐級補償數(shù)額(萬元)-2664200-2098248-1592447-1252786-512005
表7 小清河下游各區(qū)域基于實際用水的補償金額
表8 基于水量的流域生態(tài)補償數(shù)額
從補償結果中可以看出,按照逐級補償制度設計,上游濟南為下游提供了必要的生產(chǎn)、生活及生態(tài)用水,獲得各區(qū)域按照分水比例的補償,補償金額為2.66億元。去除上游行為對本區(qū)域補償結果的影響后,濱州鄒平、淄博因保護貢獻突出獲得補償資金分別為2.59億元和5 080.60萬元,濱州博興、東營和濰坊則因超量用水實際損失9 942.37萬元、3 669.53萬元和1.76億元。
綜合基于源頭貢獻的補償額與水量增加的調整額,得到小清河各區(qū)域在水量分配方面的具體補償額度。根據(jù)補償結果可知,小清河流域水量分配后,上游濟南因為下游提供了必要的水資源而獲得了應有補償,體現(xiàn)了公平性,有利于增強其對流域水資源保護的積極性,同時抑制了下游隨意用水行為。濱州鄒平段通過各種水量保護措施為下游提供了比應分水量更多的水資源,水量維護貢獻大于其利用貢獻,從而獲得了下游補償。淄博、濱州博興、東營和濰坊則由于產(chǎn)水量少和用水過多等需要為各自的負外部性行為付出相應代價。
結合補償結果,小清河流域在今后的發(fā)展過程中應在現(xiàn)有基礎上,增強水量維護意識。特別是經(jīng)濟快速發(fā)展的下游區(qū)域應通過調整產(chǎn)業(yè)結構、增強節(jié)水技術等提高用水效率,減少用水量,促進小清河流域生態(tài)經(jīng)濟的健康發(fā)展。
基于水量的生態(tài)補償綜合考慮了分水后各區(qū)域的用水行為和水量保護行為貢獻,明確了水量使用各方的權利與義務,體現(xiàn)了水資源的市場價值,有利于提高流域水資源利用效率的提高,促進流域水量分配工作的順利開展。
(1)小清河流域屬于水資源短缺型流域,上下游間的用水矛盾突出。制定水量分配方案,明確各區(qū)域的用水權利,可優(yōu)化水資源配置。在此基礎上,引入生態(tài)補償機制,通過分水量和實際的水資源保護貢獻計算各區(qū)域應獲得或支付的補償金額,彌補上游水源保護的發(fā)展權損失,解決上下游生態(tài)、經(jīng)濟利益間的沖突,實現(xiàn)流域用水公平與效率。
(2)研究結果表明,以2016年小清河上游的下泄水量為分配對象,結合區(qū)域的實際用水情況得到濟南和濱州鄒平因水量保護貢獻突出獲得補償,淄博、濱州博興、東營和濰坊則因用水貢獻大于節(jié)水貢獻,占用了其下游的用水權益,需要支付相應數(shù)額。
該研究實現(xiàn)了水量分配與生態(tài)補償?shù)南嗷ト诤?,明確各區(qū)域水量使用權的同時,又利用生態(tài)補償制度為水量分配的后續(xù)工作開展提供依據(jù)和保障。研究結果完善了水量分配體系和生態(tài)補償內(nèi)涵,為我國流域水資源管理和生態(tài)文明建設提供一種新視角,對實現(xiàn)流域水資源的高效配置與經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的推動作用。
但從研究結果中看,補償數(shù)額較大,以目前縱向轉移支付為主的補償方式會給中央或上級政府帶來財政壓力。應加快推進實行流域上下游間的橫向轉移支付制度,讓用水區(qū)域補償供水區(qū)域,提高資金的使用效率。此外,水量分配方面還需進一步地完善,受可得數(shù)據(jù)的限制,該研究是以2016年上游出境水量為例對小清河流域進行水量分配,沒有考慮到不同年份的干枯情況。今后應加快建立流域水量實時在線監(jiān)控平臺,及時評估流域未來的可分配水量,制定動態(tài)化的水量分配方案,為后續(xù)水量生態(tài)補償?shù)膶嵤┨峁┍U稀?/p>
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