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    流域水資源沖突的三方演化博弈分析

    2019-05-16 10:51:50李海楠
    科教導(dǎo)刊·電子版 2019年7期
    關(guān)鍵詞:博弈論

    李海楠

    摘 要 如今全球水資源供需矛盾逐漸加劇,跨界流域的水資源配置沖突問題越發(fā)嚴(yán)重。在完全理性條件下,上游、下游水資源生產(chǎn)商的博弈陷入囚徒困境,而現(xiàn)實(shí)中,各方做決策時(shí)是有限理性的。本文利用演化博弈的理論和方法,將流域管理部門、上游及下游水資源生產(chǎn)商三個(gè)利益主體納入演化博弈的分析框架,通過三方群體的演化路徑和穩(wěn)定分析,探索流域水資源沖突的解決途徑。

    關(guān)鍵詞 水資源沖突 三方演化博弈 博弈論

    中圖分類號(hào):F062.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

    0前言

    隨著全世界社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,水資源的稀缺性越發(fā)得到體現(xiàn),全球水資源供需矛盾逐漸加劇,尤其是跨界流域的水資源配置沖突問題愈發(fā)尖銳。例如圍繞尼羅河流域水資源分配和開發(fā)的爭(zhēng)端就一直不斷,尼羅河流經(jīng)埃塞俄比亞、蘇丹、埃及等10個(gè)國(guó)家,早年的《尼羅河水協(xié)定》賦予埃及和蘇丹對(duì)尼羅河水的優(yōu)先使用權(quán),且含有未經(jīng)埃及同意不得興建水利工程的條款。然而隨著流域沿線國(guó)家工業(yè)農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展和人口增長(zhǎng),各國(guó)對(duì)水資源的需求與日俱增,出現(xiàn)了上游國(guó)家計(jì)劃開發(fā)水電和灌溉項(xiàng)目被下游國(guó)家阻撓的現(xiàn)象,大大加劇了地區(qū)矛盾和不穩(wěn)定,阻礙了流域水資源的高效利用。還有瀾滄江-湄公河流域合作問題、中國(guó)國(guó)內(nèi)的漳河水事糾紛等等一系列跨界流域水資源沖突問題。這些矛盾都是上下游之間的沖突,上游因其地理優(yōu)勢(shì)為了自身利益最大化有超額取水的趨勢(shì),而下游為了維護(hù)自身利益引發(fā)沖突對(duì)上游進(jìn)行報(bào)復(fù),在這一過程中流域管理部門監(jiān)管缺失嚴(yán)重,使得流域各方?jīng)_突加劇,水資源利用效率降低,嚴(yán)重影響了流域內(nèi)各方的政治穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

    1三方演化博弈模型

    流域水資源沖突的博弈主體為:流域管理部門,上游水資源生產(chǎn)商,下游水資源生產(chǎn)商三方,其中流域管理部門的策略集合Sg={監(jiān)管,不監(jiān)管},上游水資源生產(chǎn)商的策略集合S上={正常取水,超額取水},下游水資源生產(chǎn)商的策略集合S下={不引發(fā)沖突,引發(fā)沖突}。

    1.1流域管理部門的相關(guān)損益

    若流域管理部門選擇監(jiān)管,則付出監(jiān)管成本c1,從下游水資源生產(chǎn)商獲得形象聲譽(yù)收益r,上游水資源生產(chǎn)商超額取水時(shí),對(duì)上游實(shí)施懲罰f1,若上游正常取水下游引發(fā)沖突,則對(duì)下游實(shí)施懲罰f2;不監(jiān)管則監(jiān)管成本為0,也無法獲得聲譽(yù)收益、超額取水和引發(fā)沖突的罰金。當(dāng)下游引發(fā)沖突時(shí),流域管理部門對(duì)上下游群體進(jìn)行調(diào)解,調(diào)解的成本為c2。

    1.2上游水資源生產(chǎn)商的相關(guān)損益

    若上游選擇超額取水,可獲得超額利潤(rùn)p1 q,且下游選擇引發(fā)沖突時(shí),該部分的水量按一定比例分配,上游得到的比例為 q。下游引發(fā)沖突時(shí),給上游造成損失k1。

    1.3下游水資源生產(chǎn)商的相關(guān)損益

    下游選擇引發(fā)沖突的成本為k2,當(dāng)上游超額取水時(shí),可通過引發(fā)沖突分得水量 q,下游的用水收益為p2 q。

    2三方演化的復(fù)制動(dòng)態(tài)及演化穩(wěn)定分析

    假設(shè)在該博弈的初始階段,流域管理部門采取“監(jiān)管”策略的比例為x,采取“不監(jiān)管”策略的比例為1x;上游水資源生產(chǎn)商采取“正常取水”策略的比例為y,采取“超額取水”策略的比例為1y;下游水資源生產(chǎn)商采取“不引發(fā)沖突”策略的比例為z,采取“引發(fā)沖突”策略的比例為1z。其中x,y,z分別滿足0x1,0y1,0z1。

    2.1流域管理部門的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程及演化穩(wěn)定分析

    用Ux1表示流域管理部門采取“監(jiān)管”策略的種群的期望收益,Ux2表示流域管理部門采取“不監(jiān)管”策略的種群的期望收益,Ux表示流域管理部門的整體期望收益,流域管理部門種群的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為:

    F(x)=x(1x)[rc1+(1y)f1+y(1z)f2]

    由復(fù)制動(dòng)態(tài)方程穩(wěn)定性定理知,穩(wěn)定策略x*應(yīng)滿足F(x*)=0且F(x*)'0,則有以下討論:

    2.1.1 y值變化對(duì)流域管理部門穩(wěn)定策略的影響

    令A(yù)=,當(dāng)y=A時(shí),F(xiàn)(x)≡0,此時(shí)流域管理部門群體中任何比例的“監(jiān)管”策略都是穩(wěn)定的,選擇“監(jiān)管”策略的比例不會(huì)隨著時(shí)間變化而變化。當(dāng)yA時(shí),x*=1是流域管理部門群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。當(dāng)yA時(shí),x*=0是流域管理部門群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。

    2.1.2 z值變化對(duì)流域管理部門穩(wěn)定策略的影響

    令B=,當(dāng)z=B時(shí),F(xiàn)(x)≡0,即當(dāng)下游群體選擇“不引發(fā)沖突”策略的比例等于時(shí),流域管理部門群體中任何比例的“監(jiān)管”策略都是穩(wěn)定的,選擇“監(jiān)管”策略的比例不會(huì)隨著時(shí)間變化而變化。當(dāng)zB時(shí),x*=1是流域管理部門群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。當(dāng)zB時(shí),x*=0是政府群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。

    結(jié)論1:流域管理部門選擇“監(jiān)管”策略的概率隨著上游水資源生產(chǎn)商群體中選擇“正常取水”策略比例的降低而上升。

    結(jié)論2:流域管理部門選擇“監(jiān)管”策略的概率隨著下游水資源生產(chǎn)商群體中選擇“不引發(fā)沖突”策略比例的降低而上升。

    2.2上游的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程及演化穩(wěn)定分析

    上游種群的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為:

    F(y)=y(y1)[zp1q+(1z)(p1 q)xf1]

    由復(fù)制動(dòng)態(tài)方程穩(wěn)定性定理知,穩(wěn)定策略y*應(yīng)滿足F(y*)=0且F(y*)0,則有以下討論:

    2.2.1 值變化對(duì)上游穩(wěn)定策略的影響

    令C=,當(dāng)x=C時(shí),F(xiàn)(y)≡0,此時(shí)上游群體中任何比例的“正常取水”策略都是穩(wěn)定的,選擇“正常取水”策略的比例不會(huì)隨著時(shí)間變化而變化。當(dāng)xC時(shí),y*=1是上游群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。當(dāng)xC時(shí),y*=0是上游群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。

    2.2.2 z值變化對(duì)上游穩(wěn)定策略的影響

    令D=,當(dāng)z=D時(shí),F(xiàn)(y)≡0,此時(shí)上游群體中任何比例的“正常取水”策略都是穩(wěn)定的,選擇“正常取水”策略的比例不會(huì)隨著時(shí)間變化而變化。當(dāng)zD時(shí),y*=1是上游群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。當(dāng)zD時(shí),y*=0是上游群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。

    結(jié)論3:上游選擇“正常取水”策略的概率隨著流域管理部門群體中選擇“監(jiān)管”策略比例的上升而上升。

    結(jié)論4:上游選擇“超額取水”策略的概率隨著下游水資源生產(chǎn)商群體中選擇“不引發(fā)沖突”策略比例的上升而上升。

    2.3下游的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程及演化穩(wěn)定分析

    下游種群的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為:

    F(z)=z(1z)[xyf+(1y)p2q+]

    由復(fù)制動(dòng)態(tài)方程穩(wěn)定性定理知,穩(wěn)定策略z*應(yīng)滿足F(z*)=0且F(z*)'0,則有以下討論:

    2.3.1 x值變化對(duì)下游穩(wěn)定策略的影響

    令E=,當(dāng)x=E時(shí),F(xiàn)(z)≡0,此時(shí)下游群體中任何比例的“不引發(fā)沖突”策略都是穩(wěn)定的,選擇“不引發(fā)沖突”策略的比例不會(huì)隨著時(shí)間變化而變化。當(dāng)xE時(shí),y*=1是下游群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。當(dāng)xE時(shí),y*=0是下游群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。

    2.3.2 y值變化對(duì)下游穩(wěn)定策略的影響

    令F=,當(dāng)y=F時(shí),F(xiàn)(z)≡0,此時(shí)下游群體中任何比例的“不引發(fā)沖突”策略都是穩(wěn)定的,選擇“不引發(fā)沖突”策略的比例不會(huì)隨著時(shí)間變化而變化。當(dāng)yF時(shí),y*=1是下游群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。當(dāng)yF時(shí),y*=0是下游群體的進(jìn)化穩(wěn)定策略(ESS)。

    結(jié)論5:下游選擇“不引發(fā)沖突”策略的概率隨著流域管理部門群體中選擇“監(jiān)管”策略比例的上升而上升。

    結(jié)論6:下游選擇“不引發(fā)沖突”策略的概率隨著上游水資源生產(chǎn)商群體中選擇“正常取水”策略比例的上升而上升。

    3結(jié)論及政策建議

    論文將演化博弈理論運(yùn)用到流域水資源配置中,通過對(duì)流域管理部門及上下游水資源生產(chǎn)商之間的復(fù)制動(dòng)態(tài)及其進(jìn)化穩(wěn)定策略進(jìn)行分析,求出了各自的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程以及進(jìn)化穩(wěn)定策略,并進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。結(jié)論表明,流域管理部門的監(jiān)管成本及獎(jiǎng)懲措施、上下游利用水資源的單位水量收益即上下游沖突時(shí)的成本損失比例對(duì)流域水資源沖突的解決有著決定性的影響,為此提出以下對(duì)策建議:(1)采取措施降低政府對(duì)企業(yè)的低碳監(jiān)管成本,提高監(jiān)管效率;(2)對(duì)流域內(nèi)不同水資源生產(chǎn)商提供技術(shù)支持,減少彼此的技術(shù)差距;(3)通過和平對(duì)話的方式減少政治、武力等因素對(duì)不同水資源生產(chǎn)商的影響。

    參考文獻(xiàn)

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    [4] 鐘勇,劉慧,田富強(qiáng),etal.跨界河流合作中的囚徒困境與合作進(jìn)化的實(shí)現(xiàn)途徑[J].水利學(xué)報(bào),2016,47(05).

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