臧 正,鄭德鳳,李紅英

(1.遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,遼寧 大連 116029; 2.遼寧省水文水資源勘測局,遼寧 沈陽 110003)

水是人類賴以生存的寶貴資源,尤其在我國北方干旱、半干旱地區(qū),水資源匱乏已成為區(qū)域國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的瓶頸,將水資源與經(jīng)濟(jì)社會、生態(tài)環(huán)境作為一個有機(jī)整體,進(jìn)行水資源價值及水資源可持續(xù)發(fā)展研究成為有關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。由于水資源系統(tǒng)中存在大量不確定性因素,使其成為動態(tài)、非線性的復(fù)雜系統(tǒng),使水資源綜合效益評價成為難點(diǎn)問題。當(dāng)前,國外多基于社會福利尺度、應(yīng)用現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)學(xué)理論對水資源開發(fā)利用與協(xié)調(diào)社會進(jìn)步、生態(tài)效益及環(huán)境保護(hù)價值等進(jìn)行量化評價[1-3]。我國學(xué)者側(cè)重于從邊際效益角度對水資源產(chǎn)品及服務(wù)數(shù)量等進(jìn)行評價[4-6]。

水價是微觀層次上配置水資源的經(jīng)濟(jì)杠桿和重要手段,完善合理的水價體系是水資源管理的重要保障機(jī)制。按照價值論觀點(diǎn),水價是水資源價值的外部表現(xiàn),在市場經(jīng)濟(jì)條件下,水資源作為一種商品其價格是由市場供求關(guān)系決定的。發(fā)達(dá)國家水價多由資源水價、工程水價及環(huán)境水價組成,政府通過完善的市場價格機(jī)制對水資源進(jìn)行優(yōu)化配置以達(dá)到水資源的合理、高效利用[7-9]。當(dāng)前我國施行由政府主導(dǎo)的低水價政策,忽略了水資源的商品屬性,水價的經(jīng)濟(jì)調(diào)控作用沒有得到有效發(fā)揮。同時,不完善的水價形成機(jī)制落后于市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展腳步,一方面導(dǎo)致近年來嚴(yán)重的資源浪費(fèi)、生態(tài)退化以及環(huán)境污染事件時有發(fā)生,另一方面由于水資源相對匱乏,也導(dǎo)致各地水資源不合理開發(fā)現(xiàn)象屢禁不止。

筆者基于效用價值論及水資源的商品價值屬性考慮,著眼于水資源價值的形成、轉(zhuǎn)移、交換以及增值過程,以水資源極其匱乏的遼河平原部分行政區(qū)劃為例,對水資源在與區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境相互促進(jìn)或約束的循環(huán)聯(lián)系中產(chǎn)生的綜合效益進(jìn)行評價,據(jù)此提出水價分?jǐn)傁禂?shù)模型并給予驗(yàn)證分析,旨在全面、準(zhǔn)確地對流域水資源綜合效益做出科學(xué)評價。

1 理論和方法

通常情況下,水資源水質(zhì)條件越好則其價值越高、水資源越稀缺則其價值越高;然而某些特殊情況下并非水越多越好,比如洪水對社會的危害。水資源與自然環(huán)境之間動態(tài)的緊密聯(lián)系,使其成為具有高階次、多回路、多重反饋特征的復(fù)雜巨系統(tǒng),因此對其綜合效益進(jìn)行簡單疊加的靜態(tài)評價是不準(zhǔn)確、不科學(xué)的。鑒于此,筆者引入多準(zhǔn)則、多目標(biāo)系統(tǒng)評價與決策研究中常用的突變理論,結(jié)合層次分析法與熵值法展開該次研究。

1.1 突變理論及突變模型

突變理論是由法國數(shù)學(xué)家Thom基于奇點(diǎn)理論和穩(wěn)定性理論提出的、用于研究非線性運(yùn)動現(xiàn)象的模糊數(shù)學(xué)理論,通過建立微分方程與函數(shù)之間聯(lián)系的方法對梯度系統(tǒng)中的奇點(diǎn)進(jìn)行分類,較之傳統(tǒng)微積分理論能夠給予復(fù)雜系統(tǒng)狀態(tài)變化更科學(xué)的評價和預(yù)測。考慮到水資源價值的動態(tài)性、隨機(jī)性以及不可簡單疊加的非線性、相互聯(lián)系的復(fù)雜性,引入突變理論對其進(jìn)行分析、評價是適用的。

1.1.1 原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

突變模型基于突變理論、依據(jù)評價目的對待評目標(biāo)進(jìn)行多層次分解,構(gòu)建遞階結(jié)構(gòu)的評價指標(biāo)體系,原始數(shù)據(jù)只需知道底層指標(biāo)值。為使負(fù)向指標(biāo)與正向指標(biāo)具有可比性,原始指標(biāo)值需要利用越大越優(yōu)型或越小越優(yōu)型隸屬度函數(shù)進(jìn)行無量綱標(biāo)準(zhǔn)化,公式如下:

(1)

(2)

式中：U為經(jīng)歸一化的指標(biāo)值;X為指標(biāo)實(shí)測值;a1，a2為指標(biāo)的閾值,一般參照實(shí)測值取一適當(dāng)范圍,如將最大值和最小值分別增、減其本身的10%作為該定量指標(biāo)的上下界。

1.1.2 突變模型的選擇

按照突變理論,系統(tǒng)受到干擾后從一種穩(wěn)定組態(tài)躍變到另一種組態(tài)的不連續(xù)過程可由某種特定形狀的幾何圖形表示,常用突變系統(tǒng)模型及相關(guān)公式見表1。

表1 常用突變模型的相關(guān)公式

表1中,F(x)為系統(tǒng)勢函數(shù),不同類型系統(tǒng)對應(yīng)不同的勢函數(shù),根據(jù)勢函數(shù)對系統(tǒng)的臨界點(diǎn)進(jìn)行分類,然后對分歧集進(jìn)行歸一化處理,最終得到指標(biāo)的突變模糊隸屬度,從而實(shí)現(xiàn)對臨界點(diǎn)附近的非連續(xù)性變化特征進(jìn)行分析和評價。x為系統(tǒng)狀態(tài)變量；a，b，c，d為系統(tǒng)控制變量,需根據(jù)其在系統(tǒng)中的地位差異確定相對重要性。評價過程中,需根據(jù)實(shí)際情況確定決策原則。如果各指標(biāo)之間不存在明顯聯(lián)系、需要按照“大中取小”的非互補(bǔ)性原則決策,如果彼此存在聯(lián)系、具有相互制約或促進(jìn)關(guān)系,則需按互補(bǔ)性原則(取平均值代替)決策,最后對總指標(biāo)隸屬度由大到小地排序分析。

1.2 層次分析法及熵值法

層次分析法是一種主觀賦權(quán)方法,熵值法則是一種比較客觀的賦權(quán)方法,兩者均為輔助決策工具。實(shí)踐中多將兩者結(jié)合應(yīng)用,通過加權(quán)求均值的方法確定指標(biāo)的綜合權(quán)重,可以盡量避免主觀賦權(quán)法導(dǎo)致的偏差以及客觀賦權(quán)法的絕對化。

1.2.1 層次分析法

層次分析法將專家意見與決策者的主觀判斷有效結(jié)合,首先基于評價目標(biāo)構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu),然后按指標(biāo)重要性排序構(gòu)建判斷矩陣，并利用一定數(shù)學(xué)方法計(jì)算各層次權(quán)重,最后對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)并據(jù)此對定性指標(biāo)進(jìn)行定量分析。由于其具有簡便、靈活的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于多準(zhǔn)則方案決策,并且可以借助有關(guān)統(tǒng)計(jì)分析軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜計(jì)算。

1.2.2 熵值法應(yīng)用步驟

熵值法根據(jù)各指標(biāo)的變異程度,利用信息熵計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重。設(shè)有n個待評樣本、m項(xiàng)評價指標(biāo)構(gòu)成的評價目標(biāo)集,其指標(biāo)特征值矩陣為X=(xij)m×n(i=1, 2,…,m,j=1, 2,…,n)。首先對正向指標(biāo)特征值利用式(1)、負(fù)向指標(biāo)特征值利用式(2)進(jìn)行無量綱化和同趨勢化處理,得標(biāo)準(zhǔn)化矩陣R=(rij)m×n。然后利用rij分別計(jì)算pij，ei和wi。

(3)

(4)

(5)

式中：pij為第j個樣本第i項(xiàng)評價指標(biāo)的比重；ei為第i項(xiàng)指標(biāo)的信息熵值；wi為權(quán)重。

2 遼河平原水資源價值評價

遼河平原位于東北中南部,是我國主要商品糧基地和重工業(yè)基地之一,也是水資源比較匱乏的區(qū)域之一,以往由于缺少流域綜合規(guī)劃,水利部門難以就水資源利用以及生態(tài)、環(huán)境保護(hù)問題等提出權(quán)威意見,導(dǎo)致部分區(qū)域水資源無序開發(fā),水資源可持續(xù)發(fā)展形勢堪憂[10-11]。2013年初,醞釀已久的《遼河流域綜合規(guī)劃(2012—2030)》獲國務(wù)院批復(fù),這為地方政府實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理制度提供了重要依據(jù)。筆者基于水資源系統(tǒng)的動態(tài)性和復(fù)雜、開放性特征考慮,引入突變理論結(jié)合層次分析法和熵值法對沈陽等9個行政分區(qū)的水資源價值進(jìn)行評價,旨在為有關(guān)部門進(jìn)行水資源規(guī)劃管理工作等提供理論依據(jù)。

表2 遼河平原水資源價值評價指標(biāo)體系

表4 遼河平原水資源價值評價結(jié)果

2.1 評價指標(biāo)體系及等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

為了科學(xué)準(zhǔn)確地反映研究區(qū)水資源綜合效益,在全面衡量區(qū)域自然條件及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展現(xiàn)實(shí)情況的基礎(chǔ)上,遵循差異性、動態(tài)性的原則選取評價指標(biāo),構(gòu)建遼河平原水資源價值評價指標(biāo)體系,各指標(biāo)所表征的含義、量化單位等如表2所示。

為了全面體現(xiàn)水資源價值,確定該次評價研究按互補(bǔ)性原則決策。同時,參考應(yīng)用不同理論方法、不同流域水資源價值評價研究采用的等級劃分標(biāo)準(zhǔn),確定該次研究的評價標(biāo)準(zhǔn)如表3所示[12-13]。

表3 遼河平原水資源價值評價標(biāo)準(zhǔn)

2.2 數(shù)據(jù)來源及計(jì)算過程

依據(jù)2011年遼寧年鑒、遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒等提供的數(shù)據(jù)得出遼河平原部分行政分區(qū)的水資源價值評價指標(biāo)原始值[14-16],分別利用式(1)、式(2)進(jìn)行無量綱和標(biāo)準(zhǔn)化處理,利用層次分析法計(jì)算出準(zhǔn)則層指標(biāo)B1～B4的權(quán)向量為[0.500 0,0.166 7,0.166 7,0.166 7]T,指標(biāo)層C1～C16的權(quán)向量為[0.318 0,0.148 0,0.066 0,0.031 0,0.148 0,0.069 0,0.031 0,0.014 0,0.066 0,0.031 0,0.014 0,0.006 0,0.031 0,0.014 0,0.006 0,0.003 0]T;利用式(1)～(5)計(jì)算得出C1～C16的熵權(quán)向量為[0.060 4,0.061 9,0.061 8,0.058 5,0.064 3,0.069 3,0.062 0,0.060 6,0.066 2,0.059 8,0.065 7,0.059 5,0.064 3,0.063 1,0.059 0,0.063 6]T,B1～B4的熵權(quán)向量為[0.256 2,0.242 6,0.251 2,0.249 8]T。以上述兩項(xiàng)權(quán)重平均值為各層指標(biāo)綜合權(quán)重,據(jù)此得出準(zhǔn)則層指標(biāo)重要性由大到小的順序依次為:B1>B2>B3>B4,底層指標(biāo)重要性順序依次為C1>C2>C3>C4,C5>C6>C7>C8,C9>C10>C11>C12,C13>C14>C16>C15。利用蝴蝶型突變模型及互補(bǔ)性決策原則,計(jì)算得出準(zhǔn)則層指標(biāo)和總指標(biāo)的隸屬度如表4所示(以沈陽為例:XB1=0.570 91/2=0.755 6,XB2=0.750 51/3=0.908 8,XB3=0.728 21/4=0.923 8,XB4=0.876 01/5=0.973 9,UA=(0.755 6+0.908 8+0.923 8+0.973 9)/4=0.890 5,其他依此類推)。

2.3 評價結(jié)果分析

從表4可以看出,不同區(qū)域水資源的資源價值、經(jīng)濟(jì)價值、生態(tài)價值及環(huán)境價值不同,體現(xiàn)了各個地區(qū)資源稟賦、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平之間的差別。除沈陽、錦州和阜新等3個區(qū)域水資源綜合價值為Ⅱ級外,其余6個行政區(qū)域水資源價值等級均為Ⅰ級,表明遼河平原的水資源價值整體上處于較高水平。與2011年遼寧省水資源公報(bào)給出的各行政分區(qū)水資源總量及供水量、各部門用水情況、有關(guān)水質(zhì)評價數(shù)據(jù)等比較,上述評價結(jié)果總體上符合研究區(qū)客觀實(shí)際[17],體現(xiàn)了突變理論在水資源價值評價中的適應(yīng)性。

3 水價分?jǐn)傁禂?shù)模型及其應(yīng)用

科學(xué)的水價體制不僅能夠促進(jìn)節(jié)約用水、保障水管單位良性運(yùn)行,而且能夠強(qiáng)化水資源管理、提高水資源利用效率。目前研究區(qū)水價由基礎(chǔ)水價和污水處理費(fèi)兩部分構(gòu)成,如表5所示[18]。

表5 遼河平原部分行政分區(qū)現(xiàn)行水價構(gòu)成 元/m3

從表5可以看出,研究區(qū)現(xiàn)行水價在一定程度上體現(xiàn)了水資源的稀缺性、水資源的開發(fā)利用成本及環(huán)境損失成本。然而這一水價體系忽略了水資源的生態(tài)效益和社會公益價值,污水處理費(fèi)收取標(biāo)準(zhǔn)也不盡合理,也不便于實(shí)踐操作。為全面地體現(xiàn)水資源綜合效益,筆者在前述評價結(jié)果的基礎(chǔ)上,基于水資源與經(jīng)濟(jì)社會、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展視角,提出基于水資源價值的水價分?jǐn)傁禂?shù)模型。

3.1 水價分?jǐn)傁禂?shù)模型

為了便于水資源的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境價值與其資源價值比較,提出基于水資源價值的水價分?jǐn)傁禂?shù)模型:即不同區(qū)域水資源各單項(xiàng)價值與水資源價值的比值,通過相應(yīng)價值的隸屬度計(jì)算:

(6)

式中:bij為第j個區(qū)域水價分?jǐn)傁禂?shù)(b1j～b4j分別為資源系數(shù)、經(jīng)濟(jì)系數(shù)、生態(tài)系數(shù)和環(huán)境系數(shù));u1j～u4j分別為其突變隸屬度。

結(jié)合上述定義,按遼寧省現(xiàn)行用水部門分類方案,提出相應(yīng)水價模型:

P1j=Sjb1j

(7)

P2j=Sj(1+b2j)

(8)

P3j=Sj(1+b2j+b3j)

(9)

P4j=Sj(1+b2j+b3j+b4j)

(10)

式中:P1j～P4j分別為第j區(qū)域內(nèi)的資源水價、經(jīng)營水價、生態(tài)水價和環(huán)境水價,分別從水資源價值為各行業(yè)、部門提供的邊際效益角度考慮:居民生活用水按資源水價執(zhí)行,工、商業(yè)及服務(wù)業(yè)等經(jīng)營產(chǎn)業(yè)用水按經(jīng)營水價執(zhí)行,行政事業(yè)、公共綠化等公益事業(yè)用水按生態(tài)水價執(zhí)行,高污染特種行業(yè)用水按最嚴(yán)格的環(huán)境水價執(zhí)行;Sj為第j區(qū)域基準(zhǔn)水價,在具體執(zhí)行過程中,可結(jié)合各地、各用水部門的社會承受能力,參照現(xiàn)行居民生活用水單價及單方水的污水處理費(fèi)等,適時確定科學(xué)、合理的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 模型驗(yàn)證分析

基于上述定義,結(jié)合表4、表5,利用式(7)～(10)計(jì)算遼河平原主要行政分區(qū)內(nèi)各用水部門的水價參考標(biāo)準(zhǔn)，見表6(以沈陽為例:Sj=(1.80+0.60)元=2.40元,b1j～b4j分別為1.000 0，2.314 6，3.590 1，5.124 5,P1～P4分別為2.40元，5.56元，8.62元，12.30元，其他依此類推)。

與表5所示各行政分區(qū)現(xiàn)行水價比較,表6所示水價體系將污水處理費(fèi)納入水價一次性收取,更容易被理解和接受。居民生活用水價格實(shí)際上保持不變,工商業(yè)和服務(wù)業(yè)用水價格整體上有所提高,行政事業(yè)性用水價格普遍提高1～2倍,特種行業(yè)用水價格與原價格整體上基本持平。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會、生態(tài)環(huán)境的發(fā)展變化,如需調(diào)整水價,只要通過制定合理、統(tǒng)一的基準(zhǔn)水價就可實(shí)現(xiàn)全行業(yè)的水價調(diào)整,體現(xiàn)了公平性，且便于實(shí)踐操作。

表6 遼河平原主要行政分區(qū)各行業(yè)用水水價參考標(biāo)準(zhǔn) 元/m3

4 結(jié) 語

基于水資源系統(tǒng)的動態(tài)性和復(fù)雜性考慮,利用突變模型結(jié)合層次分析法及熵值法對流域水資源價值進(jìn)行評價,得出的評價結(jié)果全面體現(xiàn)了水的資源價值、經(jīng)濟(jì)價值、生態(tài)價值以及環(huán)境價值等,有利于提高用水單位及個人對水資源整體價值的認(rèn)識,有利于全社會節(jié)約用水意識的加強(qiáng)。

據(jù)此提出水價分?jǐn)傁禂?shù)模型,既考慮了研究區(qū)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、社會承受能力等現(xiàn)實(shí)情況,也在一定程度上提高了現(xiàn)有水價標(biāo)準(zhǔn)。各地政府及各有關(guān)部門可以因地制宜地?fù)?jù)此制定基準(zhǔn)水價,逐步實(shí)施城鄉(xiāng)一體化的水資源價格政策,不僅能夠促進(jìn)社會公平,也有利于加強(qiáng)全社會的環(huán)境保護(hù)意識，遏制資源浪費(fèi)等不良風(fēng)氣的蔓延,也是降低供水企業(yè)成本損失和政府財(cái)政負(fù)擔(dān)、引導(dǎo)流域水資源合理配置及提高水資源利用效率的有效途徑之一。

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