孫周亮， 劉艷麗， 劉 冀， 關(guān)鐵生， 劉翠善，王國慶，金君良， 賀瑞敏， 鮑振鑫

(1．南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室， 江蘇 南京 210098；2．水利部應對氣候變化研究中心，江蘇 南京 210029； 3．武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072； 4．三峽大學 水利與環(huán)境學院，湖北 宜昌 443000)

1 研究背景

水資源利用矛盾是國際河流中典型的爭端焦點，建立合理的水資源分配方案是緩解爭端的有效途徑[1-2]。由于國際河流所流經(jīng)國家之間存在顯著的自然地理、社會經(jīng)濟、技術(shù)水平等差異，從而跨境水資源的利用通常為多目標利用[3]，因而目前對跨境水資源的研究集中在多目標分配方面[4-5]，基于指標分析的權(quán)重計算方法可以綜合多種利用需求[6]，是常用的水資源多目標分配方法[7-8]。

瀾滄江-湄公河(下稱瀾湄)是發(fā)源于我國并流經(jīng)緬甸、老撾、泰國、柬埔寨和越南的一條重要國際河流，水資源總量豐富，但時空分布不均[9-10]，加上流域各國社會發(fā)展水平不一，對水資源需求存在較大差異，導致流域各國對瀾湄流域水資源利用存在分歧[11-12]。當前瀾湄流域內(nèi)尚無公認的水量分配方案，這種看似“自由”利用流域水資源的現(xiàn)狀實質(zhì)不利于水資源的合理利用和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展[13-14]，基于指標分析的權(quán)重法分配方案仍然是重要參考依據(jù)，尤其體現(xiàn)在分配總量方面。當前已有少量關(guān)于瀾湄流域水資源分配的研究成果，由于不同研究者考慮的側(cè)重點和采用的方法不盡相同，導致分配結(jié)果存在較大差異[15-16]。

總的來說，權(quán)重法分配方案是基于各流域國對流域水資源的需求和貢獻綜合分析的結(jié)果，遵循公平合理原則，因而可能為跨境流域水資源分配方案所采用?？紤]到權(quán)重法通常易受到研究者的主觀影響，如典型的就是層次分析法中需要研究者自行決定不同指標之間的相對評價值[15]，因此本文考慮采用更加綜合性的基于博弈論的組合賦權(quán)法進行分析[17]，以獲得更為客觀合理的權(quán)重。

2 研究方法

2.1 基于博弈論的組合賦權(quán)法

基于博弈論的組合賦權(quán)法[18]是運用博弈論的方法，在不同權(quán)重結(jié)果之間尋找一種均衡，最小化不同權(quán)重與最優(yōu)權(quán)重之間的偏差，達到主、客觀權(quán)重兼顧的協(xié)調(diào)結(jié)果，本文主要是基于層次分析法的主觀賦權(quán)和熵權(quán)法的客觀賦權(quán)，最終得到反映決策者主觀意向與指標客觀屬性的組合權(quán)重。具體計算方法如下[17]：

設(shè)L種(本文L=2)指標權(quán)重結(jié)果為Wk={Wk1,Wk2, …，Wkn}(k=1,2,…，L)，n為指標個數(shù)，k為權(quán)重結(jié)果數(shù)量。權(quán)重線性組合系數(shù)為α=[α1,α2,…，αL]，則組合權(quán)重w為：

(1)

當α為最優(yōu)組合系數(shù)時，w即為最優(yōu)組合權(quán)重。

根據(jù)博弈論的思想，以w和Wk的離差最小為目標，對上述線性組合系數(shù)進行優(yōu)化，目標函數(shù)為：

(2)

最優(yōu)化一階導數(shù)條件為:

(3)

2.2 基礎(chǔ)權(quán)重計算方法

所謂基礎(chǔ)權(quán)重是指用于組合賦權(quán)法中的權(quán)重，亦即組合賦權(quán)法的組合對象。從本文的研究目的出發(fā)，欲得到較為綜合的水量分配權(quán)重，既要考慮各國的主觀需求，也要考慮各國的客觀因素，因此本文采用層次分析法[15]和熵權(quán)法[17]分別表征瀾湄流域各國對水資源需求的主觀性和客觀性，具體計算方法不再贅述。

權(quán)重組合計算的步驟為：首先根據(jù)各指標數(shù)據(jù)計算按層次分析法和熵權(quán)法得到兩組基礎(chǔ)權(quán)重，然后代入組合賦權(quán)法中，采用博弈論方法進行優(yōu)化得到兩組基礎(chǔ)權(quán)重的組合系數(shù)，從而得到最終的組合權(quán)重。

3 結(jié)果與分析

3.1 指標層次結(jié)構(gòu)建立

根據(jù)跨境水資源分配指標體系[15,19]，分別從現(xiàn)狀性、公平性、效率性和可持續(xù)性因素出發(fā)建立指標體系，基于指標的獨立性、可操作性和資料可得性原則[20]，在各項因素中分別選取了對應的指標，并計算得到同一指標在不同國家的歸一化指標值。其中公平性因素選擇了流域面積貢獻率、徑流貢獻率、人口數(shù)量、人均需水量4項指標，分別代表各國對流域水資源的貢獻和水資源基本需求；現(xiàn)狀性因素選擇了生活用水量、農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量3項指標，分別代表各國的現(xiàn)狀消耗性用水量；效率性因素選擇了單方水工業(yè)產(chǎn)值、有效灌溉面積2項指標，分別代表用水產(chǎn)出水平和現(xiàn)狀利用水平；可持續(xù)性因素選擇了人口自然增長率和森林覆蓋面積2項指標，分別代表人類可持續(xù)性和生態(tài)可持續(xù)性需求。根據(jù)上述指標體系建立的層次結(jié)構(gòu)見圖1。收集到各項指標并計算得出各國的歸一化指標值，見表1。

圖1 指標體系層次結(jié)構(gòu)圖

3.2 組合權(quán)重計算及水量分配

根據(jù)層次分析法對各級層次建立判斷矩陣。首先對準則層的各項因素進行兩兩對比，得出各項因素之間的相對重要性。然后對各項因素中的指標進行兩兩對比，得出各項指標之間的相對重要性。結(jié)果如下：

式中:G0～G4分別為準則層和公平性因素、現(xiàn)狀性因素、效率性因素、可持續(xù)性因素的判斷矩陣。

經(jīng)計算可知，各判斷矩陣的一致性檢驗指標CR依次為0.0433、0.0161、0.0061、0、0，均小于0.1，即通過一致性檢驗。按層次分析法計算可得準則層權(quán)重、指標單權(quán)重及指標總權(quán)重。同時按熵權(quán)法可計算各指標的熵權(quán)法權(quán)重，計算結(jié)果見表2。表2中AHP單權(quán)重是指同一準則層指標之間的相對權(quán)重，AHP總權(quán)重是指所有指標的總權(quán)重(即AHP單權(quán)重與相應準則層權(quán)重的乘積)，熵權(quán)法權(quán)重是指采用熵權(quán)法計算所得的各指標總權(quán)重。

表1 瀾湄流域各國歸一化指標值

將AHP總權(quán)重和熵權(quán)法權(quán)重分別對各國相應指標賦權(quán)，可分別得到各國總權(quán)重(即圖2中層次分析法和熵權(quán)法對應的各國分配權(quán)重)。采用基于博弈論的組合賦權(quán)法對AHP和熵權(quán)法權(quán)重進行組合，經(jīng)優(yōu)化得出組合系數(shù)為0.474、0.526，采用該組合系數(shù)對AHP和熵權(quán)法權(quán)重結(jié)果進行加權(quán)組合得到組合權(quán)重(即圖2中組合賦權(quán)法對應的各國分配權(quán)重)。

從圖2中的權(quán)重結(jié)果可知，層次分析法與熵權(quán)法結(jié)果存在一定差異性，尤其以老撾和泰國的差異較大，主要原因是層次分析法中徑流貢獻率指標權(quán)重較大，老撾的徑流貢獻率指標值顯著大于泰國；而熵權(quán)法中以人均需水量、農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量、單方水工業(yè)產(chǎn)值、有效灌溉面積和森林覆蓋率的權(quán)重較大，其中泰國的農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量、單方水工業(yè)產(chǎn)值、有效灌溉面積指標值顯著大于老撾。因此兩種方法的差異源于不同指標權(quán)重以及相應指標值的差異。

表2 指標權(quán)重計算

圖2 不同方法得出的各國分配水量權(quán)重對比

從組合賦權(quán)法權(quán)重組合系數(shù)結(jié)果來看，組合比例接近平均加權(quán)，其結(jié)果接近兩種權(quán)重結(jié)果的均值，考慮到組合賦權(quán)法的特點，認為組合賦權(quán)法兼顧了主觀性和客觀性，相比層次分析法和熵權(quán)法結(jié)果更合理，因此將組合賦權(quán)法權(quán)重作為最終的水量分配權(quán)重，即各國分配水量權(quán)重依次為13.8%、3.98%、13.23%、24.17%、21.16%、23.65%。

4 討 論

以瀾湄流域各國的實際用水量(見表3)為基數(shù)計算實際用水量占比[15-16]，結(jié)果見圖3。

表3 瀾湄流域各國實際用水量 108 m3

從圖3中各國分配水量權(quán)重和實際用水量占比來看，其中越南的實際用水量占比為48.98%，為分配水量權(quán)重的2倍有余，而其他國家的用水量占比均小于分配水量權(quán)重。

圖3 瀾湄流域各國分配水量權(quán)重、實際用水量占比

建立分配水量權(quán)重的目的是合理利用瀾湄流域的水資源，由于所建立的水量分配方案與現(xiàn)狀用水量占比存在出入，水量分配方案的實施必然導致原有利益的變動，因而需要采取利益補償與協(xié)調(diào)措施均衡全流域的水利益分配。單從用水量的角度來看，從圖3可知越南消耗了比分配量更多的水量，而其他國家的用水量則少于分配量，因此在利益補償與協(xié)調(diào)中，總體上可確定為越南向其他國家進行補償。根據(jù)跨境水資源利用的公平合理利用基本原則，本文所得水量權(quán)重可看作未來可能出現(xiàn)的分配水量權(quán)重方案。但從我國現(xiàn)狀來看，實際用水量不到分配水量權(quán)重的一半，因此還有很大的利用空間。

實際上，水量分配是利益分配的體現(xiàn)，瀾湄流域的水利益具有多樣性，除了水量消耗性利用以外，還有諸如水電、航運、生態(tài)、養(yǎng)殖、防洪等非消耗性利用，相應的水利益同時受到水量、水質(zhì)、水資源調(diào)度與管理等多方面因素的影響。隨著瀾湄合作的進一步深化，合作機制將更加完善，合作領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛，這種多元化的合作也將提高水資源利用效率，未來可以通過更多維的合作、共享、補償?shù)韧緩綄崿F(xiàn)流域國之間的利益共享與協(xié)調(diào)。

5 結(jié) 論

本文采用兼顧主觀性與客觀性的組合賦權(quán)法，通過優(yōu)化計算得到層次分析法和熵權(quán)法的權(quán)重組合系數(shù)，從而得到了瀾滄江-湄公河流域各國的水量分配權(quán)重，主要結(jié)論如下：

(1)對比各國水量分配權(quán)重與實際用水量占比可知，越南用水量遠超過分配量，泰國和柬埔寨用水量略低于分配量，中國、老撾和緬甸用水量則遠低于分配量，即越南超量利用了其他國家的分配水量，為了流域各國都能公平合理地利用瀾湄流域水資源，越南應向其他國家進行利益補償。

(2)相比傳統(tǒng)的層次分析法而言，本研究避免了受主觀因素單一影響的局限性，充分挖掘了各指標的客觀信息，提高了結(jié)果的可信度和客觀性，可為我國跨境水資源國際談判提供決策信息，保障我國在跨境流域的水資源利益。

(3)由于資料限制，本研究在各項準則層中僅考慮了一部分指標，待更完整的關(guān)鍵指標數(shù)據(jù)補充后，在未來研究中可得到更符合瀾湄流域?qū)嶋H的水資源分配結(jié)果，可切實提高水資源利用的合理性。