流域初始水权分配及水量水质调控
2011-11
科学出版社
王宗志，胡四一，王银堂 著
174
240000
《流域初始水权分配及水量水质调控》围绕中国丰水带流域是否需要进行初始水权分配，以及如何进行分配的基本问题，总结了流域初始水权分配的研究进展，剖析了实践需求，提出了基于水量水质的二维水权的概念，建立了初始二维水权分配及其调控的初步理论框架，构建了流域初始二维水权的分配模型，在此基础上构建了基于初始二维水权的流域水资源系统优化调控模型，最后在中国珠江水系北江流域进行了实证研究。
《流域初始水权分配及水量水质调控》可供从事水文、水资源、水环境、管理科学与工程、复杂性科学、系统工程和水经济等专业的科研、教学和管理人员参考使用。
序言
前言
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外初始水权分配相关研究进展
1.2.1 水权与初始水权概念辨析
1.2.2 水权客体研究进展
1.2.3 分配原则研究进展
1.2.4 分配模式与模型研究进展
1.2.5 与水资源系统调控结合方面的研究进展
1.3 流域初始水权分配命题的科学剖析
1.3.1 需水管理视角下的流域初始水权分配
1.3.2 供水管理视角下的流域初始水权分配
1.3.3 统筹考虑水量与水质的科学性
1.4 流域初始水权分配研究趋势
1.5 研究框架、方法与创新
1.5.1 研究框架
1.5.2 研究方法
1.5.3 研究特点
第2章 流域初始二维水权分配及其调控框架
2.1 概述
2.2 二维水权分配概念与解析
2.2.1 二维水权定义
2.2.2 流域初始二维水权分配的内涵
2.2.3 流域初始二维水权分配相关概念
2.3 流域初始二维水权分配及其调控框架初析
2.3.1 流域初始二维水权分配框架
2.3.2 基于初始二维水权的流域水资源调控框架
2.3.3 流域初始二维水权分配及其调控的支撑理论与技术
2.4 本章小结
第3章 流域初始二维水权分配模型
3.1 概述
3.2 流域初始水量权与初始排污权分离分配模型
3.2.1 流域初始水量权分配
3.2.2 流域初始排污权分配
3.3 流域初始水量权与初始排污权统一分配模型
3.3.1 流域水资源系统和谐状态函数描述
3.3.2 统一分配模型目标函数
3.3.3 统一分配模型求解
3.4 本章小结
第4章 基于初始二维水权的流域水资源优化调控模型
4.1 概述
4.2 流域水量分配仿真模型建立
4.2.1 流域水资源系统结构概化与描述
4.2.2 流域水量分配仿真模型运行规则制订
4.2.3 流域水量分配仿真模型建立
4.2.4 流域水量分配仿真模型参数率定
4.3 水功能区纳污能力计算模型建立
4.3.1 流域代表性污染物智能识别模型建立
4.3.2 基于流域代表性污染物的水功能区纳污能力计算模型建立
4.4 流域水量分配仿真模型与水功能区纳污能力计算模型耦合
4.5 基于初始二维水权的流域水资源优化调控模型系统构建
4.5.1 目标函数
4.5.2 约束条件
4.5.3 求解方法
4.6 基于初始二维水权的流域水资源优化调控模型工作流程
……
第5章 流域初始二维水权分配及其调控应用实例
第6章 结论与展望
参考文献
版权页：插图：第1章 绪论1.1 研究背景自20世纪末以来，以水资源短缺、水环境恶化和水生态退化为主要特征的水危机在世界各地频繁出现，成为制约经济社会发展的瓶颈。“水危机”是指由于人类对水量与水环境容量的消耗超过其资源负荷，长期累积而造成损害人类利益的现象，是人与自然相处长期不和谐的外在表现（郑通汉，2006；Pearce，Turner，1990）。自然和人类是驱动水危机产生的两大因子，在人类社会发展的不同历史时期，它们对水危机产生的影响作用是不同的。随着经济社会的发展、人类大规模开发利用水资源活动的不断加剧，人为因素成为引发供水不足、水环境恶化等重大问题的主要原因。荣获2006年斯德哥尔摩水奖的第三世界水资源管理中心主任AsitK.Biswas教授（2006）指出，“造成水危机的原因98%是人，2%是自然”。因此，水危机看似是水资源危机，其实质是管理危机，这启示人们要自律水资源开发利用行为。2000年，世界保护联盟指出（IUCN Report，2000），全世界范围内都存在不同程度的水危机现象：可更新的淡水资源接近极限、河道断流、地下水位下降、湖泊萎缩、湿地消亡、大部分水域污染严重、水旱灾害加剧、生物多样性消失、近海地区海水入侵严重、河口三角洲严重退化等现象随处可见（张象枢，邹骥，周景博，2004；WinpennyJ，1994）。1983年多瑙河的水位下降到106年来的最低值，导致轮船搁浅、河运中断；世界上最深的淡水湖泊贝加尔湖，近年来湖水位不断下降，同时由于附近工厂向湖里肆意排放污水，贝加尔湖正在遭受水质日益恶化的严峻挑战（郑通汉，2006；李雪松，2006）；尼罗河源头乍得湖，湖面正以每年100km2的速度萎缩；20世纪50年代，莱茵河流域的水环境污染一度成为困扰荷兰、瑞士、法国、卢森堡和德国等周边国家的主要问题（郑通汉，2006）；在美国，因干旱缺水，粮食产量锐减，导致世界粮食储备急剧下降；一直是澳大利亚经济中心之一的墨累达令河流域，由于水资源的粗放使用而引发的水环境问题在20世纪60年代爆发，流域内至少有4.5%的农田盐碱化，并呈加速退化之势，到20世纪90年代初，河道外用水增长迅速，河道内水量减少，导致墨累河大量蓝藻滋生，造成震动全国的水质危机（李雪松，2006）。当水资源短缺情势从生产用水短缺发展到人饮用水短缺时，水危机便从资源危机上升为生命支持系统危机（易正，2001），人类的生存与发展就会受到威胁，水危机将进一步上升为政治危机。实际上，因争水而导致国际关系激化，以至于诉诸武力解决的事件并不少见。以色列与叙利亚关于戈兰高地争议的焦点在于对稀缺水资源的争夺；土耳其、叙利亚和伊拉克之间的紧张关系，缘于幼发拉底河和底格里斯河的水资源之争；恒河流域紧张的水资源现状导致了尼泊尔、印度和孟加拉国之间的用水冲突。就整个世界范围来说，水危机已从局部向整个流域蔓延，并从水资源短缺、水环境恶化等环境危机上升为生态危机、政治危机。如何寻求一条既切实可行又积极有效的缓解途径，已成为世界各国最为棘手的问题之一（白永平，2004；王宗志，2008）。中国改革开放后的三十余年，是历史上经济发展最快的时期。但是，长期粗放的用水格局，导致以水资源短缺、水污染严重为特征的水危机在20世纪末开始逐渐凸显出来（易正，2001）。由于水资源的无序开发和低效利用，从20世纪70年代开始，由塔里木河源流向干流输送的水量逐年减少，河道断流开始出现，水生态系统非常脆弱，尾闾台特玛湖干涸，大片胡杨林死亡。自1972年，黄河开始出现断流，在20世纪90年代断流态势加剧，1997年黄河下游利津站全年断流226天（王光谦等，2006）。海河流域目前基本上处于“有河皆干、有水皆污”的状况。2005年11月吉林石化公司双苯厂发生爆炸，松花江流域部分江段污染，沿江居民饮水困难。长江流域，尽管水质总体较好，但是水质恶化趋势一直在加剧。太湖流域久治不愈的“蓝藻病”，无疑是长江三角洲地区经济发展的一大隐患。珠江流域，不用说类似于2005年12月北江水系的突发性水污染事件，也不用说日益恶化的流域水质，单是冬春季节屡屡发生的咸潮上溯，以及由此引发的三角洲地区的饮水不安全问题，就足以让人们揪心不已。中国正面临着水资源短缺、水环境恶化、水生态退化等多种水问题，水危机严重影响和制约着中国经济社会的发展进程。如何从根本上缓解水危机、保障21世纪中国经济社会的可持续发展，已成为中国发展进程中的重大课题（白永平，2004）。随着经济社会的发展，水资源短缺已不再是北方地区的专利。中国南方地区，甚至是水资源相对丰富的珠江流域也因“缺水”制约着经济社会的发展。自20世纪80年代中后期始，南方流域地表水污染日趋严重，城市河道几乎到了“有河皆污”的地步。2010年广东省由于水污染造成的水质性缺水达到了82.6亿m3①。位于大陆最南端、年均降雨量在1500mm以上的雷州半岛，也因连续缺水成为国内关注的焦点（关卉，2005）。自2002年以来，由于珠江流域上游降水减少、取水过多，珠江三角洲地区咸潮上溯频繁发生，严重影响了香港、澳门、珠海甚至是广州等地区人民的供水安全。归纳起来，珠江流域的水危机爆发的原因突出表现在如下三个方面：一是流域水资源年内和年际变化大，水资源工程丰枯调控能力不高。例如，珠江水系北江流域，汛期4~9月份降雨量占全年降雨量的70%以上，多年平均地表水资源量520亿m3，但大型水库的总库容却不足45亿m3；二是人类活动频繁，人水关系复杂，实现流域水资源统一管理的协调任务重。正是由于珠江三角洲地区水资源相对丰富，人口众多、经济发达、河网密集，人类活动与水的关系则更为紧密和复杂，河道内防洪、发电、航运、养殖、旅游等多功能并举，河道外高质量用水需求与逐年增加的入河排污量并存，错综复杂的涉水关系相互交织在一起；三是用水粗放，河道外用水增长趋势明显，水环境恶化引发严重的生态环境问题。随着人口增长和经济社会的快速发展，珠江流域河道外用水需求强烈增长，河道内生产、生态用水经常被挤占，生态环境系统受到威胁，特别是在冬春季节枯水月份，珠江三角洲地区的咸潮上溯活动频繁（珠江防汛抗旱总指挥部办公室，2007），香港、澳门及珠海等地区人们的饮水安全受到威胁。因此，如何采取有效措施，规范河道外用水和排污行为，保证中国南方流域水环境不再恶化并逐步向良性发展，成为了时下众所关注的焦点（王宗志，2008）。在特定的流域或区域内，自然赋予人类的水资源量是有限的，人类的使用和消耗长期超过其容许的阈值，水危机就会发生。在黄河、海河等北方流域，由于人类对水量的粗放使用和过度消耗超过水资源承载能力，出现了水资源短缺危机，经常性的河道断流就是其例。同样，当人类大量排放的污染物超过水环境承载能力时，水环境危机就会爆发，屡治不愈的太湖蓝藻就是一个例证。然而，水资源承载能力与水环境承载能力是不能简单分开的，水环境承载能力是河道内水量及其分布的正相关函数，若水量的天然禀赋一定，河道外取水增多，排污量就势必增加（如果不采取限制排污措施），这两个方面都加大了对流域水环境容量资源的消耗。水资源承载能力是以满足一定的质量要求的水量作为条件的，需要水环境及生态系统的长期养护而维持。“两个”承载能力的不可分割性与水资源价值实现的水量与水质统一性，使得水资源短缺与水环境恶化及一些次生水问题往往相伴而生，使水危机变得错综复杂。图1.1描述了水危机产生的逻辑路径。①资料来源：www.zswater.gov.cn中国水质性缺水样本之广东篇图1.1 水危机产生的逻辑路径由图1.1可以看出，水危机是人类对水资源的消耗长期超过了“两个”承载能力的后果，水资源供需失衡是水危机产生的根本原因。显然，通过扩大供给和压缩需求，即通过“开源”和“节流”来调整供需平衡，是缓解水危机的基本途径，如图1.2所示。图1.2 寻求缓解水危机途径的逻辑路径长期以来，人们只注重从供水方寻求策略，例如建造水库调节天然水资源的时间分配、修建跨流域调水工程调节水资源的空间分布，以增加流域或区域可供水量。然而，对于特定流域或区域而言，自然赋予人类消耗的水资源总量存在一个上限值，因此一味从供给方挖掘潜力、调整供需平衡的做法，存在资源和投资压力，具有明显的局限性。长期以来，受“重开源、轻节水”观念的影响，中国用水效率整体偏低，水资源浪费现象严重。中国绝大部分地区的渠系水利用系数在0.4~0.5，而发达国家一般在0.7~0.8；中国工业用水重复利用率平均仅为0.4左右，而发达国家为0.75~0.85；中国万元产值取水量约为发达国家的5~10倍；城市管道滴、漏、跑、冒现象严重。桑德拉•泼斯特曾指出（1998），在不影响经济发展和人民生活质量的前提下，利用世界上成熟的节水技术和方法，农业、工业和城市用水可分别减少用水10%~50%、40%和33%。基于此，按照2010年的需水量计算，中国北方5片流域（松辽河、海滦河、黄河、淮河和内陆河）可节水400多亿m3，与南水北调三线调水量之和接近。从这一意义上讲，中国的节水潜力是巨大的（李雪松，2006）。这从理论上论证了从“需求方”调整供需平衡、缓解水危机的可行性。然而，通过抑制需求调整供需平衡，不能单靠节水技术的提高和节水设施的改进，更不能把节水简单地理解为少用水、不用水。中国在不同历史时期先后提出了“以需定供、大力开源”，“开源为主、提倡节水”，“开源与节流并重”，“开源、节流与治污并重”到全面“建设节水型社会”的治水思路①，折射出人们在认识水问题、应对和治理水危机方面的水平逐步提高的科学轨迹。建设节水型社会是新时代的产物，是中国水利人在审视传统治水思路和观念的基础上，对以往节水观念、水资源管理理念和水污染防治办法的系统整合，是内涵非常丰富的治水体系。它既反映了目前中国社会经济发展过程中遇到的主要矛盾，同时也提出了缓解矛盾的有效途径，足以成为一项系统解决中国水问题的崭新重要社会实践。建设节水型社会是一个动态的、循序渐进的过程，大体上可分为两个阶段（中国科学院可持续发展战略研究组，2007）：第一阶段，即初级阶段，是通过初始水权的合理分配，确定水资源的宏观总量控制指标和微观定额管理指标。第二阶段是以初始水权分配为平台和依据，通过培育水权交易市场（高而坤，2007；高而坤等，2008），建立市场交易规则，形成价格机制，实现水权的有偿转让。这是节水型社会建设的高级阶段。显然，初始水权分配是节水型社会建设的首要环节，其分配格局在一定程度上决定了这项系统工程的实现程度和总体效果，因此它又是节水型社会建设的核心内容。初始水权分配是政府主导下的水资源配置模式，旨在通过确定水权交易的平台、发挥市场配置资源的基础性作用，进而达到规范用水行为，刺激产生节约用水的内在激励机制和约束机制，促进经济社会的内涵式发展，以水资源的可持续利用保障经济社会的可持续发展（王浩等，2008）。作为一项改革，初始水权分配源于水危机的产生，水危机的特点同时也左右着其分配的内容和深度。水资源短缺和水环境恶化交织叠加，并由局部向全流域蔓延，已成为目前中国南方水危机的主要特点。通过建立水权制度，刺激用水主体产生节能降排的内在激励机制和约束机制，进而提高水资源的利用效率和效益，是缓解水资源供需矛盾的有效途径。这一观点已被国际社会普遍接受（Diaoxsetal.，1999；HartmanLMetal.，1970；CélineD，2006；JénniferM，2005），在中国亦逐步形成了以总量控制为主要内容的水资源配置制度（高而坤，2007）。为落实该制度，水利部组织开展了一系列富有成效的工作。水利部2006年指出要在2010年前完成大江大河的水量分配，2008年2月1日又颁布了标志着中国水权制度雏形建立的《水量分配暂行办法》（中华人民共和国水利部令2007年第32号）（高而坤，2008）。截至目前，中国已陆续在北方的黄河、黑河、塔里木河、石羊河、大凌河、霍林河等，以及南方的抚江、晋江、东江等流域，开展了初始水权分配研究。但由于问题的复杂性，大江大河的水量分配工作到2010年底也尚未完成，因此在2011年中央一号文件“中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定”（中共中央国务院，2010）又重点指出“确立水资源开发利用控制红线，抓紧制定主要江河水量分配方案，建立取用水总量控制指标体系。”充分显示了初始水权分配工作在中国水资源管理中的重要性和迫切性。①2000年10月，第十五届中央委员会第五次全体会议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展的第十个五年计划的建议》首次提出“节水型社会”概念。近年来，国内外学者在初始水权分配方面做了大量工作，取得了一批有价值的研究成果（李雪松，2006；王浩等，2008；王宗志，2008）。这些成果主要集中在初始水权相关概念、内涵的辨析以及法理和经济学解释等方面。就初始水权分配本身而言，大多是把流域多年平均的可耗水量或水资源可利用量作为水权客体，将其在行政区之间进行水资源的宏观配置，追求的是流域多年平均水资源量具有相对“稳定性”的一面。例如，黄河“87分水”方案的水权客体是流域多年平均可耗水量（王光谦等，2006）、2008年东江分水方案的水权客体是流域水资源可利用量（王卫国，2008）。然而，由于受季风气候影响，中国流域水资源量还具有年内与年际变化不确定性的一面。因此，如何针对流域来水与地区需水的不确定性，通过流域水资源系统的科学调控落实初始水权分配方案，将其映射为具有可操作性水资源管理控制规则，成为初始水权发挥预期作用的关键，然而这方面的研究成果并不多见。以落实初始水权分配方案为目标的流域水资源系统优化调控受制于很多要素，是一项复杂的系统工程。一方面，要把初始水权分配与水资源系统优化调控置于流域水资源统一调度与管理的整体框架下考虑二者的衔接关系。在制订初始水权分配方案时，要考虑方案的可落实性；在制订流域联合优化调控方案时，要把初始水权分配方案作为总量控制目标，通过后者来落实前者。另一方面，要把取水与排污同时纳入流域水循环考虑二者的制约关系（王浩等，2008）。在确定初始水权客体时，要考虑水质在水资源价值实现中的作用（BennettLL，2000）；在进行流域水资源系统优化调控时，要考虑来水、用水、回水、耗水与排污之间的作用关系，实现允许排污量与允许取水量的统一分配。否则，会得出不切实际的结论（HuSYetal.，2010）。例如，在目前中国南方流域的初始水权分配中，常把流域水资源可利用量作为水权客体，但在这些地区，往往水资源可利用量大于当前乃至未来相当长一段时间的河道外用水量，以此作为水权客体进行分配将导致：①使得初始水权分配方案非但不能起到约束用水行为、刺激用水主体产生节能减排约束机制和激励机制的作用，甚至会引发因水权流转而带来的风险；②使得即便是被利益各方接受的分配方案，也难以在实际工程中落实，使初始水权分配方案浮于宏观、流于形式，造成行政资源浪费。举例说明，北江流域水资源可利用量为144亿m3，而2005年河道外用水60亿m3；考虑强化节水措施预测2020年河道外需水80亿m3，而流域内8座大型水库的库容之和还不足45亿m3，且多数不具有年调节能力。本书从水资源的水量与水质统一的基本属性出发，以寻求缓解流域性水危机的有效途径为着眼点，在对国内外初始水权分配相关研究进展进行系统梳理、深入剖析其实践需求的基础上，提出了目前初始水权分配亟需回答或解决的三个问题：（1）在水资源相对丰富的地区，要不要进行初始水权分配，什么样的分配是合理的，如何构建模型支撑这种合理的分配？（2）如何把初始水权分配从“宏观配置”层面向“微观调度”层面过渡，实现水权由“虚体”向“实体”的转变，体现水权“稳定”与“灵活”的统一，来支撑水资源的科学管理？（3）如何从水量与水质两个角度科学认识与对待水资源，进而实现水量权分配与排污权分配的统一？为此，本书围绕上述三个问题展开研究，其意义在于：（1）把水量与水环境容量作为初始水权的两个维度统一起来进行研究，扩展了初始水权分配的内涵和属性，为解决水量使用权与排污权统一分配的问题提供了理论依据。对于正确处理人水关系，提高水资源利用的“两个承载能力”，以及科学回答“在丰水带地区要不要进行初始水权分配”这一问题，寻求缓解水危机的有效途径具有一定的指导意义。
《流域初始水权分配及水量水质调控》由科学出版社出版。
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