基于改进破产规则和验证惩罚...初始水权两阶段优化分配方法_张慧.pdf

收稿日期：；修回日期：基金项目：国家社会科学基金重大项目（）；国家杰出青年科学基金项目（）；国家自然科学基金项目（，）；博士基金项目（，）；湖北省社会科学基金项目（）作者简介：张 慧（），女，湖北孝感人，工程师，博士研究生，主要从事资源政策与资源经济方面的研究。：通信作者：方德斌（），男，安徽舒城人，教授，博士，博士生导师，主要从事能源经济与能源政策方面的工作。：，（）：基于改进破产规则和验证惩罚机制的流域初始水权两阶段优化分配方法张 慧，王 晶，方德斌，王永强，（武汉大学 经济与管理学院，武汉；长江科学院 水资源综合利用研究所，武汉；长江水利委员会 长江经济带保护与发展战略研究中心，武汉）摘 要：初始水权分配中，流域管理者与区域用水户之间存在不对称信息和不同的用水目标，往往导致水资源无法合理分配与高效利用。为提高初始水权分配与利用效率，从流域管理者角度，结合区域及行业用户需求、区域影响因子和行业影响因子，提出基于破产理论的初始水权优化分配框架，得到初始优化方案，进而依据奖惩规则制定监管机制，形成两阶段优化分配方法。将该方法应用于典型流域初始水权分配，并对机制实施与效果调研，结果表明，这一模型不仅可以提高水资源分配效率，还可以有效约束超额用水户行为，不断优化水资源配置效果与提高水资源的利用效率，从而支撑水资源初始水权的合理分配与有效监管。研究成果有利于流域管理者合理分配及利用水资源。关键词：初始水权分配；两阶段优化模型；改进破产规则；验证惩罚机制；监管机制中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）开放科学（资源服务）标识码（）：，（，；，；，）：，：；第 卷 第 期长 江 科 学 院 院 报 年 月 研究背景随着经济社会的快速发展，各行各业对水资源的需求越来越高，水资源有限的供应与持续增加的需求之间的矛盾越来越突出，而现有不合理的水资源分配与利用加剧了这一矛盾。同时，按照我国现行的水量分配方案，水资源分配方法包括以需定供、以供定需或定额管理法等，这些方法在一定层面上可以保证公平分配且易于推广应用，但是也存在影响水权优化分配的不利因素，导致当前水资源分配与利用效率不高，成为影响我国经济社会高质量发展的重要制约因素。而明晰水权、完善水权制度体系、提高水资源管理水平来应对我国水资源危机具有重要意义。而优化初始水权分配是水权制度建设的重要基础，也是现阶段亟需解决的重点问题之一。在我国，水资源所有权与使用权分离，拥有所有权的流域管理者将使用权分配给各区域用户以实现水资源有效利用。双方存在用水信息不对称与水资源分配与利用目标不同，直接影响水资源有效分配与合理利用。一方面，流域管理者对于区域用户的真实需水信息以及实际用水信息不完全清楚，直接影响水资源分配效率；另一方面，管理者的目标是优化水资源配置与最大化水资源使用效率等社会福利，而每个用户的目标是最大化自己的配额和实现自己的用水利益，水资源分配与利用矛盾进一步加剧。基于以上分析，本文将初始水权界定为水资源的使用权，分配主体为流域管理者与流域范围内竞争性各区域用户，分配客体为水量权的分配，目标流域管理者将有限的初始水权优化分配给各区域用户。优化分配包括两阶段：第一阶段是根据用户需求以及用户自身水资源贡献率以及 贡献率初始优化分配；第二阶段是将监管的激励机制策略反馈至优化分配阶段，对初始水权进一步优化分配。从而实现初始水权优化分配与有效利用的目标。目前学者对初始水权的研究分别集中在多目标优化、优化方法以及激励机制等方面。多目标优化与优化方法是根据不同研究需要确定优化目标以及采取相应的优化方法进行优化，优化目标包括社会经济或者环境效益最大化、水资源利用效率最大化、风险最小化、考虑公平的基尼系数等；优化方法包括双层多目标规则、和谐性诊断、或者包括不确定条件下的多目标优化以及相应的优化算法；激励机制是基于参与博弈的双方或者多方信息不对称以及利益冲突，博弈一方设计经济、管理或者其他手段的激励实现其相应目标，如 采用经济激励改善水质；等采用政治晋升机制来激励用户改善边界处水质；等采用新的灌溉技术以及税收等方式激励农户们节约水资源。这些研究在水资源管理方面起到了推动作用，在初始水权优化分配与监管方面都具有适用性与可行性，目前将优化分配与激励机制相结合的方法应用于初始水权分配有巨大潜力，也为当前水权制度建设提供了新的研究角度。本文构建改进的破产分配规则和验证惩罚的监管机制模型，研究初始水权分配与监管，以提高水资源分配和利用效率，并将该模型应用于初始水权分配。本文以初始水权为研究对象，选择初始水权两阶段分配来探索降低信息不对称程度的方法以优化分配方案，提高水资源分配效率。与已有的文献相比，本文提出的改进的破产规则不仅考虑用户需求，还结合区域用户水资源贡献率与 贡献率，其中 贡献率主要考虑区域经济发展水平在水权初始分配中的影响，是连接初始水权分配与水权市场交易的纽带，为后续水权市场交易提供培育条件，是本文的创新点之一；创新点之二是采用改进的破产理论规则进行初始水权分配，除了考虑各区域用户的需求量，还考虑区域水资源贡献率，同时结合各区域 贡献率和水资源分配的特征，既符合当前高效分配的实际，又为下一步水权交易市场提供基础条件；创新点之三是将验证惩罚机制引入水权分配，信息不对称程度是影响初始水权分配效率的重要因素，通过验证惩罚机制则进一步约束用户行为，降低信息不对称对初始水权分配效率的影响。最后将提出的机制应用于国内某流域的初始水权分配，说明该机制的有效性、可行性与适用性。模型的基本信息模型的基本信息包括模型的博弈时序图、基本假设、优化分配模型与监管模型等，本文考虑的博弈双方包括包括一个流域管理者与（）个竞争性的区域用户。本文的符号说明及数学定义如表 所示。模型时序根据研究需求，本文先构建流域管理者与区域用户之间的博弈时序图（图），然后构建初始水权分配全过程的优化规则时序图（图），其中图 是图 中第三阶段与第四阶段的详细过程，也是两阶段优化分配的全过程。第 期张 慧 等 基于改进破产规则和验证惩罚机制的流域初始水权两阶段优化分配方法研究表 相关数学符号以及基本定义 参数定义、经典破产理论中的债权人以及初始水权分配的区域用户个数 ，（）；初始水权分配中的行业用户的个数 ，（）、用水户谎报需水量的概率，；用水户实际超额用水的概率，、，、债权人（区域用水户）的总债务（用水）需求；债务（用水）需求 ；行业用户申报的需求量；用户申报量、（）用户谎报的用水量；谎报所需要的成本；，、，区域用户 分摊的短缺量；区域用户 中的行业用户 分摊的水资源短缺量、，经典破产理论中企业总资产；初始水权分配中流域总水量；区域用户实际分配的债务（水资源）量，区域 中的行业用户 实际分配的水量；，（）、区域用户谎报需水量的成本函数；管理者的信息验证成本；实施的惩罚成本、区域用户的水资源贡献量；水资源贡献率。、区域用户 贡献量；贡献率。，、，区域 行业 用水优先权；区域 行业 用水效率，行业用户的用水产出（一般换算成经济产出），、，行业用水户的行业综合利用系数；行业用水户的成本系数、管理者对用户信息披露的抽查概率；一旦发现信息有误，管理者对用户的惩罚函数；管理者信息验证准确率 注：此外、分别为最优的水资源分摊量、抽查概率以及惩罚函数，也是本文的决策变量。和 分别为区域用户最低需求量和最高需求量。T=1T=2T=3T=4T=5提出初始水权两层次优化分配规则流域以及区域管理者区域以及行业用户接受/拒绝这一规则接受且汇报自己的用水需求区域以及行业用户流域以及区域管理者实施两层次优化分配规则完成规则图 管理者与用户的博弈时序 区域用户流域管理者区域及行业用户流域管理者 区域及行业用户信息自我披露改进的破产规则优化分配方案计算各区域及各行业用户优化水量根据验证规则抽查初次分配的结果，形成惩罚因子 根据奖惩机制获得最终的最终水量 初始水权优化优化分配过程水资源利用的监管过程图 初始水权优化分配与监管模型 如图 所示，模型博弈时序如下：（）时序，初始水权分配前，管理者向用户提出两阶段优化分配规则。（），用户选择接受与否，一旦选择接受，用户需要根据规则完成博弈过程，否则博弈结束。（），管理者根据改进的优化规则进行初次优化分配。（），初次分配完成之后，管理者根据历史用水数据按照一定概率对用户的水量进行核验，并根据惩罚因子对明显超出历史数据的用户进行惩罚，据此对水权进行再次优化分配。（），规则执行完毕。图 是对水权两阶段优化分配过程的详细分析，第一阶段，优化分配阶段，管理者根据改进的破产规则对区域以及行业用户的初始水权分配方案进行优化；第二阶段，监管机制，管理者以一定概率核查区域以及用户在第一阶段的部分信息，一旦发现信息有误，就进行惩罚，而信息真实则进行奖励，从而形成有效的监管策略。模型基本假设（）博弈参与方都是理性经济人，追求自身效益最大化，在本文的研究中有一个流域管理者，（）个竞争性区域用户。（）用户（，）披露自身需水信息，有两种选择，真实披露或者虚假披露，披露需水量与最终获得水量正相关，假设用户虚假披露只会选择夸大信息披露。（）流域管理者事先知道区域用户谎报的分布概率（），但是对于具体某个用户 是否谎报并不清楚。第一阶段优化分配模型第一阶段优化分配模型基于经典破产规则进行改进，而破产理论的经典规则如下：经典破产理论规则包括（，）个债权人的需求 与总需求 ，总供给 以及实际分配的量，其各变量之间的关系如下：；（）；（）；（）。（）式中：为可供分配的水权总量；为用户的总需求；为各用户汇报的需水量；为各用户实际分配的水量。在初始水权分配中，（，）为用户编号。应用改进的破产理论规则进行初始水权优化分配过程包括两步，区域用户自我信息披露以及优化分配模型，具体过程如下。长江科学院院报 年 第一步，区域用户自我信息披露。水资源分配前，区域用户提交其基本信息 至流域管理者，其中 有 种取值，当虚假汇报时；，当真实汇报时。是区域用户披露真实信息，则是夸大需求信息，这一过程的成本为（），与汇报量有关，其中（）（）为需求量为 的成本），成本函数为二次函数，其中函数关系满足，一阶导数（），二阶导数（），而且 ，和 是对不同来水年的历史水量根据一定规则综合计算得来的，根据 节的假设（）加以推算可得，（）。第二步，管理者根据改进的破产理论规则分配初始水权。选择改进的破产规则来对初始水权进行优化分配主要依据如下：（）破产理论规则与初始水权分配规则类似，都是根据一定规则对有限的资源分配给多用户，尤其是资源短缺条件。（）破产理论在水资源分配管理方面已有广泛的研究基础，等将区域水资源贡献率以及相关系数引入破产理论分配规则，为初始水权分配提供重要的因素；等结合区域贡献率，水资源利用效率及用水最低保证率 个因素提出了改进的破产分配规则。而本文结合初始水权两层次分配，从流域到区域以及从区域到行业，第一层次结合区域水资源贡献率和区域 贡献率这两因素，第二层次结合行业用水优先权重以及各行业用水效率，对当前流域初始水权进行优化分配，尤其是解决供需不平衡。这一改进模型不仅符合当前现实需要，也为下一步水权市场交易提供基础条件。第一层次，从流域到区域，管理者结合区域用户披露的需求信息 、用户所在区域的水资源贡献率、贡献率 来对经典破产规则进行改进。改进破产规则参数如下，区域水资源贡献，区域 发展程度，水资源总供给量，为区域各用户最后实际分配的水量，水权分配包括主要针对供需不平衡的情形。从流域到区域的分配过程中，当 ，即供不应求时，有：；（）（）。（）；（）；（）；（）。（）式中 为 与 之差。根据式（）式（），各区域用户初始水权是根据水资源贡献率、贡献率以及用户披露的需求量来优化分配的。第三步，从区域到行业的第二层次初始水权优化分配。从区域到行业，主要考虑行业优先权，（行业 用水优先权）以及行业用水效率，两个参数，其中行业优先权是在满足生活，生产（农业、工业）以及生态 个行业用水优先权的级别，依据各行业满足一定的用水目标根据以下公式计算的。一般来说，河道内用水优先，其次生活用水，再次生产用水。分配水量及