经济视角下黑龙江省水资源系统保障风险评价及管理

发布时间：2020-03-19 17:48

【摘要】：伴随着社会不断地发展,人类不断接受新的挑战,水资源系统作为承载社会经济的主要系统不断面临着来自社会各层面的威胁。同时,黑龙江省作为农业大省,面临的水资源系统风险日益严重,因此需要针对黑龙江省现存的水资源问题进行水资源系统保障风险评价。通过水资源系统保障风险评价可以将黑龙江省存在的水资源问题进行定量化,并提出有效的管理方案,优化水资源的分配,从而降低水资源系统所存在的风险,使黑龙江省更快的步入发展的快车道。本研究以保障水资源系统持续发展为指导思想,针对黑龙江省水资源系统现存问题,首先识别出水资源系统的风险源,为后续评价以及管理提供评价指标。其次运用定量化的经济数值评价黑龙江省水资源系统保障风险的大小,并分析影响水资源系统的主要因素。最后通过优化各产业水资源量的分配,降低黑龙江省水资源系统保障风险的大小,并给出最优分配水资源量。主要内容及结论如下:(一)水资源系统保障风险识别。为了识别水资源系统存在何种风险的基础问题,提出了基于等级全息建模框架(Hierarchical holographic modeling,HHM)和风险过滤、排序和管理模型(Risk filtering,ranking,and management,RFRM)的水资源系统保障风险识别模型,该模型解决了风险识别方法存在静态和片面的弊端。本文首先利用HHM框架将水资源系统划分为11个不同主层次和39个等级全息子系统,并与时空分解后的4个水资源等级全息子系统进行迭代,准确地识别出30个初始场景;然后,通过RFRM方法计算初始场景的风险概率并将其排序,确定了13个高危风险场景;最后,给出表征风险场景的可以量化的33个风险指标,为了后续研究提供切实可靠的指标体系。(二)水资源系统保障风险评价。为了定量化评价水资源系统保障风险的大小,本文构建了水资源系统保障风险经济损失模型。首先,结合HHM—RFRM方法识别的高危风险场景,利用数据包络分析(Data Envelopment Analysis,DEA)对水资源保障风险经济损失模型进行求解,以此实现利用经济数值定量衡量水资源系统保障风险的大小。其次,在DEA的基础上添加二阶段Tobit模型,从水资源利用效率角度出发,进一步分析水资源保障风险经济损失的驱动因素。结果表明,2000—2020年黑龙江省水资源系统由于投入不足导致的最小经济损失值为75.2亿元、最大值为425.1亿元;水资源系统最小产出经济损失值为1119亿元、最大值为11068亿元。在研究时段内黑龙江省水资源保障风险经济损失较高,水资源利用效率较低。2000—2015年黑龙江省水资源保障风险经济损失逐年上升,水资源产出经济损失均占水资源保障风险经济损失的90%以上,预计2020年水资源保障风险经济损失为8138.7亿元。黑龙江省水资源系统受到产业结构、经济发展水平和水利基础设施投资等驱动因素影响,需加大第二产业投入和水利基础建设投资,从而降低水资源保障风险经济损失,为后续水资源系统保障风险规避措施的制定提供支持。(三)水资源系统保障风险管理。为了制定合理的水资源配置方案,从而降低水资源系统保障风险及其对社会经济的影响,本文在黑龙江省水资源系统保障风险经济损失计算的前提下,引入两阶段随机规划(Two-stage stochastic programming,TSP)模型、多阶段规划思想以及条件风险价值(Conditional value at risk,CVaR)模型对黑龙江省水资源系统进行管理。首先从HHM-RFRM方法分析出的多种高危风险场景中,选取三大产业的用水量以及相应的收益和惩罚值作为水资源保障风险管理模型的约束条件,计算得出黑龙江省水资源系统最大收益为18410亿元。由于政府和社会对水资源保障风险的接受程度不同,因此需要引入风险偏好。研究表明,风险偏好取值为0.6时,黑龙江省经济收益最大为15842.6亿元,经济效益趋于稳定,此时三次产业的配水量分别为249.13亿m3、48.61亿m3和43.97亿m3。研究结果为黑龙江省水资源合理分配问题提供了一种可行方案,实现了经济收益和水资源系统保障风险的相对平衡。综上所述,通过对黑龙江省水资源系统保障风险评价及管理的研究,可以全面掌握水资源系统发展现状。在水资源系统保障风险研究中,存在水资源系统风险源不明、无法定量衡量风险所致经济损失值的大小以及缺乏制定优化水资源系统分配方案的依据。针对上述水资源系统保障风险的问题,本文结合黑龙江省水资源利用现状,应用HHM-RFRM方法对水资源系统的风险源进行识别,并采用DEA模型定量衡量水资源系统保障风险经济损失值,同时通过改进TSP模型有效制定了水资源优化配置方案解决了上述问题,为区域水资源系统保障风险的研究提供了理论基础和数据支撑。
【图文】：

空间分布图,水资源利用效率,黑龙江省,等级

东北农业大学工学硕士学位论文济损失变化剧烈，说明齐齐哈尔市未找到水资源管理方向，需要稳定优势产业，同时明确水资源高效利用的产业，减少水资源系统保障风险经济损失，提升水资源利用效率。鹤岗市、七台河市和佳木斯市作为以第一产业为主导的地区，水资源利用效率相对较低，并且波动性较大，同时水资源系统保障风险经济损失较高，体现了该区域农业用水效率低，漫灌现象仍然严重，需要政府和农户相互合作提高用水效率。位于西部城市的哈尔滨市、大庆市和绥化市持续保持较高的水资源利用效率，同时水资源系统保障风险经济损失值远低于其他城市，说明该区域找到契合自身特点的水资源发展路线。

框架图,水资源分配,黑龙江省,框架

通过调整权重值，来获得不同的期望成本和成本变化之间的妥协，进而求得不同类型的最优解；为置信区间；η 为给定置信水平下系统的最大损失；ij 为正辅助变量。5.2 黑龙江省水资源系统保障风险管理5.2.1 水资源优化分配模型的构建本章应用基于 CVaR 改进的 TSP 模型优化分配黑龙江省的水资源量，将黑龙江省有限的水资源分配给第一产业、第二产业和第三产业等三个用户。简化后的黑龙江省水资源分配框架见图 5-1。在基于 CVaR 改进的 TSP 模型中，需要满足以下假设：假设 1：水资源分配给用户后，一定会产生经济效益。假设 2：政府会提前根据用户历年用水量给出预期承诺水资源量。假设 3：当预期承诺水资源量满足该用户时，则只产生经济效益。当预期承诺水资源量不满足该用户时，在产生经济效益的同时会由于用户削减生产规模或高价引水而产生经济惩罚。除上述三条假设外，在经济效益最大化的情况下，政府需要在多种条件下针对三种用户制定合理的水资源分配制度，即制定三种用户之间有效、公平和合理的配水方案。黑龙江省三大产业供水目标等数据来源于《黑龙江统计年鉴》，三大产业单位供水收益和单位缺水惩罚数据均来源于文献[131]中的数据计算（见表 5-1）。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV213.4

【参考文献】