1、第6 3卷 第2期河南大学学报(社会科学版)V o l.6 3 N o.22 0 2 3年3月J o u r n a l o f H e n a n U n i v e r s i t y(S o c i a l S c i e n c e s)M a r.2 0 2 3流域排水权配置研究的动态演化博弈分析 基于横向府际合作视角张凯泽,董增川,沈菊琴(河海大学 水文水资源学院,江苏 南京 2 1 1 1 0 0;河海大学 农业科学与工程学院,江苏 南京 2 1 1 1 0 0)摘 要:气候变化造成我国洪水灾害频发。流域内政府间为了维护自身利益,时有排水冲突现象发生,影响沿线社会经济平稳运行。针
2、对洪涝灾害时期排水冲突不断的现实问题,从横向府际合作视角出发,建立流域内横向政府间的动态演化博弈模型,分析其行为策略选择的长期演化趋势,刻画影响因素变化对横向政府行为策略选择的影响程度。研究表明,流域内横向政府合作排水是系统实现最优策略组合的前提。只有推动横向府际合作关系,上下游政府均合规排水,避免排水冲突现象发生,形成有序排水的局面,才能实现社会福利最大化,从而实现促进流域整体可持续发展、降低流域社会经济损失的目标。关键词:排水权配置;横向府际合作;演化博弈;排水纠纷中图分类号:F 2 0 4 文献标识码:A文章编号:1 0 0 0-5 2 4 2(2 0 2 3)0 2-0 0 2 7-0
3、 6收稿日期:2 0 2 21 22 0基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“基于F R S理念的黄河中下游地区排水权配置方法研究”(B 2 2 0 2 0 2 0 3 2)阶段性成果;中国博士后基金项目“气候变化背景下基于洪水动态响应的黄河中下游地区排水权配置研究”(2 0 2 2 M 7 1 1 0 0 9)阶段性成果作者简介:张凯泽(1 9 9 1-),男,河南开封人,管理学博士,河海大学水文水资源学院助理研究员;沈菊琴(1 9 6 2-),女,江苏张家港人,管理学博士,河海大学农业科学与工程学院教授,博士生导师;董增川(1 9 6 3-),男,山西芮城人,工学博士,河海大学
4、水文水资源学院教授,博士生导师。近年来,全球气候变化加速了区域水文循环过程,导致区域性洪水灾害事件频发。我国是全球气候变化的敏感区和影响显著区,升温速率明显高于同期全球平均水平。在气候变化影响下,黄河中下游地区极端洪水灾害发生的频率和强度逐渐增多增强,气候风险水平趋于上升,使得沿线城市的脆弱性和受洪水破坏性不断增加。洪水灾害给我国的国家安全和国民经济平稳运行带来了较为严重的破坏,制约了我国的可持续发展。2 0 2 1年7月,河南发生特大洪涝灾害;1 0月山西发生洪涝灾害,均给社会经济带来巨大损失,危害了黄河中下游地区经济社会平稳运行。党的二十大报告指出,要“提高减灾救灾和急难险重突发公共事件处
5、置保障能力”。因此,减少洪涝灾害损失,提高黄河中下游地区的洪水应对能力,对保障社会高质量发展具有重要意义。一、文献综述与研究思路防洪除涝排水系统绝大多数属于国家出资建设。因此,河道、水库等水利工程属国家所有。从水利工程资源的整体性来看,水利工程资源是流域内各区域主体的共同财产,属于公共池塘资源的范畴,具有稀缺性、非排他性和竞争性的特点。目前我72金君良,何健,贺瑞敏,等:气候变化对淮河流域水资源及极端洪水事件的影响,地理科学,2 0 1 7年第8期。中国气象局气候变化中心:中国气候变化蓝皮书,2 0 2 1年。张建云,王国庆,刘九夫,等:国内外关于气候变化对水的影响的研究进展,人民长江,2 0
6、 0 9年第8期。张凯泽,沈菊琴:准市场下我国排水权交易管理研究:基于演化博弈视角,河南大学学报(社会科学版),2 0 1 9年第4期。DOI:10.15991/ki.411028.2023.02.016国是属地化管理体制,表现为地方行政分割,各级地方人民政府对当地的洪水管理事宜负责。流域内河道上下游、左右岸的区域主体(省、市、县等行政主体)沿着河道分布均可向河道排水,具有一定的地理顺序,也 就是上游和 下游地区,具 有横向府际 关系。地理位置的不同意味着横向政府排放洪水的顺序不同。由于对流域横向政府的排水权利缺乏清晰的量化,上游地区因其地理位置的优势,可先于下游地区排放洪水进入河道。一旦强降
7、雨集中,各区域主体排水量需求较大时,各主体出于对自身利益的考虑,可能会对河道等水利工程设施资源进行掠夺性和无节制的使用,形成竞相排水的态势,造成“过度消费”和“拥挤效应”,产生负外部现象,从而对其他区域排水造成负面影响,导致流域各区域利益的不均衡,洪水灾害时期地区之间的排水冲突不断,使得流域整体损失巨大。导致流域内各区域之间排水矛盾的根本原因是缺乏对横向政府的排水权益进行有效配置。要想解决各地区的排水权冲突问题,就需要对流域内横向政府的利益进行博弈分析,寻找整体流域最优策略组合,并建立普遍可接受的排水权配置制度,对流域内各地区的排水利益进行调配,形成横向政府有序排水的合作局面。否则,各区域将陷
8、入“囚徒困境”。如何协调横向政府的排水利益,建立高效的横向府际合作关系,促进横向政府合作排水,是降低流域洪水损失的关键。博弈论是一种用于分析和解决与利益冲突相关问题的数学工具,它研究利益相关者之间的行为互动,表明在利益相关者的偏好行为相互作用下产生的总体结果。而演化博弈是假设博弈主体为有限理性的动态博弈方法,突破了传统博弈中主体理性的局限,可以较为细致地模拟利益相关者之间的利益冲突,对其行为策略选择进行分析。在具体实践中,横向政府间均会不断调整其决策,以使其行为符合演化博弈理论。为厘清流域内横向政府排水冲突原因,找到解决排水冲突问题提供了一种有效的方法。因此,本文立足于流域内横向府际合作视角,
9、构建横向政府之间有关排水权配置的非对称动态演化博弈模型,探讨上级政府在洪水灾害期间对各地区排水权进行规划的情况下,横向政府在排水过程中的行为策略选择,并挖掘横向政府的行为策略在长期博弈过程中的演化趋势。之后,通过不断改变模型参数的取值,运用M a t l a b软件对演化博弈模型进行仿真研究,从而更加直观地反映横向政府在博弈过程中的策略选择趋势,并根据研究结果提出具有针对性的政策建议,以期为促进流域内横向政府合作排水、避免排水冲突现象发生,形成有序排水局面,促进区域和谐发展提供一定的理论支持。二、规则设计与模型构建(一)规则设计规则设计1:在流域内,各地方政府根据自身地理位置排序,分为相对上游
10、地区或者相对下游地区。相对上游地区具有优先排水的优势,为强势地区;而相对下游地区须在相对上游地区排水之后才能进行排水,为弱势地区。强势地区因为地理优势有选择抢占下游地区排水权和不抢占下游地区排水权的选择权。规则设计2:本演化博弈模型包含两类交易群体,相对的上游地方政府(简称上游政府)和相对的下游地方政府(简称下游政府)。由于两类群体受信息、知识等限制,均为有限理性群体。两类群体均追求自身利益最大化。上游政府的策略集合为按照上级政府要求排放洪水和不按照上级政府要求排放洪水(合规排水,不合规排水),上游政府按照上级政府要求合理排放洪水的概率为p(0p1),不按照上级政府要求进行排水的概率为1-p。
11、下游政府作为排水劣势区域,其策略集合为与上游政府爆发冲突或者不爆发冲突(不冲突,冲突)。下游政府的选择不爆发冲突策略的概率为q(0q1),爆发冲突策略的概率为1-q。同时每一类群体的策略选择趋于一致,不会出现一类群体的策略选择不同的情况。规则设计3:河道的可容水量是一定的,上级政府设计的各区域排水权配置方案是公平合理的。不同地区的经济、社会、环境生态等发展水平不同,导致单位排水权的边际收益不同。因此,上游地区的单位排水权边际收益为x,下游地区的单位排水权边际收益为y。规则设计4:82张玉磊:跨界危机治理中的府际合作研究,上海大学学报(社会科学版),2 0 1 8年第2期。蒋昀辰,黄贤金,徐晓晔
12、:排水权交易定价方法及案例研究:以秦淮河流域为例,长江流域资源与环境,2 0 2 1年第6期。Z HAN G K,S HE N J,GUO L,e t a l,“F l o o d D r a i n a g e R i g h t s A l l o c a t i o n i n W a t e r s h e d s B a s e d o n t h e H a r m o n i o u s A l l o c a t i o n M e t h o d”,J o u r n a l o f H y d r o l o g y,6 0 1(2 0 2 1).MA D AN K,“G
13、a m e T h e o r y a n d W a t e r R e s o u r c e s”,J o u r n a l o f H y d r o l o g y,3-4(2 0 1 0).王超发,蔡鑫,杨德林:考虑决策者期望的企业R&D项目投资路径演化博弈研究,中国管理科学,2 0 2 1年第8期。当上游政府选择按照上级政府要求“合规”排水策略,下游政府选择“冲突”策略时。下游政府为了获取更多的排水权,引起与上游地区的排水冲突,发生冲突成本F1。因为上游地区没有反抗,所以下游地区获得Q单位的排水权,因此下游地区获取y Q的收益。由于下游地区引发排水冲突,受到上级政府的惩罚为C。
14、上游政府因下游地区引起冲突造成一定的损失x Q,获取上级政府的补偿B。规则设计5:当上游政府选择“合规”排水策略,下游政府选择“不冲突”策略时。此时双方按照规定排水,没有任何额外的收益,也没有任何额外的损失。规则设计6:当上游政府选择“不合规”排水策略,下游政府选择“不冲突”策略时。此时,上游政府掠夺下游政府的排水权,获取x Q的收益,由于违规排水遭受上级的惩罚C。下游政府因为上游地区掠夺其排水权利,遭受y Q的损失,同时获取上级政府的补偿B。规则设计7:当上游政府选择“不合规”排水策略,下游政府选择“冲突”策略时。此时上游政府不合规排水引起地区冲突,双方均有一半的概率获胜,赢得排水权。因此上
15、游地区获得12x Q,与下游发生冲突,造成冲突成本F2。下游地区有可能获得12y Q,造成冲突成本F1。具体参数含义如表1所示。表1 地方政府之间博弈的具体参数说明符号说明q下游政府选择引起冲突策略的概率,0q1p上游政府选择合规排水策略的概率,0p1F1下游地区发生冲突承担的冲突成本F2上游地区发生冲突承担的冲突成本x上游地区排水权的边际收益y下游地区排水权的边际收益Q上游地区违规排水赢得的排水权量,下游地区引起冲突赢得的排水权量B上级政府的补偿C上级政府的惩罚 (二)规则设计根据上述规则设计和参数设定可以得到下游政府群体与上游政府群体在不同行为策略选择下的不同收益矩阵,如表2所示:表2 地
16、方政府之间博弈的收益矩阵表上游政府下游政府不合规排水(1-p)合规排水(p)冲突(1-q)(12Q y-F1,12Q y-F2)(Q y-F1-C,B-Q x)不冲突(1-q)(B-Q y,Q x-C)(0,0)三、系统稳定性分析有限理性的博弈双方在博弈开始时并不会直接做出最优策略选择,但是在连续的随机博弈中,博弈方会不断学习较高收益方的行为策略,并不断调整自己的策略选择,使其自身收益最大化。因此连续不断地学习和调整的过程就是演化博弈的过程,最终的策略选择就是演化系统均衡策略。(一)下游政府群体复制动态方程根据表2求出下游政府群体采取与上游政府发生“冲突”争夺排水权的策略和“不冲突”的策略的期望收益,具体如下:U1=p(0)+(1-p)(B-Q y)(1)U2=p(Q y-F1-C)+(1-p)(12Q y-F1)(2)下游政府群体的复制动态方程为:X(q)=d qd t=q(1-q)(U1-U2)=q(1-q)p(c+12Q y-B)+B+F1-32Q y (3)(二)上游政府群体复制动态方程根据表2求出上游政府群体采取“合规”排水策略和“不合规”排水策略的期望收益。具体如下:V1=