博弈論在水資源沖突中應(yīng)用的研究進展

王立平，胡智怡，劉 云

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟學(xué)院，合肥 230601； 2.中南財經(jīng)政法大學(xué) 會計學(xué)院，武漢 430073)

博弈論在水資源沖突中應(yīng)用的研究進展

王立平1，胡智怡2，劉 云1

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟學(xué)院，合肥 230601； 2.中南財經(jīng)政法大學(xué) 會計學(xué)院，武漢 430073)

與傳統(tǒng)的定量分析方法和最優(yōu)化方法相比，博弈論能更好地識別和模擬水資源沖突主體的決策機制，并考察不同沖突間的相互作用機制。通過梳理和歸納有關(guān)文獻，分別從水資源配置沖突、跨界水污染沖突和水資源沖突協(xié)調(diào)機制3個方面，對博弈論在解決水資源沖突中的運用進行了綜述，并在此基礎(chǔ)上提出了研究展望。鼓勵運用市場經(jīng)濟宏觀調(diào)控機制解決流域水資源水量和水質(zhì)雙重利用沖突；流域初始水權(quán)分配定量化有待深入研究。

博弈論；水資源配置；水資源沖突；研究進展；協(xié)調(diào)機制

1 研究背景

在水資源管理過程中，利益、目標和策略不一致的主體之間存在相互作用，使得水資源沖突在所難免。水資源管理過程涉及多方利益相關(guān)者，由于各方在水資源利用方面有不同的需求、目的和策略，不可避免地出現(xiàn)水資源的爭奪，進而產(chǎn)生沖突(Pandey，2011)[1]。當傳統(tǒng)的經(jīng)濟理論和政策制度不能協(xié)調(diào)和平衡不同利益相關(guān)者的利益時，沖突便會進一步激化。與傳統(tǒng)的定量分析方法和最優(yōu)化方法相比，博弈論能較好地模擬不同方面的沖突，并將問題的許多特性囊括在模型當中，在缺乏數(shù)據(jù)信息的情況下也能獲得模型可能的解。

在水資源沖突中，不同的利益主體博弈模型的決策者實施單方面策略，正是所有沖突參與者的單方?jīng)Q策共同決定了沖突的結(jié)果。除了采取單方面行動外，決策者還可選擇進行合作或者結(jié)成聯(lián)盟的形式來實現(xiàn)帕累托最優(yōu)。博弈論為探討具體的水資源沖突情形提供了有效和精確的語言，以此對水資源沖突進行系統(tǒng)研究，能更好地模擬沖突的過程，同時洞見可行的沖突解決方案。目前，博弈論在水資源沖突方面的運用主要體現(xiàn)在水資源配置沖突、跨界水污染沖突和水資源沖突協(xié)調(diào)機制3個方面。

2 博弈論在水資源配置沖突中的應(yīng)用

博弈論在水資源配置沖突方面的應(yīng)用十分廣泛，無論是國內(nèi)還是國外，學(xué)者們在這一領(lǐng)域的研究成果頗豐。國內(nèi)較早的研究始于劉文強等(2002)[2]利用博弈論對流域水分配問題中用水沖突矛盾進行揭示，通過對利益沖突各方的行為機制進行分析，探索流域政策制定者和決策者在解決當前流域水資源危機方面應(yīng)該采取的對策。此后，黃彬彬等(2010)[3]通過引入博弈參與人的偏好參數(shù)，基于隨機過程的流域水資源利用沖突博弈決策機制的問題，指出當流域管理機構(gòu)在進行機制設(shè)計時，通過制定合理的獎懲機制，使流域上下游群體能夠通過反復(fù)博弈，不斷地學(xué)習并調(diào)整自己的策略，克服有限理性的制約，最終會實現(xiàn)合作的帕累托最優(yōu)均衡。周玉璽等(2010)[4]通過對流域內(nèi)不同區(qū)域間的用水博弈以及政府與用戶間的博弈進行分析，揭示了區(qū)位水資源稟賦差異引起的用水沖突和政府與用水戶之間目標差異所導(dǎo)致的沖突，并給出相應(yīng)的解決機制。為研究沖突過程沖突參與者的決策以及實現(xiàn)合作共贏所需的條件，曾勇(2011)[5]基于博弈論和最優(yōu)化方法，考慮沖突參與人的非合作與合作行為、水資源的量與質(zhì)以及河道最小生態(tài)需水要求，建立了兩人博弈分析模型，并以官廳水庫流域張家口市和北京市跨界的水量和水質(zhì)沖突為例，探討沖突過程中參與人決策的相互影響以及達到合作所需要的利益分配格局。

為了更好地反映水資源配置沖突的演化過程和趨勢，國內(nèi)學(xué)者們開始將演化博弈論用于分析水資源配置沖突，通過分析博弈主體的演化穩(wěn)定策略，確定期望的系統(tǒng)演化方向，進而提出相應(yīng)的改進策略。如陳志松等[6-7]于2008年運用演化博弈論的思想，分析水資源生產(chǎn)商之間以及水資源生產(chǎn)商和政府水資源監(jiān)管部門的復(fù)制動態(tài)及其進化穩(wěn)定策略，得出各自的復(fù)制動態(tài)方程和進化穩(wěn)定策略；于2010年基于社會責任和經(jīng)濟效益的雙重視角，運用演化博弈理論分析南水北調(diào)東線工程運營管理中政府主體和公司主體的復(fù)制動態(tài)方程及進化穩(wěn)定策略。

國外的研究主要集中于廢水利用沖突和地下水資源分配沖突。廢水利用沖突包括Chew等(2009)[8]提出在生態(tài)工業(yè)園區(qū)的背景下，各個工廠通過對廢水資源進行集中再利用或再回收能比單個工廠獨自進行水資源保護節(jié)約更多的水資源，并基于廠間廢水集中利用模式，運用博弈論分析各方利潤最大化目標下不同參與方之間的相互作用。地下水資源分配沖突諸如Kerachian等(2010)[9]運用模糊博弈的分析方法，探討利益沖突主體(包括水用戶、水供應(yīng)商和環(huán)境保護機構(gòu))共同作用下的地表水和地下水資源的最佳運營策略，并基于Rubinstein討價還價理論從Pareto解的集合中選出最佳非劣解。Saleh等(2011)[10]通過構(gòu)建動態(tài)博弈模型，探討2種多用戶地下水存貨管理方案(集中管理模式和分散管理模式)的納什均衡解，分析2種方案下的最佳地下水使用策略，并進行數(shù)值模擬。

此外，學(xué)者們在構(gòu)建博弈模型的同時還結(jié)合具體案例進行分析，如Wei等(2010)[11]模擬由4個參與方組成的主博弈和各由3個子參與方組成的4個子博弈，運用統(tǒng)計學(xué)和計量回歸方法對中國南水北調(diào)中線工程中的水資源分配和氮排放沖突進行情境分析。Kucukmehmetoglu(2012)[12]綜合博弈論和帕累托前沿面分析方法，根據(jù)博弈論的均衡解和相關(guān)的約束條件，獲取帕累托前沿區(qū)域，并依據(jù)帕累托前沿面分析方法找出可行的解，以此對幼發(fā)拉底河和底格里斯河的水資源分配問題進行實例分析。Safari等(2013)[13]在環(huán)境要求和系統(tǒng)約束的前提下，構(gòu)建以伊朗水資源管理公司為主導(dǎo)，以農(nóng)業(yè)、家庭和工業(yè)水用戶為跟隨者的2階段主從博弈模型，通過將這一博弈均衡與當各方同時行動時的納什均衡解進行比較，分析水資源沖突的各方的策略選擇。

可見，博弈論在水資源配置沖突中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在2個方面：①通過非合作博弈分析沖突主體間的競爭與獨立決策行為，探尋水資源配置沖突中行為機理；②嘗試構(gòu)建合作博弈模型，考察博弈各方合作的可行性，進而設(shè)計水資源配置沖突中各參與方實現(xiàn)共贏的合作機制。

3 博弈論在跨界水污染沖突中的應(yīng)用

博弈論在跨界水污染沖突方面的應(yīng)用大致可分為2類：①主要關(guān)注水污染治理中的投資水平的確定和排污權(quán)定價問題；②試圖通過博弈分析獲得沖突局中人的穩(wěn)定策略。

在關(guān)注水污染治理中的投資水平的確定和排污權(quán)定價問題方面：胡震云等(2005)[14]在建立南水北調(diào)東線工程水資源水質(zhì)管理道德風險基本模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建水用戶的污水治理投資水平?jīng)Q策模型和供水公司的水質(zhì)檢測投資水平?jīng)Q策模型，進而得出水用戶的污水治理投資水平解和供水公司的水質(zhì)檢測投資水平解，在此基礎(chǔ)上提出降低南水北調(diào)東線水資源水質(zhì)管理道德風險的政策建議；劉鋼等(2012)[15]從多利益相關(guān)者的視角出發(fā)，在滿足湖域水環(huán)境排污權(quán)總量控制及區(qū)域產(chǎn)業(yè)規(guī)劃調(diào)整方案的前提下，利用合作博弈理論構(gòu)建了基于多利益相關(guān)者合作的湖域工業(yè)初始排污權(quán)納什議價定價模型，通過考慮政府主體和企業(yè)主體的議價能力系數(shù)，求解符合價格約束的行業(yè)初始排污權(quán)最優(yōu)價格，并以江蘇省太湖流域紡織行業(yè)為例，得出議價能力系數(shù)對納什議價定價模型的均衡結(jié)果影響顯著的結(jié)論。

在試圖通過博弈分析獲得沖突局中人的穩(wěn)定策略方面：屈宇飛等(2012)[16]運用演化博弈理論分析南水北調(diào)工程沿線地方政府的策略選擇問題，考察供水區(qū)地方政府和受水區(qū)地方政府2個群體的動態(tài)演化過程，分別建立南水北調(diào)供水區(qū)地方政府選擇治污策略及受水區(qū)地方政府選擇正常購買策略的復(fù)制動態(tài)方程，求出相應(yīng)的進化穩(wěn)定策略(治污、正常購買和不治污、低價購買)，并進行穩(wěn)定性分析；姜仁貴等(2012)[17]基于經(jīng)典博弈論構(gòu)建了信息不對稱下，突發(fā)性水污染事件中管理部門與企業(yè)之間的信號博弈模型，對信號發(fā)送方企業(yè)的類型空間、信號空間和信號接收方管理部門的行動空間進行假設(shè)，求解模型的精煉貝葉斯均衡，并對不同參數(shù)取值下的均衡解進行分析，同時，基于有限理性建立了企業(yè)群治污決策進化博弈模型，通過求解模型復(fù)制動態(tài)方程得到不同參數(shù)取值下的進化穩(wěn)定策略，并對模型進化趨勢分析；孫東營等(2013)[18]運用解決沖突的圖模型方法，分析太湖流域跨界水污染沖突中局中人潛在的狀態(tài)移動，并根據(jù)不同類型的穩(wěn)定性概念，分析沖突可能的均衡或沖突解，使得潛在的理論均衡狀態(tài)更接近實際情況。

通過運用博弈論關(guān)注水污染治理中的投資水平的確定和排污權(quán)定價問題，能確定水污染治理中的最優(yōu)投資水平，并指導(dǎo)排污權(quán)的定價行為。在試圖通過博弈分析獲得沖突局中人的穩(wěn)定策略方面，演化博弈和圖模型方法實現(xiàn)了對沖突各方動態(tài)博弈過程的刻畫，從一定程度上說，博弈論的應(yīng)用使得跨界水資源沖突問題巧妙地轉(zhuǎn)化成不同博弈局中人之間的動態(tài)博弈行為，而穩(wěn)定策略的獲得有助于認識跨界水資源污染沖突的現(xiàn)狀。

4 博弈論在水資源沖突協(xié)調(diào)機制中的應(yīng)用

有效的水資源沖突協(xié)調(diào)機制能緩解水資源沖突各方之間的矛盾，降低水資源利用成本，進而增加各方收益?？梢哉f，對水資源沖突原因和水資源沖突主體決策過程進行研究的意義最終體現(xiàn)在對水資源沖突管理機制的探索上。

在揭示水資源沖突的性質(zhì)和協(xié)調(diào)模式方面，許多學(xué)者著重通過構(gòu)建激勵相容約束機制，消除或緩解水資源沖突。李湘姣等(2005)[19]分別按照各地區(qū)的個體理性和流域集體理性原則，建立流域水資源開發(fā)利用沖突分析的完全非合作和合作博弈模型，分析非合作和合作博弈情形的特點，并在此基礎(chǔ)上，基于流域管理機構(gòu)以水資源稅收作為激勵和調(diào)控機制，建立動態(tài)一致性博弈模型，使得各地區(qū)在追求自身利益最優(yōu)的情況下，同時也能夠達到流域最優(yōu)效益。王艷(2007)[20]則運用最優(yōu)控制原理與博弈論，以雙方排污量為控制變量，以下游污染存量為狀態(tài)變量，建立流域水環(huán)境管理的合作與非合作微分博弈模型，研究流域水環(huán)境管理的區(qū)域間自愿合作協(xié)商促進機制。李浩等(2010)[21]以區(qū)域利益為視角，運用經(jīng)濟學(xué)理論分析跨界水資源沖突的主要動因，并基于博弈理論分析框架，對跨界水資源沖突的協(xié)調(diào)模式進行探討。許多研究則通過構(gòu)建博弈模型，對沖突方的行為進行模擬，進而探討協(xié)調(diào)的可能性，設(shè)計出相應(yīng)的協(xié)調(diào)機制。趙爽等(2011)[22]在我國水環(huán)境污染態(tài)勢日趨嚴峻的背景下，構(gòu)建中央監(jiān)察與公眾參與并存的水環(huán)境監(jiān)管體系，設(shè)計具有激勵約束懲罰效力的水環(huán)境監(jiān)管契約，明確監(jiān)管契約中污水排放標準、監(jiān)管頻率、補償額度和罰款金額的最優(yōu)值。劉溶劍等(2013)[23]通過建立引入個體信念調(diào)整規(guī)則的跨界水資源沖突演化模型，來考察跨界水資源沖突的演化機制，分析影響微觀利益主體行為的因素，模擬政府的獎勵和懲罰機制對緩解跨界水資源沖突的效果。

此外，結(jié)合實例對機制有效性進行檢驗也成為研究焦點。魏守科等[24-25]分別以漢江流域和南水北調(diào)中線工程水資源管理中所涉及的不同利益相關(guān)者的沖突為例, 闡釋如何通過運用非合作與合作博弈來模擬和解決水資源沖突。劉鋼等(2012)[26]針對湖域工業(yè)點源初始排污權(quán)定額配置問題，從利益相關(guān)者合作的角度出發(fā)，構(gòu)建企業(yè)治污效用模型，并結(jié)合江蘇省張家港市的10家紡織企業(yè)數(shù)據(jù)進行實證分析。仇蕾等(2013)[27]以江蘇省太湖流域現(xiàn)行工業(yè)水環(huán)境監(jiān)管體系為例，從監(jiān)管參與主體的委托-代理關(guān)系出發(fā)，采用信號博弈的方法研究參與主體的行為選擇機制。

在國外研究方面，Raquel等(2007)[28]運用博弈論研究2個利益沖突主體在12種地下水利用情形下的最優(yōu)選擇策略，通過賦予參數(shù)不同的數(shù)值，對雙方的收益和成本進行量化，并在帕累托前沿的基礎(chǔ)上提出4種緩和沖突的舉措；Lee(2012)[29]將博弈論作為分析經(jīng)濟發(fā)展(土地使用和發(fā)展)和環(huán)境保護(水質(zhì)保護和富營養(yǎng)化控制)間目標沖突的工具，通過構(gòu)建多目標博弈模型，尋求最佳的水庫集水區(qū)管理策略。

綜上，通過比較不同合作與非合作博弈下的均衡結(jié)果，透視不同利益沖突主體間達成合作的空間，并通過契約設(shè)計，可以實現(xiàn)對水資源沖突的協(xié)調(diào)。

5 研究展望

博弈論通過采用合作或非合作分析方法，能對局中人的理性決策行為、策略和均衡進行合理的模擬和分析，并成為分析和解決水資源沖突的一種有效工具。雖然運用博弈論方法對水資源利用沖突問題的研究已取得了一些成就，但研究還處于探索和發(fā)展階段，以下2個方面仍有待進行更加深入的研究。

(1) 通過對博弈模型的均衡分析和理論推導(dǎo)，運用市場經(jīng)濟宏觀調(diào)控機制解決流域水資源水量和水質(zhì)雙重利用沖突。如何將博弈理論運用到流域水資源水量和水質(zhì)雙重利用沖突問題的研究中，目前關(guān)于這方面的研究并不多見，少有的幾篇關(guān)于這方面的研究論文也只是通過抽象的博弈理論模型進行闡述，建立更客觀和實際的博弈模型值得進一步探索。

(2) 對流域初始水權(quán)的分配基本上限于宏觀的理論定性指導(dǎo)，缺乏微觀的定量分析，流域初始水權(quán)分配的定量化有待深入研究。目前流域初始水權(quán)分配定量化研究將水權(quán)轉(zhuǎn)讓視作一個多主體利益關(guān)系協(xié)調(diào)的過程，引入多中心思想構(gòu)建水權(quán)轉(zhuǎn)讓的多中心合作模式，通過博弈分析界定水權(quán)轉(zhuǎn)讓過程中的利益關(guān)系和均衡結(jié)果，得出多中心合作的契約內(nèi)容。今后的研究應(yīng)強化和重視對流域初始水權(quán)分配主體的經(jīng)濟激勵，考慮流域初始水權(quán)分配的競爭性特點，采用博弈論的分析方法，建立流域初始水權(quán)分配的博弈模型，為流域初始水權(quán)分配提供科學(xué)依據(jù)。

(3) 將博弈論在不同國家或地區(qū)在同一流域水資源共同開發(fā)和利用問題上的運用有待開展。目前的研究局限于一國范圍內(nèi)不同地區(qū)在跨界水資源利用上的沖突，此時，通過更高級別部門或中央政府的干預(yù)，實現(xiàn)不同地區(qū)之間的協(xié)調(diào)并非難事。但當利益主體涉及不同的國家，由于政治體制和經(jīng)濟基礎(chǔ)的差異，使水資源沖突上升為國家主權(quán)利益糾紛，問題變得更加錯綜復(fù)雜。例如，中亞最大的跨界水體——咸海流域流經(jīng)中亞7個國家，由于水資源在空間分布上的不均勻，各國在水資源開采上的爭議不斷，如何在滿足各國或地區(qū)水資源需求的前提下，尋求流域水資源整體利益最大化，成為值得關(guān)注的問題。正因為博弈模型具有抽象和精細的特點，將其運用于實際問題的研究方顯其實踐意義。

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(編輯：黃 玲)

Review on Game Theory Applied to Water Resource Conflicts

WANG Li-ping1, HU Zhi-yi2,LIU Yun1

(1.School of Economics, Hefei University of Technology, Hefei 230601, China；2.School of Accounting, Zhongnan University of Economics and Law, Wuhan 430073,China)

Compared with traditional quantitative analysis methods and optimization methods, game theory could identify and interpret the behaviors of parties in water resource conflicts and describe the interactions among different parties. By comprehensively summarizing literatures, we make a review on the application of game theory to water resource conflicts from the perspectives of water allocation conflicts, trans-boundary water pollution conflicts and coordination mechanisms of water resource conflicts. In addition, some research prospects are proposed: macro-control of market economy is encouraged to be used to solve the conflict between water quality and water quantity; quantitative research on the allocation of initial water right needs to be intensified.

game theory; water resource allocation; water resource conflicts; research advances;coordination mechanism

2014-02-26;

2014-03-15

國家自然科學(xué)基金項目(71073045)；教育部人文社科基金項目(12YJA790135)

王立平(1968-)，男，安徽肥西人，教授，博士，主要研究方向為博弈論和計量經(jīng)濟學(xué)，(電話)0551-63831808 (電子信箱)wlphfgd@163.com。

10.3969/j.issn.1001-5485.2015.08.006

F224.32；TV213

A

1001-5485(2015)08-0034-06

2015,32(08):34-39