盧亞麗,翟露雨,李戰(zhàn)國(guó)
(1.華北水利水電大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)院,河南 鄭州 450046;2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與管理科學(xué)學(xué)院,河南 鄭州 450046)
南水北調(diào)工程是有效緩解我國(guó)部分地區(qū)水資源短缺及分配問(wèn)題的重大水利基礎(chǔ)建設(shè)工程。它橫跨長(zhǎng)江、淮河、黃河和海河四大流域,跨越陜西、湖北、河南、河北、天津和北京等十余個(gè)省(自治區(qū)、直轄市),是世界上迄今為止最大規(guī)模的調(diào)水工程。近些年來(lái),南水北調(diào)一期工程發(fā)揮出顯著效用,有效解決了各受水地區(qū)的水資源短缺問(wèn)題,促進(jìn)了各受水地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,使得越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)如何維持南水北調(diào)工程的正常運(yùn)行管理更為關(guān)注。南水北調(diào)工程涉及眾多利益相關(guān)者,怎樣協(xié)調(diào)南水北調(diào)工程中眾多利益相關(guān)者的利益分配是非常重要的問(wèn)題。
由于南水北調(diào)工程的復(fù)雜性及其巨大的社會(huì)影響,更多學(xué)者開(kāi)始對(duì)這個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)進(jìn)行研究。目前,學(xué)者們?cè)谀纤闭{(diào)工程供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)方面取得了豐碩的研究成果,主要包括供應(yīng)鏈合作運(yùn)營(yíng)管理、水資源分配及利益協(xié)調(diào)等方面[1-3]。其中,王慧敏團(tuán)隊(duì)是最早對(duì)供應(yīng)鏈和南水北調(diào)工程相結(jié)合進(jìn)行研究的,并提出基于策略客戶行為下的南水北調(diào)供應(yīng)鏈優(yōu)化與協(xié)調(diào),建立南水北調(diào)供應(yīng)鏈合作運(yùn)營(yíng)的非對(duì)稱Nash討價(jià)還價(jià)模型[4-6]。侯艷紅等提出基于屬性的南水北調(diào)東線工程供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)方法,建立了南水北調(diào)東線供應(yīng)鏈靈活訂貨量契約的動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型[7]。為了更好地進(jìn)行利益協(xié)調(diào),陳志松從純經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)責(zé)任與經(jīng)濟(jì)效益雙重視角,構(gòu)建南水北調(diào)工程供應(yīng)鏈的分散決策和集中決策模型,并利用收入共享契約協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)地協(xié)調(diào)優(yōu)化[8]。駱進(jìn)仁和劉姍創(chuàng)新性地采用財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)核算方法,從經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā)利用博弈方法研究跨流域調(diào)水工程供應(yīng)鏈的主體利益分配問(wèn)題[9]。孫蕾和孫紹榮利用讓步博弈和沖突拆解理論分析跨域重大工程沖突協(xié)調(diào)機(jī)制,尋求博弈雙方的最優(yōu)策略[10]。
通過(guò)上述分析可知,目前學(xué)者們關(guān)于南水北調(diào)工程供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)的研究比較少且大都側(cè)重于供應(yīng)鏈主體對(duì)經(jīng)濟(jì)效益協(xié)調(diào)機(jī)制的研究。考慮到南水北調(diào)工程的準(zhǔn)公共物品屬性,需兼顧可持續(xù)發(fā)展的“三重底線”,即南水北調(diào)工程供應(yīng)鏈的上下游企業(yè)應(yīng)該兼顧經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的整體可持續(xù)發(fā)展。唐濤等強(qiáng)調(diào)南水北調(diào)工程成敗在于水質(zhì),水質(zhì)直接影響到南水北調(diào)工程的運(yùn)行以及各個(gè)受水地區(qū)的用水幸福感水平[11]。陳珊提出對(duì)水資源的質(zhì)量檢測(cè)越高、水質(zhì)越好越會(huì)提升用水戶的用水幸福感水平[12]。因此,以水質(zhì)保證為前提,基于可持續(xù)供應(yīng)鏈思想,將南水北調(diào)工程和可持續(xù)供應(yīng)鏈的理論與方法相結(jié)合,利用博弈模型以及收益共享契約模型,以南水北調(diào)中線工程為例,研究南水北調(diào)工程可持續(xù)供應(yīng)鏈的利益協(xié)調(diào)問(wèn)題,以期為南水北調(diào)工程可持續(xù)供應(yīng)鏈的運(yùn)營(yíng)和管理提供決策支持。
南水北調(diào)中線工程作為我國(guó)調(diào)配水資源的重大工程,自通水運(yùn)行以來(lái),已使沿線河南、河北、北京、天津四省市數(shù)千萬(wàn)的人民喝上了甘甜的南水。因此,基于水質(zhì)保證,考慮南水北調(diào)中線水源有限責(zé)任公司和南水北調(diào)中線干線建設(shè)管理局各地分局,將其視為南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈上的水源公司和自來(lái)水公司,并對(duì)此二元主體構(gòu)建決策模型,分析其利益協(xié)調(diào)問(wèn)題。
在分析水源公司和自來(lái)水公司的決策模型時(shí),考慮水源公司提供水質(zhì)低強(qiáng)度保護(hù)和高強(qiáng)度保護(hù)兩種情景,以此將水源公司的水資源劃分為普通水和優(yōu)質(zhì)水。其中,優(yōu)質(zhì)水是指按照《中華人民共和國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》劃分中達(dá)到一類水質(zhì)的水資源。同時(shí),自來(lái)水公司對(duì)普通水和優(yōu)質(zhì)水的訂購(gòu)量是以城鎮(zhèn)居民為主的用水戶對(duì)普通水和優(yōu)質(zhì)水的需求量來(lái)確定的。用水戶偏好及用水戶的體驗(yàn)也會(huì)影響用水戶對(duì)普通水和優(yōu)質(zhì)水的需求量。
在南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈的水源公司和自來(lái)水公司進(jìn)行決策時(shí),二者既可通過(guò)非合作情形進(jìn)行分散決策博弈分析以尋求自身利潤(rùn)最大化;也可通過(guò)合作的方式進(jìn)行集中決策博弈分析以取得整體最優(yōu)利潤(rùn),再以收益共享契約模型,按照合適的比例來(lái)進(jìn)行二者的利潤(rùn)分配。
對(duì)南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈上的水源公司和自來(lái)水公司間的利益博弈建模分析,還需進(jìn)行如下假設(shè):
(1)假定南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈系統(tǒng)僅由水源公司和自來(lái)水公司組成的二級(jí)供應(yīng)鏈,二者均是理性經(jīng)濟(jì)人,以實(shí)現(xiàn)自身利潤(rùn)最大化為目標(biāo)。
(2)水源公司提供水質(zhì)低強(qiáng)度和高強(qiáng)度保護(hù)兩種水資源,假定兩種水資源產(chǎn)品分別記為普通水和優(yōu)質(zhì)水。
(3)水源公司的策略集為:{低強(qiáng)度保護(hù)水質(zhì),高強(qiáng)度保護(hù)水質(zhì)};自來(lái)水公司策略集為:{訂購(gòu)普通水,訂購(gòu)優(yōu)質(zhì)水}。
(4)水源公司和自來(lái)水公司都具有合作和不合作兩種行為策略,當(dāng)二者合作時(shí)進(jìn)行集中決策,若任何一方不愿合作,則雙方進(jìn)行分散決策。此時(shí),水源公司是Stackelberg博弈的領(lǐng)導(dǎo)者,自來(lái)水公司為跟隨者。
(5)考慮到用水戶偏好水平和用水戶體驗(yàn)對(duì)不同水質(zhì)的需求影響,用水戶偏好水平越高,則用水戶對(duì)水資源的需求量越高;用水戶體驗(yàn)越好,也會(huì)使用水戶對(duì)水資源的需求量增加。結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)中需求與價(jià)格的關(guān)系,同時(shí)借鑒陳志松[8]的研究結(jié)果,假定用水戶對(duì)普通水的需求函數(shù)為q1=a1-b1p1+T1θ1,同樣,用水戶對(duì)優(yōu)質(zhì)水的需求函數(shù)為q2=a2-b2p2+T2θ2,其中ai(i=1,2)為用水戶對(duì)普通水和優(yōu)質(zhì)水的最大需求量,bi(i=1,2)為不同水質(zhì)的需求量對(duì)其價(jià)格的敏感系數(shù)。
模型中所用到的參數(shù)符號(hào)及含義如表 1所示。
表1 模型參數(shù)及其含義
在分散決策下,由水源公司先行決策,確定普通水和優(yōu)質(zhì)水的單位批發(fā)價(jià)格,然后,自來(lái)水公司參考水源公司的決策來(lái)確定自己的行動(dòng)選擇。水源公司和自來(lái)水公司之間具有典型的Stackelberg博弈關(guān)系,可利用逆向歸納法進(jìn)行求解。
水源公司的利潤(rùn)
πg(shù)=(w1-cg)q1+(w2-cg-c)q2,
(1)
自來(lái)水公司的利潤(rùn)
πz=(p1-cz-w1)q1+(p2-cz-w2)q2,
(2)
可持續(xù)供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)
π1=(p1-cg-cz)q1+(p2-cg-cz-c)q2,
(3)
將式(2)對(duì)p1和p2求偏導(dǎo),并令其等于零,可得:
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
將最優(yōu)單位批發(fā)水價(jià)w1和w2代入式(4)和式(5)中,得自來(lái)水公司關(guān)于普通水和優(yōu)質(zhì)水的最優(yōu)終端水價(jià)分別為
則分散決策下用水戶對(duì)普通水和優(yōu)質(zhì)水的最優(yōu)需求量q1和q2分別為
將上述各變量最優(yōu)值代入式(1)、式(2)和式(3),得分散決策下水源公司利潤(rùn)、自來(lái)水公司利潤(rùn)以及可持續(xù)供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)分別為
(9)
其中A=(a1+T1θ1-b1cz-b1cg)2,
B=(a2+T2θ2-b2cz-b2cg-b2c)2。
在集中決策下,將水源公司和自來(lái)水公司看成一個(gè)整體進(jìn)行利益決策,目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)整體利潤(rùn)最大化,然后,雙方按照約定的方案進(jìn)行相應(yīng)的利潤(rùn)分配,實(shí)現(xiàn)各自的理性決策。
已知可持續(xù)供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)
π2=(p1-cg-cz)q1+(p2-cg-cz-c)q2。
(10)
(11)
則集中決策下用水戶對(duì)普通水和優(yōu)質(zhì)水的最優(yōu)需求量q1和q2分別為
可持續(xù)供應(yīng)鏈總利潤(rùn)為
(12)
命題1:集中決策下南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)大于分散決策下的總利潤(rùn)。
證明:顯然,由上述Stackelberg分散決策下式(9)求得的可持續(xù)供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)和集中決策下式(12)求得的總利潤(rùn)結(jié)果可得:
由命題1可知,相比之下,分散決策情形下的南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)是下降的,顯然,有必要進(jìn)行水源公司和自來(lái)水公司的利益協(xié)調(diào),促進(jìn)二者進(jìn)行集中決策以提高可持續(xù)供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)。
南水北調(diào)中線工程在實(shí)際運(yùn)行中,雖然為各受水地的社會(huì)、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大的收益,卻也對(duì)水源地的社會(huì)、生態(tài)及經(jīng)濟(jì)造成了一定程度的負(fù)面影響。同時(shí)水源地進(jìn)行水質(zhì)保護(hù)也會(huì)產(chǎn)生額外成本,當(dāng)上游水源地承擔(dān)全部成本時(shí),會(huì)產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。因此,為了促進(jìn)上下游企業(yè)間的合作,引入收益共享契約模型,它是指水源公司以低于單位供水成本的普通水批發(fā)價(jià)格和低于單位供水成本與單位水質(zhì)保護(hù)成本的優(yōu)質(zhì)水批發(fā)價(jià)格來(lái)吸引自來(lái)水公司合作,作為交換,自來(lái)水公司要將收入的一部分返還給水源公司。假定收入分成比例為φ(0<φ<1),則自來(lái)水公司獲得最終收入的百分比是φ,其余收入分配給水源公司,則此時(shí)自來(lái)水公司的最優(yōu)化問(wèn)題為
水源公司的最優(yōu)化問(wèn)題為
(1-φ)[(p1-cz)q1+(p2-cz)q2],
(13)
(14)
由利益協(xié)調(diào)的關(guān)鍵條件:式(13)與式(14)所求得的p1和p2和式(10)與式(11)所求得的p1和p2相等??芍詠?lái)水公司對(duì)普通水和優(yōu)質(zhì)水的最優(yōu)批發(fā)價(jià)格
w1=φcg,
w2=φ(cg+c)。
則自來(lái)水公司和水源公司的利潤(rùn)為
若想促使水源公司和自來(lái)水公司有動(dòng)力參與收益共享契約協(xié)調(diào),必須滿足收益共享契約協(xié)調(diào)的集中決策下水源公司和自來(lái)水公司各自獲得的利潤(rùn)大于分散下Stackelberg博弈決策中二者的利潤(rùn)情況,也即需滿足以下兩個(gè)條件
為使得上述兩個(gè)條件同時(shí)成立,可解得φ=[0.25,0.5],且由收入分成比例的取值范圍可得,利用收益共享契約進(jìn)行水源公司和自來(lái)水公司的利益協(xié)調(diào)時(shí),水源公司占據(jù)更大的主導(dǎo)話語(yǔ)權(quán)。
從上述分析結(jié)果來(lái)看,南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈、水源公司與自來(lái)水公司的最優(yōu)利潤(rùn)都會(huì)隨著用水戶對(duì)不同水質(zhì)的體驗(yàn)以及用水戶對(duì)不同水質(zhì)的偏好水平的增大而增大;隨著水源公司與自來(lái)水公司的單位調(diào)水成本的增大而減小;隨著水源公司采取水質(zhì)保護(hù)所需的單位成本的增大而減小。在收益共享契約模型中要控制收入分成比例的范圍以促進(jìn)水源公司和自來(lái)水公司積極進(jìn)行集中決策,提高南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈的整體效益。
為了例證上述結(jié)果,參照王曉貞和王炎如[13]、駱進(jìn)仁和袁泉[14]的結(jié)果,結(jié)合姬鵬程[15]120-122等對(duì)南水北調(diào)中線一期工程運(yùn)行情況的水資源費(fèi)用和成本控制研究,通過(guò)對(duì)南水北調(diào)中線水源有限責(zé)任公司和中線建管局各地分局的平均成本水價(jià)及平均供水成本的分析,設(shè)置水源公司單位供水成本cg為0.97元/立方米,自來(lái)水公司單位調(diào)水成本cz為1.59元/立方米。此外,由于近年來(lái)對(duì)水源保護(hù)程度的逐漸加大,使水污染情況有了很大的減輕,設(shè)置ρ=0.2,μ=100,可得c=2元/立方米。根據(jù)張娜等[16]的相關(guān)研究,預(yù)計(jì)到2030年南水北調(diào)中線工程受水區(qū)城鎮(zhèn)用戶用水需求量為85.710億立方米,考慮到未來(lái)生活水平的提高產(chǎn)生用水戶對(duì)水質(zhì)要求的清潔程度的增強(qiáng),設(shè)置用水戶對(duì)普通水的最大需求量a1為34.284億立方米,用水戶對(duì)優(yōu)質(zhì)水的最大需求量a2為51.426億立方米。在設(shè)置不同水質(zhì)的需求量對(duì)價(jià)格的敏感系數(shù)時(shí),參照沈旭[17]、駱進(jìn)仁和劉姍[9]的研究,可設(shè)置b1=5,b2=4。
由于用水戶體驗(yàn)和用水戶的偏好水平對(duì)需求量的變動(dòng)會(huì)產(chǎn)生相同的影響,因此設(shè)置用水戶的偏好水平θ1=0.4,θ2=0.6, 保持不變,利用Matlab工具,其中用水戶對(duì)普通水的體驗(yàn)T1和對(duì)優(yōu)質(zhì)水的體驗(yàn)T2的作用相同,故設(shè)置T1為定值0.5,分析T2變化時(shí)對(duì)分散決策下水源公司、自來(lái)水公司和可持續(xù)供應(yīng)鏈總利潤(rùn)以及集中決策下總利潤(rùn)的影響情況,具體結(jié)果如圖1所示。
圖1 用水戶對(duì)優(yōu)質(zhì)水的體驗(yàn)T2對(duì)
由上述結(jié)果可直觀看出:第一,集中決策下的可持續(xù)供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)高于分散決策下的總利潤(rùn),且水源公司和自來(lái)水公司進(jìn)行Stackelberg分散決策時(shí),水源公司的利潤(rùn)始終高于自來(lái)水公司的利潤(rùn)。第二,隨著用水戶對(duì)不同水質(zhì)體驗(yàn)的提升,無(wú)論水源公司和自來(lái)水公司進(jìn)行分散決策還是集中決策,水源公司的利潤(rùn)、自來(lái)水公司的利潤(rùn)和可持續(xù)供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)都會(huì)有所增加。
根據(jù)上述計(jì)算可知,只有收入分成比例φ=[0.25,0.5]時(shí),才滿足水源公司和自來(lái)水公司積極利用收益共享契約進(jìn)行利益協(xié)調(diào)的條件,即水源公司和自來(lái)水公司的利潤(rùn)高于他們?cè)诜稚Q策下的利潤(rùn)。因此固定用水戶體驗(yàn)T1=0.5和T2=0.6,分析收入分成比例在合理范圍內(nèi)變化時(shí),對(duì)水源公司和自來(lái)水公司單位批發(fā)價(jià)格、終端銷售價(jià)格、水資源的需求量以及利潤(rùn)的影響,具體結(jié)果如表2和表3所示。
表2 收入分成比例φ對(duì)相關(guān)變量最優(yōu)解的影響(單位:元/立方米)
表3 收入分成比例φ對(duì)利潤(rùn)的影響(單位:億元)
為了更好的顯示收入分成比例對(duì)水源公司和自來(lái)水公司的利潤(rùn)影響,利用Matlab工具,分析收入分成比例在其取值范圍內(nèi)與水源公司和自來(lái)水公司利潤(rùn)的變動(dòng)關(guān)系,具體結(jié)果如圖2所示。
圖2 水源公司利潤(rùn)πg(shù)和自來(lái)水公司利潤(rùn)
由上述結(jié)果可直觀看出:第一,隨著收入分成比例的增大,水源公司的利潤(rùn)在逐漸減小,自來(lái)水公司的利潤(rùn)在逐漸增大,同時(shí),當(dāng)收入分成比例處于合適范圍0.25到0.5之間時(shí),可知水源公司和自來(lái)水公司都可以從收益共享契約中獲益,從而導(dǎo)致雙贏,且水源公司相比于自來(lái)水公司具有更高的議價(jià)能力。第二,在利用收益共享契約進(jìn)行利益協(xié)調(diào)時(shí),收入分成比例的變化只會(huì)影響到普通水和優(yōu)質(zhì)水的批發(fā)價(jià)格,而對(duì)二者的終端水價(jià)和需求量沒(méi)有影響。
南水北調(diào)工程可持續(xù)供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)企業(yè)間的利益協(xié)調(diào)是南水北調(diào)工程有效運(yùn)行的關(guān)鍵。結(jié)合南水北調(diào)中線工程,以中線水源有限責(zé)任公司和中線建管局各地分局為研究對(duì)象,通過(guò)Stackleberg分散決策和集中決策下的收益共享契約模型,分析了水源公司和自來(lái)水公司組成的二級(jí)供應(yīng)鏈的利益協(xié)調(diào)問(wèn)題,由分析可知:
第一,和分散決策相比,集中決策下可以給南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈整體帶來(lái)更大的利潤(rùn),因此要積極加強(qiáng)南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈上的水源公司和自來(lái)水公司間的信息溝通,推動(dòng)企業(yè)間的合作共享。目前國(guó)家發(fā)改委等相關(guān)部委已成立水源區(qū)和受水區(qū)對(duì)口協(xié)作工作機(jī)構(gòu),加快雙方建立定期和不定期溝通交流協(xié)商機(jī)制,促進(jìn)南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈上各企業(yè)形成綜合合作網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)實(shí)發(fā)展的主要趨勢(shì)。
第二,集中決策下的收益共享契約模型協(xié)調(diào)可使消費(fèi)者以更實(shí)惠的價(jià)格獲得所需水資源,能有效提高南水北調(diào)中線工程可持續(xù)供應(yīng)鏈上的水源公司和自來(lái)水公司的利潤(rùn)水平,滿足其利益最大化的目標(biāo),同時(shí)合適的收入分配比例也有助于提升雙方的合作穩(wěn)定性,增強(qiáng)水源公司保護(hù)水質(zhì)的積極性,進(jìn)一步發(fā)揮工程效益促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的發(fā)展。因此,在南水北調(diào)中線工程運(yùn)行中,建立合適的信任機(jī)制使各企業(yè)在談判中達(dá)成協(xié)議,在滿足各自的利益目標(biāo)的同時(shí),增加社會(huì)公共福利是十分必要的。
第三,由于南水北調(diào)工程的復(fù)雜性,確保水質(zhì)安全需要中國(guó)南水北調(diào)集團(tuán)、長(zhǎng)江水利委員會(huì)和水利部等政府參與、統(tǒng)一的管理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)組織實(shí)施與管理,目前多省已將水質(zhì)達(dá)標(biāo)納入考核,并成為一項(xiàng)硬指標(biāo)。同時(shí),南水北調(diào)工程各級(jí)政府管理部門應(yīng)適當(dāng)介入,以一系列激勵(lì)政策和監(jiān)督機(jī)制,鼓勵(lì)各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的積極合作,實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)工程可持續(xù)供應(yīng)鏈上各方的利益共贏,以充分發(fā)揮工程的綜合效益,使南水北調(diào)工程成為一流的民生工程。