基于網(wǎng)絡(luò)流理論的區(qū)域水資源配置激勵相容模型

葉舟 丁巍 丁琳 陳芳

摘要：為了進一步完善基于網(wǎng)絡(luò)流理論的區(qū)域水資源配置模型，利用經(jīng)濟學(xué)機制設(shè)計和數(shù)學(xué)相關(guān)理論構(gòu)建了激勵相容數(shù)學(xué)模型，旨在促進區(qū)域利益主體之間合作。將該模型應(yīng)用于曹娥江流域新嵊區(qū)域，并對相關(guān)參數(shù)進行了率定。2003年、2022年區(qū)域相關(guān)數(shù)據(jù)模擬結(jié)果顯示，各利益主體在激勵相容機制作用下可以實現(xiàn)合作博弈，從而提高水資源配置效率。研究認為網(wǎng)絡(luò)流模型是實現(xiàn)區(qū)域水資源優(yōu)化配置的有效手段，激勵相容機制可以進一步促進網(wǎng)絡(luò)流模型提高配置效率，資源稟賦差異和中國制度優(yōu)勢是合作博弈實現(xiàn)的內(nèi)在需求和外部約束。

關(guān) 鍵 詞：區(qū)域水資源配置；網(wǎng)絡(luò)流；激勵相容；合作博弈

中圖法分類號：TV212.3

文獻標(biāo)志碼：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.05.015

0 引 言

激勵相容是指人們在“理性人”的行為準(zhǔn)則假設(shè)下，為實現(xiàn)自身利益最大化所采取的行動恰好也為組織實現(xiàn)了利益最大化，即這一制度所產(chǎn)生的激勵使個人與組織利益最大化的目標(biāo)保持一致^［1-3］。自赫維茨（Hurwiez）提出該理論以來，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究。Sheng等^［4］利用上游用戶、下游用戶和政府三方博弈模型探索了流域服務(wù)的激勵相容支付體系。Aquila等^［5］研究了長期激勵政策及其優(yōu)缺點，討論了這些政策與巴西可再生能源市場的相關(guān)性和兼容性。Zhao等^［6］研究了雙重不對稱網(wǎng)絡(luò)信息情景下基于契約的激勵機制，提出了實現(xiàn)能力區(qū)分和努力激勵的雙重目標(biāo)最優(yōu)契約設(shè)計。Pereira等^［7］以葡萄牙阿爾奇瓦河流域灌溉系統(tǒng)為例，開發(fā)了包括經(jīng)濟、社會和環(huán)境等目標(biāo)的多目標(biāo)灌溉優(yōu)化模型。Han等^［8］基于大型引水工程中的委托代理理論，建立了一種考慮承包商公平偏好、使大型引水工程總產(chǎn)出績效提高的錦標(biāo)賽激勵機制。 Pincheira等^［9］提出了一個基于物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的架構(gòu)模型，通過激勵水管理中的良性行為來促進可持續(xù)農(nóng)業(yè)開發(fā)實踐。國內(nèi)學(xué)者將激勵相容理論應(yīng)用于工程分支建模和網(wǎng)絡(luò)治理較多，但在水資源配置相關(guān)領(lǐng)域研究成果不多。田國強等^［10］研究認為理想市場經(jīng)濟的最顯著特點表現(xiàn)在信息利用的有效性及市場經(jīng)濟的激勵相容性。張小蒂^［11］認為激勵相容的利益機制是一種適合中國的資源節(jié)約型自然資源配置模式。葉舟^［12］在研究水資源流域配置中認為激勵相容機制有利于上下游利益的協(xié)調(diào)從而可以實現(xiàn)現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展模式。袁琳^［13］認為城市供水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的制度設(shè)計重點是地區(qū)之間的協(xié)作關(guān)系。伍進^［14］研究指出解決污水系統(tǒng)貢獻和激勵錯配問題的關(guān)鍵是提高污水收集和輸送的集約化程度，更好地實現(xiàn)水污染全過程控制。付意成等^［15］研究北方缺水城市構(gòu)建豐枯互濟大水源水系連通網(wǎng)絡(luò)，提出確保聯(lián)合調(diào)度等保障措施。徐頑強等^［16］提出應(yīng)有效實現(xiàn)主體激勵相容，構(gòu)建新時代網(wǎng)絡(luò)綜合治理體系。張彥^［17］認為古代水利工程千年不衰應(yīng)當(dāng)歸功于行之有效的水工技術(shù)和水能動力的應(yīng)用。韓珍珍等^［18］設(shè)計基于貝葉斯博弈的能源優(yōu)化模型，通過實現(xiàn)系統(tǒng)能耗的最小化提升網(wǎng)絡(luò)性能。

盡管如此，國內(nèi)外學(xué)者利用激勵相容理論研究區(qū)域水資源配置的成果仍較少。本文在前期區(qū)域水資源配置網(wǎng)絡(luò)流模型基礎(chǔ)上^［19-20］進一步展開研究，旨在利用激勵相容理論進一步完善網(wǎng)絡(luò)流配置模型。研究的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在：在區(qū)域水資源網(wǎng)絡(luò)流配置條件下，提出激勵相容制度安排并構(gòu)建符合區(qū)域經(jīng)濟社會特點的數(shù)學(xué)模型，探索實現(xiàn)合作博弈的區(qū)域利益主體的內(nèi)部需求和外部約束，從而實現(xiàn)區(qū)域水資源配置網(wǎng)絡(luò)流模型的進一步優(yōu)化。

1 區(qū)域水資源配置合作博弈模型

1.1 區(qū)域水資源配置網(wǎng)絡(luò)流模型

網(wǎng)絡(luò)流理論是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的理論之一。水資源配置網(wǎng)絡(luò)流模型是該理論在水資源管理中的應(yīng)用，筆者前期在區(qū)域水資源配置研究中構(gòu)建了相應(yīng)模型^［19］。這個模型揭示了對水資源空間配置具有網(wǎng)絡(luò)化的過程特點。在水資源配置模型中，基于時間節(jié)點及水庫間關(guān)系引入網(wǎng)絡(luò)流理論并構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型，將時間配置看成是沿線水庫群的調(diào)度。網(wǎng)絡(luò)流調(diào)度配置就是構(gòu)建水庫群之間調(diào)水、配水的網(wǎng)絡(luò)化建模和實踐，優(yōu)化水庫群在蓄水、調(diào)水、供水方面的聯(lián)合調(diào)度方案。網(wǎng)絡(luò)流調(diào)度配置關(guān)鍵之處是利益主體之間的關(guān)系，通過一定的機制實現(xiàn)合作博弈達到利益均衡。區(qū)域水資源調(diào)度既可以通過事前博弈使若干個利益主體合作成為單一主體的行為，也可以設(shè)計成多個利益主體的共同行為。前者把區(qū)域水資源作為一個整體進行調(diào)度，后者是具有兩個以上利益主體的情況下進行合作調(diào)度。這兩種情況都存在利益主體之間的博弈，只是這種博弈有時候是合作的，有時候是非合作的，機制設(shè)計的任務(wù)是通過引入激勵相容理論實現(xiàn)合作博弈。

1.2 激勵相容制度安排

激勵相容原意是指存在道德風(fēng)險的情況下，如何保證擁有信息優(yōu)勢的一方按照契約另一方的意愿行動，從而使雙方都能趨向于效用最大化。由于現(xiàn)代水資源配置中的信息基本對稱，利益主體之間合作困難的主要原因是未來預(yù)期困難，從長期來看是未來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來的需水變化的風(fēng)險，從短期來看是氣候影響因素不可預(yù)期。為了降低這種風(fēng)險，按照赫維茨創(chuàng)立的機制設(shè)計理論，在模型中耦合激勵相容機制，使區(qū)域內(nèi)利益主體實現(xiàn)合作共同面對未來風(fēng)險。網(wǎng)絡(luò)流理論是解決區(qū)域水資源配置的一種有效手段，激勵相容是網(wǎng)絡(luò)流模型實施合作博弈的基礎(chǔ)。