[摘要]澳大利亞政府理事會正在積極推動水市場，以促進有效使用水資源。但同時也應該關注有關河流健康的問題并研究與水市場之間的相互關系。本文以昆士蘭州河流引入水交易調(diào)查結果為基礎，研究了分配水量與環(huán)境流量的關系。結果認為：①由于水權轉換后用水主要集中在最能夠創(chuàng)造經(jīng)濟價值的農(nóng)作物，很可能增大取水要求和天然流態(tài)之間的矛盾；②水市場很可能限制旨在恢復天然流態(tài)水政策的有效性。必須決定是否需要犧牲用水獲得的經(jīng)濟效益來換取環(huán)境的改善。這項研究對于制定生態(tài)和經(jīng)濟目標協(xié)調(diào)發(fā)展的水政策十分重要。
[關鍵詞]環(huán)境流量，水政策，水量分配，水交易。
1 引言
1992年澳大利亞政府理事會(COAG)提出在全國范圍內(nèi)實施促進水資源有效利用和可持續(xù)利用的戰(zhàn)略。在澳大利亞的一些州利用市場機制決定水資源的使用權，已經(jīng)成為重新分配可利用的水資源并使之達到最有效利用的重要途徑。為實現(xiàn)資源的有效配置，市場交易費用必須最低，生態(tài)環(huán)境影響必須最小。水市場可能導致重要的環(huán)境影響，因為水市場受水文因素的制約，具有對流量大小產(chǎn)生不利影響并破壞河流環(huán)境的潛力。
水市場將對澳大利亞河流健康產(chǎn)生怎樣的影響總體上還沒有完全搞明白或者說還沒有充分考慮這個問題。河流生態(tài)系統(tǒng)指標和動力因素的不確定性使得確定適當?shù)沫h(huán)境指標非常困難。澳大利亞正在對一些特殊流域進行模擬研究，按照預防為主的原則正在制定考慮已經(jīng)認識到的河流環(huán)境指標的相關政策。本文將介紹這些政策。
本文重點對如下問題進行探討：①水權交換對水流狀態(tài)的影響；②減少允許提取分配水量與改善環(huán)境的關系。在昆士蘭州邊界河流使用線性規(guī)劃模型對112個農(nóng)業(yè)灌溉用水戶進行了模擬研究，結果顯示：①水交易具有值得關注的改變水流狀態(tài)的潛力；②減少允許分配水量的5%～10%能夠達到改善水流狀態(tài)的目的，并且釋放的水量也能夠滿足自然的要求。
2 水分配、環(huán)境流量和水交易
當水量分配的結構發(fā)生變化時，在澳大利亞有一個不成文的規(guī)定，大部分受調(diào)節(jié)的水量要分配給灌溉用水戶，因為灌溉用水戶已經(jīng)辦理了額定水量分配的許可證。在每年的水量分配中，水務部門根據(jù)供水的有效性發(fā)布水量分配公告和每個灌溉用水戶可能提取額定水量分配的百分率。發(fā)布水量分配公告考慮了需求量、流域水文特征和蒸發(fā)損失等因素。
在過去30年，由于農(nóng)業(yè)發(fā)展和大量采用灌溉農(nóng)業(yè)，導致澳大利亞農(nóng)業(yè)用水發(fā)生很大變化。根據(jù)重新分配現(xiàn)有水權以提高用水效益的原則，澳大利亞引入了水市場。同時，由于增加農(nóng)業(yè)灌溉用水加大了河流生態(tài)系統(tǒng)的壓力，導致藻類等災害頻繁發(fā)生。由于在過去決定水量分配中對環(huán)境需水要求認識不足，沒有給環(huán)境需水分配足夠的水權。但是，在進行水交易的地區(qū)，必須明確環(huán)境流量在河流水資源利用中的地位，必須改變以前認為環(huán)境流量只是不能被用于經(jīng)濟發(fā)展的那部分流量的錯誤認識，必須承認環(huán)境需水是一種合法的水資源利用形式。在整個水資源分配方案中，環(huán)境用水或許呈減少的趨勢。但是，在澳大利亞和其它國家已經(jīng)認識到了經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境改善之間相互作用和相互制約的關系，也認識到了在制定水分配和水交易規(guī)則中既要考慮引入水權交易也要考慮環(huán)境流態(tài)，這是制定水資源政策的關鍵所在。
在某種程度上逐步恢復天然流量的思想已經(jīng)開始被人們接受，首先在總體上考慮沖刷河道的流量，或者最小的流量過程。在澳大利亞占主導地位的思想是天然的或重新恢復的流量過程應該通過模擬實驗來決定。例如，澳大利亞昆士蘭州政府正在組織制定昆士蘭州每個流域的水資源分配管理規(guī)劃。判斷取水量對環(huán)境流量影響程度是這樣決定的：先假定天然的或重新恢復的流量過程，然后逐步減小流量值，觀察關鍵生物種群的消亡過程，點繪流量和水生物生存的關系曲線，最后確定特征值。但是搞清楚流量大小與生物種群之間的親密關系不在本次研究范圍之內(nèi)。
3 昆士蘭州邊界河流地區(qū)的案例研究
昆士蘭州選擇邊界河流地區(qū)作為正式開展水權交易的試點。邊界河流是指新南威爾士州和昆士蘭州劃的界河。該流域主要包括三條河流：德梅里克河、麥金太爾河和巴旺河（圖1）。
圖1 邊界河流地區(qū)圖
（注：圖中QUEENSLAND——昆士蘭；NEW SOUTH WALES——新南威爾士；Dumaresq——德梅里克河；Macintyre——麥金太爾河；Barwon——巴旺河。）
如圖所示，從Bonshaw水文站到Mungindi水文站大約長130公里，是規(guī)定取水河段。昆士蘭州和新南威爾士州分配給每個用水戶的水量分別為231公升和62.9公升。在本次研究中，利用兩州界河昆士蘭一側的112個辦有取水許可用水戶的資料，進行模擬取用水研究；利用該流域截止1979年的水文資料計算天然徑流過程。收集的資料還包括種植作物生長情況、灌溉面積和每個農(nóng)場水分配情況，以及該地區(qū)的作物輪作因素、降雨和蒸發(fā)、作物總的邊際收益等。使用1985/1986水文年以后的上述資料，因為該水文年是該地區(qū)第一個水權交易年。在這次研究中，1985/1986水文年按總水量60%進行水量分配，計算結果顯示，112個獲許可的用水戶每戶只能分配到37.472公升的水量。
假定沒有人類活動影響的流量過程即為環(huán)境流量所要求的流量過程。把Glenlyon建庫前的Bonshaw水文站的水文資料作為河流天然流態(tài)的典型資料。Glenlyon水庫是該流域河流的主要調(diào)節(jié)水庫。Bonshaw水文站是壩下第一個水文站，也是未受支流匯入影響的主要水文站。Bonshaw水文站逐月觀測的水文資料從1965年開始。這次研究，把逐月實測的河流水文資料平均換算到每個水文年，并選擇Glenlyon建庫的1975/1976水文年為起始年。假定沒有取用水的流態(tài)即為模擬的環(huán)境流態(tài)。但是，根據(jù)逐月平均的概化流態(tài)有很多局限性。根據(jù)每月平均流量，能夠掩蓋澳大利亞河流固有的流量和環(huán)境條件的極端變化。模擬突發(fā)水文事件例如洪水通常要利用隨時間變化的隨機模型。但是這次研究采用的模擬方法是靜態(tài)模擬，使用的資料僅僅來自單個的水文年。如果采用其它模擬方法，例如以滿足最小流量要求或者極端流量事件為環(huán)境流態(tài)的模擬目標，就很可能得出不同的結果。這是今后需要進一步研究的問題。#p#分頁標題#e#
4 取水需求計算
該地區(qū)取水需求主要來自農(nóng)業(yè)灌溉。在邊界河流兩岸農(nóng)業(yè)比較發(fā)達，有大片的牧場和聯(lián)片種植的苜蓿以及多種谷類作物，例如上游地區(qū)的高粱和下游地區(qū)的棉花。由于河段比較長，按氣候特征劃分為三個區(qū)域：一是從Glenlyon壩到Macintyre溪匯入點，二是從Macintyre溪匯入點到Boomi堰，三是從Boomi堰到Mungindi堰。利用逐月的作物種植、氣候分區(qū)降雨和蒸發(fā)資料計算每個氣候分區(qū)的作物生長需水要求。在沒有水交易情況下，總的取水需求按公式（1）計算。
最大取水需求值：
約束條件①：滿足所有k和j取值的水量約束條件：
約束條件②：滿足所有k和j取值的耕地約束條件：
其中：
k表示氣候分區(qū)；
i表示種植作物的種類；
j表示農(nóng)田（牧場）的編號；
q表示每月用水量；
GMkijq表示在k區(qū)種植i種作物、j塊農(nóng)田和每月用水量q情況下總取水需求的最大值；
xkijq表示在k區(qū)種植i種作物、j塊農(nóng)田和每月用水量q情況下耕地的總灌溉面積；
akj表示在k區(qū)給j塊農(nóng)田的分配水量；
lkj表示k區(qū)j塊農(nóng)田可灌溉耕地的總面積；
wkijq表示在k區(qū)種植i種作物、j塊農(nóng)田和每月用水量q情況下單位面積需水量。
當水權可以相互交換時，農(nóng)民用水不再局限于自己的分配水量，但在理論上仍受總供水量約束。在水交易情況下，總的取水需求按公式（2）計算。
最大取水需求值：
約束條件①：水量約束條件：
約束條件②：耕地約束條件：
5 取用水量和環(huán)境流量的評價方法
我們定義環(huán)境目標為實際流態(tài)和天然流態(tài)差值平方的最小平均值，約束條件是取用水量和可供環(huán)境使用水量。按公式（3）計算。
最小環(huán)境目標MSD
約束條件：
其中：
eq表示在m月環(huán)境用水量；
hq表示修建Glenylon壩前在m月的天然流量。
在許多國家測量環(huán)境流量是根據(jù)流量偏差。在昆士蘭州評價環(huán)境流量也是根據(jù)每年均衡的流量偏差（APFD），例如實測流量和天然流量的差值。通常這樣的模型與水文模型和生態(tài)指示模型一起使用，例如綜合水質(zhì)水量模型(IQQM)和魚類多樣性模型，共同評價環(huán)境流量需求。綜合環(huán)境評價對資料使用的要求十分嚴格，必須是發(fā)生在同一個流域、同一個基準時間的數(shù)據(jù)。通過對環(huán)境流量需求的綜合模擬和評價，期望能夠對環(huán)境狀況做出比較精確的判斷，同時有可能對取用水的減少做出比較精確的評估。
6 環(huán)境流態(tài)和不同取水流態(tài)模型計算的比較結果
圖2顯示水交易前的逐月用水量、水交易后的逐月用水量和環(huán)境用水需求水量。該地區(qū)水文年是從每年的8月（水文年1月）到次年的9月（水文年12月）。天然流態(tài)從10月到2月達到流量峰
圖2 取水需求和環(huán)境需求比較圖
（注：圖中…線表示天然流態(tài)；—線表示水交易前取水情況下的流態(tài)；---線表示水交易后的流態(tài)。）
值，然后在冬季下降，從8月到9月又開始升高。模型計算結果顯示在冬季的5月到6月應減少引水量，而在11月到12月應增加引水量。在沒有水交易情況下，分配水量需求按方程（1）計算。可以用11月到12月的峰值水量澆灌如棉花等農(nóng)作物；在冬季的6月到7月農(nóng)作物灌溉引水量比一年天然流態(tài)的平均值還要小。在有水交易情況下，分配水量需求按方程（2）計算。該種情況把水集中使用在經(jīng)濟價值高的農(nóng)作物，因此，集中使用水在幾個特殊的月份和幾個特殊的地點。從圖上可以清楚看出11月到12月用水需求遠大于環(huán)境需水。在水交易情況下，12月的用水需求計算結果為8000 ml，而在沒有水交易情況下用水需求為4563 ml，環(huán)境需水僅為3976 ml。
上述這些計算結果告訴我們，引入水權轉換對未來滿足從天然水流狀態(tài)下不同取水要求具有潛在的影響。通過收集以往資料建立模型的計算結果顯示，相對于水庫修建前的天然流態(tài)，水交易將極大改變河流流態(tài)；引入水市場后環(huán)境投資主要反映在增加最小環(huán)境目標MSD。按照公布的60%的水量分配方案，根據(jù)公式（3）的計算，在沒有水交易情況下，MSD值是30 000 ml；在有水交易情況下，MSD值是1.8*106ml。
7 減少水量分配的結果
減少水量分配，可以利用這部分水量改善環(huán)境。圖3顯示，如果在沒有水交易的情況下減少原來的60%水分配到50%，即增加10%的環(huán)境用水量，那么可以顯著改善環(huán)境流量的狀況。根據(jù)60%水量分配方案，MSD大約是30 000；減少水量分配到50%，并把10%的水量用于改善環(huán)境，MSD將減少至40以下，并將減少總收入從2.3*106澳元到2.06*106澳元，即減少總收入240 000澳元。從圖3可以看出，當水量分配值下降時，特別是低于55%時，減少水量分配的邊際成本呈上升趨勢。在沒有水交易情況下，水量分配值從60%減少到55%，MSD值也將從30 000減少到7600, 大約減少75%。#p#分頁標題#e#
圖4表示的是在水交易情況下減少水量分配的模擬計算結果。比較圖3和圖4，我們可以看出：①比較相同需水要求和相同環(huán)境狀況的情況，在水交易情況下，水量分配可以減得更多；②比較減少水量分配的成本，在水交易情況下，如果減少水量分配從60%到 55%，即增加5%的水量用于改善環(huán)境，付出的成本較大。在沒有水交易情況下，絕對成本大約是113 000澳元；在水交易
圖3 在沒有水交易水量分配下降情況下MSD和收入的關系曲線圖（注：圖中橫軸表示MSD，縱軸表示收入。）
情況下，絕對成本大約是161000澳元。但是，相對成本是類似的。在沒有水交易情況下減少4%—9%和在有水交易情況下減少5%的總的農(nóng)業(yè)收入減少情況基本相同，可以作為比較水交易的參考結論。在水量分配值從60%減少到55%，即水量分配減少5%的情況下，MSD值將從1.88*106減少到近1.00*106，大約減少43%。
圖4 在水交易各種水量分配情況下MSD和收入的關系曲線圖（注：圖中橫軸表示MSD，縱軸表示收入。）
上述結果顯示，水交易將對河流流態(tài)產(chǎn)生重要影響；在有水交易或者沒有水交易情況下，在平均氣候年份水量分配從60%減少到55%都能夠使河流流態(tài)得到顯著改善，并且兩者付出的取水效益成本是相似的。
在這次研究中利用用水者在分配水量減少同時收入的減少來度量環(huán)境用水的成本。但是也不應該忘記增加環(huán)境流量和改善流態(tài)還創(chuàng)造了諸多社會價值，例如，休閑、娛樂和美學的價值，改善水質(zhì)減少水處理的成本，以及對下游用水增加的潛在機會。進一步引入環(huán)境權交換也不是沒有可能。在澳大利亞的河流模擬這些值和交換權是面臨的新挑戰(zhàn)。
8 結論
本文研究了在一個澳大利亞流域選擇兩種不同水政策導致的不同環(huán)境結果。結果顯示：①由于水權轉換后用水主要集中在最能夠創(chuàng)造經(jīng)濟價值的農(nóng)作物，很可能增大取水要求和天然流態(tài)之間的矛盾；②水市場很可能限制旨在恢復天然流態(tài)水政策的有效性。必須決定是否需要犧牲用水獲得的經(jīng)濟效益來換取環(huán)境的改善。對比取水形成的流態(tài)與流域主要控制性水利工程修建前的天然流態(tài)，維持河流生態(tài)系統(tǒng)的必要性正在研究當中，它們正在逐步被人們認識并日益清晰，這實際上也是改進本研究結果的動力所在。然而十分清楚，水權轉換促進流態(tài)進一步偏離環(huán)境需要。由于本研究計算采用確定結構的模擬方法，不能夠反映流態(tài)全部動態(tài)的特征，但是本研究對澳大利亞水政策爭論的重要性不言而喻。對于解決其它有關的水政策問題，通過修改表達形式和采用方法，同樣可以運用本研究的思路。最后，問題的關鍵仍然是隨著用水者素質(zhì)提高對于生態(tài)而言水權轉換是否是一種長期的可持續(xù)發(fā)展的機制。隨著對河流生態(tài)認識水平的提高，本研究有可能成為一個進一步研究的平臺。（水利部黃河水利委員會總工辦 侯起秀）
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