[摘要]澳大利亞政府理事會(huì)正在積極推動(dòng)水市場(chǎng)，以促進(jìn)有效使用水資源。但同時(shí)也應(yīng)該關(guān)注有關(guān)河流健康的問題并研究與水市場(chǎng)之間的相互關(guān)系。本文以昆士蘭州河流引入水交易調(diào)查結(jié)果為基礎(chǔ)，研究了分配水量與環(huán)境流量的關(guān)系。結(jié)果認(rèn)為：①由于水權(quán)轉(zhuǎn)換后用水主要集中在最能夠創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)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(chǎng)很可能限制旨在恢復(fù)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(jì)效益來換取環(huán)境的改善。這項(xiàng)研究對(duì)于制定生態(tài)和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)協(xié)調(diào)發(fā)展的水政策十分重要。
[關(guān)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(huì)(COAG)提出在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施促進(jìn)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(chǎng)機(jī)制決定水資源的使用權(quán)，已經(jīng)成為重新分配可利用的水資源并使之達(dá)到最有效利用的重要途徑。為實(shí)現(xiàn)資源的有效配置，市場(chǎng)交易費(fèi)用必須最低，生態(tài)環(huán)境影響必須最小。水市場(chǎng)可能導(dǎo)致重要的環(huán)境影響，因?yàn)樗袌?chǎng)受水文因素的制約，具有對(duì)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(chǎng)將對(duì)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(gè)問題。河流生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)和動(dòng)力因素的不確定性使得確定適當(dāng)?shù)沫h(huán)境指標(biāo)非常困難。澳大利亞正在對(duì)一些特殊流域進(jìn)行模擬研究，按照預(yù)防為主的原則正在制定考慮已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的河流環(huán)境指標(biāo)的相關(guān)政策。本文將介紹這些政策。
本文重點(diǎn)對(duì)如下問題進(jìn)行探討：①水權(quán)交換對(duì)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(guān)系。在昆士蘭州邊界河流使用線性規(guī)劃模型對(duì)112個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉用水戶進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果顯示：①水交易具有值得關(guān)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(dá)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(dāng)水量分配的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，在澳大利亞有一個(gè)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?yàn)楣喔扔盟畱粢呀?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(wù)部門根據(jù)供水的有效性發(fā)布水量分配公告和每個(gè)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(dǎo)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(quán)以提高用水效益的原則，澳大利亞引入了水市場(chǎng)。同時(shí)，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(dǎo)致藻類等災(zāi)害頻繁發(fā)生。由于在過去決定水量分配中對(duì)環(huán)境需水要求認(rèn)識(shí)不足，沒有給環(huán)境需水分配足夠的水權(quán)。但是，在進(jìn)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(rèn)為環(huán)境流量只是不能被用于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的那部分流量的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，必須承認(rèn)環(huán)境需水是一種合法的水資源利用形式。在整個(gè)水資源分配方案中，環(huán)境用水或許呈減少的趨勢(shì)。但是，在澳大利亞和其它國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境改善之間相互作用和相互制約的關(guān)系，也認(rèn)識(shí)到了在制定水分配和水交易規(guī)則中既要考慮引入水權(quán)交易也要考慮環(huán)境流態(tài)，這是制定水資源政策的關(guān)鍵所在。
在某種程度上逐步恢復(fù)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(dǎo)地位的思想是天然的或重新恢復(fù)的流量過程應(yīng)該通過模擬實(shí)驗(yàn)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(gè)流域的水資源分配管理規(guī)劃。判斷取水量對(duì)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(fù)的流量過程，然后逐步減小流量值，觀察關(guān)鍵生物種群的消亡過程，點(diǎn)繪流量和水生物生存的關(guān)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(guān)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(quán)交易的試點(diǎn)。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(zhǎng)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(gè)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(cè)的112個(gè)辦有取水許可用水戶的資料，進(jìn)行模擬取用水研究；利用該流域截止1979年的水文資料計(jì)算天然徑流過程。收集的資料還包括種植作物生長(zhǎng)情況、灌溉面積和每個(gè)農(nóng)場(chǎng)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?yàn)樵撍哪晔窃摰貐^(qū)第一個(gè)水權(quán)交易年。在這次研究中，1985/1986水文年按總水量60%進(jìn)行水量分配，計(jì)算結(jié)果顯示，112個(gè)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(dòng)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(kù)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(kù)是該流域河流的主要調(diào)節(jié)水庫(kù)。Bonshaw水文站是壩下第一個(gè)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(cè)的水文資料從1965年開始。這次研究，把逐月實(shí)測(cè)的河流水文資料平均換算到每個(gè)水文年，并選擇Glenlyon建庫(kù)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(shí)間變化的隨機(jī)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(gè)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(biāo)，就很可能得出不同的結(jié)果。這是今后需要進(jìn)一步研究的問題。#p#分頁標(biāo)題#e#
4 取水需求計(jì)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(dá)，有大片的牧場(chǎng)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(zhǎng)，按氣候特征劃分為三個(gè)區(qū)域：一是從Glenlyon壩到Macintyre溪匯入點(diǎn)，二是從Macintyre溪匯入點(diǎn)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(jì)算每個(gè)氣候分區(qū)的作物生長(zhǎng)需水要求。在沒有水交易情況下，總的取水需求按公式（1）計(jì)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(chǎng)）的編號(hào)；
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?cè)∷枨蟮淖畲笾担?/p>
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(dāng)水權(quán)可以相互交換時(shí)，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(jì)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(píng)價(jià)方法
我們定義環(huán)境目標(biāo)為實(shí)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(jì)算。
最小環(huán)境目標(biāo)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(guó)家測(cè)量環(huán)境流量是根據(jù)流量偏差。在昆士蘭州評(píng)價(jià)環(huán)境流量也是根據(jù)每年均衡的流量偏差（APFD），例如實(shí)測(cè)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(píng)價(jià)環(huán)境流量需求。綜合環(huán)境評(píng)價(jià)對(duì)資料使用的要求十分嚴(yán)格，必須是發(fā)生在同一個(gè)流域、同一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間的數(shù)據(jù)。通過對(duì)環(huán)境流量需求的綜合模擬和評(píng)價(jià)，期望能夠?qū)Νh(huán)境狀況做出比較精確的判斷，同時(shí)有可能對(duì)取用水的減少做出比較精確的評(píng)估。
6 環(huán)境流態(tài)和不同取水流態(tài)模型計(jì)算的比較結(jié)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(dá)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(jì)算結(jié)果顯示在冬季的5月到6月應(yīng)減少引水量，而在11月到12月應(yīng)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(jì)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(jì)算。該種情況把水集中使用在經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的農(nóng)作物，因此，集中使用水在幾個(gè)特殊的月份和幾個(gè)特殊的地點(diǎn)。從圖上可以清楚看出11月到12月用水需求遠(yuǎn)大于環(huán)境需水。在水交易情況下，12月的用水需求計(jì)算結(jié)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(jì)算結(jié)果告訴我們，引入水權(quán)轉(zhuǎn)換對(duì)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(jì)算結(jié)果顯示，相對(duì)于水庫(kù)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(chǎng)后環(huán)境投資主要反映在增加最小環(huán)境目標(biāo)MSD。按照公布的60%的水量分配方案，根據(jù)公式（3）的計(jì)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(jié)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(dāng)水量分配值下降時(shí)，特別是低于55%時(shí)，減少水量分配的邊際成本呈上升趨勢(shì)。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(biāo)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(jì)算結(jié)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(duì)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(guān)系曲線圖（注：圖中橫軸表示MSD，縱軸表示收入。）
情況下，絕對(duì)成本大約是161000澳元。但是，相對(duì)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(jié)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(guān)系曲線圖（注：圖中橫軸表示MSD，縱軸表示收入。）
上述結(jié)果顯示，水交易將對(duì)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(shí)收入的減少來度量環(huán)境用水的成本。但是也不應(yīng)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(huì)價(jià)值，例如，休閑、娛樂和美學(xué)的價(jià)值，改善水質(zhì)減少水處理的成本，以及對(duì)下游用水增加的潛在機(jī)會(huì)。進(jìn)一步引入環(huán)境權(quán)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(quán)是面臨的新挑戰(zhàn)。
8 結(jié)論
本文研究了在一個(gè)澳大利亞流域選擇兩種不同水政策導(dǎo)致的不同環(huán)境結(jié)果。結(jié)果顯示：①由于水權(quán)轉(zhuǎn)換后用水主要集中在最能夠創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)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(chǎng)很可能限制旨在恢復(fù)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(jì)效益來換取環(huán)境的改善。對(duì)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(dāng)中，它們正在逐步被人們認(rèn)識(shí)并日益清晰，這實(shí)際上也是改進(jìn)本研究結(jié)果的動(dòng)力所在。然而十分清楚，水權(quán)轉(zhuǎn)換促進(jìn)流態(tài)進(jìn)一步偏離環(huán)境需要。由于本研究計(jì)算采用確定結(jié)構(gòu)的模擬方法，不能夠反映流態(tài)全部動(dòng)態(tài)的特征，但是本研究對(duì)澳大利亞水政策爭(zhēng)論的重要性不言而喻。對(duì)于解決其它有關(guān)的水政策問題，通過修改表達(dá)形式和采用方法，同樣可以運(yùn)用本研究的思路。最后，問題的關(guān)鍵仍然是隨著用水者素質(zhì)提高對(duì)于生態(tài)而言水權(quán)轉(zhuǎn)換是否是一種長(zhǎng)期的可持續(xù)發(fā)展的機(jī)制。隨著對(duì)河流生態(tài)認(rèn)識(shí)水平的提高，本研究有可能成為一個(gè)進(jìn)一步研究的平臺(tái)。（水利部黃河水利委員會(huì)總工辦 侯起秀）
京公網(wǎng)安備 11010802021286號(hào)