黑河流域乡镇初始水权分配研究
——以甘州区为例

王鹏龙， 宋晓谕， 王 宝， 王肖波， 牛艺博

（1.中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃兰州730000；2.中国科学院大学，北京100049）

0 引言

水是人类生存和经济发展不可取代的重要资源，水危机影响着全球40%以上的人口，已成为制约和影响21世纪区域可持续发展的全球性问题［1］。“为所有人提供水和环境卫生并对其进行可持续管理”，是联合国《2030年可持续发展议程》的目标之一。联合国《2020年世界水发展报告》指出，由于人口增加、经济发展和消费方式转变等因素，全球用水量仍以每年约1%的速度增长，到2050年，全世界对水的需求预计增长40%以上［2］。作为世界13个贫水国家之一，水资源短缺、水污染严重、水生态环境恶化等已成为制约我国经济社会可持续发展的关键瓶颈，水安全约束甚至可导致我国GDP到2050年下降6%［3］。西北干旱地区受气候变化影响，这一问题更为严重，随着水资源供需矛盾日益突出，将有限的水资源进行优化配置尤显重要。以初始水权分配为核心的水权制度是市场经济条件下实现水资源合理利用的有效途径，对遏制水资源超载、提高水资源利用效益具有显著作用［4］。2012年《关于实行最严格水资源管理制度的意见》要求建立覆盖流域和省市县三级行政区域的取用水总量控制指标体系，确立了水资源管理“三条红线”。十八届五中全会要求实施水资源消耗总量和强度双控制，建立健全初始水权分配制度。十九大报告亦提出加强自然资源资产管理，水资源作为重要的自然资源资产，完善水权制度具有重要现实意义。

区域初始水权分配是将可用于经济社会发展的水权水量，通过一定的规则分配给次一级区域、行业及用水户，实现水权的空间分配［5］。其分配层次首先是流域水权向省市县的行政区域水权逐级分配，二是各区域获得的水权通过取水许可的形式分配给用水行业（如生活、生产和生态三大行业水权）及各用水户［6］。我国起初探索了流域尺度的初始水权分配实践［7］，自2014年在甘肃等7省区开展了不同类型省级尺度水权确权与交易试点［8］。为保障区域间水权分配的合理，国内外学者提出了公平性、效率性、可持续性原则［9］，以及尊重历史与现状、生态用水保障、基本用水保障等主要分配原则［10］。不同水权分配方法一直是学术界和管理层关注的焦点，分别以人口、面积、产值、生态等［11-12］指标为依据的单指标分配模式被最早应用，部分学者开展了传统的定额控制法、以供定需法、多年平均法和产水比例法研究［13］。水权分配具有典型的政府、用水主体及流域管理机构等多主体参与的群决策特征［14］，同时涉及经济社会和环境等多方面的复杂决策过程［15］。层 次 分析法［16］、多目标和模糊优选法［17］、不确定性分析法、及基于物元可拓展理论［18］、基尼系数法［19］、考虑用水主体满意度［20］等决策和优化类综合指标方法的广泛应用推动了初始水权分配研究，这些方法具体应用场景亦各有差异。

张掖市作为黑河中游地区水资源主要消耗区，自2001年开展节水型社会试点以来，基于“97”分水方案确定区域初始水权，根据关键用水指标尝试了初始水权从全市-县区-乡镇及用水户的逐级分配。2014年，张掖市最严格水资源管理制度进一步确定了县区尺度的用水总量控制目标。由于“97”分水方案本身的适应性［21］，及经济社会的用水需求的变化和区域差异，结合区域用水现状，对初始水权分配的进一步研究出现了现实需求。龙爱华等［22］基于专家和用水户的公众参与，对黑河中游县区尺度初始水权进行了界定。多目标模糊优选法被用于张掖市甘临高地区的初始水权的区域配置［17］。在行业用水权配置方面，对黑河流域的农业到工业用水权的交易成本、模式和规模亦进行了探索［23］。张掖市水资源供需矛盾突出，随着节水灌溉等技术进步对水资源需求侧调节能力的减缓，将有限的水资源进行区域间优化分配以调节供给侧，对缓解供需矛盾，提升区域水资源承载力则更显重要。水资源及其承载力是黑河流域乡村振兴与美丽乡村建设的物质基础［24］，目前仍缺乏对黑河流域乡镇尺度水权分配的研究。据此，本文以甘州区为例，基于最严格水资源管理制度下的用水总量控制目标，开展黑河流域乡镇初始水权分配研究，为乡镇尺度水资源供需关系与承载力研究提供支持。

1 研究区域与数据

1.1 研究区域

张掖市甘州区位于河西走廊中部，属典型的温带大陆性气候，年降水量少，蒸发量大，中部绿洲盆地是黑河流域典型的灌溉农业区（图1）。区内黑河流域面积3 663.8 km2，可开发利用河流5条，季节性小沟小河26条，年平均天然径流量16.51亿m3，其中黑河多年平均15.8亿m3。按照分水方案，中游甘州、临泽和高台可利用的黑河干流分水量多年平均仅6.3亿m3，而仅甘州区2015—2018年的年平均用水量已高达7.56亿m3，即使考虑地下水及农业用水回流量，甘州区的水资源供需形势依然十分严峻。农业是甘州区的主要用水部门，其灌溉用水主要取自黑河干流分水。由于水土资源不协调和经济社会发展，中游甘州区一直存在用水矛盾。“92”分水方案和“97”分水方案相继对黑河干流水量在中下游之间进行了配置。当前，全区严格落实水资源管理“三条红线”，积极推行水价综合改革和行业计划用水等措施，促进水资源高效利用。

图1 甘州区乡镇及土地利用Fig.1 Towns and land use types in Ganzhou County

1.2 数据来源

甘州区初始水权量取自甘州区最严格的水资源管理制度确定的用水总量控制目标。水资源利用相关数据来自张掖市《水利综合统计年报》，相关经济社会数据来源于《甘州区统计年鉴》，居民生活用水定额等行业用水标准取自《甘肃省行业用水定额（2017版）》，部分乡镇数据来源于实地调研资料。面向黑河流域水资源管理者和相关研究学者设计了《黑河流域乡镇用水权分配指标调查问卷》，获取指标重要性专家打分。管理者主要是张掖市和甘州区水务局、黑河流域管理局等管理人员。研究学者包括中科院西北生态环境资源研究院、兰州大学、西北师范大学、兰州财经大学以及甘肃省社会科学院等科研机构的长期从事相关领域的专家。调查对象在各领域具备一定代表性，指标重要性打分具有较强指导意义。共发放和回收问卷25份，其中管理者问卷13份，研究学者问卷12份。

2 研究方法

2.1 水权分配思路与指标体系构建

初始水权分配首先要确定可分配的水资源量，可根据区域实际情况将水资源总量、可供水资源量和水资源可利用量作为区域水权总量［12］。区域水资源总量涉及部分无法利用的水资源，直接作为水资源管理和水权分配对象不尽合理。水资源可利用总量是指在可预见期内，在统筹考虑生活和生态环境用水的基础上，通过经济合理、技术可行的措施在当地水资源中可资一次性利用的最大水量［25］。其符合可持续原则，但在干旱区由于流域各区域水资源空间分布不均，且流域内部水资源获取存在竞争关系，加之优先保障生态环境用水等都容易加剧水权分配矛盾。可供水量指在一定来水、用水需求和供水工程条件下，区域可提供的最大水资源量［26］。最严格水资源管理制度确定的黑河流域县区用水总量控制目标是流域各方博弈与协商的结果，综合考虑了各区域水资源禀赋、用水需求、供水能力以及流域上下游关系等因素，与区域政策密切相关，具有一定指导意义。依据水法有关生活、生态和生产等不同用水优先级的规定，本文优先保障生活和生态基本用水，将用水总量控制目标扣除生活和生态用水量后，作为甘州区的生产初始水权量，开展乡镇尺度水权分配研究（图2）。

图2 乡镇初始水权分配框架Fig.2 Initial water rights allocation framework in town level

水权分配需要考虑区域水资源的供给与利用条件，分配原则应全面反映流域地区的经济、社会、环境和政治共同的影响作用。资源配置的效率（效率）、收入分配的公平（公平）和经济系统的规模总量（规模）是生态经济学的三个核心问题［27］，对水权分配原则选取具有指导意义。水权分配作为生态经济领域的重要内容，结合已有研究，公平、效率和可持续性成为水权分配应遵循的基本原则。本文考虑到乡镇尺度数据获取等实际，基于公平和效率原则构建了甘州区乡镇初始水权分配指标体系（表2）。其中，公平原则指标方面：人口数量C11反映区域内人人平等享有用水权；耕地面积C12反映以农业用水为主的发展权；农业总产值C13反映区域的经济发展规模现状；大牲畜数C14、粮食总产量C15和肉类产量C16反映了区域养殖业与粮食生产的规模现状。效率原则指标方面：人均农业总产值C21反映区域水资源投入的农业经济产出效率；亩均粮食产量C22反映了粮食生产的水资源投入产出效率。

2.2 单指标-混合分配模式

人口分配模式突出区域内的所有居民具有平等利用水资源而发展的权力，体现出人人用水平等的思想［11］。在进行初始水权分配时，可将区域内（县区）可分配水量按人口数目分解到次一级用水单元（乡镇）；面积分配模式是河岸优先权的一种表现形式，在西北内陆干旱区，水资源尤其是农业用水主要为耕地灌溉，所以按照每个乡镇的耕地面积进行分配更具指导意义［12］；产值分配模式是按照一个地区的经济发展水平进行初始水权分配，一般认为一个地区的用水与其经济发展相对应［5］。农业总产值指标能很好反映甘州区村镇经济发展水平，按其进行初始水权分配有利于鼓励节水和促进水资源利用效率提高，推动地区经济发展。

式中：WRi为乡镇初始水权；WR为县区初始水权；Pi、Ai、GAPi分别为乡镇的人口数、耕地面积和农业总产值；P、A、GAP为县区总人口、耕地总面积和农业总产值。

人口、面积和产值三种水权分配模式依据不同，分配的侧重点和结果有所差异。人口和面积分配模式更注重基于现状的公平性，尤其是按耕地进行分配更适宜农用水权分配，而产值分配模式侧重效率性，更适宜行业水权分配。一个区域水权分配要全面考虑经济、社会等各方面因素，因此，对以上三种模式进行加权形成混合分配模式：

式中：W1、W2、W3分别为三种模式的权重，权重的确定需反映区域内管理者与专家的综合意见。本文权重确定依据专家打分确定，将人口数、耕地面积和农业总产值3个指标的平均得分占三者平均分之和的比例作为各自权重，以此充分考虑区域内各方意愿。

2.3 AHP层次分析法

（1）建立水权分配层次结构。基于对经济社会系统的调查研究，分析各因素之间的关系，构建递阶层次结构：目标层，总体目标为甘州区乡镇初始水权分配评价；准则层，准则层指标分为公平性和效率性2类，尊重社会经济用水现状基础上，体现水量分配的公平与效率兼顾的原则；指标层，表征水权分配的主要指标，具体层次结构如表2。

（2）构造判断矩阵。判断矩阵表示针对上一层次某个元素，本层次有关元素的相对重要性。按照层次结构，从上到下逐层构建判断矩阵，每一层次元素都以相邻上一层次各元素为准则。常用九级标度法进行两两因子之间重要程度比较，确定相对重要性并赋值［28］，但该方法由于指标间相对性较难判断，实践中打分专家容易出现前后指标相对重要性赋值之间的矛盾。依据各指标在各自准则下的平均得分进行排序，序号作为各指标的相对重要性得分，以此两两比较构建判断矩阵，以Cij为指标xi对于指标xj的相对重要程度，如判断矩阵B1-C（表1）。

表1 判断矩阵Table 1 Judgment matrix of indicators

（3）层次排序。依据表1中矩阵，本文利用Python求解判断矩阵最大特征值和对应的特征向量，特征向量归一化后得到层次单排序权重向量，即表征指标层对应准则层权重。进行层次总排序可以得到指标层对应目标层的组合权重向量W，层次总排序从上到下逐层进行。假设准则层B包含m个元素B1，…，Bm，相邻下一层次C包含n个元素C1，…，Cn。B层层次单排序权重为w1，…，wm，C层关于B层元素Bj的层次单排序权重向量为（c1j，…，cnj）T，则层次C的总排序权重第i值为最后，对层次单排序和总排序进行一致性检验，不合格则修正判断矩阵。判断矩阵一致性检验步骤为：①得出一致性指标CI=（λmax-m）/（m-1），其中λmax为判断矩阵最大特征值。当CI=0，判断矩阵具有完全一致性；反之CI越大，一致性越差；②可查表得到平均随机一致性指标RI［28］；③求一致性比率CR=CI/RI，一般当CR≤0.10时，认为判断矩阵具有满意的一致性。

（4）指标的权重结果。各判断矩阵通过一致性检验，得到各指标的权重如表3。人均农业总产值、人口数据和耕地面积权重最大，是初始水权分配的重要维度，其次是大牲畜数、亩均粮食产量和粮食总产量。

表3 各指标的专家平均打分Table 3 The average score of experts in each indicator

3 结果分析

3.1 问卷调查结果分析

水资源初始产权界定与分配既要保障区域生产生活等基本用水，同时也要有助于提升水资源配置效率，推动区域经济社会可持续发展。因此，区域初始水权的分配往往要建立政府、用水户等利益相关方参与的协商机制［29］，当前的水权分配研究亦充分考虑了各方专家意见。从调查问卷对各指标的平均打分（表3），可分析不同专家对初始水权分配指标重要性的初步评价。从综合平均得分看，人口数量指标得分最高，达到4.61分，管理者和研究学者普遍认为初始水权分配需重点考虑人口规模，体现了人人平等享有以水资源产权为主的发展权的理念。其次，耕地面积指标得分排第2，在干旱区内陆河流域，农业是第一大用水部门，耕地灌溉是主要用水领域，反映了耕地面积对水资源利用的重要性。公平性指标综合平均得分大于效率性指标，反映出区域在当前水资源利用与发展水平下，专家对水资源配置更注重公平性。从管理者角度看，公平性指标平均得分为3.94，大于效率性得分，说明管理者更注重公平性。相反，研究学者在初始水权配置中更倾向于效率性优先。

3.2 基于AHP的甘州区乡镇水权分配

根据甘州区行政区划，对全区18个乡镇进行水权分配。以2017年为评价年，统计人口数量、耕地面积等8个指标数据，构造指标向量矩阵。为消除各指标（均为正向指标）数值量级不同的影响，采用最小-最大标准化处理，形成标准化指标向量矩阵R（r18，8）见表4。

将各指标组合权重与所构造的标准化指标矩阵相乘，得到各乡镇初始水权分配比例向量进行归一化可得归一化初始水权分配比例向量（表4），公式为计 算 得 到

表4 标准化指标矩阵Table 4 The normalized value of indicators

0.0695，0.1044，0.0642，0.0694，0.0615，0.0854，0.0644，0.0495，0.0725，0.0420，0.0275，0.0090，0.0588，0.0381，0.0566，0.0030）。

3.3 不同分配模式结果分析

以甘州区用水总量控制目标扣除生活、生态用水和政府预留水量，开展乡镇水权分配。生活用水量采用城镇（人·d·100 L）和农村居民用水定额（人·d·40 L）与城乡人口数量进行估算。生态用水采用2016—2018年3年的平均人工生态用水量（取自《水利综合统计年报》），政府预留比例根据甘州区水务局制度取用水总量的4%，最终甘州区可分配的生产用水确定为6.67亿m3。采用上文的人口、面积、产值和混合分配模式，以及基于层次分析法的综合指标分配模式开展甘州区乡镇初始水权分配，结果如图3。

图3 不同方法的乡镇初始水权分配比例Fig.3 Initial water rights allocation ratio of different methods in towns

整体上，5种模式对同一乡镇的水权分配范围较为均衡，但不同模式因侧重点各异对具体乡镇的分配比例存在差异。产值模式对各乡镇的水权分配比例范围为0.12%～10.28%，人口模式为0.23%～10.56%，耕地模式为0.21%～17.27%，人口-耕地-产值混合模式为0.19%～12.77%，综合指标模式为0.30%～10.44%。从产值模式看，经济发展水平最好的梁家墩镇、党寨镇、新墩镇和沙井镇水权比例最大，约10%。经济规模较小的花寨乡和以畜牧业为主、农牧结合的平山湖乡水权比例最小，分别为1.11%和0.12%。经济规模相当的上秦镇、大满镇、小满镇和长安乡的水权比例在7%左右，乌江镇、甘浚镇和碱滩镇均在5%左右；从人口模式看，人口最多的沙井镇水权比例最大，为10.56%。人口最少的靖安乡和平山湖乡水权比例最小，为1.98%和0.23%；在人口-耕地-产值混合模式下，沙井镇水权比例最大，达到12.77%，而平山湖乡比例仅为0.19%；基于层次分析法的综合指标模式下，沙井镇水权比例达到10.44%，平山湖乡为0.30%。5种模式下，最大水权分配比例均处于10%以上，而最小比例不超过0.3%。

甘州区各乡镇主要分布在黑河灌区（大满、盈科、西干、上三和甘浚灌区）、泉水灌区（乌江灌区）和沿山灌区（安阳和花寨灌区）三个类型的八大灌区。不同类型灌区的乡镇水资源利用方式不同，其经济社会发展水平不尽相同，水权分配比例相应有差异。沿山灌区的安阳和花寨乡水资源利用方式为河灌，两乡镇的5种模式的水权分配量均较小；主要位于泉水灌区，以井灌为主的乌江镇、三闸镇、靖安乡、平山湖、新墩镇及明永乡等水权分配量大体处于中等水平；主要位于黑河灌区，以河灌为主的大满镇、碱滩镇、小满镇、长安乡、党寨镇、上秦镇、沙井镇、龙渠乡及甘浚镇等水权分配量相对较大。5种模式综合分析可知，基于层次分析法的综合分配模式分配结果相比更为合理。例如，梁家墩镇紧邻城区，经济发展水平最好，但人口和耕地规模较小，其综合指标模式的分配结果次于产值模式，大于其他模式，在兼顾公平的情况下，充分考虑了效率原则；而平山湖乡经济社会规模较小，但综合指标模式的分配结果却略大于其他模式，充分考虑了未来的发展潜力；此外，对于其他乡镇，综合指数模式的分配结果基本处于中间水平，更为均衡。综合不难看出，基于原则的综合指标分配模式综合考虑了公平与效率原则，充分结合专家决策判断，其分配结果更具合理性，更贴合各乡镇水资源利用现状与经济社会未来发展潜力，可为乡镇水资源承载力分析提供支持。

4 讨论

本研究采用人口、面积、产值、混合分配模式，以及综合指标分配模式5种方法开展了甘州区乡镇尺度初始水权分配对比研究，黑河流域以往的研究主要从单一方法［22］开展县区尺度［17］的水权分配研究，难以横向对比。从单指标-混合分配模式看，人口、面积、产值单指标模式侧重从单一维度对各乡镇进行区分，水权分配往往因具体乡镇的单一指标主导，其指标简单，不易受其他因素影响，对于人口、面积、产值等资源禀赋和发展水平相近的乡镇更具合理性。而对于甘州区基础条件差异较大的各乡镇显然具有局限性。其中，人口模式强调公平性，但忽视了不同行业从业人员对水资源的需求差异，不利于产业结构的调整与水权优化配置［30］；面积模式一般按照水源地区域面积进行分配［12］，干旱区流域面积与相应的耕地面积及其他生产要素的分布并非简单的比例关系，其源流地区流域面积普遍较大，但需水量并非无限增大［5］。黑河流域土地资源相对充足，有水则绿洲，乡镇行政区面积理论上可反映未来的耕地扩展潜力。但目前水资源状况已无法支撑灌溉面积的持续扩大，相较于耕地数量，政策更倾向于通过高标准农田建设等措施提高耕地质量，以及种植结构优化调整提高农业经济效益，因此，本文采用耕地作为面积分配模式的依据具有合理性；混合分配模式是对人口、面积和产值单指标模式的综合，从分配结果看，效果亦好于单指标模式。混合模式的关键在于单指标的权重确定，本文结合专家判断，使其分配效果更接近实际情况。

对于综合指标模式，其科学性和合理性重在指标体系的构建和权重确定两方面。本研究从公平和效率两个原则构建指标体系，被广泛采用的可持续性原则多采用人口自然增长率［17］、GDP增长率［14］、城镇化率［12］等指标表征，由于乡镇尺度数据获取的困难，在指标体系构建中未涉及可持续性原则指标，对指标体系的完整性略有影响；同样鉴于数据获取问题，仅选择了各乡镇的农业总产值指标，未考虑一、二和三产不同行业用水差异的影响，但乡镇经济主要以农业经济为主，二三产业规模相对较小，因此行业用水差异对乡镇整体水权分配的影响较小；本文指标遴选充分考虑具体指标的科学性、代表性、可获取性等属性［31］，整体上与乡镇水资源利用密切相关，能较好反映经济社会发展的水资源需求；本文指标均预设为正向指标，但不同研究根据水权分配的目的，指标属性亦存在变化。如人均农业总产值等在本文为正向指标，旨在鼓励提高用水效率，但亦可被作为逆向指标，用于缩小地区间经济发展差距，推动区域协调发展［16］；在权重设置方面，结合专家打分的层次分析法得出，目前阶段仍以公平原则为主，兼顾效率原则，这与胡洁等［17］、尹云松等［16］、段琪彩等［32］权重结果类似，但与龙爱华等［22］的效率为主略有差异。这符合甘州区各乡镇当前在保证基本生产生活基础上，不断提高用水效率的现实。当基本用水得到保障后，未来随着经济社会发展及用水需求的增加，以技术进步提高用水效率，鼓励节水等方面的效率原则需给予重要关注。

水量和水质是水权的基本属性，水质制约水环境容量，影响区域可分配水权总量［12］。由于水质数据较难获取，本文并未考虑水质问题对可分配水权量的影响，计算结果存在一定偏差。此外，根据用水总量控制目标确定的甘州区水权总量是依据莺落峡多年平均来水量，在现有《黑河干流水量分配方案》下确定的可分配水资源量。气候变化对流域的供水量［33］和经济社会发展未来的需水量（尤其是农业需求）［34］均会产生影响，进而对区域的可分配水权量亦会产生不确定性。因此，水质、气候变化等因素对水权分配的影响，均需在进一步研究中考虑。

5 结论

乡镇初始水权是乡镇水资源承载力研究的基础，新时期乡村振兴与美丽乡村建设亦对此提出了现实需求。从公平和效率原则构建了综合评价指标体系，以层次分析法确定指标权重，采用人口、面积、产值单指标和混合分配模式，以及综合指标分配模式5种方法，对黑河中游甘州区的乡镇初始水权进行了分配对比研究。结果表明：

（1）从专家对各初始水权分配指标的打分结果看，专家在初始水权分配上对公平性的重视程度略大于效率性，说明研究区内当前水权分配需要依据公平为主兼顾效率的原则。其中，区域水资源的管理者更注重水权分配的公平性，着眼当下情景以保障各乡镇经济社会发展的现状用水。而研究学者在水权配置中更倾向于效率性，考虑未来情景以促进水资源利用效率提升。

（2）5种模式对同一乡镇的水权分配范围较为均衡，但不同模式因侧重点各异对具体乡镇的分配比例存在差异。不同类型灌区的乡镇因水资源利用方式和经济社会发展水平不尽相同，水权分配比例相应有差异。产值模式对各乡镇的水权分配比例范围为0.12%～10.28%，人口模式为0.23%～10.56%，耕地模式为0.21%～17.27%，人口-耕地-产值混合模式为0.19%～12.77%，综合指标模式为0.30%～10.44%。各分配结果对比分析，最大水权分配比例均处于10%以上，而最小比例不超过

0.3%。

（3）综合对比分析各种模式分配结果得出，基于原则的综合指标分配模式综合考虑了公平与效率原则，充分结合专家决策判断，利用AHP方法确定指标权重，其水权分配结果更具合理性，更贴合各乡镇水资源利用现状与经济社会未来发展潜力，其分配结果为各乡镇水资源承载力研究奠定了基础。其中，沙井镇水权比例最大，达到10.44%，比例最小的平山湖乡为0.30%。