跨界流域水資源沖突的脆性與評價

牛文娟，王偉偉，戴傳陽，牛 富

(1.河海大學商學院，江蘇 南京 211100；2.水利部海河水利委員會漳河上游管理局，河北 邯鄲 056001)

跨界流域水資源沖突的脆性與評價

牛文娟1，王偉偉1，戴傳陽1，牛 富2

(1.河海大學商學院，江蘇 南京 211100；2.水利部海河水利委員會漳河上游管理局，河北 邯鄲 056001)

基于復雜系統脆性理論，定義了跨界流域水資源沖突脆性概念，分析了沖突脆性源及脆性激發過程。運用突變級數法，構建了跨界流域水資源沖突脆性評價指標體系和評價模型，并對漳河流域水資源沖突脆性進行評價，提出了降低脆性的對策建議。研究表明：跨界流域內不同區域的水資源沖突脆性，不同地區的各子系統的沖突脆性，以及各地區的不同子系統的沖突脆性，均表現出異質性。要降低流域和地區的水資源沖突脆性，需要流域機構和地方政府的共同努力，從社會子系統、環境子系統、經濟子系統、管理子系統等方面同時入手。流域管理機構應致力于建立流域整體水資源沖突脆性協調與控制機制，區域地方政府則應更新發展理念，加強與其他區域之間的共贏合作。

跨界流域；水資源管理；水資源沖突脆性；突變級數法；漳河流域

自然條件變化、社會經濟快速發展與水資源不合理開發利用，導致我國水資源供需矛盾日益尖銳[1-2]。由水資源短缺引發的爭水沖突廣泛存在于我國各個流域和區域，不僅嚴重制約經濟發展，而且影響社會穩定，甚至危害國家安全。尤其是在跨界流域，由于水權不明晰，流域管理機構缺乏權威性，區域地方保護主義嚴重，導致更加嚴重的沖突潛在性與危害性。自然水系統、各區域經濟系統、社會系統、管理系統以跨界水資源為紐帶構成一個復雜系統，其穩定運行受到諸多錯綜復雜因素的影響，一旦發生水資源沖突，會對系統本身及周邊環境都產生惡劣影響。因此，識別水資源沖突的潛在危機，對于系統的穩定運行具有重要意義，是跨界流域水資源非常規管理的重要內容。

國內對復雜系統脆性問題率先展開研究的是哈爾濱理工大學的金鴻章教授，其團隊對復雜系統脆性進行了深入的分析和研究，提出脆性是復雜系統的基本特性[3]。脆性理論目前多被用于煤礦、交通、電力、經濟及水資源等復雜系統。胡林果[4]運用脆性理論對某鄉鎮煤礦進行仿真，得到煤礦瓦斯爆炸事故內部脆性度值，研究表明在沒有外界干預的情況下，煤礦系統內部脆性度居高不下，政府必須對此進行干預，從外部環境給復雜系統補充負熵流。劉明[5]對船舶電力系統的電壓熵、電流熵、頻率熵進行定義，研究了船舶電力系統的脆性熵。張曉莉[6]采用沙堆模型模擬股市的脆性，通過研究外部因素作用于股市可能產生的后果，研究了股市系統的運行及變化規律。孫慶榮等[7]、韓傳峰等[8]將復雜系統脆性理論運用到水災害的防治研究中，基于復雜系統的脆性特征，運用系統動力學對黃河中下游的自然災害進行系統分析，建立了自然災害的鏈鎖式反應機制模型。

對復雜系統脆性進行評價是復雜系統脆性研究的內容之一，方法也有很多。突變級數法的基本理念是通過對系統的評價總目標進行多層次分解，建立遞階層次結構模型，采用突變與模糊數學理論相結合的方法構建突變模糊隸屬函數，運用歸一公式進行綜合量化運算，求出總的突變隸屬度，把系統內部矛盾的諸控制變量的不同質態歸一為同一質態，即化為狀態變量表示的質態，從而進行評價。跨界流域水資源系統與突變級數法存在著諸多共通之處。首先，跨界流域水資源系統具有層次結構。其次，跨界流域水資源系統的沖突脆性評價具有一定的模糊性，無法說明其具有的絕對沖突脆性，只能基于某種標準而言，將沖突脆性劃分為不同程度的隸屬關系，據此可以采用模糊隸屬函數進行歸一化計算。筆者基于復雜系統脆性理論，提出跨界流域水資源沖突脆性概念，對沖突脆性源和脆性激發過程進行分析，運用突變級數法建立跨界流域水資源沖突脆性評價模型，對漳河流域水資源沖突脆性進行評價，并提出相應的措施建議。

1 跨界流域水資源沖突脆性分析

1.1 跨界流域水資源沖突脆性概念

脆性，本是材料力學中用以表示材料性質的詞語[9]。復雜系統脆性概念的提出主要針對現今社會的系統規模越來越龐大、內部子系統構成越來越復雜的情況，而且隨著外部環境的復雜化，在穩定性較差的內部子系統及外部環境沖擊的雙重壓力下，復雜系統的不確定性也呈增長趨勢。研究導致系統崩潰的影響因素及作用機理，對我們在系統崩潰前進行準確預測并阻止崩潰產生更大的損失是非常有效的[10]。

基于脆性理論，本文提出跨界流域水資源沖突脆性概念。根據《中華人民共和國水資源術語》及相關文獻，界代表權利界限，跨界是指穿越兩國或兩地區邊界，涉及多個行政區劃，凡是發生在兩個或兩個以上不同行政區劃邊界上的問題都可以歸為跨界問題[11]。跨界穿越的兩國或兩地區之間的界線以上和以下的河流分屬不同的國家或地區，兩國或兩地區之間呈上下游或左右岸關系。我國跨界水資源沖突可以定義為相關利益主體在跨省、自治區河段和省、自治區邊界河段因開發、利用、配置、保護、管理水資源所引發的水資源沖突事件。國內常使用省際水事糾紛的說法。跨界水資源系統能夠從正常用水秩序狀態向異常水沖突狀態進行變遷，說明系統具有沖突脆性。

跨界流域水資源系統是一個開放性復雜系統，由自然子系統、經濟子系統、社會子系統、管理子系統組成。跨界水資源沖突是相關利益主體非合作博弈的結果，發生于社會子系統。當社會子系統中的用水主體遭受到外力沖擊，在氣候變化引起自然子系統的供水嚴重不足、管理子系統的權威缺失或管理不到位的情況下，原來系統用水的有序狀態會因利益受損用水主體的抗爭行為遭到破壞，社會子系統失去穩定性。由于各子系統之間相互聯系，一個子系統的崩潰會影響與他進行能量交換的其他子系統，致使其他子系統的穩定狀態遭到破壞，我們把這一特性和過程稱為跨界流域水資源沖突脆性。

1.2 跨界流域水資源沖突脆性源

系統脆性過程是指脆性的發出到接受的過程，它包括3個要素：脆性源、脆性過程及脆性接收者，如圖1[12]所示。

圖1 水資源沖突脆性激發示意圖

脆性源代表脆性的發出系統，是引發系統崩潰的因素；而脆性接受者是指受到其他部分(系統)的影響而發生崩潰的部分(系統)。跨界流域水資源系統的4個子系統中均包含沖突的致因因素，即沖突脆性源。

1.2.1 社會影響因素

人是社會系統的核心，是水沖突的直接參與者。某些流域水資源沖突發生后，跨界地區為了維護自身利益置水量分配方案或沖突調解協議于不顧。利益沖突、價值沖突常表現為難以調和的基礎性沖突，長期得不到解決，容易滋生目標性沖突，即以沖突本身為目的[13]，從而成為區域性的社會治理難題[14]。

1.2.2 管理的有效性

我國現行的水資源管理模式是流域統一管理和區域分塊管理相結合。由于流域整體目標與區域目標可能不一致，而且各區域地方保護主義明顯[15]，流域管理機構權力有限，而跨界流域的水權結構是具有行政層級的，這種科層結構體系存在部門職能重疊、各層管理主體目標不一致等問題，導致管理有效性低。

1.2.3 水資源自然條件

我國水資源分布呈現顯著的地域差異，年內和年際之間變化較大[16]。我國經濟的快速增長和對水資源的不合理利用，尤其是“先污染后治理、邊污染邊治理”的發展理念，使水資源環境日益惡化，水污染不斷加劇，水資源供需緊張的狀況與用水效率不高、浪費水的現象并存。

1.2.4 經濟發展需求

隨著人們生活水平的提高，對經濟發展的要求也越來越高，落后地區要求快速致富，經濟基礎較好的地區要求高速發展。同時產業結構的不斷調整也是經濟增長的必然結果，工業和第三產業迅速發展，對整個區域的水資源需求產生影響，導致水資源供需矛盾尖銳的流域用水形勢更加嚴峻。

1.3 跨界流域水資源沖突脆性激發過程

在正常情況下，用水主體從自然子系統取水，管理子系統進行制度供給，規范用水主體的行為，維持經濟及社會子系統的正常狀態。此時，自然子系統、經濟子系統、社會子系統和管理子系統也都給用水主體施加壓力，但是當壓力在一定閾值內時，系統的沖突脆性并不會被激發出來。當來自某種脆性源的壓力超出閾值，如上游用水主體修建水電站嚴重影響到下游主體的用水，下游用水主體感受到來自自然子系統、社會子系統的壓力，采取抗爭行為，系統從正常狀態變遷到異常狀態。管理子系統中的管理主體作為系統中的職業型強互惠者責無旁貸地擔負著監視系統狀態變遷的責任，運用權力強制異常變遷的終止，并采取協調策略作為對系統狀態變化的響應。基于PSR框架，跨界流域水資源沖突脆性激發過程如圖2所示。

圖2中，社會子系統中的每個用水主體都具有一定的內部“狀態S”，如水資源知識、經濟收入等。同時，每個用水主體都受到自然子系統、經濟子系統、社會子系統、管理子系統的“壓力P”，用水主體的狀態在這些壓力的影響下發生改變，同時對這些壓力做出響應性行為。在某種壓力下，用水主體采取了“沖突策略”作為響應，則系統的沖突脆性被激發。

圖2 跨界流域水資源沖突脆性激發過程

2 基于突變級數法的漳河流域跨界水資源沖突脆性評價

2.1 突變級數法基本原理

所謂突變理論是指在系統演化過程中，某些變量的連續逐漸變化最終導致系統狀態的突然變化，即從一種穩定的狀態躍到另外一種穩定的狀態，它提供了一種研究躍遷、不連續性和突然質變的普遍適應的方法。突變理論通過研究對象的勢函數來研究突變現象。系統勢函數通過系統狀態變量X={x1,x2,…,xm}和外部控制參量U={u1,u2,…,un}來描述系統的行為，即φ=f(U,X)。在各種可能變化的外部控制參量和內部行為變量的集合條件下，構造狀態空間和控制空間。對于突變模型中勢函數φ(x)，依據突變理論，它的所有臨界點集合成平衡曲面M，其方程通過求φ(x)的一階導數而得到，即φ(x)′=0。它的分叉集通過對φ(x)求二階導數而得到，即φ(x)″=0。由φ(x)′=0和φ(x)″=0消去x，則得到突變系統的分叉集方程。分叉集方程表明諸控制變量滿足此方程時，系統就會發生突變。通過分解形式的分叉集導出歸一公式，由歸一公式將系統內諸控制變量不同的質態化為同一質態，即化為狀態變量表示的質態。

在利用突變級數法進行評價時，首先建立評價對象的評價指標體系，將評價對象的若干評價指標分解為多層次結構，按照指標的重要程度依次由前往后排放，并根據控制變量維數對應不同的突變模型[17]。同時，需要對指標數據進行標準化處理得到初始模糊隸屬函數值。再按歸一公式計算出各控制變量的相應中間值，稱為突變級數值。利用系統中各突變模型的歸一公式逐步向上綜合，直至得到最高層的總突變隸屬函數值。

2.2 漳河流域概況

漳河位于海河流域西南部，屬漳衛河水系一級支流，跨晉、冀、豫三省。漳河流域侯劉觀區間位于山西省東南部、河北省南部與河南省北部三省交界地區，涉及晉、冀、豫三省的4個地級市25個縣(市)，有山西省晉中市的和順、榆社、左權縣，長治市的城區、郊區、平順、長治縣等；河北省的涉縣、磁縣、臨漳、魏縣等；河南省安陽市的林州市、安陽市。山西省境內河道19 km，河北省境內河道59 km，河北、河南兩省邊界河道73 km，為跨界水資源沖突多發河段。在151 km河段兩岸，分布著隸屬三省的92個自然村。由于全流域水資源缺乏統一調度和管理，隨著漳河上游經濟社會發展和用水量的迅速增長，流域上下游、左右岸之間水資源沖突形勢嚴峻，危及區域的社會穩定和可持續發展。

2.3 漳河流域水資源沖突脆性評價體系的構建

2.3.1 評價指標體系的構建

根據對跨界流域水資源沖突脆性源及脆性激發過程的分析，將沖突脆性評價指標體系分為三層結構：總體層代表系統整體的沖突脆性，表達了沖突的總體態勢和后果。系統層是綜合考慮影響沖突發生的因素，社會子系統因素反映人民生活水平和地區安定程度；管理子系統因素反映地區管理體制的完善程度和管理機構與沖突主體間的協調能力；環境子系統因素指自然生態環境系統，從水量、水質方面進行把控；經濟子系統因素指地區經濟結構及發展水平對水資源利用的影響。指標層采用的是可得指標及指標群，能夠真實準確地反映系統層的狀態。本次評價共選用了15個指標，各項指標含義如表1所示。

2.3.2 指標體系的計算方法

根據各評價指標的含義，確定各指標對沖突脆性的影響方向及計算方法如表2所示。其中，指標體系中管理子系統(B2)的水資源管理制度健全性、水權明晰程度、缺水應急措施響應性、組織協商機制完備性4個指標屬于定性指標，采取專家打分的方式進行。

表2 指標計算方法

表1 沖突脆性評價指標含義

2.3.3 確定評價分級標準

本文將水資源沖突脆性采用“五分法”分級為：0.0～0.2(極脆性)，0.2～0.4(強脆性)，0.4～0.6(中脆性)，0.6～0.8(輕脆性)，0.8～1.0(微脆性)。將總突變隸屬度值從低到高對應水資源沖突脆性評價等級排序為：極脆性(Ⅰ級)、強脆性(Ⅱ級)、中脆性(Ⅲ級)、輕脆性(Ⅳ級)和微脆性(Ⅴ級)5個等級。運用突變級數法的基本原理計算出的跨界水資源沖突脆性評價等級標準見表3。

3 評價結果分析

漳河侯匡觀區間相關市縣和流域整體的數據，其中定量數據來自長治市、邯鄲市、安陽市2013版統計年鑒，部分與水資源相關的數據來自漳河上游管理局提供的監測、調查數據。管理子系統(B2)的4個定性指標，通過分析流域多年水資源沖突案例[18-19]及咨詢多位水資源沖突研究專家及流域機構管理人員，采取專家打分的方式進行。構建蝴蝶突變模型和燕尾突變模型對模型進行求解[20]，計算流域整體和各地區的突變隸屬函數值。評價結果見表4。

表3 跨界水資源沖突脆性分級標準

表4 漳河流域水資源沖突脆性評價結果

3.1 指標層沖突脆性分析

從指標層來看，磁縣(0.71)、涉縣(0.45)、安陽(0.79)、林州(0.83)四地區隸屬度函數值較低，按照脆性分級標準，都處于極脆性等級，極易發生水資源沖突。平順、漳河地區隸屬度值相對較高，分別為0.89，0.88，但按照相應的脆性分級標準，仍處于強脆性等級，發生水資源沖突的可能性較大。總體上來看，漳河流域各地區的總隸屬度值偏低，均小于正常的中脆性標準(0.91～0.93)，整個流域發生水資源沖突的可能性較高。另一方面，平順、涉縣、磁縣3個地區的總隸屬度值相差較大，說明這3個地區由于社會、管理、環境、經濟等差別，所能承受的水資源沖突脆性也不盡相同。因此，從整體角度而言，不同地區的水資源沖突脆性不同，治理水資源沖突的稟賦也不同，流域機構應樹立流域統一治理理念，推動地區政府間合作與交流，建立流域突發應急用水統一協調機制，健全流域水資源保護法律法規，促成流域社會經濟共同發展圈等，對流域進行宏觀層面的調控。

3.2 系統層沖突脆性分析

3.2.1 社會子系統沖突脆性分析

從社會子系統的隸屬度值的分布來看，涉縣與磁縣的隸屬度值最小，脆性等級皆為Ⅰ級極脆性，發生水資源沖突的可能性最大。林州(0.84)、安陽(0.87)兩地區的總隸屬度值差距較小，都處于Ⅲ級，為中脆性狀態，發生水資源沖突的可能性居中。漳河(0.80)、平順(0.75)地區隸屬度值同處于Ⅱ級強脆性等級，發生水資源沖突的可能性較大。林州與安陽均屬于河南省，社會發展程度優于山西平順和漳河整體狀況，說明社會發展程度越好的地區，沖突脆性越低。影響社會子系統的4個指標中，農村低保人數與城鎮居民恩格爾系數影響根源還在于經濟的發展程度，因此促進當地的經濟發展是緩解流域社會系統沖突脆性的重要方面。居民的受教育程度對于社會系統沖突脆性的影響尤其重要，這是因為沖突事件中，人的行為選擇決定沖突事件的走向，若沖突參與者更加理性，具有法律意識和素養等，對于抑制與解決沖突將是有利的。

3.2.2 管理子系統沖突脆性分析

從管理子系統的隸屬度值變化趨勢來看，漳河流域除了漳河地區以外，其余5個地區的隸屬度值都較低，均小于0.81，全部處于Ⅰ級極脆性狀態。漳河地區的隸屬度值也僅為0.85，為Ⅱ級強脆性狀態。說明各地區政府在水資源的管理方面存在較大的不足。具體來說，可以分為以下幾個方面：①建立流域機構強互惠激勵下的一級水權分散優化配置機制，既充分考慮各用水主體的利益又能體現流域統一管理理念，發揮流域統一管理和區域分塊管理相結合的管理體制優勢，以緩解流域各地區因水權問題引發的沖突糾紛。②缺水應急措施的缺失會導致水資源匱乏時期各地區對于水資源的無序爭奪，因此建立完善的缺水應急機制，滿足不同主體在緊急狀態下的用水需求。③組織協商機制的缺位導致各用水主體訴求無法得到滿足，通過建立綜合全流域地方政府和用水主體的水資源協商機制和平臺，建立弱勢群體利益表達和協商渠道。

3.2.3 經濟子系統水資源沖突脆性評價

從經濟子系統的隸屬度值趨勢來看，平順縣隸屬度值相對較高(0.99)，相應脆性等級為Ⅴ級微脆性，這與該縣相對發達的經濟條件密不可分。磁縣和林州兩縣的相對隸屬度分別為0.86，0.87，處于Ⅲ級中脆性等級和Ⅳ級輕脆性等級。而涉縣、安陽、漳河3個地區隸屬度值較低，分別為0.41，0.61，0.52，均處于Ⅰ級極脆性等級。經濟子系統下的3個指標與經濟發展水平息息相關。人均GDP以及工業總產值較低的地區大多貧困問題突出，居民為了生計過度開發流域的水資源，導致流域水資源系統極易遭到破壞，水資源沖突發生的可能性也就越大。因此，流域各地區可結合自身特點，調整經濟結構，改變工業、農業比例，加大吸引資源消耗少、產品附加值高的新型工業，增加農村居民收入，可有效改善地區水資源沖突脆性。

3.2.4 環境子系統水資源沖突脆性分析

從環境子系統的隸屬度值變化來看，涉縣(0.39)、磁縣(0.46)、林州(0.48)三縣的隸屬度值都相對較低，均處于Ⅰ級極脆性等級，極易發生水資源沖突。漳河地區(0.80)處于Ⅱ級強脆性等級，發生水資源沖突的可能性也較大。平順(0.91)與安陽縣(0.91)屬于Ⅲ級中脆性等級，相對沖突發生可能性適中。在影響環境子系統的4個指標中，水污染程度與污水處理率可以通過人為的努力加以改善。漳河流域的電力、化工等產業都是工業用水量較大的行業，且目前對于水資源保護的意識還較弱，極大地破壞了當地的生態環境。基于此，一要加大經濟、技術投入，提高用水效率；二要加大水污染懲罰力度。由流域內各政府根據地區實情，制定廢水排放的懲罰措施，建立廢水排污機制。

4 降低跨界流域水資源沖突脆性的對策建議

基于復雜系統脆性理論，筆者提出了跨界流域水資源沖突脆性概念，分析了沖突脆性源和脆性激發過程。基于突變級數法，建立了跨界流域水資源沖突脆性評價模型，并對漳河流域6個縣市進行水資源沖突脆性評價，對評價結果從指標層和系統層分析了流域各地區的水資源沖突發生的可能性大小。針對評價結果，筆者提出如下相關對策建議：

a.流域管理機構按照傳統的自上而下的層級結構構成的縱向權力線，建立流域整體水資源沖突脆性協調與控制機制。

從整個漳河流域來看，自然環境較為惡劣，涉及區縣較多，利益主體龐雜，區域之間、流域管理機構與地方政府之間存在博弈，流域整體水資源沖突脆性較高。因此，流域機構應致力于推動跨界區域地方政府之間、跨界區域民眾之間的溝通與協商，促進流域范圍內社會資本的建立，加強信任，增進合作，建立有效的沖突協調渠道和突發應急用水統一協調機制，健全流域法律法規，進行水資源確權登記，對流域進行宏觀層面的用水調控。

從流域下屬的6個地區來看，涉縣的隸屬度值最低，相對水資源沖突脆性最大。平順縣的隸屬度值最高，相對水資源沖突脆性最小。由于各地區利益對立，相互爭水，一旦某個地區的水資源沖突子系統發生突變，整個流域的沖突脆性就被激發，因此流域管理機構應從整體上把握流域水資源的使用狀態，同時，應注意到不同地區之間在沖突脆性上的不平衡性，關注沖突脆性高的地區，積極發現問題，控制脆性源，處理隱患，緩解沖突壓力。

b.區域地方政府應依據新興的各種網絡建立起橫向的行動線，加強與其他區域之間的共贏合作。

不同地區在社會子系統、經濟子系統、管理子系統和環境子系統的沖突脆性是不同的。要降低流域和地區的水資源沖突脆性，一方面需要從各子系統同時入手，另一方面，各地區的相同子系統的隸屬度值相差巨大，說明流域內各地區由于自身條件的差異，水資源沖突脆性激發的閾值也存在較大差異。同時，各地區的不同子系統的沖突脆性是不同的。因此，應關注該地區沖突脆性高的子系統，進行有的放矢的改進和治理。

經濟子系統的沖突脆性源于GDP導向的官員升遷機制，加劇了區域之間的激烈競爭，經濟至上的發展理念使區域地方政府不但在區域內，而且在區域外，展開對水資源的無序攫取，結果加劇了區域內和區域間的社會、管理、環境等子系統的沖突脆性，也危害到經濟發展本身。因此，地方政府應樹立全局觀念，更新發展理念，順應時代潮流，與臨界區域地方政府建立常規性合作工作機制，尊重流域自然整體的規律和特征，攜手面對問題，互補資源優勢，走合作共贏的發展道路。

可以看出，跨界流域水資源沖突脆性是一個涉及面廣泛、涉及因素錯綜復雜的問題，具有隱蔽性、伴隨性、脆性源多樣性、危害性、連續性、整體性等特點，這些特點決定了跨界流域水資源沖突問題的解決是一個漫長而細致的過程，需要多管齊下，多方面因素綜合考慮、綜合治理。對跨界流域水資源沖突及其脆性的研究是一個嶄新的課題，還存在許多問題，如沖突脆性動態評價、脆性預警決策支持系統等。本文研究了因水資源短缺引發的跨界流域水資源沖突脆性，其他的水資源系統脆性，如跨界流域水污染沖突脆性，城市供水系統脆性等，都還有待研究。

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國家自然科學基金重點項目(71433003)；中央高校基本科研業務費項目(2015B09414)

牛文娟(1972—)，女，副教授，主要從事水資源管理與管理系統工程研究。E-mail:longmanok@126.com

王偉偉(1992—)，博士研究生，主要從事水資源管理與管理系統工程研究。E-mail:wan9weiwei@qq.com

10.3880/j.issn.1003-9511.2017.06.012

TV213.4

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1003-9511(2017)06-0059-07

2017-06-10 編輯：陳玉國)