流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模研究

張 錦，丁雅靜

（太原理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，山西 太原 030024）

中國的水電開發(fā)潛力位居全球前列，水電在國內(nèi)清潔能源供給體系中長期承擔(dān)最大的容量份額。根據(jù)國家能源局發(fā)布的2022 年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2022年底，中國水電累計裝機容量達(dá)4.1億kW，占國內(nèi)電源裝機總量的16.1%，占清潔能源裝機總量的33.6%。雖然風(fēng)電、光伏等其他清潔能源的大規(guī)模開發(fā)，使水電近年在國內(nèi)清潔能源供給體系中的容量份額呈下降趨勢，但水電具備穩(wěn)定電力的自然屬性，使其在國內(nèi)清潔能源供給體系中的主導(dǎo)地位難被撼動。尤其在致力于實現(xiàn)碳中和與全面建成社會主義現(xiàn)代化強國的新時代，社會經(jīng)濟系統(tǒng)對水電開發(fā)的電力供給、產(chǎn)業(yè)供水、生活供水、洪水防控等仍具有巨大需求［1-2］。因此，水電開發(fā)規(guī)模增長將是支撐中國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基本要素。

事實上，水電開發(fā)活動對河流生態(tài)環(huán)境的影響受到了各國科學(xué)家與相關(guān)河流行政管理機構(gòu)的長期關(guān)注，核定流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模成為大江大河綜合治理的關(guān)鍵問題［3-4］。水電開發(fā)活動尤其是流域水電梯級開發(fā)活動必須考慮對河流水文情勢的影響，將河流水文情勢的受影響程度限制在一定范圍以內(nèi)，以此形成對流域水電開發(fā)活動的環(huán)境約束［5-6］。將流域取水規(guī)模控制在流域徑流總量的40%以內(nèi)是如今全球公認(rèn)的河流水資源開發(fā)的環(huán)境約束準(zhǔn)則［7］。環(huán)境約束范式的結(jié)果通常是在水電技術(shù)可開發(fā)規(guī)模、經(jīng)濟可開發(fā)規(guī)模基礎(chǔ)上對開發(fā)潛力進行了一定程度的削減，以此核定其適度規(guī)模。環(huán)境約束范式限制了流域水電開發(fā)規(guī)模的無序擴張，這對平衡流域社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護起著兜底作用。然而，在干旱、半干旱以及其他水資源需求巨大的流域，流域水資源開發(fā)規(guī)模會大幅超過40%的環(huán)境約束上限，比如我國黃河、海河等流域的水資源開發(fā)程度已超過90%，形成了諸多水資源過度開發(fā)局面。在局部社會經(jīng)濟系統(tǒng)對水資源的巨大需求下，環(huán)境約束范式對河流水資源開發(fā)規(guī)模的硬性約束難以真正實施，這表明基于環(huán)境約束范式來核定流域水電開發(fā)適度規(guī)模難以具備廣適性。為此，本文擬借鑒土地資源適度經(jīng)營規(guī)模核定過程中的效率支撐原理，嘗試從環(huán)境約束范式轉(zhuǎn)型至效率支撐范式，將環(huán)境約束范式下的水資源單要素約束轉(zhuǎn)型至效率支撐范式下的全要素支撐。效率支撐范式下，水資源要素與水電開發(fā)的其他生產(chǎn)要素一起支撐水電開發(fā)規(guī)模增長，并共同影響水電開發(fā)效率，從而基于流域水電梯級開發(fā)效率演變來核定其適度規(guī)模。

1 文獻(xiàn)綜述

1.1 適度規(guī)模概念及其核定原理

適度規(guī)模概念源自微觀經(jīng)濟學(xué)中的規(guī)模經(jīng)濟理論。規(guī)模經(jīng)濟理論認(rèn)為當(dāng)技術(shù)水平保持不變時，生產(chǎn)單位產(chǎn)品的平均成本隨著產(chǎn)量增長會呈現(xiàn)遞減、不變與遞增的變化趨勢，平均成本處于遞減至不變區(qū)間時存在規(guī)模經(jīng)濟，而平均成本處于不變至遞增區(qū)間時則存在規(guī)模不經(jīng)濟。因此，基于規(guī)模經(jīng)濟理論，任何企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不能無限擴大，存在適度經(jīng)營規(guī)模。適度經(jīng)營規(guī)模最常見于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。從家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制下的碎片化經(jīng)營過渡到土地流轉(zhuǎn)下的規(guī)模化經(jīng)營，大量學(xué)者研究了中國農(nóng)業(yè)的適度經(jīng)營規(guī)模問題，但因研究尺度、研究對象的不同，其農(nóng)業(yè)適度經(jīng)營規(guī)模結(jié)論存在差異。農(nóng)業(yè)適度經(jīng)營規(guī)模的研究尺度可大致分為效率與收入［8］。

當(dāng)以效率為尺度時，通常考慮產(chǎn)量、實際收入等重點產(chǎn)出指標(biāo)，以農(nóng)業(yè)經(jīng)營效率達(dá)到最大值時所對應(yīng)的經(jīng)營規(guī)模為其適度規(guī)模。孔令成等［9］將松江區(qū)都市農(nóng)場經(jīng)營規(guī)模從小至大分為18 組規(guī)模區(qū)間，運用三階段DEA 模型對比了各規(guī)模區(qū)間的都市農(nóng)場經(jīng)營效率，發(fā)現(xiàn)8.13～8.40 hm2所對應(yīng)的經(jīng)營效率最大，遂將其核定為都市農(nóng)場的適度經(jīng)營規(guī)模。姜宇博等［10］也采用類似方法，核定了黑龍江玉米生產(chǎn)農(nóng)機合作社的適度經(jīng)營規(guī)模為873.30～966.70 hm2。鄒偉等［11］從擴大土地經(jīng)營規(guī)模來提升化肥使用效率的視角，尋找江蘇省的土地適度經(jīng)營規(guī)模，發(fā)現(xiàn)規(guī)模擴張前經(jīng)營規(guī)模較大的農(nóng)戶在轉(zhuǎn)入土地后能顯著提高化肥使用效率。

當(dāng)以收入為尺度時，通常基于C-D 生產(chǎn)函數(shù)與超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)，尋求農(nóng)業(yè)經(jīng)營利潤最大化或者成本最小化，以極值對應(yīng)的土地經(jīng)營規(guī)模為其適度規(guī)模。許慶等［12］從投入產(chǎn)出與生產(chǎn)成本兩個角度測度了中國糧食作物的適度經(jīng)營規(guī)模，認(rèn)為擴大糧食作物種植面積能有效減少單位農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本，適度規(guī)模經(jīng)營比碎片化經(jīng)營更有利于擴大農(nóng)民收入水平。呂晨光等［13］測度出山西省人均耕地的適度經(jīng)營規(guī)模為0.33 hm2，超過該規(guī)模后會增加單位生產(chǎn)成本。楊鋼橋等［14］在利潤最大化情況下，計算出湖北省戶均耕地適度經(jīng)營規(guī)模為2.44 hm2，而省內(nèi)不同地理單元存在較大差異，江漢平原的土地適度經(jīng)營規(guī)模顯著大于大別山區(qū)。羅丹等［15］進一步從產(chǎn)出和效益視角，將規(guī)模因素作為虛擬變量納入產(chǎn)出和效益模型，測度出不同經(jīng)營規(guī)模對產(chǎn)出和效益的影響，驗證了我國不同糧食產(chǎn)區(qū)存在不同的適度經(jīng)營規(guī)模。

可見，資源開發(fā)利用在經(jīng)濟學(xué)理論上存在適度規(guī)模，當(dāng)資源開發(fā)利用規(guī)模超過其適度規(guī)模后，會造成資源開發(fā)利用效率下降、資源開發(fā)利用平均成本上升、資源開發(fā)利用利潤率下降等問題。因此，適度開發(fā)應(yīng)成為資源開發(fā)利用的閾值準(zhǔn)則。

1.2 流域水電開發(fā)適度規(guī)模核定原理

核定流域水電開發(fā)適度規(guī)模，首先得厘清水電開發(fā)規(guī)模與水資源開發(fā)利用程度的區(qū)別。國內(nèi)表征水資源開發(fā)利用程度最常見的指標(biāo)為水資源開發(fā)利用率，水資源開發(fā)利用率既可應(yīng)用于區(qū)域?qū)用妫部蓱?yīng)用于流域?qū)用妗?/p>

在區(qū)域?qū)用妫Y源開發(fā)利用率通常可進一步細(xì)分為水資源開發(fā)率與水資源利用率，前者通常是指區(qū)域供水量與區(qū)域水資源總量之比，后者則是區(qū)域用水量與區(qū)域水資源總量之比［16］。為直觀表征區(qū)域水資源開發(fā)利用程度，學(xué)者們?yōu)樗Y源開發(fā)率與水資源利用率分別設(shè)置了兩個門檻值，由此組成輕度、中度、高度等3個階段。水資源開發(fā)率的兩個門檻值分別為30%和70%，水資源利用率的兩個門檻值分別為20%和60%［17］。

在流域?qū)用妫F(xiàn)有研究未對水資源開發(fā)利用率進一步細(xì)分，側(cè)重于表示通過各類水資源開發(fā)方式取用地表徑流的程度，即徑流取用量與徑流總量之比［18］。目前國際公認(rèn)的河流水資源可開發(fā)利用率為40%，表示徑流取用量不能超過徑流總量的40%，剩余60%作為河道生態(tài)用水，以保障河道生態(tài)環(huán)境處于優(yōu)良狀態(tài)［7，19］。當(dāng)然，徑流資源被取出河道后，經(jīng)工農(nóng)業(yè)用水與生活用水，有部分水資源會返回河道內(nèi)，即取水量不等于耗水量。王西琴等［20］考慮徑流利用的實際消耗系數(shù)后，認(rèn)為在保障60%的河道生態(tài)用水前提下，中國七大流域的水資源開發(fā)利用率閾值可達(dá)57%～89%，普遍超過了40%。此外，河道生態(tài)需水具有時空異質(zhì)性，不同河段、不同季節(jié)以及不同豐枯年份均產(chǎn)生不同的河道生態(tài)需水量。張錦等［21］考慮河道生態(tài)需水的閾值區(qū)間后，核算了河道徑流可變區(qū)間，據(jù)此核定了拉薩河流域水電開發(fā)活動對其水資源開發(fā)利用率的閾值為19%。張曉璐等［22］計算漢江流域的動態(tài)河道生態(tài)需水后，認(rèn)為其水資源開發(fā)利用率閾值僅在豐水年的豐水期能達(dá)40%，其他多數(shù)時候水資源開發(fā)利用率不應(yīng)超過20%。

水電開發(fā)規(guī)模通常指流域水電梯級開發(fā)的裝機規(guī)模，單位為萬kW 或MW。水電開發(fā)程度或水能開發(fā)率則是指水電裝機規(guī)模與流域水能理論蘊藏量之比［23］。水電開發(fā)是對水能資源與水量資源的綜合開發(fā)，隨著流域水電開發(fā)規(guī)模增長或水能開發(fā)率增長，流域水資源開發(fā)利用率也會增長，但水能開發(fā)率與水資源開發(fā)利用率不能等同。

水電開發(fā)適度規(guī)模目前在國內(nèi)外尚未形成統(tǒng)一定義，一般泛指在技術(shù)可開發(fā)規(guī)模與經(jīng)濟可開發(fā)規(guī)模之外，增加環(huán)境約束因素，在保障環(huán)境狀況處于可持續(xù)前提下的水電可開發(fā)規(guī)模，而該水電可開發(fā)規(guī)模與理論可開發(fā)規(guī)模之比則是適度規(guī)模閾值。Farinotti 等［3］核算了全球變暖導(dǎo)致高山冰雪融化增加的水能理論資源，并將新增水能理論資源的40%設(shè)定為考慮技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境等因素后的新增適度規(guī)模。該40%取值于國際公認(rèn)的河流水資源開發(fā)利用率的40%閾值。當(dāng)然，該項研究是考慮冰雪融化新增水量資源帶來的新增水能資源，這樣的閾值設(shè)定是合理的。在其他核定河流水電開發(fā)適度規(guī)模的研究中，學(xué)者們采用了更多不同的環(huán)境約束條件，包括最小河道生態(tài)需水、河道生態(tài)需水閾值區(qū)間、各類保護區(qū)帶來的開發(fā)地限制、相關(guān)自然環(huán)境保護法規(guī)以及其他自然環(huán)境條件限制等（表1）。

由于所考慮環(huán)境約束條件、研究對象、研究空間尺度的不同，流域水電開發(fā)的適度規(guī)模閾值也不同，最高達(dá)到56%，最低僅為1%。通常來說，涉及的環(huán)境約束條件越多，所得流域水電開發(fā)適度規(guī)模閾值將越小；反之涉及的環(huán)境約束條件越單一，所得流域水電開發(fā)適度規(guī)模閾值將越大。雖然不同研究中考慮的環(huán)境約束因素存在諸多差異，但針對單個流域尺度上的水電開發(fā)適度規(guī)模，最常見的環(huán)境約束因素仍是河道生態(tài)需水約束，即流域水電梯級開發(fā)對下游河道水文情勢的擾動必須控制在一定程度以內(nèi)。

可見，水量資源開發(fā)與水能資源開發(fā)在環(huán)境學(xué)理論上存在適度規(guī)模閾值，當(dāng)水量資源開發(fā)或水能資源開發(fā)超過其適度規(guī)模閾值后，將對流域生態(tài)環(huán)境造成較大的影響，無法保障流域生態(tài)環(huán)境處于優(yōu)良狀態(tài)。因此，水量資源開發(fā)或水能開發(fā)活動必須考慮環(huán)境約束條件。

綜上所述，若將農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的土地適度經(jīng)營規(guī)模概念延伸至流域水電開發(fā)領(lǐng)域，可將流域水電開發(fā)活動視作對流域水能資源和水量資源的綜合開發(fā)，在效率尺度或者收入尺度上，流域水電開發(fā)活動也應(yīng)該存在適度經(jīng)營規(guī)模。然而，收入尺度上的適度經(jīng)營規(guī)模核定原理通常基于成熟的C-D 生產(chǎn)函數(shù)，而流域水電梯級開發(fā)活動難以收集準(zhǔn)確的資本、勞動力與土地資源投入，而且土地資源并不是流域水電梯級開發(fā)活動最重要的資源投入。流域水電梯級開發(fā)活動無法有效應(yīng)用C-D 生產(chǎn)函數(shù)求得利潤極值。為此，本文擬在效率尺度上核定流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模。其原理是將環(huán)境約束轉(zhuǎn)型至效率支撐范式下的環(huán)境要素，其過程是組合水電生產(chǎn)的環(huán)境要素與常規(guī)投入產(chǎn)出要素，測度流域水電梯級開發(fā)效率，并基于效率的演變規(guī)律來核定流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模。這是嘗試在流域水電開發(fā)領(lǐng)域?qū)⒔?jīng)濟學(xué)理論的適度規(guī)模與環(huán)境學(xué)理論的適度規(guī)模進行一次有效結(jié)合。

2 研究方法與案例區(qū)

2.1 流域水電梯級開發(fā)效率測度方法

水電開發(fā)是多投入多產(chǎn)出的活動，根據(jù)水力發(fā)電過程特征，投入產(chǎn)出指標(biāo)的選擇考慮了經(jīng)濟投入與產(chǎn)出，也考慮了非經(jīng)濟投入與產(chǎn)出，但建設(shè)資金作為最重要的投入指標(biāo)卻很難直接納入效率測度中。其原因有二：第一，水電站建設(shè)資金是分年度投入，與水電站建設(shè)進程相關(guān)，而不同水電站具有不同的建設(shè)進程，最終使不同水電站之間建設(shè)資金的差異原因混入了物價差異因素；第二，發(fā)電量作為最重要的產(chǎn)出指標(biāo)，建設(shè)資金投入與發(fā)電產(chǎn)出無法達(dá)成年度一致性，通常是建設(shè)資金投入完成后，才開始電力產(chǎn)出。為此，最終納入流域水電梯級開發(fā)效率測度的投入產(chǎn)出變量見表2。理論上，流域水電梯級開發(fā)規(guī)模越大，投入變量（裝機容量、壩高、總庫容、年發(fā)電用水量、年維修指數(shù)）和產(chǎn)出變量（年發(fā)電量、徑流擾動程度、調(diào)節(jié)庫容）也越大。

表2 流域水電梯級開發(fā)效率測度的投入與產(chǎn)出變量

采用超效率SBM 模型測度流域水電梯級開發(fā)效率，超效率SBM 模型是一類非徑向、非角度的 DEA 模型，既能分辨有效決策單元間的效率差異，也克服了松弛變量對效率測度值的影響。超效率SBM 模型的計算公式在相關(guān)文獻(xiàn)中非常常見，不再贅述。流域水電梯級開發(fā)效率分為兩類：第一，流域水電梯級開發(fā)的經(jīng)濟效率，投入變量為裝機容量、壩高、總庫容、年發(fā)電用水量、年維修指數(shù)，產(chǎn)出變量為年發(fā)電量與徑流擾動程度。第二，流域水電梯級開發(fā)的綜合效率，投入變量與經(jīng)濟效率的投入變量相同，產(chǎn)出變量在經(jīng)濟效率的產(chǎn)出變量基礎(chǔ)上再增加調(diào)節(jié)庫容。無論經(jīng)濟效率評價還是綜合效率評價，徑流擾動程度都作為負(fù)產(chǎn)出指標(biāo)。

流域水電梯級開發(fā)效率評價的決策單元將在時間尺度上累計構(gòu)建。以某流域為例，隨著該流域內(nèi)水電開發(fā)規(guī)模和水電站數(shù)量增長，各項投入產(chǎn)出指標(biāo)都呈增長趨勢。累計該流域內(nèi)每年的水電裝機容量、壩高、總庫容、年發(fā)電用水量、年維修指數(shù)、年發(fā)電量、徑流擾動程度、調(diào)節(jié)庫容，最終該流域內(nèi)從第一座水電站運行至研究時段末期，每年都形成一個效率決策單元。此外，為充分揭示流域水電梯級開發(fā)規(guī)模對其效率演變的影響，避免異質(zhì)性河流之間其他因素對相對效率的干擾，比如水資源量、水能開發(fā)方式等因素，流域水電梯級開發(fā)效率評價過程將在單個流域內(nèi)進行，即每個流域都有其自身的效率前沿面，以此探尋異質(zhì)性流域水電梯級開發(fā)過程中其效率演變的共性規(guī)律。

2.2 流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模核定模型

假定流域水電梯級開發(fā)效率與流域水電開發(fā)規(guī)模之間呈非線性關(guān)系，基于流域水電梯級開發(fā)效率最大值對應(yīng)的開發(fā)規(guī)模，設(shè)定為流域水電開發(fā)適度規(guī)模。因此，基于Hansen面板門檻回歸模型來驗證流域水電梯級開發(fā)效率與流域水電開發(fā)規(guī)模之間的非線性關(guān)系，模型具體設(shè)置如下：

其中：式（1）和式（2）分別表示存在單一門檻效應(yīng)和雙重門檻效應(yīng)的情況。i，t分別表示流域和年度；EFF為流域水電梯級開發(fā)效率，分為經(jīng)濟效率（EFF1）與綜合效率（EFF2），作為因變量；scale為流域水電開發(fā)程度，同時作為自變量和門檻變量；η為門檻值，即待評估的流域水電開發(fā)適度規(guī)模閾值；β為待評估的變量系數(shù)；I為指示性函數(shù)，若門檻變量符合括號內(nèi)的條件則取值為1，否則取值為0；X為控制變量，θ為待評估的控制變量系數(shù)。各個變量的具體描述見表3。

表3 面板門檻回歸的各項變量描述

2.3 案例區(qū)與數(shù)據(jù)

選擇國內(nèi)22 條水電開發(fā)的主要流域作為案例區(qū)（表4），其地理分布涵蓋了西南地區(qū)（瀾滄江、紅河、岷江、大渡河、青衣江、烏江、金沙江、嘉陵江）、中南地區(qū)（漢江、清江、長江干流、湘江、沅江、洞庭湖流域、鄱陽湖流域）、華南地區(qū)（西江、珠江）、東南地區(qū)（閩江、錢塘江）、東北地區(qū)（松花江、鴨綠江）、西北地區(qū)和華北地區(qū)（黃河干流）。在未注明干流的案例區(qū)，即除黃河干流與長江干流之外的其他20 條流域，水電站在流域內(nèi)的布局包含多級支流與干流。案例區(qū)內(nèi)水電開發(fā)歷史悠久，水電站起始運行年最早可追溯至1943 年（松花江），最晚則為1996 年（青衣江），這保障了各案例區(qū)的效率決策單元或時間序列數(shù)據(jù)至少為25 個（1996—2020 年）。此外，該研究僅收集了大中型水電站（裝機容量5 萬kW 及以上）的相關(guān)數(shù)據(jù)，共331座大中型水電站，其原因在于小型水電站或農(nóng)村水電站數(shù)量過多，但單機容量較小且?guī)烊菸⑿。鋵α饔蛩娞菁夐_發(fā)規(guī)模的貢獻(xiàn)十分有限。雖然該研究僅搜集了大中型水電站案例，但其規(guī)模巨大，截至2020 年，331 座案例水電站的總裝機總量達(dá)到了23 552.3 萬kW，約占全國水電裝機總量的63.6%。因此，所選案例區(qū)在水電站的地理分區(qū)、流域內(nèi)布局、運行歷史、裝機規(guī)模等方面保障了其對中國水電開發(fā)狀況的代表性。

案例水電站的裝機容量、發(fā)電用水量、發(fā)電量、來水量等相關(guān)數(shù)據(jù)來源于《中國水力發(fā)電年鑒（1949—2020年）》。案例區(qū)內(nèi)的流域徑流量、水能理論蘊藏量等數(shù)據(jù)來源于《中國水利統(tǒng)計年鑒（2020 年）》、大型流域的水資源公報以及流域水電開發(fā)相關(guān)規(guī)劃等。案例水電站的壩高、總庫容、調(diào)節(jié)庫容等數(shù)據(jù)來源于流域水電開發(fā)相關(guān)規(guī)劃以及該水電站的相關(guān)文獻(xiàn)。

3 研究結(jié)果

3.1 流域水電梯級開發(fā)規(guī)模與效率測算結(jié)果

由表4 可知，截至2020 年，案例區(qū)流域水電梯級開發(fā)規(guī)模平均值為40.13%，即案例區(qū)水電開發(fā)活動對流域水量資源和水能資源的綜合開發(fā)程度達(dá)到40.13%。其中，最大值出現(xiàn)在黃河干流，水電開發(fā)程度達(dá)到93.03%，最小值出現(xiàn)在岷江流域，水電開發(fā)程度僅8.36%。同一時間全國流域水電梯級開發(fā)程度為43.23%，案例區(qū)流域水電開發(fā)程度與全國水電開發(fā)程度相當(dāng)，這說明所選案例區(qū)在水電開發(fā)程度方面對全國水電開發(fā)狀況具有良好的代表性。

各案例區(qū)作為獨立前沿面開展效率評價，其結(jié)果反映各案例區(qū)內(nèi)部水電梯級開發(fā)前后效率的相對大小。為此，應(yīng)重點關(guān)注各案例區(qū)內(nèi)部的效率跨度。經(jīng)濟效率跨度最大值出現(xiàn)在漢江流域，其1969—2020 年間的最大值與最小值的差異達(dá)1.528。經(jīng)濟效率跨度最小值出現(xiàn)在長江干流，其1981—2020 年間的最大值與最小值的差異僅0.315。所有案例區(qū)經(jīng)濟效率跨度平均值為0.693。綜合效率跨度最大值出現(xiàn)在岷江流域，其1982—2020 年間的最大值與最小值的差異達(dá)1.187。綜合效率跨度最小值出現(xiàn)在瀾滄江流域，其1993—2020 年間的最大值與最小值的差異僅0.158。所有案例區(qū)綜合效率跨度平均值為0.441。

結(jié)合案例區(qū)流域水電梯級開發(fā)規(guī)模與效率測算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：第一，隨著流域水電梯級開發(fā)規(guī)模增長，其經(jīng)濟效率與綜合效率都隨之出現(xiàn)一定程度的變化，且經(jīng)濟效率變化幅度普遍大于綜合效率變化幅度；第二，雖然經(jīng)濟效率與綜合效率都隨流域水電梯級開發(fā)規(guī)模增長而變化，但效率跨度與流域水電梯級開發(fā)規(guī)模、流域水電運行年份等都不具備明顯的線性關(guān)系，需進一步采用計量模型分析流域水電梯級開發(fā)規(guī)模與其效率的非線性關(guān)系。

3.2 流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模核定結(jié)果

考慮到各個案例區(qū)水電開發(fā)年份不一，選取1993—2020 年作為平衡面板門檻效應(yīng)檢驗的研究時段，其中未包含的青衣江流域與其上一級流域（大渡河流域）進行合并。在進行門檻效應(yīng)檢驗之前，先開展各變量的單位根檢驗。選取適合長面板單位根檢驗的LLC、IPS、Breitung等3種檢驗方法，在包含時間趨勢項與截距項情況下開展檢驗，當(dāng)半數(shù)及以上的檢驗結(jié)果均拒絕原假設(shè)時，則證明該變量平穩(wěn)；反之，則證明該變量不平穩(wěn)。

面板單位根檢驗結(jié)果見表5，原始9 個變量中除水電站數(shù)量（num）之外，其他8 個變量均表現(xiàn)平穩(wěn)。在對水電站數(shù)量（num）取自然對數(shù)處理后，所有9 個變量均通過了平穩(wěn)性檢驗。

門檻效應(yīng)檢驗結(jié)果見表6。針對經(jīng)濟效率（EFF1），雙重門檻效應(yīng)未通過5%水平下的顯著性檢驗，表示雙重門檻不存在；單一門檻效應(yīng)通過了5%水平下的顯著性檢驗，表示存在單一門檻，其門檻值為0.271 5，95%置信區(qū)間為［0.265 3，0.277 2］，置信區(qū)間窄，可信度高。針對綜合效率（EFF2），雙重門檻效應(yīng)未通過5%水平下的顯著性檢驗，表示雙重門檻不存在；單一門檻效應(yīng)通過了5%水平下的顯著性檢驗，表示存在單一門檻，其門檻值為0.444 5，95%置信區(qū)間為［0.441 1，0.464 7］，置信區(qū)間窄，可信度高。可見，流域水電梯級開發(fā)規(guī)模對經(jīng)濟效率與綜合效率均存在單一門檻效應(yīng)，但該門檻值能否核定為流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模，尚需進一步結(jié)合單一門檻模型的回歸結(jié)果來分析。

表6 門檻效應(yīng)檢驗與門檻值估計結(jié)果

單一門檻模型的回歸結(jié)果見表7。針對經(jīng)濟效率，當(dāng)流域水電梯級開發(fā)程度未超過27.15%時，流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率與其開發(fā)程度呈顯著正相關(guān)，系數(shù)為0.393；當(dāng)流域水電梯級開發(fā)程度超過27.15%時，流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率與其開發(fā)程度呈顯著負(fù)相關(guān)，系數(shù)為-0.237。這證明隨著流域水電梯級開發(fā)程度增長，流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率呈倒“U”型變化，效率拐點對應(yīng)的流域水電梯級開發(fā)程度為27.15%，該值即為經(jīng)濟效率視角下流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模閾值。針對綜合效率，當(dāng)流域水電梯級開發(fā)程度未超過44.45%時，流域水電梯級開發(fā)綜合效率與其開發(fā)程度呈顯著負(fù)相關(guān)，系數(shù)為-0.139；當(dāng)流域水電梯級開發(fā)程度超過44.45%時，流域水電梯級開發(fā)綜合效率與其開發(fā)程度呈不顯著正相關(guān)。這證明隨著流域水電梯級開發(fā)程度增長，流域水電梯級開發(fā)綜合效率呈“U”型變化，當(dāng)水電梯級開發(fā)程度大于44.45%后，更有利于流域水電梯級開發(fā)活動發(fā)揮其綜合效益。

表7 門檻模型回歸結(jié)果

為進一步驗證門檻效應(yīng)檢驗結(jié)果的穩(wěn)健性，將研究時段分別延長（1983—2020 年）和縮短（1996—2020 年）。研究時段延長后，可納入的流域案例減少，但時間序列延長，導(dǎo)致樣本容量（N）增加。研究時段縮短后，可納入的流域案例增多，但時間序列縮短，導(dǎo)致樣本容量（N）減少。穩(wěn)健性檢驗結(jié)果見表8和表9。

表8 不同研究時段的門檻效應(yīng)檢驗與門檻值估計結(jié)果

表9 不同研究時段的門檻模型回歸結(jié)果

針對經(jīng)濟效率，無論研究時段延長還是縮短，流域水電梯級開發(fā)程度都存在單一門檻效應(yīng)。與1993—2020年研究時段相比，研究時段延長未改變門檻值，當(dāng)流域水電梯級開發(fā)程度未超過27.15%時，流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率與其開發(fā)程度呈不顯著正相關(guān)；當(dāng)流域水電梯級開發(fā)程度超過27.15%時，流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率與其開發(fā)程度呈顯著負(fù)相關(guān)，系數(shù)為-0.434。研究時段縮短改變了門檻值，當(dāng)流域水電梯級開發(fā)程度未超過22.64%時，流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率與其開發(fā)程度呈顯著正相關(guān)，系數(shù)為0.455；當(dāng)流域水電梯級開發(fā)程度超過22.64%時，流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率與其開發(fā)程度呈顯著負(fù)相關(guān)，系數(shù)為-0.273。這證明隨著流域水電梯級開發(fā)程度增長，流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率的倒“U”型變化趨勢是穩(wěn)健的，經(jīng)濟效率視角下流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模閾值是存在的。

針對綜合效率，無論研究時段延長還是縮短，流域水電梯級開發(fā)程度都存在雙重門檻效應(yīng)。雖然與1993—2020 年研究時段相比，研究時段的變化改變了門檻數(shù)量以及門檻值，但是3個研究時間段的門檻效應(yīng)檢驗結(jié)果均能表明：當(dāng)流域水電梯級開發(fā)程度超過某一閾值后，更有利于流域水電梯級開發(fā)活動發(fā)揮其綜合效益。即綜合效率視角下的流域水電梯級開發(fā)不存在適度規(guī)模閾值，水電梯級開發(fā)程度越高，越有利于發(fā)揮其綜合效益。這也一定程度上驗證了1993—2020年研究時段中流域水電梯級開發(fā)程度對其綜合效率的門檻效應(yīng)的穩(wěn)健性。

綜合表7 與表9 中控制變量與因變量的關(guān)系，6 個控制變量在一定程度上與因變量均具有穩(wěn)定的正負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中，來水量與流域水電梯級開發(fā)效率正相關(guān)，尤其顯著促進流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率增長；河段數(shù)與流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率顯著負(fù)相關(guān)；水電開發(fā)多樣性與流域水電梯級開發(fā)效率正相關(guān)；水電開發(fā)集約度與流域水電梯級開發(fā)綜合效率負(fù)相關(guān)；已運行年數(shù)與流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率顯著正相關(guān)；水電站數(shù)量與流域水電梯級開發(fā)經(jīng)濟效率顯著正相關(guān)。這證明門檻模型回歸結(jié)果具備一定穩(wěn)健性。

4 討論

利用回歸模型檢驗出的變量間相關(guān)關(guān)系，是在某個研究時段內(nèi)具有統(tǒng)計學(xué)意義的相關(guān)關(guān)系，該相關(guān)關(guān)系高度依賴于該研究時段，可能因研究時段的變化而導(dǎo)致相關(guān)關(guān)系發(fā)生變化，這就要求所選樣本對其真實情況具有良好的代表性。比如，在研究高技術(shù)企業(yè)規(guī)模對其技術(shù)創(chuàng)新效率的門檻效應(yīng)時，學(xué)者們在不同的研究時段內(nèi)分析出了不同的門檻效應(yīng)［29-30］。

為達(dá)成平衡面板要求，本文截取了1993—2020 年案例區(qū)流域水電開發(fā)狀況，而中國真實的流域水電開發(fā)狀況是自1943 年開始，而且不同流域水電開發(fā)年份也不一致。為此，本文對各案例流域開展獨立前沿面的效率測算，以此反映各案例流域隨水電梯級開發(fā)進程其效率的演變進程，進而截取1993—2020 年各案例區(qū)的流域水電開發(fā)狀況。在1993 年，部分案例流域的水電開發(fā)活動已維持?jǐn)?shù)年數(shù)十年不等，而部分案例流域的水電開發(fā)活動則剛開始，這保障了樣本中流域水電梯級開發(fā)程度的分布范圍，也保障了與梯級開發(fā)程度相對應(yīng)的效率值分布范圍。與1993—2020 年研究時段相比，研究時段延長（1983—2020 年）使樣本數(shù)量從567 增加至680，而研究時段縮短（1996—2020 年）使樣本數(shù)量從567 減少至528。就流域水電梯級開發(fā)程度對其經(jīng)濟效率的門檻效應(yīng)來看，相對較長的兩個研究時段得到了一致的門檻效應(yīng)與門檻值，而最短的研究時段得到的門檻值下降了，這可能是因為短時段內(nèi)的流域水電梯級開發(fā)程度的樣本序列減少所致。就流域水電梯級開發(fā)程度對其綜合效率的門檻效應(yīng)來看，3個研究時段的門檻效應(yīng)與門檻值均出現(xiàn)了較大程度的變化，這可能是因為3個樣本的綜合效率值序列發(fā)生了較大變化所致。然而，流域水電梯級開發(fā)程度對其綜合效率的3個不同門檻效應(yīng)均能證明：流域水電梯級開發(fā)程度越高，越有利于發(fā)揮其綜合效益。這說明無論經(jīng)濟效率視角還是綜合效率視角，1993—2020 年研究時段的樣本數(shù)量對中國流域水電開發(fā)狀況具有良好的代表性。當(dāng)然，關(guān)于經(jīng)濟效率視角下和綜合效率視角下的適度規(guī)模閾值結(jié)論，僅能反映2020 年前的中國流域水電開發(fā)狀況，隨著未來流域水電開發(fā)狀況改變，該適度規(guī)模閾值結(jié)論可能發(fā)生變化。

經(jīng)濟效率視角下的中國流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模閾值為27.15%，該閾值明顯大于環(huán)境約束范式下的國內(nèi)流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模閾值。比如：拉薩河流域在環(huán)境約束范式下的流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模閾值為16%［24］；西南地區(qū)三大流域在環(huán)境約束范式下的流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模閾值為12%［27］。這是因為水資源要素在環(huán)境約束范式下是硬性約束，水電開發(fā)活動對水資源的利用量不能超過保障河道生態(tài)用水后的剩余水資源量，而在效率支撐范式下，水資源要素從硬性約束轉(zhuǎn)變?yōu)檐浶约s束，其水資源利用程度閾值取決于所對應(yīng)的效率拐點。

綜合效率視角下的中國流域水電梯級開發(fā)不存在適度規(guī)模閾值，無論單一門檻還是雙重門檻效應(yīng)，均證明流域水電梯級開發(fā)程度越大，越有利于發(fā)揮其綜合效益。即發(fā)揮綜合效益視角下，流域水電梯級開發(fā)不存在過度開發(fā)問題。然而，在環(huán)境約束范式下，我國水資源過度開發(fā)問題在局部地區(qū)非常突出，如黃淮海流域、西北內(nèi)陸地區(qū)等［31-32］。其實黃淮海流域是中國對農(nóng)業(yè)供水、產(chǎn)業(yè)供水、洪水防控等綜合需求最為明顯的區(qū)域，當(dāng)?shù)厮Y源稟賦又相對偏低。為滿足當(dāng)?shù)貙λY源的綜合需求，在未進行流域外調(diào)水或流域外調(diào)水量不足的情況下，不斷提升當(dāng)?shù)厮Y源開發(fā)程度是具有經(jīng)濟學(xué)意義的，即投入能帶來更多產(chǎn)出，而綜合效率視角下中國流域水電梯級開發(fā)不存在適度規(guī)模閾值的結(jié)論也恰好說明了這點。

雖然效率支撐范式突破了環(huán)境約束范式對流域水電開發(fā)適度規(guī)模的硬性約束，但效率支撐范式并不能為流域水電開發(fā)適度規(guī)模提供穩(wěn)定的閾值參考，其主要原因在于水電梯級開發(fā)效率是不斷演變的。首先，隨著水電站建設(shè)技術(shù)以及水電裝備制造技術(shù)的創(chuàng)新，單座水電站的水資源利用效率呈上升趨勢，這將整體提升流域水電梯級開發(fā)效率。其次，隨著流域水電梯級開發(fā)規(guī)模增長，流域水電梯級結(jié)構(gòu)將復(fù)雜化，水電站類型結(jié)構(gòu)或上下游布局結(jié)構(gòu)的不同都將影響流域水電梯級開發(fā)效率。效率支撐范式下的水電開發(fā)適度規(guī)模取決于水電梯級開發(fā)效率的拐點，而流域水電梯級開發(fā)效率整體提升或下降將可能影響效率拐點及其對應(yīng)的水電梯級開發(fā)適度規(guī)模。后續(xù)研究應(yīng)實時跟進流域水電梯級開發(fā)進程，不斷將新運行的水電站納入案例區(qū)，從而在更長時間范圍內(nèi)分析流域水電梯級開發(fā)效率的演變趨勢。

5 結(jié)論與建議

本文基于面板門檻模型，選擇國內(nèi)22 條主要的水電開發(fā)流域，共納入331 座大中型水電站，組成了22 條流域水電梯級開發(fā)的面板數(shù)據(jù)，在3個不同的研究時段內(nèi)分別分析了流域水電梯級開發(fā)規(guī)模對其經(jīng)濟效率與綜合效率的門檻效應(yīng)，進而基于效率拐點核定流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模閾值，以此構(gòu)建了流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模核定的效率支撐范式。主要結(jié)論如下。①隨著流域水電梯級開發(fā)規(guī)模增長，其經(jīng)濟效率與綜合效率都隨之出現(xiàn)一定程度的變化，且經(jīng)濟效率變化幅度普遍大于綜合效率變化幅度。②流域水電梯級開發(fā)規(guī)模對其經(jīng)濟效率具有單一門檻效應(yīng)，隨著流域水電梯級開發(fā)規(guī)模增長，其經(jīng)濟效率呈倒“U”型變化趨勢，以此核定經(jīng)濟效率視角下流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模閾值為27.15%，該閾值明顯大于環(huán)境約束范式下的流域水電梯級開發(fā)適度規(guī)模閾值。③流域水電梯級開發(fā)規(guī)模對其綜合效率在不同研究時段具有不同的門檻效應(yīng)，隨著流域水電梯級開發(fā)規(guī)模增長，其綜合效率最終呈增加趨勢，流域水電梯級開發(fā)程度越高，越有利于其發(fā)揮綜合效益，即綜合效率視角下流域水電梯級開發(fā)不存在適度規(guī)模閾值。

中國提出適度規(guī)模經(jīng)營的初始目標(biāo)是盤活閑散土地資源，通過提高土地的規(guī)模化經(jīng)營水平來提升土地經(jīng)營效率。因此，效率應(yīng)成為適度規(guī)模核定的基尺。效率支撐范式突破了傳統(tǒng)環(huán)境約束范式對徑流資源可開發(fā)利用率的硬性約束，既一定程度地保障了河流生態(tài)系統(tǒng)健康，又從投入產(chǎn)出比視角下最大程度地挖掘了流域水電梯級開發(fā)潛力，這有利于提升流域水電開發(fā)活動的規(guī)模化水平。因此，效率支撐范式下的適度開發(fā)應(yīng)成為碳達(dá)峰碳中和背景下中國流域水電開發(fā)活動的新方針。

事實上，當(dāng)流域尺度上的水電開發(fā)適度規(guī)模核定后，負(fù)責(zé)流域水電開發(fā)實踐的可能是多個水利水電企業(yè)。企業(yè)在水電開發(fā)規(guī)模決策方面往往是從企業(yè)自身的適度規(guī)模出發(fā)，而無法協(xié)同考慮流域適度規(guī)模。這可能造成企業(yè)尺度上的適度規(guī)模超過或低于流域尺度上的適度規(guī)模，從而導(dǎo)致流域水電開發(fā)的整體低效。因此，在效率支撐范式下，水利水電企業(yè)之間如何良性競爭、增強互惠是同時實現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展與流域適度規(guī)模開發(fā)的關(guān)鍵。首先，流域內(nèi)各水利水電企業(yè)應(yīng)在考慮流域水電梯級開發(fā)效率的基礎(chǔ)上制定共同的水電開發(fā)規(guī)劃，具體包括節(jié)水開發(fā)、保障河道生態(tài)用水、優(yōu)化水電梯級開發(fā)順序等，確保各水利水電企業(yè)在追求自身利益的同時也符合流域發(fā)展需要。其次，推動各水利水電企業(yè)在流域水電梯級開發(fā)活動中實現(xiàn)分工合作，根據(jù)各企業(yè)的優(yōu)勢，開發(fā)不同類型的水電資源，包括控制性水利工程、筑壩式水電站、引水式水電站、徑流式水電站、抽水蓄能電站等，從而充分利用流域水電可開發(fā)潛力。最后，流域行政管理機構(gòu)要加強對流域水電開發(fā)活動的監(jiān)管力度，確保各企業(yè)遵守相關(guān)水電開發(fā)規(guī)劃，不損害流域水電梯級開發(fā)效率，最終同步推進“流域-企業(yè)”雙尺度下的水電適度規(guī)模開發(fā)。