基于網絡流理論的區域水資源配置激勵相容模型

葉舟 丁巍 丁琳 陳芳

摘要：為了進一步完善基于網絡流理論的區域水資源配置模型，利用經濟學機制設計和數學相關理論構建了激勵相容數學模型，旨在促進區域利益主體之間合作。將該模型應用于曹娥江流域新嵊區域，并對相關參數進行了率定。2003年、2022年區域相關數據模擬結果顯示，各利益主體在激勵相容機制作用下可以實現合作博弈，從而提高水資源配置效率。研究認為網絡流模型是實現區域水資源優化配置的有效手段，激勵相容機制可以進一步促進網絡流模型提高配置效率，資源稟賦差異和中國制度優勢是合作博弈實現的內在需求和外部約束。

關 鍵 詞：區域水資源配置；網絡流；激勵相容；合作博弈

中圖法分類號：TV212.3

文獻標志碼：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.05.015

0 引 言

激勵相容是指人們在“理性人”的行為準則假設下，為實現自身利益最大化所采取的行動恰好也為組織實現了利益最大化，即這一制度所產生的激勵使個人與組織利益最大化的目標保持一致^［1-3］。自赫維茨（Hurwiez）提出該理論以來，國內外學者開展了大量研究。Sheng等^［4］利用上游用戶、下游用戶和政府三方博弈模型探索了流域服務的激勵相容支付體系。Aquila等^［5］研究了長期激勵政策及其優缺點，討論了這些政策與巴西可再生能源市場的相關性和兼容性。Zhao等^［6］研究了雙重不對稱網絡信息情景下基于契約的激勵機制，提出了實現能力區分和努力激勵的雙重目標最優契約設計。Pereira等^［7］以葡萄牙阿爾奇瓦河流域灌溉系統為例，開發了包括經濟、社會和環境等目標的多目標灌溉優化模型。Han等^［8］基于大型引水工程中的委托代理理論，建立了一種考慮承包商公平偏好、使大型引水工程總產出績效提高的錦標賽激勵機制。 Pincheira等^［9］提出了一個基于物聯網和區塊鏈的架構模型，通過激勵水管理中的良性行為來促進可持續農業開發實踐。國內學者將激勵相容理論應用于工程分支建模和網絡治理較多，但在水資源配置相關領域研究成果不多。田國強等^［10］研究認為理想市場經濟的最顯著特點表現在信息利用的有效性及市場經濟的激勵相容性。張小蒂^［11］認為激勵相容的利益機制是一種適合中國的資源節約型自然資源配置模式。葉舟^［12］在研究水資源流域配置中認為激勵相容機制有利于上下游利益的協調從而可以實現現代可持續發展模式。袁琳^［13］認為城市供水基礎設施建設的制度設計重點是地區之間的協作關系。伍進^［14］研究指出解決污水系統貢獻和激勵錯配問題的關鍵是提高污水收集和輸送的集約化程度，更好地實現水污染全過程控制。付意成等^［15］研究北方缺水城市構建豐枯互濟大水源水系連通網絡，提出確保聯合調度等保障措施。徐頑強等^［16］提出應有效實現主體激勵相容，構建新時代網絡綜合治理體系。張彥^［17］認為古代水利工程千年不衰應當歸功于行之有效的水工技術和水能動力的應用。韓珍珍等^［18］設計基于貝葉斯博弈的能源優化模型，通過實現系統能耗的最小化提升網絡性能。

盡管如此，國內外學者利用激勵相容理論研究區域水資源配置的成果仍較少。本文在前期區域水資源配置網絡流模型基礎上^［19-20］進一步展開研究，旨在利用激勵相容理論進一步完善網絡流配置模型。研究的創新點主要體現在：在區域水資源網絡流配置條件下，提出激勵相容制度安排并構建符合區域經濟社會特點的數學模型，探索實現合作博弈的區域利益主體的內部需求和外部約束，從而實現區域水資源配置網絡流模型的進一步優化。

1 區域水資源配置合作博弈模型

1.1 區域水資源配置網絡流模型

網絡流理論是現代數學的理論之一。水資源配置網絡流模型是該理論在水資源管理中的應用，筆者前期在區域水資源配置研究中構建了相應模型^［19］。這個模型揭示了對水資源空間配置具有網絡化的過程特點。在水資源配置模型中，基于時間節點及水庫間關系引入網絡流理論并構建網絡模型，將時間配置看成是沿線水庫群的調度。網絡流調度配置就是構建水庫群之間調水、配水的網絡化建模和實踐，優化水庫群在蓄水、調水、供水方面的聯合調度方案。網絡流調度配置關鍵之處是利益主體之間的關系，通過一定的機制實現合作博弈達到利益均衡。區域水資源調度既可以通過事前博弈使若干個利益主體合作成為單一主體的行為，也可以設計成多個利益主體的共同行為。前者把區域水資源作為一個整體進行調度，后者是具有兩個以上利益主體的情況下進行合作調度。這兩種情況都存在利益主體之間的博弈，只是這種博弈有時候是合作的，有時候是非合作的，機制設計的任務是通過引入激勵相容理論實現合作博弈。

1.2 激勵相容制度安排

激勵相容原意是指存在道德風險的情況下，如何保證擁有信息優勢的一方按照契約另一方的意愿行動，從而使雙方都能趨向于效用最大化。由于現代水資源配置中的信息基本對稱，利益主體之間合作困難的主要原因是未來預期困難，從長期來看是未來產業結構調整帶來的需水變化的風險，從短期來看是氣候影響因素不可預期。為了降低這種風險，按照赫維茨創立的機制設計理論，在模型中耦合激勵相容機制，使區域內利益主體實現合作共同面對未來風險。網絡流理論是解決區域水資源配置的一種有效手段，激勵相容是網絡流模型實施合作博弈的基礎。