基于网络流理论的区域水资源配置激励相容模型

叶舟 丁巍 丁琳 陈芳

摘要：为了进一步完善基于网络流理论的区域水资源配置模型，利用经济学机制设计和数学相关理论构建了激励相容数学模型，旨在促进区域利益主体之间合作。将该模型应用于曹娥江流域新嵊区域，并对相关参数进行了率定。2003年、2022年区域相关数据模拟结果显示，各利益主体在激励相容机制作用下可以实现合作博弈，从而提高水资源配置效率。研究认为网络流模型是实现区域水资源优化配置的有效手段，激励相容机制可以进一步促进网络流模型提高配置效率，资源禀赋差异和中国制度优势是合作博弈实现的内在需求和外部约束。

关 键 词：区域水资源配置；网络流；激励相容；合作博弈

中图法分类号：TV212.3

文献标志码：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.05.015

0 引 言

激励相容是指人们在“理性人”的行为准则假设下，为实现自身利益最大化所采取的行动恰好也为组织实现了利益最大化，即这一制度所产生的激励使个人与组织利益最大化的目标保持一致^［1-3］。自赫维茨（Hurwiez）提出该理论以来，国内外学者开展了大量研究。Sheng等^［4］利用上游用户、下游用户和政府三方博弈模型探索了流域服务的激励相容支付体系。Aquila等^［5］研究了长期激励政策及其优缺点，讨论了这些政策与巴西可再生能源市场的相关性和兼容性。Zhao等^［6］研究了双重不对称网络信息情景下基于契约的激励机制，提出了实现能力区分和努力激励的双重目标最优契约设计。Pereira等^［7］以葡萄牙阿尔奇瓦河流域灌溉系统为例，开发了包括经济、社会和环境等目标的多目标灌溉优化模型。Han等^［8］基于大型引水工程中的委托代理理论，建立了一种考虑承包商公平偏好、使大型引水工程总产出绩效提高的锦标赛激励机制。 Pincheira等^［9］提出了一个基于物联网和区块链的架构模型，通过激励水管理中的良性行为来促进可持续农业开发实践。国内学者将激励相容理论应用于工程分支建模和网络治理较多，但在水资源配置相关领域研究成果不多。田国强等^［10］研究认为理想市场经济的最显著特点表现在信息利用的有效性及市场经济的激励相容性。张小蒂^［11］认为激励相容的利益机制是一种适合中国的资源节约型自然资源配置模式。叶舟^［12］在研究水资源流域配置中认为激励相容机制有利于上下游利益的协调从而可以实现现代可持续发展模式。袁琳^［13］认为城市供水基础设施建设的制度设计重点是地区之间的协作关系。伍进^［14］研究指出解决污水系统贡献和激励错配问题的关键是提高污水收集和输送的集约化程度，更好地实现水污染全过程控制。付意成等^［15］研究北方缺水城市构建丰枯互济大水源水系连通网络，提出确保联合调度等保障措施。徐顽强等^［16］提出应有效实现主体激励相容，构建新时代网络综合治理体系。张彦^［17］认为古代水利工程千年不衰应当归功于行之有效的水工技术和水能动力的应用。韩珍珍等^［18］设计基于贝叶斯博弈的能源优化模型，通过实现系统能耗的最小化提升网络性能。

尽管如此，国内外学者利用激励相容理论研究区域水资源配置的成果仍较少。本文在前期区域水资源配置网络流模型基础上^［19-20］进一步展开研究，旨在利用激励相容理论进一步完善网络流配置模型。研究的创新点主要体现在：在区域水资源网络流配置条件下，提出激励相容制度安排并构建符合区域经济社会特点的数学模型，探索实现合作博弈的区域利益主体的内部需求和外部约束，从而实现区域水资源配置网络流模型的进一步优化。

1 区域水资源配置合作博弈模型

1.1 区域水资源配置网络流模型

网络流理论是现代数学的理论之一。水资源配置网络流模型是该理论在水资源管理中的应用，笔者前期在区域水资源配置研究中构建了相应模型^［19］。这个模型揭示了对水资源空间配置具有网络化的过程特点。在水资源配置模型中，基于时间节点及水库间关系引入网络流理论并构建网络模型，将时间配置看成是沿线水库群的调度。网络流调度配置就是构建水库群之间调水、配水的网络化建模和实践，优化水库群在蓄水、调水、供水方面的联合调度方案。网络流调度配置关键之处是利益主体之间的关系，通过一定的机制实现合作博弈达到利益均衡。区域水资源调度既可以通过事前博弈使若干个利益主体合作成为单一主体的行为，也可以设计成多个利益主体的共同行为。前者把区域水资源作为一个整体进行调度，后者是具有两个以上利益主体的情况下进行合作调度。这两种情况都存在利益主体之间的博弈，只是这种博弈有时候是合作的，有时候是非合作的，机制设计的任务是通过引入激励相容理论实现合作博弈。

1.2 激励相容制度安排

激励相容原意是指存在道德风险的情况下，如何保证拥有信息优势的一方按照契约另一方的意愿行动，从而使双方都能趋向于效用最大化。由于现代水资源配置中的信息基本对称，利益主体之间合作困难的主要原因是未来预期困难，从长期来看是未来产业结构调整带来的需水变化的风险，从短期来看是气候影响因素不可预期。为了降低这种风险，按照赫维茨创立的机制设计理论，在模型中耦合激励相容机制，使区域内利益主体实现合作共同面对未来风险。网络流理论是解决区域水资源配置的一種有效手段，激励相容是网络流模型实施合作博弈的基础。