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水资源持续利用的支持条件与法则* |
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（1．武汉大学 水资源与河流工程系，武汉 430072；2．南昌大学 可持续发展中心，南昌 330029）
1 引言 发展是人类永恒的主题。在这个命题中，人们通常偏向于将发展理解为经济的增长。然而，伴随着社会物质财富的增长，出现了人口剧增、资源枯竭、环境恶化、生态破坏、贫富悬殊、地区冲突等自然和社会中全球性的重大问题，正在严重威胁着人类未来的生存和发展。为寻找解决全球环境与发展所面临的严重问题，在 1987 世界环境与发展大会上形成了《我们共同的未来》报告[1]，它成为世界各国在环境保护和经济发展方面的纲领性文件。在 1992 年巴西里约热内卢的联合国环境与发展大会上通过了《21 世纪议程》[2]，这表明可持续发展将成为全人类面向 21 世纪的共同选择和发展模式。可持续发展是要建立人类社会发展的这样一个理想王国：它是经济发展的一个新时代，必须建立在使资源环境条件得以持续和发展的基础上，既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害[1]。 自然资源是经济发展之母，环境是人类生存与经济发展之躯，科学技术是经济发展之父。经济发展是在一定环境条件下，由科学技术对自然资源的处理而实现的。因此，可持续发展的根本问题是自然资源的利用与环境的改善。 水资源是人类及一切生物赖以生存和社会经济发展的物质基础，是一种具有多种用途、不可替代的可再生自然资源。传统的水资源开发利用模式造成了水资源日益贫乏和水环境污染日益严重等重要问题。这种严峻的现实正在制约社会经济的发展、影响社会安定和威胁着人类的生存。因此，水资源的持续利用是保证人类生存和社会经济持续发展的重要支撑条件之一。从这个意义上讲，水资源持续利用是水资源学科当前头等重要的课题。 冯尚友、刘国全 (1997)[3] 给出了水资源持续利用研究的一个基本框架；冯尚友、梅亚东 (1998)[4] 提出了水资源持续利用系统规划的指导思想和原则；陈家琦 (1995)[5] 阐述了关于可持续开发水资源的规划思想和原则的一些基本观点；冯尚友 (2000)[6] 较为系统地研究了水资源持续利用中的问题、原理和原则。本文企图建立水资源持续利用的支持条件和基本法则，通过这些条件和法则刻画出水资源持续利用的本质，反映出水资源持续利用的目的、各种协调关系和各种制约条件。 2 水资源持续利用的支持条件 2.1 自然支持条件 水资源是一种再生的自然资源，其再生能力是靠水循环过程年复一年周而复始补给的，这种周而复始的补给规律为水资源的持续利用提供了自然支撑条件。 地球上的水在太阳幅射及地心引力作用下不断运动变化，周而复始的形成一个循环，这个循环称为水循环。水循环的路径可分为大循环和小循环。大循环是指海洋蒸发的水分经输送、凝结、降雨、陆地产流和汇流，最后流至海洋的循环。正是这种循环过程，不断有更新水量补充河川径流和地下径流，河川水量平均每年更新再生 22 次之多。据地球科学研究成果表明，地球上的总水量基本不变。对于任一区域，根据水量平衡原理，其蓄水量的变化等于区域内输入水量与输出水量之差。这一规律由下式描述： I－O=ΔW (1) 这里 I 表示输入该区域的总水量；O 表示输出该区域的总水量；ΔW 表示区域蓄水量的变化量。区域蓄水量的变化量决定于该区域地理位置、气候条件、地理条件、地质构造、植被条件等，它为区域水资源的持续利用提供了不断的源泉，这就是水资源持续利用的自然支持条件。 2.2 环境支持条件——环境容量 环境是维持生物和人类生命的基础。人类在生活和生产中排出大量污染物，影响环境。当这些污染物与水体相结合就造成水污染；当污染物进入水体后，在水流作用下掺混、稀释，并随着水体的流动发生转移和扩散。在这种转移与扩散中，某些有机物在物理、化学、生物等因素作用下，发生降解使污染物浓度降低，从而净化水体，这个过程就是水体的自净能力。但水体的这种自净能力是有限的。对某区域水域，在一定水质标准下，水域靠水体的自净能力能容纳不同污染物的最大数量，称为该水域的水环境容量。设某水域污染物数量为 z，水域水体的自净能力可用一个映射关系 Q(·) 表示，设规定的水质标准为 B，那么确定水环境容量问题可用如下极大化问题描述：
如果水域被污染的水体不能靠自净能力转化成规定水质标准的水体，不仅造成了影响人类生存与发展的水环境，而且减少了区域水资源的可利用量。水资源持续利用的环境容量支持条件就是区域人口生活和社会经济发展排入水域中的污染物的数量不能超过由式（2）所确定的最大值 z*。不难发现，z* 与规定的水质标准 B 有关，水质规定标准高时，z* 值就小；反之亦然。随着人们生活水平的提高，对水质的要求也会提高。而生活水平的提高依赖大量的物质生产，大量物质生产又排出大量污染物。为了保证水资源的持续利用，惟一的办法是限制物质生产中污染物的排放量。 2.3 社会支持条件——水承载能力 区域水资源犹如一只小船，其承载能力也是在由某种规律规定的范围内。它的基本承载物是人口、社会经济和环境。水资源承载能力是区域水资源在保证一定环境质量的前提下，支撑该空间人口的基本生存和社会经济发展的规模能力。设区域人口规模为 x, 社会经济发展规模为 y，设满足人口规模为 x 的水量为 w1(x)，满足社会经济规模为 y 的水量为 w2(y)，满足规定环境质量的需水量设为 wE，区域水资源量为 w0，那么，为了实现水资源的持续利用，水资源承载能力法则必须被满足，即 w1(x)＋w2(y)＋wE≤w0 (3) 对 w1(x) 的确定主要依赖于对区域人口的预测和人均用水定额的确定，必须注意的是人均用水定额是随生活水平的提高而增加的；对 w2(y) 的确定依赖于对区域社会经济发展规模和耗水水平。显然，可以通过调整工农业生产比重来调整 w2(y)，也可以通过降低单位产值的耗水来减少 w2(y)。 3 水资源持续利用的基本法则 3.1 生态平衡法则 水资源是生态系统的基本要素。生态系统是由生命系统和非生命系统构成的综合体。在这个综合体中，水以其运动形式作为物质和能量传动的载体，不停地运转，逐级分配物质和能量，从而形成生态系统的动态结构。水在生态系统中不停运动实现了生态系统与外部环境之间的物质循环与能量转换，为人类的经济活动提供了源源不断的物质和能量。维持这种物质循环与能量转换的平衡关系是可持续发展的必然要求。另外，生态系统对水的循环过程也有反馈调节作用。由于水在维持生态系统中的重要作用和生态系统对水循环过程的调节作用，水资源持续利用必须保证水对生态系统的供给以维持生态系统的平衡。假设生态系统的平衡状态为 0 状态，生态系统的状态函数为 F，那么使生态系统达到平衡的供给水量 We 应满足： F(We)=0 (4) 区域生态系统内适量水量的有序运动可以促进区域生态系统的改善。另外，由于区域生态系统的改善在微观上改变水循环过程和区域水量输入输出关系，其结果必然导致区域可利用水资源总量的增加。从这个意义上讲，水资源持续利用必须服从生态平衡法则。 3.2 效率法则 效率是在资源技术条件和社会需求下，社会生产与消费的运行状态。寻找在整个水资源的利用过程中产生最大效率的利用方式就是水资源持续利用的效率法则。水资源持续利用的经济效益分布在整个开发利用过程中，在每个时刻（或时期），它是开采水量ξ(t)，开采方式η(t) 的函数，设这个函数为 f，那么，水资源持续利用的效益法则就是使在整个水资源开发过程中产生的效益最大，这可用如下最优化问题描述：
这里 [t0,∞) 为水资源持续利用过程；r(t) 为贴现率；S(t) 为可利用水量。式 (5b) 表示任何时期的开采水量不能超过可利用水量。 如果 r(t) 设置较大，表示未来利用水资源产生的效益对整个过程的效益贡献较小，而当前利用水资源产生的效益对整个过程的效益的贡献较大。这样势必重视当前的开发而忽视将来，这一结论实质上可以用来描述水资源开发的短期行为。因此，从水资源持续利用的观点看，式 (5a) 中的贴现率不宜设置过大。 3.3 公平性法则 水资源持续利用要求既满足当代人用水需要，又不损害满足后代人用水的需要。水资源是大自然对人类的所赐之物。从伦理学的观点，应由人类社会成员平等分享由自然界所给予的水资源。然而，水资源在地域和时域上的分配与社会成员平等分享的理想世界极不相称。如何在水资源持续利用中表现公平性法则呢？ 公平属于伦理学和社会学范畴。首先，社会成员对自然资源分享依赖于法律制度的规定性。只有在法律制度规定下实现水资源的分配才是公平的。而一个公正的法律制度是一组大多数社会成员愿意接受和遵守的规则，这组规则可以认为反映了公平性。公平性依赖于社会成员的主观价值判断，但不同成员的这种价值判断的差异较大。一个可以被广泛接受的对公平性的价值判断的观点可能是经济学家李嘉图提出的一切机会均等就是公平的观点。这种公平性观点在资源分配中可以用一个客观的标准给出公平性的度量，即用分配结果的平均程度度量公平性。 3.3.1 当代人之间的公平 水以流域划分地域。一般认为，同一流域社会成员应具有平等享用该流域水资源的权利。然而，任何一种水资源的分配方式都不可能达到完全平均分配这种并非理想的状态。完全平均分配只是一种原始的公平概念，这种平等享用应理解为社会成员间享用水资源权利的平等。基于这些理解，可以把水资源分配的公平性理解为水资源在社会成员间分配的差别在社会全体成员可以接受的范围内。设这个范围为ε，流域社会成员对该流域可利用水资源量 R 的平均占有量为，假设流域有 n 个社会成员，zi 为分配给社会成员 i 的水量，那么，水资源分配的公平性可用如下关系表述：
在流域内进行某种开发利用活动必然改变原来的流域的可用水量和水资源分配方式，使一部分成员从该开发活动中得到利益，另一部分成员受到损失。设受益成员集合为 N1, 受损的成员为 N2。如果受损社会成员得不到补偿，这实际上是受益成员无偿占有受损成员的利益，是不公平的，因此，N2 中成员的利益必须得到补偿。补偿可以来源于成员集合 N1，也可以来源于其它方面，如政府。判断一个水资源开发活动是否合理的有效方法是由 N1 中的成员对 N2 中的成员补偿，其基本原则是 N1 中所有成员愿意付出的补偿在 N2 中成员的一个分配使 N2 中所有成员愿意接受。判断 N1 中成员愿意付出的补偿和 N2 中成员愿意接受这种分配的补偿的一个准则是他们的利益较开发活动之前没有减少，或有所增加。在流域之间通过调水活动重新分配水资源也应该按这种补偿原则保证不同流域之间社会成员利益分配的公平性。 3.3.2 代际间的公平 水资源的可再生特性为后代人以平等机会利用水资源创造了条件。人类活动（包括水事活动和其它活动）可能改变水文循环过程中的某些环节而引起水资源再生能力的变化。如果人类活动能维持水资源的再生能力，使后代人得到不减少的可利用水量满足其需要，我们认为就是给后代人提供了同等利用水资源的机会，实现了代际间利用水资源的公平性。这种公平性可用如下客观关系描述：设水资源的持续利用是一个过程 [t0,∞)，S(t) 为某区域（或流域）在 t 时刻的可利用水量，那么代际间的公平性法则由如下关系式表述：
不难理解，式 (7) 成立的必要条件是维持或改善水文循环的每个环节的正常运行，这样才能满足世代对水质和水量的要求，保持人类社会的永久生存和持续发展。 3.4 市场法则 随着世界人口的急剧增加和经济的迅速发展，水资源短缺的形势日益严峻。然而，传统水资源利用的分配方式不能表示水资源稀缺性的信息。传统的水资源分配方式以水资源利用的整体效益最大为目标。从理论上，这种分配方式是无可挑剔的，但它忽视实现的可能性和它的实施成本，因为它以真实掌握水用户的效益函数为基础，而真实得到各个水用户的真实效益函数是不可能的或高成本的。水资源持续利用必须寻找一种分配机制使有限的水资源流到效率最大的地方。市场机制是向水资源供给者和消费者传递水资源稀缺性和促进水资源流到最有效用途上的有效方法，市场机制就是价格机制。水资源消费者按市场价格对自己消费的水量付费，那么对每个给定的水资源价格 p，水用户 i 将按如下方式作出反应： maxfi(xi)－pxi (8) 这里 fi 为水用户 i 的效益函数，xi 为水用户的消费水量。水用户 i 的反应即对消费用水量的要求是最优化问题式 (8) 的最优解，设为 xi*。事实上，这个 xi* 是价格 p 的函数，水供给者可以调整价格 p，使得
这里 n 为水用户数，S 为供给总水量。 可以证明，由最优化问题式 (8) 和式 (9) 确定的水资源价格 p 和水用户的需水量 xi*(i=1,…,n )可以保证有限的水资源流到效率最大的用途上。这就是水资源持续利用的市场法则及其作用。 3.5 外部性课税法则 外部性是消费者或生产者的活动对其它社会成员的影响。水资源经消费者或其它经济活动使用后，将消耗一部分水量，另一部分带有各种污染物的水量排入环境，从而给其它成员带来了一个被污染的环境，这就是外部性。实际上，这种外部性行为是水资源消费者将应由他们自己承担的成本转嫁给了社会。如果这种行为不受到限制，实际上鼓励了这种行为，将产生出更多的这样的水消费者，造成愈来愈严重的环境污染和水污染，进一步增大社会成本，同时也减少水资源的可利用量，这样将不可能实现水资源的持续利用。有两种方法限制这种外部性行为：一种方法是硬约束法，即硬性规定水消费者的污水排放标准，这种方法可由一些具体技术实施；另一种方法是软约束法，就是对这种外部性行为罚款，更准确地说是对这种行为课税。设排污量为 z 时产生的社会成本为 c(z)，那么对单位排污量应按 3.6 整体协调法则 由于水的流动性、地区分布不均性、易污性、利害两重性等特性，水资源持续利用要求对一定区域的水资源实现整体规划、合理开发和协调管理。这就是水资源持续利用的整体协调法则。 整体规划对一定区域的水资源，从社会经济长远发展出发，制订水资源开发利用和水灾防洪的总体规划。为此，首先要明确对规定的自然区域和行政区域的水资源规划授权。这种授权的依据是法律对水资源所有者权利的规定。接受授权的规划者作为国家权利的代理人按国家规定的原则制订水资源总体规划，主要包括地区之间水资源的合理分配、开发原则、水资源利用的优先次序、环境保持等。 合理开发就是在整体规划下，进行水资源开发的具体活动，主要包括开发顺序和在开发中对生态环境的保护。 协调管理就是实行水资源的统一管理，以社会总体效益为目标，协调地区间、部门间和地区与部门间的利益冲突关系，综合利用水资源。首先，需要寻找水资源运行管理模式。统一管理需要有权威性，权威是解决冲突的有效手段，但它不是实现效率的最好方法。由于冲突产生的根本原因是水资源的有限性，而市场机制是传递水资源稀缺性信息和实现效率的有效手段，因此，水资源运行管理应采取企业管理模式。其次是对企业行为限制，企业管理模式按市场机制自发地协调由水资源的稀缺性产生的各种冲突。但企业在利润极大化原则的驱使下将导致一些付不起费的人们得不到必须的水量；另外，由于水资源的外部性强，企业有随时将成本转嫁给社会的欲望，造成环境破坏；第三，这种企业是垄断性的，它将追求垄断利润损害社会成员的利益。因此，国家必须对水资源运行管理企业的行为予以限制，因为国家是水资源的所有者，也是社会成员利益的维护者。 参考文献
第一作者简介 王先甲 (1957－)，男，湖北汉川人，教授，博士（博士后），博士生导师，研究方向为水资源系统工程与决策分析。
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进行课税，那么这个水消费者有两种选择：一种是按
时，水消费者则会自己治理污水，否则他将倾向排放污水。
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