流域水权交易基本理论及应用基础研究

Water markets have been a controversial topic since the early 1990s, with proponents enamored of their potential to provide gains in economic efficiency as water is reallocated from lower- to higher-value uses. It is a key technical issue of water market to model and assess the system-level emergence based on agent-level behavior analysis in the context of a complex system.In this study, a technical framework of water trading is established based on theoretical analysis and field survey of water markets in China and overseas. A set of key technical issues of water market development is proposed and analyzd based on the framework. Then, a water trading simulation model is built, considering the impacts on water trading from the hydrologic uncertainty and spatial distribution of water availability. The model can be used to simulate the surface water use and groundwater move in a river basin in the context of water market. Subsequently, the fail mode of water trading and delivery due to the inaccuracy estimation of individual's water availability is investigated. The risk of water market and its management methods are also explored in the study. Finally, an experimental platform for water trading is designed and applied in the Shiyang River Basin, China.

复杂条件下流域水资源系统的宏观特征对水权交易个体行为的响应机制，是水权研究中的关键科学问题。本研究首先基于国内外水权交易的实践调研和经验总结，提炼流域水权交易的技术框架及关键问题，建立基于主体建模的交易模拟模型，为水权交易个体行为的模拟分析提供模型工具；然后，研究水文不确定性及和河网空间结构对水权交易的影响机制，提出耦合水权交易模拟的流域地表地下水联合配置及分析模型，为研究水权交易行为的宏观涌现规律提供技术方法；针对水文预报误差及调蓄能力有限等导致的水权交易后供水的可能破坏，分析水权交易中的风险问题及其管理对策，为保障水权有效运行提供理论依据和技术方法；最后，基于理论分析和模型计算的成果，设计流域不同层次水权交易的操作流程、撮合算法和关键参数，并在甘肃石羊河流域示范应用，开展流域水权交易的基础理论和应用基础研究。

水权交易是通过明晰水资源产权、应用市场机制提高水资源利用效益的核心手段。水权制度的建立和水市场的完善是我国水资源管理体制改革的必由之路。但是，由于水资源系统的复杂性，流域水循环特征对用户水权交易行为的影响机理尚不清楚，水市场运行后流域水资源系统的演变规律尚不明确，导致目前的水市场模拟模型和规划工具缺乏对于水循环空间结构和水资源利用特征的考虑，造成水市场研究和实践缺乏可靠的分析工具。本项目针对此问题，拟从理论框架、方法模型和实践应用上开展水权交易基础理论和应用方法研究。主要研究内容包括：(1) 水权交易技术框架及关键问题的理论分析；(2) 水权交易行为模拟与系统涌现规律研究；(3) 水权交易的风险管理机制研究；(4) 典型流域水权交易技术的应用基础研究。项目取得的关键结果包括：(1) 系统性地提出了我国水权和水市场建设的关键技术框架; (2) 改进了集市型水权交易算法，建立考虑空间限制的两阶段模型; (3) 首次揭示了农民灌溉水权交易行为与其空间位置和距离的关系;(4) 总结提出了水权交易平台应用的6个步骤和24项关键技术要点。项目获取了甘肃石羊河流域灌溉水权交易数据628项，包括西营灌区地表水交易数据424项，清源灌区地下水交易数据201项，民勤县跨乡镇水权交易3项。每项交易数据包括：买卖双方名称、交易时间、交易水量和交易价格。这是中国灌区农户之间灌溉水权交易的第一手数据资料，数据所包含的信息非常丰富，即反映了农民水权交易的报价行为，也反映了水市场的变化趋势。通过将交易水量、报价等数据与农民灌溉配水量和配水时间、灌溉渠道位置、降雨量、作物种类等信息进行对比，可进一步分析水文不确定性、灌溉调度机制、作物生长需水情况等对水权交易行为的影响机理。数据具有显著的科学意义。