经济视角下黑龙江省水资源系统保障风险评价及管理

论文摘要

伴随着社会不断地发展,人类不断接受新的挑战,水资源系统作为承载社会经济的主要系统不断面临着来自社会各层面的威胁。同时,黑龙江省作为农业大省,面临的水资源系统风险日益严重,因此需要针对黑龙江省现存的水资源问题进行水资源系统保障风险评价。通过水资源系统保障风险评价可以将黑龙江省存在的水资源问题进行定量化,并提出有效的管理方案,优化水资源的分配,从而降低水资源系统所存在的风险,使黑龙江省更快的步入发展的快车道。本研究以保障水资源系统持续发展为指导思想,针对黑龙江省水资源系统现存问题,首先识别出水资源系统的风险源,为后续评价以及管理提供评价指标。其次运用定量化的经济数值评价黑龙江省水资源系统保障风险的大小,并分析影响水资源系统的主要因素。最后通过优化各产业水资源量的分配,降低黑龙江省水资源系统保障风险的大小,并给出最优分配水资源量。主要内容及结论如下:（一）水资源系统保障风险识别。为了识别水资源系统存在何种风险的基础问题,提出了基于等级全息建模框架（Hierarchical holographic modeling,HHM）和风险过滤、排序和管理模型（Risk filtering,ranking,and management,RFRM）的水资源系统保障风险识别模型,该模型解决了风险识别方法存在静态和片面的弊端。本文首先利用HHM框架将水资源系统划分为11个不同主层次和39个等级全息子系统,并与时空分解后的4个水资源等级全息子系统进行迭代,准确地识别出30个初始场景;然后,通过RFRM方法计算初始场景的风险概率并将其排序,确定了13个高危风险场景;最后,给出表征风险场景的可以量化的33个风险指标,为了后续研究提供切实可靠的指标体系。（二）水资源系统保障风险评价。为了定量化评价水资源系统保障风险的大小,本文构建了水资源系统保障风险经济损失模型。首先,结合HHM—RFRM方法识别的高危风险场景,利用数据包络分析（Data Envelopment Analysis,DEA）对水资源保障风险经济损失模型进行求解,以此实现利用经济数值定量衡量水资源系统保障风险的大小。其次,在DEA的基础上添加二阶段Tobit模型,从水资源利用效率角度出发,进一步分析水资源保障风险经济损失的驱动因素。结果表明,2000—2020年黑龙江省水资源系统由于投入不足导致的最小经济损失值为75.2亿元、最大值为425.1亿元;水资源系统最小产出经济损失值为1119亿元、最大值为11068亿元。在研究时段内黑龙江省水资源保障风险经济损失较高,水资源利用效率较低。2000—2015年黑龙江省水资源保障风险经济损失逐年上升,水资源产出经济损失均占水资源保障风险经济损失的90%以上,预计2020年水资源保障风险经济损失为8138.7亿元。黑龙江省水资源系统受到产业结构、经济发展水平和水利基础设施投资等驱动因素影响,需加大第二产业投入和水利基础建设投资,从而降低水资源保障风险经济损失,为后续水资源系统保障风险规避措施的制定提供支持。（三）水资源系统保障风险管理。为了制定合理的水资源配置方案,从而降低水资源系统保障风险及其对社会经济的影响,本文在黑龙江省水资源系统保障风险经济损失计算的前提下,引入两阶段随机规划（Two-stage stochastic programming,TSP）模型、多阶段规划思想以及条件风险价值（Conditional value at risk,CVaR）模型对黑龙江省水资源系统进行管理。首先从HHM-RFRM方法分析出的多种高危风险场景中,选取三大产业的用水量以及相应的收益和惩罚值作为水资源保障风险管理模型的约束条件,计算得出黑龙江省水资源系统最大收益为18410亿元。由于政府和社会对水资源保障风险的接受程度不同,因此需要引入风险偏好。研究表明,风险偏好取值为0.6时,黑龙江省经济收益最大为15842.6亿元,经济效益趋于稳定,此时三次产业的配水量分别为249.13亿m3、48.61亿m3和43.97亿m3。研究结果为黑龙江省水资源合理分配问题提供了一种可行方案,实现了经济收益和水资源系统保障风险的相对平衡。综上所述,通过对黑龙江省水资源系统保障风险评价及管理的研究,可以全面掌握水资源系统发展现状。在水资源系统保障风险研究中,存在水资源系统风险源不明、无法定量衡量风险所致经济损失值的大小以及缺乏制定优化水资源系统分配方案的依据。针对上述水资源系统保障风险的问题,本文结合黑龙江省水资源利用现状,应用HHM-RFRM方法对水资源系统的风险源进行识别,并采用DEA模型定量衡量水资源系统保障风险经济损失值,同时通过改进TSP模型有效制定了水资源优化配置方案解决了上述问题,为区域水资源系统保障风险的研究提供了理论基础和数据支撑。

论文目录

摘要

Abstract

1 前言

1.1 立题依据

1.2 研究的背景与意义

1.3 国内外研究进展

1.3.1 水资源系统风险识别研究进展

1.3.2 经济视角的水资源系统风险评价研究进展

1.3.3 水资源系统风险管理研究进展

1.3.4 水资源系统保障风险研究进展

1.4 主要研究内容

1.5 技术路线

2 研究区域介绍

2.1 黑龙江省概况

2.1.1 地理位置

2.1.2 行政区划

2.2 地貌与气候特征

2.2.1 地貌特征

2.2.2 气候特征

2.3 经济发展概况

2.4 水资源概况

2.4.1 降水量

2.4.2 水资源利用

2.5 黑龙江省水资源现存问题

3 基于HHM与RFRM理论的水资源系统保障风险识别

3.1 研究方法

3.1.1 风险的定义

3.1.2 水资源系统的HHM框架

3.1.3 水资源系统时空划分

3.1.4 风险过滤、排序及管理

3.2 水资源系统保障风险识别

3.2.1 水资源系统保障风险初始场景的识别

3.2.2 水资源保障风险场景的过滤和排序

3.2.3 水资源系统保障风险指标化

3.3 本章小结

4 基于EBM与Tobit水资源系统保障风险经济损失评价

4.1 研究方法

4.1.1 EBM模型

4.1.2 Tobit模型

4.2 黑龙江省水资源系统保障风险经济损失评价

4.2.1 水资源系统投入与产出风险经济损失值

4.2.2 水资源利用效率及驱动因素分析

4.3 本章小结

5 基于CVaR的水资源系统保障风险管理

5.1 研究方法

5.1.1 TSP模型

5.1.2 CVaR模型

5.1.3 基于CVaR改进TSP模型

5.2 黑龙江省水资源系统保障风险管理

5.2.1 水资源优化分配模型的构建

5.2.2 结果分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王天

导师: 姜秋香

关键词: 水资源保障风险,框架,方法,风险经济损失,数据包络分析,模型,黑龙江省

来源: 东北农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 资源科学,水利水电工程

单位: 东北农业大学

基金: 国家自然科学基金面上项目(51679040),“基于SD的区域水土资源复合系统保障风险评估及其综合防范调控机制研究”,黑龙江省自然科学基金(E2016004),“粮食产能提升背景下黑龙江省水土资源保障风险评估”

分类号: TV213.4

总页数: 73

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