116 系统工程理论与实践 第29卷 不是一个完全的市场,而是一个准市场,离不开以流域统一管理为基础的宏观调控,而政府宏观调控的目的 是在保证社会公平的基础上,优化水资源的配置4 孔珂等问应用博弈论研究了水资源管理部门如何利用初始水权分配和水资源费对水市场进行有效调控 在文献5的基础上,通过增加考虑排污权交易,冯文琦和纪昌明同提出了一种把用水权和排污权结合起来的 水市场交易方案,并建立了以水资源社会总效益最大为目标的完全信息动态博弈模型.然而文献[⑤6在对 模型求解时往往需要得岀各用水者取水量以及排污量关于初始水权以及水资源费的最优解函数,这就使得模 型的实用性大大降低 在水市场运行中,水资源管理机构一般不直接干预水市场的交易行为,而是通过分配初始水权和征收水 资源费等调控手段来影响用水者的决策:)水者在市场规则的约束下自主决策并自由地采取最大化自身利 益的行动,因为追求利益最大化是任何理性个体的必然行为.因此,水资源管理机构与用水者之间存在一定 的层次关系,釆用双层规划模型来描述这种关系是适宜的.尽管双层规划理论应用已经不少,但目前在水资 源优化配置中的研究成果却寥寥无几7.本文将双层规划引入水资源优化配置,建立了水资源优化配置的双 层规划模型,为水资源管理机构提供了一种比较有效的决策工具- 2双层规划问题 许多实际间题的规模越来越大,结构越来越复杂,对问题进行决策的人越来越多,而且这些决策者往往 处在不同的层次上.上一层决策者自上而下地对下一层若干决策者有着某种控制、引导权;而下一层决策者 在这一前提下,亦可以在其职权范围内行使一定的决策权.在这种多层决策系统中,每一层都有自身的目标 函数和约束条件.因此,最终的决策结果往往是寻求使得各层决策机构之间达到某种协调的方案 一般来说,一个双层规划问题的数学模型可以表述为: in F(, y) st.G(x,y)≤0 min f(a, y) 9(x,y)≤0 其中:x∈R",y∈Rm,F,f;Rn×Rmn→R,G:Rn×Rm→FP,f:R"xm→Rl.x是上层决策者的决 策变量,y是下层决策变量.F(x,y),f(x,y分别为上、下层决策者的目标函数 双层规划模型的决策机制是上层决策者首先宣布其决策x,这一决策将影响下层决策者的决策与目标函 数,下层决策者在这一前提下选取使自己的目标函数达到最优的决策y,然后上层决策者再根据下层决策者 的反应做出符合全局利益的决策 由于双层规划可以恰当地描述实际问题中所存在的层次关系,因此被广泛应用于交通网络设计、价格 控制0等问题.如引言所述,在水市场中水资源管理机构与用水者存在一定的层次关系,因此本文用双层 规划模型来考虑水资源优化配置问题 3水资源优化配置的双层规划模型 31模型的建立 设可供管理机构分配的总水量为Q,因为水资源有公益性,生态保护、环境美化等社会公益事业都需要 用水,因此管理机构要分配一定的公共水权以保证公益用水.不妨假设公共水权为u,水资源费率为t,P表 示第i个用水者,其初始水权为r;,那么有下式成立: rit 上式表示用水者的初始水权以及公共水权之和与可供分配的总水量相等.若P实际需水量为d,直接取水 量为q,(d1≥r2d1≥q),其需水差值d-q可以通过节约用水以及提高用水效率等方式解决当g>r; 即引水量大于水权时,多引的水量q-r1需要在水权交易市场上购买;反之,当q<r时,可以在水市场上 出售多余的水权 201994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishinghOuse.Alirightsreservedhttp://wwr.cnki.ner© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 系 统 工 程 理 论 与 实 践 第 卷 不是一个完全的市场 ,而是一个准市场 ,离不开以流域统一管理为基础的宏观调控 ,而政府宏观调控的目的 是在保证社会公平的基础上 ,优化水资源的配置 ’ 孔坷等 应用博弈论研究了水资源管理部门如何利用初始水权分配和水资源费对水市场进行有效调控 在文献 的基础上 ,通过增加考虑排污权交易 ,冯文琦和纪昌明 提出了一种把用水权和排污权结合起来的 水市场交易方案,并建立了以水资源社会总效益最大为目标的完全信息动态博弈模型 然而文献【一 在对 模型求解时往往需要得出各用水者取水量以及排污量关于初始水权以及水资源费的最优解函数 ,这就使得模 型的实用性大大降低 在水市场运行中 ,水资源管理机构一般不直接干预水市场的交易行为 ,而是通过分配初始水权和征收水 资源费等调控手段来影响用水者的决策 ‘ 用水者在市场规则的约束下自主决策并自由地采取最大化自身利 益的行动 , 因为追求利益最大化是任何理性个体的必然行为 因此 ,水资源管理机构与用水者之间存在一定 的层次关系 , 采用双层规划模型来描述这种关系是适宜的 尽管双层规划理论应用已经不少 ,但 目前在水资 源优化配置中的研究成果却寥寥无几 本文将双层规划引入水资源优化配置 ,建立了水资源优化配置的双 层规划模型 , 为水资源管理机构提供了一种比较有效的决策工具 双层规划问题 许多实际问题的规模越来越大 ,结构越来越复杂 ,对问题进行决策的人越来越多 ,而且这些决策者往往 处在不同的层次上 上一层决策者自上而下地对下一层若干决策者有着某种控制 、引导权 而下一层决策者 在这一前提下 ,亦可以在其职权范围内行使一定的决策权 在这种多层决策系统中 , 每一层都有自身的目标 函数和约束条件 因此 ,最终的决策结果往往是寻求使得各层决策机构之间达到某种协调的方案 一般来说 ,一个双层规划间题的数学模型可以表述为 ,功 八以、 功 三 办, 而夕。 其中 任尸‘,军任 , , 尸‘ 尸“ , “ 饥 尸, 尸‘ 尸 、 是上层决策者的决 策变量 , 是下层决策变量 ,功 , ,功 分别为上 、下层决策者的目标函数 双层规划模型的决策机制是上层决策者首先宣布其决策 ,这一决策将影响下层决策者的决策与目标函 数 ,下层决策者在这一前提下选取使自己的目标函数达到最优的决策 ,然后上层决策者再根据下层决策者 的反应做出符合全局利益的决策 由于双层规划可以恰当地描述实际问题中所存在的层次关系 ,因此被广泛应用于交通网络设计 、价格 控制 ‘。等问题 如引言所述 ,在水市场中水资源管理机构与用水者存在一定的层次关系 ,因此本文用双层 规划模型来考虑水资源优化配置问题 水资源优化配置的双层规划模型 模型的建立 设可供管理机构分配的总水量为 ,因为水资源有公益性 ,生态保护 、环境美化等社会公益事业都需要 用水 ,因此管理机构要分配一定的公共水权以保证公益用水 不妨假设公共水权为 二,水资源费率为 ,只 表 示第 乞个用水者 ,其初始水权为 , ,那么有下式成立 艺 。‘一 上式表示用水者的初始水权以及公共水权之和与可供分配的总水量相等 若 只 实际需水量为 、,直接取水 量为 、, , 全 , 全 、,其需水差值 ,一 可以通过节约用水以及提高用水效率等方式解决 当 、 , 即引水量大 丁冰 权时 ,多引的水量 ,一 ,需要在水权交易市场上购买 反之 ,当 ‘ 时 ,可以在水市场上 出售多余的水权