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[摘要]澳大利亚政府理事会正在积极推动水市场，以促进有效使用水资源。但同时也应该关注有关河流健康的问题并研究与水市场之间的相互关系。本文以昆士兰州河流引入水交易调查结果为基础，研究了分配水量与环境流量的关系。结果认为：①由于水权转换后用水主要集中在最能够创造经济价值的农作物，很可能增大取水要求和天然流态之间的矛盾；②水市场很可能限制旨在恢复天然流态水政策的有效性。必须决定是否需要牺牲用水获得的经济效益来换取环境的改善。这项研究对于制定生态和经济目标协调发展的水政策十分重要。
[关键词]环境流量，水政策，水量分配，水交易。
1 引言
1992年澳大利亚政府理事会(COAG)提出在全国范围内实施促进水资源有效利用和可持续利用的战略。在澳大利亚的一些州利用市场机制决定水资源的使用权，已经成为重新分配可利用的水资源并使之达到最有效利用的重要途径。为实现资源的有效配置，市场交易费用必须最低，生态环境影响必须最小。水市场可能导致重要的环境影响，因为水市场受水文因素的制约，具有对流量大小产生不利影响并破坏河流环境的潜力。
水市场将对澳大利亚河流健康产生怎样的影响总体上还没有完全搞明白或者说还没有充分考虑这个问题。河流生态系统指标和动力因素的不确定性使得确定适当的环境指标非常困难。澳大利亚正在对一些特殊流域进行模拟研究，按照预防为主的原则正在制定考虑已经认识到的河流环境指标的相关政策。本文将介绍这些政策。
本文重点对如下问题进行探讨：①水权交换对水流状态的影响；②减少允许提取分配水量与改善环境的关系。在昆士兰州边界河流使用线性规划模型对112个农业灌溉用水户进行了模拟研究，结果显示：①水交易具有值得关注的改变水流状态的潜力；②减少允许分配水量的5%～10%能够达到改善水流状态的目的，并且释放的水量也能够满足自然的要求。
2 水分配、环境流量和水交易
当水量分配的结构发生变化时，在澳大利亚有一个不成文的规定，大部分受调节的水量要分配给灌溉用水户，因为灌溉用水户已经办理了额定水量分配的许可证。在每年的水量分配中，水务部门根据供水的有效性发布水量分配公告和每个灌溉用水户可能提取额定水量分配的百分率。发布水量分配公告考虑了需求量、流域水文特征和蒸发损失等因素。
在过去30年，由于农业发展和大量采用灌溉农业，导致澳大利亚农业用水发生很大变化。根据重新分配现有水权以提高用水效益的原则，澳大利亚引入了水市场。同时，由于增加农业灌溉用水加大了河流生态系统的压力，导致藻类等灾害频繁发生。由于在过去决定水量分配中对环境需水要求认识不足，没有给环境需水分配足够的水权。但是，在进行水交易的地区，必须明确环境流量在河流水资源利用中的地位，必须改变以前认为环境流量只是不能被用于经济发展的那部分流量的错误认识，必须承认环境需水是一种合法的水资源利用形式。在整个水资源分配方案中，环境用水或许呈减少的趋势。但是，在澳大利亚和其它国家已经认识到了经济发展和环境改善之间相互作用和相互制约的关系，也认识到了在制定水分配和水交易规则中既要考虑引入水权交易也要考虑环境流态，这是制定水资源政策的关键所在。
在某种程度上逐步恢复天然流量的思想已经开始被人们接受，首先在总体上考虑冲刷河道的流量，或者最小的流量过程。在澳大利亚占主导地位的思想是天然的或重新恢复的流量过程应该通过模拟实验来决定。例如，澳大利亚昆士兰州政府正在组织制定昆士兰州每个流域的水资源分配管理规划。判断取水量对环境流量影响程度是这样决定的：先假定天然的或重新恢复的流量过程，然后逐步减小流量值，观察关键生物种群的消亡过程，点绘流量和水生物生存的关系曲线，最后确定特征值。但是搞清楚流量大小与生物种群之间的亲密关系不在本次研究范围之内。
3 昆士兰州边界河流地区的案例研究
昆士兰州选择边界河流地区作为正式开展水权交易的试点。边界河流是指新南威尔士州和昆士兰州划的界河。该流域主要包括三条河流：德梅里克河、麦金太尔河和巴旺河（图1）。
图1 边界河流地区图
（注：图中QUEENSLAND——昆士兰；NEW SOUTH WALES——新南威尔士；Dumaresq——德梅里克河；Macintyre——麦金太尔河；Barwon——巴旺河。）
如图所示，从Bonshaw水文站到Mungindi水文站大约长130公里，是规定取水河段。昆士兰州和新南威尔士州分配给每个用水户的水量分别为231公升和62.9公升。在本次研究中，利用两州界河昆士兰一侧的112个办有取水许可用水户的资料，进行模拟取用水研究；利用该流域截止1979年的水文资料计算天然径流过程。收集的资料还包括种植作物生长情况、灌溉面积和每个农场水分配情况，以及该地区的作物轮作因素、降雨和蒸发、作物总的边际收益等。使用1985/1986水文年以后的上述资料，因为该水文年是该地区第一个水权交易年。在这次研究中，1985/1986水文年按总水量60%进行水量分配，计算结果显示，112个获许可的用水户每户只能分配到37.472公升的水量。
假定没有人类活动影响的流量过程即为环境流量所要求的流量过程。把Glenlyon建库前的Bonshaw水文站的水文资料作为河流天然流态的典型资料。Glenlyon水库是该流域河流的主要调节水库。Bonshaw水文站是坝下第一个水文站，也是未受支流汇入影响的主要水文站。Bonshaw水文站逐月观测的水文资料从1965年开始。这次研究，把逐月实测的河流水文资料平均换算到每个水文年，并选择Glenlyon建库的1975/1976水文年为起始年。假定没有取用水的流态即为模拟的环境流态。但是，根据逐月平均的概化流态有很多局限性。根据每月平均流量，能够掩盖澳大利亚河流固有的流量和环境条件的极端变化。模拟突发水文事件例如洪水通常要利用随时间变化的随机模型。但是这次研究采用的模拟方法是静态模拟，使用的资料仅仅来自单个的水文年。如果采用其它模拟方法，例如以满足最小流量要求或者极端流量事件为环境流态的模拟目标，就很可能得出不同的结果。这是今后需要进一步研究的问题。
4 取水需求计算
该地区取水需求主要来自农业灌溉。在边界河流两岸农业比较发达，有大片的牧场和联片种植的苜蓿以及多种谷类作物，例如上游地区的高粱和下游地区的棉花。由于河段比较长，按气候特征划分为三个区域：一是从Glenlyon坝到Macintyre溪汇入点，二是从Macintyre溪汇入点到Boomi堰，三是从Boomi堰到Mungindi堰。利用逐月的作物种植、气候分区降雨和蒸发资料计算每个气候分区的作物生长需水要求。在没有水交易情况下，总的取水需求按公式（1）计算。
最大取水需求值：
约束条件①：满足所有k和j取值的水量约束条件：
约束条件②：满足所有k和j取值的耕地约束条件：
其中：
k表示气候分区；
i表示种植作物的种类；
j表示农田（牧场）的编号；
q表示每月用水量；
GMkijq表示在k区种植i种作物、j块农田和每月用水量q情况下总取水需求的最大值；
xkijq表示在k区种植i种作物、j块农田和每月用水量q情况下耕地的总灌溉面积；
akj表示在k区给j块农田的分配水量；
lkj表示k区j块农田可灌溉耕地的总面积；
wkijq表示在k区种植i种作物、j块农田和每月用水量q情况下单位面积需水量。
当水权可以相互交换时，农民用水不再局限于自己的分配水量，但在理论上仍受总供水量约束。在水交易情况下，总的取水需求按公式（2）计算。
最大取水需求值：
约束条件①：水量约束条件：
约束条件②：耕地约束条件：
5 取用水量和环境流量的评价方法
我们定义环境目标为实际流态和天然流态差值平方的最小平均值，约束条件是取用水量和可供环境使用水量。按公式（3）计算。
最小环境目标MSD
约束条件：
其中：
eq表示在m月环境用水量；
hq表示修建Glenylon坝前在m月的天然流量。
在许多国家测量环境流量是根据流量偏差。在昆士兰州评价环境流量也是根据每年均衡的流量偏差（APFD），例如实测流量和天然流量的差值。通常这样的模型与水文模型和生态指示模型一起使用，例如综合水质水量模型(IQQM)和鱼类多样性模型，共同评价环境流量需求。综合环境评价对资料使用的要求十分严格，必须是发生在同一个流域、同一个基准时间的数据。通过对环境流量需求的综合模拟和评价，期望能够对环境状况做出比较精确的判断，同时有可能对取用水的减少做出比较精确的评估。
6 环境流态和不同取水流态模型计算的比较结果
图2显示水交易前的逐月用水量、水交易后的逐月用水量和环境用水需求水量。该地区水文年是从每年的8月（水文年1月）到次年的9月（水文年12月）。天然流态从10月到2月达到流量峰
图2 取水需求和环境需求比较图
（注：图中…线表示天然流态；—线表示水交易前取水情况下的流态；---线表示水交易后的流态。）
值，然后在冬季下降，从8月到9月又开始升高。模型计算结果显示在冬季的5月到6月应减少引水量，而在11月到12月应增加引水量。在没有水交易情况下，分配水量需求按方程（1）计算。可以用11月到12月的峰值水量浇灌如棉花等农作物；在冬季的6月到7月农作物灌溉引水量比一年天然流态的平均值还要小。在有水交易情况下，分配水量需求按方程（2）计算。该种情况把水集中使用在经济价值高的农作物，因此，集中使用水在几个特殊的月份和几个特殊的地点。从图上可以清楚看出11月到12月用水需求远大于环境需水。在水交易情况下，12月的用水需求计算结果为8000 ml，而在没有水交易情况下用水需求为4563 ml，环境需水仅为3976 ml。
上述这些计算结果告诉我们，引入水权转换对未来满足从天然水流状态下不同取水要求具有潜在的影响。通过收集以往资料建立模型的计算结果显示，相对于水库修建前的天然流态，水交易将极大改变河流流态；引入水市场后环境投资主要反映在增加最小环境目标MSD。按照公布的60%的水量分配方案，根据公式（3）的计算，在没有水交易情况下，MSD值是30 000 ml；在有水交易情况下，MSD值是1.8*106ml。
7 减少水量分配的结果
减少水量分配，可以利用这部分水量改善环境。图3显示，如果在没有水交易的情况下减少原来的60%水分配到50%，即增加10%的环境用水量，那么可以显著改善环境流量的状况。根据60%水量分配方案，MSD大约是30 000；减少水量分配到50%，并把10%的水量用于改善环境，MSD将减少至40以下，并将减少总收入从2.3*106澳元到2.06*106澳元，即减少总收入240 000澳元。从图3可以看出，当水量分配值下降时，特别是低于55%时，减少水量分配的边际成本呈上升趋势。在没有水交易情况下，水量分配值从60%减少到55%，MSD值也将从30 000减少到7600, 大约减少75%。
图4表示的是在水交易情况下减少水量分配的模拟计算结果。比较图3和图4，我们可以看出：①比较相同需水要求和相同环境状况的情况，在水交易情况下，水量分配可以减得更多；②比较减少水量分配的成本，在水交易情况下，如果减少水量分配从60%到 55%，即增加5%的水量用于改善环境，付出的成本较大。在没有水交易情况下，绝对成本大约是113 000澳元；在水交易
图3 在没有水交易水量分配下降情况下MSD和收入的关系曲线图
（注：图中横轴表示MSD，纵轴表示收入。）
情况下，绝对成本大约是161000澳元。但是，相对成本是类似的。在没有水交易情况下减少4%—9%和在有水交易情况下减少5%的总的农业收入减少情况基本相同，可以作为比较水交易的参考结论。在水量分配值从60%减少到55%，即水量分配减少5%的情况下，MSD值将从1.88*106减少到近1.00*106，大约减少43%。
图4 在水交易各种水量分配情况下MSD和收入的关系曲线图
（注：图中横轴表示MSD，纵轴表示收入。）
上述结果显示，水交易将对河流流态产生重要影响；在有水交易或者没有水交易情况下，在平均气候年份水量分配从60%减少到55%都能够使河流流态得到显著改善，并且两者付出的取水效益成本是相似的。
在这次研究中利用用水者在分配水量减少同时收入的减少来度量环境用水的成本。但是也不应该忘记增加环境流量和改善流态还创造了诸多社会价值，例如，休闲、娱乐和美学的价值，改善水质减少水处理的成本，以及对下游用水增加的潜在机会。进一步引入环境权交换也不是没有可能。在澳大利亚的河流模拟这些值和交换权是面临的新挑战。
8 结论
本文研究了在一个澳大利亚流域选择两种不同水政策导致的不同环境结果。结果显示：①由于水权转换后用水主要集中在最能够创造经济价值的农作物，很可能增大取水要求和天然流态之间的矛盾；②水市场很可能限制旨在恢复天然流态水政策的有效性。必须决定是否需要牺牲用水获得的经济效益来换取环境的改善。对比取水形成的流态与流域主要控制性水利工程修建前的天然流态，维持河流生态系统的必要性正在研究当中，它们正在逐步被人们认识并日益清晰，这实际上也是改进本研究结果的动力所在。然而十分清楚，水权转换促进流态进一步偏离环境需要。由于本研究计算采用确定结构的模拟方法，不能够反映流态全部动态的特征，但是本研究对澳大利亚水政策争论的重要性不言而喻。对于解决其它有关的水政策问题，通过修改表达形式和采用方法，同样可以运用本研究的思路。最后，问题的关键仍然是随着用水者素质提高对于生态而言水权转换是否是一种长期的可持续发展的机制。随着对河流生态认识水平的提高，本研究有可能成为一个进一步研究的平台。（水利部黄河水利委员会总工办 侯起秀）
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