Page 83 - 2022年第53卷第1期

水 利 学 报

2022 年 1 月 SHUILI XUEBAO 第 53 卷 第 1 期

文章编号：0559-9350（2022）01-0078-08

水资源利用与排污控制的非合作博弈方法

付 湘 ，谈广鸣 ，黄 莎 ，刘双郡 1，2
1
1
1，2
（1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072；
2. 武汉大学 海绵城市建设水系统科学湖北省重点实验室，湖北 武汉 430074）

摘要：为在水环境保护优先的前提下保障水资源持续利用，通过分析水资源经济利用主体与水环境保护主体的目
标冲突，建立水资源利用与排污控制的讨价还价博弈模型与主从博弈模型，提出水资源利用与排污控制互馈决策
的协调方法，并对比分析均衡解与非劣解的内涵与关系。以洞庭湖四口河系地区为研究区域，结果表明：讨价还
价博弈和主从博弈方法的均衡解均在多目标优化方法的非劣解前沿上，讨价还价博弈的均衡解范围远小于非劣解
范围；主从博弈得到了唯一的均衡解，比讨价还价博弈的均衡解更有效地控制了污染物排放量。研究为水资源利
用与水环境保护冲突管理提供了新的协调方法。
关键词：经济效益；排污总量；讨价还价博弈；主从博弈；非劣解；均衡解
中图分类号：TV213.4 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210357

1 研究背景

社会经济用水后的污染排放量对水生态环境施加压力负荷，带来水资源短缺、水环境污染、水
［1］
生态破坏等诸多问题，而水生态环境的破坏反过来制约着水资源利用 。《中共中央关于制定国民经
济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》指出：绿水青山就是金山银山，坚持
尊重自然、保护优先，主要污染物排放总量持续减少，完善环境保护约束性指标管理。”这明确了生
态环境具有重要的经济价值，良好的生态环境是经济可持续发展的基础，过度开发利用水资源、破
坏水生态环境必然会影响社会经济发展质量。
水资源开发利用与水环境保护等多目标之间相互矛盾、相互竞争的情况下，利益相关主体进行
的决策，常使用多目标决策方法 ［2-4］ ，该方法以系统科学为理论基础，运用最优化理论求解水资源安
全的社会、经济与环境目标，这是一种自上而下的理想方法。该方法假定存在权威的决策者，不存
在满足各个目标的同时最优解，而是非劣解集，不是唯一的解而是一组解。在非劣解处，改善一个
目标函数的效益，必以牺牲其他目标函数的利益为代价，在解决实际问题中，被选中的解只是非劣
解集中权威决策者的偏好解 ［5-6］ 。由于多目标优化决策方法强调最优化整体利益而忽视个体利益，引
［7］
发个体利益与整体利益冲突 ，出现整体效率与个体公平困境，使水资源利用安全面临挑战。
博弈论方法突破了传统多目标优化决策的效率和公平困境，能更好地模拟多个主体相互作用的
［8］
利益冲突问题 。博弈根据是否可以达成具有约束力的协议分为合作博弈和非合作博弈，合作博弈着
［9］
重研究集体行为特点，关心合作得到的收益并能够分配各方的收益 ；非合作博弈侧重个体行为特征
研究，各博弈方通过理性竞争方式实现各自目标效益最大化 ［10］ 。在有约束力的合作协议难以达成的
情况下，非合作博弈方法将成为博弈研究的重要方向 ［11-12］ 。

收稿日期：2021-04-16；网络首发时间：2022-01-06
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20220105.1150.002.html
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基金项目：国家自然科学基金项目（51979199）
作者简介：付湘（1971-），教授，主要从事水文水资源研究。E-mail：xfu@whu.edu.cn
通讯作者：谈广鸣（1958-），教授，主要从事水沙科学研究。E-mail：tangm@vip.163.com
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