水資源是實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素。在我國,由于人口眾多、水資源時空分布不均及污染浪費等問題,水資源供需矛盾日益尖銳,對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的影響也日益加劇。長期以來,行政手段直接配置水資源是我國水資源配置的主要方式,這種方式容易造成水資源價格扭曲和使用效率低下。因此,研究水資源優(yōu)化配置問題是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善的重要課題。水資源配置需要發(fā)揮市場機制在解決水資源供需矛盾和提升水資源利用效率中的作用。在市場機制下,如何規(guī)避水資源短缺和價格上漲的風險就成為水務(wù)管理者亟待解決的問題。水期權(quán)賦予合約持有人在未來的某一特定時間內(nèi)以某一約定的價格買入或賣出一定量水的權(quán)利。與現(xiàn)貨購買相比,水期權(quán)能夠幫助減少水資源管理過程中人為、自然、經(jīng)濟等方面存在的不確定性因素帶來的風險,提升水資源供應(yīng)的可靠性并降低水資源管理的成本�；诖�,本文研究不確定性因素存在的環(huán)境下基于水期權(quán)的水資源優(yōu)化配置問題,主要研究內(nèi)容如下:(1)給出水期權(quán)的設(shè)計方案及定價公式。本文結(jié)合水資源管理的復雜性和特殊需求、水資源的稀缺性、較長的存續(xù)時間及可用水量的不確定性,給出了水期權(quán)的設(shè)計方案,設(shè)置了水期權(quán)的執(zhí)行條件和具有彈性的執(zhí)行數(shù)量。由于水期權(quán)的復雜性及水市場的不完全市場特征,在水期權(quán)的定價中無法采用傳統(tǒng)的期權(quán)定價方法。本文分析了水資源管理過程中存在的不確定性因素的影響,采用帶跳的不確定過程來描述水價格過程,給出了在不確定理論下所設(shè)計的看漲水期權(quán)的定價公式。(2)構(gòu)建引入看漲水期權(quán)后的水資源不確定性優(yōu)化配置模型。針對看漲水期權(quán)決策過程中的兩階段特征并考慮到水資源系統(tǒng)中存在的多種不確定性,本文結(jié)合區(qū)間-兩階段混合整數(shù)隨機規(guī)劃方法構(gòu)建引入看漲水期權(quán)后的水資源不確定性優(yōu)化配置模型并給出了求解算法。案例研究驗證了所建模型和算法的有效性,一方面,水務(wù)管理者使用看漲水期權(quán)的影響因素包括執(zhí)行閾值、最大可執(zhí)行量、執(zhí)行價格、水期權(quán)費等,另一方面,看漲水期權(quán)在規(guī)避水資源短缺風險、提升區(qū)域經(jīng)濟效益等方面發(fā)揮了積極作用。(3)構(gòu)建引入選擇期權(quán)后的水資源不確定性優(yōu)化配置模型。針對可用水量在枯水期時短缺無法滿足用水需求,在豐水期時又過剩造成棄水的問題,本文設(shè)計了一種選擇期權(quán)。此種水期權(quán)允許水務(wù)管理者在枯水期時選擇為看漲水期權(quán)買入一定量水,在豐水期時又可選擇為看跌水期權(quán)賣出一定量水,從而達到既能規(guī)避水資源短缺風險又能避免水資源浪費的目的。結(jié)合區(qū)間-兩階段混合整數(shù)隨機規(guī)劃方法,構(gòu)建了引入選擇期權(quán)后的水資源不確定性優(yōu)化配置模型并給出了求解算法。案例研究驗證了所建模型和算法的有效性,一方面,選擇期權(quán)是更靈活的水資源管理工具,另一方面,通過使用選擇期權(quán),高價值用水戶的用水目標和分配水量得以提升,低價值用水戶的用水需求則受到抑制,從而有助于提升水資源的使用效率。(4)構(gòu)建了基于看漲水期權(quán)的跨區(qū)域調(diào)水不確定性優(yōu)化配置模型。作為看漲水期權(quán)的出售方,調(diào)水區(qū)雖然可以從看漲水期權(quán)中獲得經(jīng)濟收益,但同時也承受著看漲水期權(quán)被執(zhí)行時有可能帶來的水資源短缺風險。結(jié)合區(qū)間-兩階段隨機多目標混合整數(shù)規(guī)劃方法,并考慮到看漲水期權(quán)對出售方的不確定性影響因素,構(gòu)建了基于看漲水期權(quán)的跨區(qū)域調(diào)水不確定性優(yōu)化配置模型及其求解算法。案例研究驗證了所建模型和算法的有效性,一方面,通過適當選取看漲水期權(quán)的最大可執(zhí)行量和執(zhí)行價格,能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)水區(qū)和受水區(qū)整體經(jīng)濟效益的最大化,另一方面,與其它調(diào)水方式相比,調(diào)水區(qū)通過看漲水期權(quán)出售水資源獲得了經(jīng)濟補償,受水區(qū)通過執(zhí)行看漲水期權(quán)增加了在枯水期時的調(diào)水量,規(guī)避了水資源短缺風險。(5)基于看漲水期權(quán)的跨區(qū)域調(diào)水不確定性優(yōu)化配置模型在區(qū)域多水源調(diào)水中的應(yīng)用。由于區(qū)域通常會由多個水源供水,水務(wù)管理者可以向多個供水者購買看漲水期權(quán),構(gòu)成一個水資源采購組合。本文將(4)所建模型應(yīng)用于基于看漲水期權(quán)的大連市多水源調(diào)水優(yōu)化配置問題,將(2)和(3)所建模型應(yīng)用于現(xiàn)貨水交易加看漲水期權(quán)模式下的大連市多水源調(diào)水優(yōu)化配置問題,并進行對比。分析結(jié)果顯示,通過看漲水期權(quán)方式進行調(diào)水更有利于保障大連市金州以南地區(qū)在枯水期時的用水安全。通過考察看漲水期權(quán)參數(shù)對大連市系統(tǒng)凈收益的影響,為大連市的水資源規(guī)劃提供了建議。
【學位單位】：河北大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TV213.4;F724.5
【部分圖文】：

根據(jù)水資源的可用量，水務(wù)管理者依據(jù)經(jīng)濟效益最大原則為本區(qū)域內(nèi)的用水戶分配水資源。引入看漲水期權(quán)后，水資源優(yōu)化配置的決策過程見圖 3-1。圖3-1 水資源分配的決策過程示意圖通過以上分析可知，將本章使用的參數(shù)和變量定義如下：f ：區(qū)域系統(tǒng)凈收益($)；u：用水戶總數(shù)；iNB ：用水戶i的單位水量凈收益(3$/ m )；iT ：用水戶i的用水目標(3m)；E [ ]：隨機變量的期望；OP：看漲水期權(quán)的期權(quán)費($)；Q ：區(qū)域可用水量，為隨機變量(3m)；QA：當可用水量為Q 時，看漲水期權(quán)的最大可執(zhí)行量(3m)；R：二元變量，0 表示不購買看漲水期權(quán)，1 表示購買看漲水期權(quán)；第一階段 確定是否購買看漲水期權(quán) 為區(qū)域內(nèi)的用水戶確定供水目標第二階段 確定期權(quán)的執(zhí)行量 為區(qū)域內(nèi)的用水戶分配水資源

加都會影響水務(wù)管理者的決策。如圖 3-2 所示，在所有 375 種情況中有 72.8%水務(wù)管理者會購買看漲水期權(quán)，27.2%不會購買。圖3-2 引入看漲水期權(quán)后的決策過程表 3-4 是所有決策結(jié)果的分布情況，其中 R 1表示購買看漲水期權(quán)， R 0表示不購買看漲水期權(quán)�？梢娍礉q水期權(quán)的四個參數(shù)，即水期權(quán)費、執(zhí)行價格、執(zhí)行閾值、最大可執(zhí)行量的取值均對是否購買看漲水期權(quán)有影響，圖 3-3 至圖 3-5 是由表 3-4 得到的，展示了看漲水期權(quán)參數(shù)取值與是否購買看漲水期權(quán)的相關(guān)關(guān)系。具體分析如下。如圖 3-3 所示，隨著看漲水期權(quán)執(zhí)行價格的上漲，用水戶的用水需求受到較高水價的抑制，水務(wù)管理者購買看漲水期權(quán)的意愿下降。當執(zhí)行閾值為 L

50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 表示不購買看漲水期權(quán)，1 表示購買看漲水期權(quán)圖3-3 執(zhí)行價格對購買看漲水期權(quán)的影響如圖 3-4 所示，隨著看漲水期權(quán)費的增加，購買看漲水期權(quán)的成本上升，水務(wù)管理
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本文編號：2843938