本文是一篇決策模擬論文，本文采用情景仿真和智能優化方法來研究節水政策下企業生產用水決策問題以及實現不同規模企業節水政策組合的優化。
第一章 緒論
1.1 研究背景
近年來，工業化和城市化的快速發展、人類生產和生活方式的轉變使得水資源的需求量不斷增大。聯合國近期發布的一份報告稱，全球用水量每年增長約1%，到2050年，估計用水量將增加20%~30%。有限的自然水資源和不斷增長的用水需求之間的矛盾制約著社會經濟的發展，同時也促進了需水管理的深入實踐[1]。面對用水需求的突飛猛漲，我國早在2012年就發布了通過資源管理制度建設節水型社會的文件，目標是設定水資源使用的上限，以規范和防止工業和城市過度發展造成資源短缺[2]。建設節水型社會作為中國特色“生態文明”的體現，已被寫入十四五規劃并成為重要的規劃之一。黨的十八大以來，我國始終堅持新時期治水方針，強化需求管理，把“節水優先”放在首要地位[3]。同樣，黨的二十大報告強調，中國式現代化是人與自然和諧共生的現代化，我國始終堅持節約優先，堅持可持續發展。節水作為需水管理的重要內容，把水資源作為城市建設的前置剛性約束條件，對破解我國復雜水問題保障我國水安全至關重要，對于節水型社會建設具有重要意義[4, 5]。
工業作為我國第二大用水主體，具有利益相關者多、社會輻射面廣、帶動作用強等特點。抓好工業節水，尤其是高耗水行業節水，不僅可以緩解水資源供需矛盾，還可產生示范作用帶動全社會共同節水[6]。近年來，我國工業用水量呈現下降趨勢，但仍然存在用水粗放、用水效率低等問題，總體形勢不容樂觀。具體表現為：（1）用水量大，且存在浪費現象。據水資源公報顯示，2021年全國用水總量為5920.2億m3，其中工業用水量為1049.6億m3。除了存在嚴重的缺水問題，另一方面由于企業節水意識不強、水價偏低導致水資源嚴重浪費。（2）用水效率較低。2021年水資源公報顯示，我國萬元國內生產總值（當年價）用水量51.8m3，萬元工業增加值（當年價）用水量28.2m3，和國際上先進水平相比仍存在一定差距。這表明工業節水潛力巨大，工業企業節水不僅能夠為我國用水總量控制提供堅實的基礎，而且可以減少廢水排放，改善水環境。

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1.2 研究目的及意義
1.2.1 研究目的
從水資源供需矛盾的嚴峻現狀來說，建設節水型社會的目標需要三大用水主體的共同努力。目前我國節水工作的重點多聚焦在生活用水以及農業用水上，實際上企業作為用水大戶，具有極大的節水潛力。由于企業盈利的特殊性以及作為經濟發展的中堅力量，企業節水工作進行緩慢，節水積極性不高，節水的意識不強。另外，近年來國家雖然陸續出臺了針對工業企業節水的相關政策文件，但缺乏具體的實施細則和操作辦法，政策落實情況較差，工業企業節水的成效并不顯著。在一定條件下，企業可以通過減產以實現節水的目標，或通過加大節水資金投入提高用水效率實現目標。鑒于此，本文的研究目的如下：
（1）探究水價、補貼和懲罰力度對整個行業生產用水的控制效果 從企業節水的動力來說，經濟效益是企業決策的基礎，因此本研究聚焦企業生產用水，基于計劃用水量、平均用水量、最大用水量設置獎懲標準，提出一種根據節水量和超水量進行精細補貼和罰款的機制。考慮到三種需水管理政策對企業成本效益的影響，基于仿真研究水價、補貼和懲罰力度變動下企業用水決策問題，為實現企業積極參與節水，履行社會責任提供必要的理論參考。
（2）明晰水價、補貼和懲罰力度變動對不同規模企業用水決策的影響 企業具有異質性，因此在研究水價、補貼和懲罰力度對整個行業生產用水控制效果的基礎上，進一步根據計劃用水量將企業按規模分成大中小三種類型，通過設置不同政策情景，對比分析不同規模企業的節水參與情況，討論不同節水政策力度對不同規模企業生產策略選擇的影響。希望能更好地實現企業和政府之間的良好互動，同時也為相關部門制定需水管理政策提供一定的理論參考。
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第二章 理論基礎及框架
2.1 相關理論基礎
2.1.1 需水管理理論
20世紀70年代，美國能源需求快速增長，出現了電力供不應求的困境。為緩解用電壓力，相關部門開始強調需求側管理。實踐證明，需求側管理相關實踐能夠有效緩解能源供需矛盾問題。其后，需求管理被逐步應用于包括水資源領域在內的其他資源稀缺領域，從而促進了需水管理理論的發展。需水管理是相對于供水管理提出的，以往針對水資源短缺對人類正常活動及社會發展的制約，多采用超采地下水、開發新的水源、跨流域遠距離調水等措施來滿足日益增長的用水需求。而這種從供水角度出發的“以需定供”的配水方式和管理模式不符合可持續發展理念，容易對水安全產生巨大威脅。在國際上，以色列受自然稟賦的制約率先研究需水管理。20世紀70年代，美國等一些水資源相對豐富的國家也逐步轉向需水管理。直到2000年，社會經濟快速發展產生的資源供需矛盾迫使尋求更適合的水資源管理方式，我國才開始重點關注需水管理實踐問題。有研究[81, 82]提出我國供水管理應向需水管理轉變，走可持續發展之路。在此基礎上，Jiang等[83]總結了中國實施水資源供需管理對策的過程，還有研究[84]則進一步闡述了從供水管理向需水管理轉變的關鍵。近年來，我國政府在制定和實施水資源管理相關的法律、政策等方面，已融入了需水管理的一些理念，使得需水管理理論得到進一步拓展。
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2.2 企業生產用水控制理論分析框架
對高耗水企業而言，受水資源相關政策的管制，其水資源的獲得是有限的。而水資源的可用性決定了企業的生產規模和經濟效益，直接影響到企業的生存發展。在我國需水管理背景下，如何在企業的生產經營環節融入“節水優先”治水理念，必將成為高耗水企業用水的重要決策前提。
2.2.1 工業節水需求分析
（1）政府需求分析
為實現經濟社會可持續發展，“十四五”規劃強調優先節水、依法治水，把握節水工作的新機遇，努力全面推進節水型社會建設。對于政府來說，促進工業企業節水是緩解水資源供需矛盾的重要舉措，同時也是保障我國水安全的重要任務。在需水管理實施過程中，政府承擔著舉足輕重的作用，其對工業節水工作的重視程度和落實程度關系到整個經濟社會節能減排的進展與成效。政府之所以積極引導工業企業進行節水，一方面是因為工業企業作為我國第二大用水主體，具有巨大的節水潛力；而深層次的原因主要在于節水是一項多重目標決策，能夠同時兼顧社會效益、資源環境效益和經濟效益。其中，工業節水的社會效益主要體現在可以提高工業用水效率，有助于促進經濟可持續發展以及保障社會和諧穩定；其次，工業節水的資源環境效益主要體現在可以遏制水資源的過度開發和浪費，用水量的減少和用水效率的提升間接減少了工業企業污水廢水排放，從而降低了對生態環境的破壞，促進了綠色發展；最后，其經濟效益主要體現在工業節水可以促進工業企業工藝流程以及技術的升級，從而實現以更少的水資源創造更多的經濟價值。因此，政府倡導工業企業實施節水的行為從本質上來說就是實現這三重效益。另外，從政府角度來看，在節水層面工業企業節水首先考慮的是社會效益和資源環境效益，其次是經濟效益，但經濟效益反過來會間接影響到社會效益和資源環境效益，具體表現為經濟效益的保障推動了資源環境的治理和社會的穩定。因此，對政府來說，在節水工作推進的過程中如何根據現實情況做出這三重效益的權衡至關重要。
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第三章 考慮節水政策的工業企業生產用水決策模型構建 ................ 24
3.1 問題描述和基本假設 .................................... 24
3.2 企業生產用水決策模型的構建 ..................... 25 
第四章 不同政策組合情景下工業企業生產用水決策仿真 ................ 36
4.1 數據來源及參數設定 ............................ 36
4.2 不同政策因素對企業生產用水控制效果研究 ............................ 37
第五章 基于粒子群算法的工業企業生產用水調控政策優化 ............ 54
5.1 研究思路 .............................. 54
5.2 粒子群算法 ........................... 55
第五章 基于粒子群算法的工業企業生產用水調控政策優化
5.1 研究思路
由于不同規模企業對政策變動幅度的敏感性不同，導致企業的用水決策在不同類型節水政策的約束或激勵下呈現出不一致性。另外，節水工作是兼顧環境效益和經濟效益的多目標決策。對政府而言，不僅需要關注企業生產過程中節水的總量，還要考慮到稅收和市場穩定，保證企業的經營利潤不受太大影響。而政府作為工業企業生產用水調控政策的設計主體，如何在明晰不同規模企業對不同政策響應規律的基礎上，權衡企業節水的環境效益和經濟效益，分別制定適用于大中小企業生產用水的調控政策組合對工業需水管理的深入實踐意義重大。因此，本研究在第四章研究結果的基礎上，對由水價、補貼力度和懲罰力度構成的政策組合進行優化，探尋政策力度變動下不同規模企業的最優調控政策組合，希望能為政策制定提供理論參考。
根據前文研究可知，情景分析方法雖然能夠在一定程度上分析節水政策的有效性以及比較政策的優劣，卻很難能找到滿足目標要求的最優政策組合。而粒子群優化算法作為經典的智能優化算法之一，因其易于理解、收斂速度快、設置參數少、簡單易實現等優點，已被廣泛用于解決水資源優化問題[105]。該算法利用個體之間的交互實現群體信息共享，不斷更新搜尋到的當前最優解從而得到全局最優解。基于此基本思想，可知本研究政策組合優化的具體思路。

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第六章 結論與展望
6.1 主要結論
用水總量和用水強度雙控目標實施以來，相關部門采用行政、技術等手段對工業進行用水量的宏觀調控。工業作為用水大戶，如何通過優化政策組合實現企業節水是經濟高質量發展的內在要求，也是建設節水型社會的重要工作。
在此背景下，本研究運用仿真和優化方法探究不同政策情景下高耗水工業企業生產用水決策的響應規律以及適用于不同規模企業的最優節水政策組合。首先，基于需水管理理論從政府和企業兩個角度分別分析工業節水需求，在此基礎上對企業生產策略的選擇機理進行描述；其次，通過對政府職能和企業生產決策過程的分析構建企業生產用水決策模型；再者，通過賦予變量實驗參數，基于MATLAB軟件實現模型的仿真，從而探究不同政策因素對企業生產用水的控制效果以及對不同規模企業的生產用水決策影響；最后，基于粒子群算法優化出不同權重情景下不同規模企業的最優政策組合。本研究的主要結論如下：
（1）提高水價和懲罰力度能夠控制企業用水，但會造成企業經濟效益下降；提高補貼力度能實現節水和經濟效益增長的雙重紅利。總之，從節水量來看，三種政策因素都能在一定程度上有效控制企業用水。另外，補貼力度對節水企業的節水力度影響很大，能大幅降低企業生產用水，但對企業的節水參與度影響不明顯。懲罰力度則與之相反，能夠督促更多企業參與到節水的行列中，但對節水企業的節水力度作用不明顯。而水價的上升不僅能提高節水企業的節水力度，還能促使原本不參與節水的企業實施節水行為。
（2）對于計劃用水量在平均用水量和最大用水量之間的企業而言，因不受罰款的約束，企業節水的積極性較小，更傾向于保持現狀。同時，補貼力度對企業用水決策有影響，且隨企業規模的增大作用效果更明顯；對于計劃用水量大于最大用水量的企業而言，發現水價和補貼力度對于規模越大的企業影響作用越大，而懲罰力度對于規模越小的企業影響作用越大。
參考文獻（略）