基于纳污控制的流域初始排污权配置模式研究

张丽娜， 沈俊源， 于倩雯

(1.湖北经济学院 经济与环境资源学院， 湖北 武汉 430205； 2. 河海大学 商学院， 江苏 南京 211100)

1 研究背景

在全球气候变化和人类活动的双重影响下，水环境恶化、水生态退化等问题日益复杂[1-2]。流域内区域间排污冲突不断爆发，流域初始排污权配置是解决该矛盾的有效途径，也是排污权交易中争议最大和最困难的问题[3]。开展流域水功能区限制纳污红线管理，严格控制污染物入河湖总量，是落实最严格水资源管理制度的核心环节[4]。基于纳污红线控制约束，选择合适的流域初始排污权配置模式，将入河湖污染物总量配置给流域内各区域，化解区域排污冲突，是一个值得研究的课题。继1988年我国发布《水污染物排放许可证管理暂行办法》，流域初始排污权配置研究也全面开展起来，如太湖流域分别在2008和2013年编制《太湖流域水环境综合治理总体方案》，明确水污染物排放总量控制目标。2011年以来，各流域相继开展纳污总量分解实践。Hahn[5]指出在不完全竞争的市场中，选择合适的初始排污权配置模式对排污权交易体系的构建至关重要。近年来，许多学者从不同角度对流域初始排污权配置模式开展研究，主要成果如下：(1)现时经济活动量或非经济因子配置模式。黄玲花等[6]以单位土地面积探索初始排污权配置模式。完善等[7]分别构建基于经济最优性和公平性的流域初始排污权配置模型。Wang等[8]提出了分两阶段实现公平和效率的排污权配置方法。(2)多指标混合配置模式。仇蕾等[9]兼顾效率和公平，基于AHP法确定淮河流域排污权初始分配方案。Sun等[10]兼顾公平效率，提出基于信息熵的排污权配置模式。(3)排污绩效配置模式。张丽娜等[11]以纳污控制为约束，利用区间两阶段随机规划(ITSP)方法构建省区初始排污权配置模型。王艳艳[12]构建基于限排总量逐层分解的流域两层排污权分配模型。Nikoo等[13]分用户合作和非合作两种情景提出排污权博弈配置模式。Mahjouri等[14]从多利益相关者合作的角度，提出基于退回讨价还价法(FB)的排污权配置模式。王洁方[15]利用竞争性配置方法构建基于自身排污配比最大化的排污权配置模式。

国内外学者对流域初始排污权的研究集中在从兼顾经济性或公平性出发，考虑流域内各区域的政策、水环境容量等条件约束，构建符合区域特性的配置模式，实现初始排污权的合理配置，但适应纳污红线控制要求的流域初始排污权配置模式研究尚处于起步阶段，方法的可操作性低。因此，面向纳污红线控制要求，结合我国流域水污染的实际情况，通过对现时经济活动量配置模式、非经济因子配置模式和排污绩效配置模式的基本原理解析，比较3种模式的侧重点、功能及不足，构建操作简单、实用、易于推广的流域初始排污权配置模式，为我国53条跨省流域初始排污权的纳污总量分解政策的制定提供决策参考。

2 流域初始排污权配置模式的比较分析

2.1 流域初始排污权配置模式的原理分析

2.1.1 现时经济活动量配置模式 又称改进现状配置模式，初始排污权配置以达标排放基础上的现状排放量为依据[16]，配置模型为：

WPidt=(1-(WPidt)0/WPidt0)·WPidt0

(1)

式中：WPidt和(WPidt)0表示规划年t区域i关于水污染物d的初始排污权量和纳污控制总量，t/a；WPidt0表示基准年t0区域i关于水污染物d的达标排放量，t/a。

2.1.2 非经济因子配置模式 非经济因子配置模式包括水环境容量配置模式、人口配置模式和面积配置模式。三者配置原理基本相同，以水环境容量配置模式为例进行解析，该模式配置模型为：

(2)

式中：WECidt表示规划年t区域i关于水污染物d的水环境容量，t/a； (WPdt)0表示规划年t关于水污染物d的流域入河湖限制排污总量，t/a。

2.1.3 排污绩效配置模式 传统排污绩效是指污染物排放量与利税或者产值的比值，排污绩效法是指将排污绩效与各排污单位的基准年产值相乘得到的初始排污权配置量[16]。但是该方法难以全面考虑区域的真实利税或者产值的污染物排放强度，具有片面性。针对该问题，借鉴相关研究成果[7,17]，给出如下排污绩效配置模式：设规划年t区域i的经济发展指标为Qit(WPit)，用GDP、经济利税贡献等指标表征经济发展水平，区域i关于水污染物d的排污绩效函数为Vidt(WPidt)=Vidt(Qit(WPit)/WPidt)，对历年区域i的排放单位污染物的经济收益Qit(WPit)/WPidt通过指数拟合法进行拟合，BWPidt由∂Vidt(WPidt)/∂WPidt的幂指数系数表示，则配置模型为：

(3)

式中：BWPidt表示规划年t区域i关于水污染物d的排污绩效，104元/t。

在该配置模式中，经济绩效指标的选取会对配置结果产生显著影响，可结合区域具体情况选择GDP、经济利税贡献、经济发展规模贡献、对劳动就业贡献等测算指标中的一种或几种。

2.1.4 多因素混合配置模式 流域初始排污权配置是由水环境现状、社会经济技术发展水平、水环境资源禀赋差异等多种因素共同作用的结果，应充分考虑其产生的各种影响[18]。本文以“纳污总量控制、兼顾公平和效益、尊重区域水环境容量差异、保障社会经济发展连续性”为配置原则，对现时经济活动量配置模式、非经济因子配置模式和排污绩效配置模式的配置结果进行加权综合，从而构建多因素混合配置模式，确定各区域初始排污权量，其配置模型为：

(4)

由于AHP法[19]以定性与定量相结合的方式融合决策者对多因素重要性的经验和判断，简单实用，尤其在处理涉及意愿、偏好等难以量化的影响因素权重确定方面，优势显著。因此，本文采用AHP法确定各种配置模式的权重。

2.2 配置模式侧重点及功能比较分析

现时经济活动量配置模式、非经济因子配置模式、排污绩效配置模式和多因素混合配置模式各具有其侧重点及不足。具体比较分析内容见表1。

表1 4类流域初始排污权配置模式的比较分析

3 实例研究

3.1 数据选取与处理

太湖流域是我国水资源相对丰富的地区之一，然而该流域 “蓝藻病”久治不愈[20]，水质型缺水严重。为落实纳污红线控制制度，太湖流域亟需加强纳污总量控制管理，开展流域初始排污权配置研究。COD、NH3—N和TP为太湖流域纳污控制的关键控制指标。通过太湖流域各区域《2000-2012年统计年鉴》、《2003-2012年太湖流域及东南诸河水资源公报》、太湖流域各区域《环境状况公报》、《太湖流域水环境综合治理总体方案(2013年)》以及实地调研等方式，得 2000-2012年太湖流域各区域人口、面积、GDP、环境容量和主要污染物入河湖量的数据。由于太湖流域各个规划方案采用的纳污能力预测方法和基准年选取不同，导致规划年2020年流域主要污染物入湖控制总量存在差异，但为严格落实纳污红线控制制度，选取COD、NH3—N和TP入河湖控制总量的最小值为纳污控制总量，分别为393573.05、36918.00和5233.16 t/a。2000-2012年流域内区域i的GDP与COD、NH3—N和TP入河湖量的比值Qi(WPid)/WPid，d=1,2,3,i=1,2,3分别代表江苏省、浙江省和上海市，数值见表2。

运用指数拟合法对2000-2012年江苏省、浙江省和上海市GDP与污染物入河湖量的比值进行拟合，得到3个区域关于COD、NH3—N和TP的排污绩效函数，鉴于篇幅有限，仅列出3个区域关于COD的排污绩效函数及拟合曲线图，见图1。通过对9个入河湖排放绩效函数求导，得幂指数系数BWij=∂Vid(Wid)/∂Wid，即BW11=7.48；BW12=71.75；BW13=471.39；BW21=4.01；BW22=36.33；BW23=226.43；BW31=9.94；

BW32=131.56；BW33=725.4。

表2 2000-2012年太湖流域各区域GDP与污染物控制指标入河湖量的比值 104元/t

图1 江苏省、浙江省和上海市COD入河湖排放绩效函数及拟合曲线

3.2 太湖流域初始排污权的配置结果

按照现时经济活动量配置模式、人口配置模式、面积配置模式、水环境容量配置模式和排污绩效配置模式，将相关数据代入公式(1)、(2)和(3)，依次获得规划年2020年3个区域关于COD、NH3—N和TP的初始排污权量。利用AHP法融合决策者对现时经济活动量配置、人口配置、面积配置、水环境容量配置和排污绩效配置5种排污权配置模式重要性的经验与判断，确定5种排污权配置模式的权重分别为0.30、0.18、0.18、0.15和0.22，将相关数据代入公式(4)，得基于多因素混合配置模式的配置方案。具体结果见表3。

3.3 太湖流域初始排污权配置方案的合理性分析

绘制不同配置模式下COD、NH3—N和TP的初始排污权配置结果图，见图2，探讨太湖流域初始排污权的合理配置模式。

根据表3，绘制不同配置模式下COD、NH3—N和TP的初始排污权配置方案。不同配置模式下，太湖流域3种水污染物的配置原理是一样的，因此本文仅以COD为例，对比分析不同配置模式下太湖流域江苏省、浙江省和上海市的COD配置结果。由图2可知，按照现时经济活动量配置模式，浙江省占较大优势，但难以体现经济效益；按照面积配置模式，江苏省占较大优势，上海市处于劣势，这与太湖流域经济产业发展布局不匹配；如果按照排污绩效配置模式，上海市占绝对优势，主要体现效率，难以兼顾公平，保障浙江省基本生活用水需求和基本农业用水需求；人口配置模式与水环境容量配置模式相差不大，相比于浙江省，上海市常住人口多，略占优势，主要体现社会公平；多因素配置模式与水环境容量配置模式的配置方案比较接近，严格实施区域水环境纳污控制制度，并保持经济的持续增长，适当提高江苏省和上海市的COD排污权量，致力实现经济社会发展与水环境保护双赢，实现人水和谐共生。综上分析，多因素混合配置模式集聚了多种配置模式的优点，配置结果合理，相比于基于区间两阶段随机规划模型的配置模式[7,11]，数据易于搜集，简单实用，可推广性强。因此，本文将基于多因素混合配置模式的配置结果，作为2020年太湖流域初始排污权的配置推荐方案。

表3 不同配置模式下的太湖流域初始排污权配置方案 t/a

图2 不同配置模式下COD、NH3—N和TP的初始排污权配置方案

4 结论与讨论

(1)对比分析现时经济活动量配置模式、非经济因子配置模式、排污绩效配置模式和多因素混合配置模式的配置侧重点及功能，结果表明：多因素混合配置模式全面考虑了历史排污达标情况、社会经济发展连续性、水环境资源禀赋差异、社会公平性、经济效益性等多种因素，兼顾公平和效率，能较好地体现“纳污总量控制、兼顾公平和效益、尊重区域水环境容量差异、保障社会经济发展连续性”的初始排污权配置原则。但合理融合各个配置模式所蕴含信息的权重确定方法的选取，是确定最终配置方案的关键，值得进一步研究。

(2)对比分析不同配置模式下，太湖流域COD、NH3—N和TP的初始排污权的配置方案，结果表明，多因素配置模式集聚了多种配置模式的优点，并与水环境容量配置模式的配置方案比较接近，实现流域水环境纳污总量控制的有效分解，但适度提高了江苏省和上海市的COD、NH3—N和TP的初始排污权量，有利于促进经济的持续增长和社会公平，致力实现经济社会发展与水环境保护双赢，同时，操作简便，易于推广，以其该模式在我国53条跨省流域得到借鉴推广。

(3)目前，流域初始排污权配置是政府主导下的水污染物免费配置模式，是政策性较强的行为。因此，在流域初始排污权配置过程中应该充分发挥政府宏观调控作用。一是建议太湖流域管理机构建立排污奖惩制度，考核结果作为区域政府领导综合考核评估的重要依据；二是建议太湖流域管理机构制定和执行严格的环境标准，两省一市要发挥市场在初始排污权配置中的决定性作用，助推落后产能的限制与淘汰，进行产业结构调整；三是建议两省一市完善产业结构布局，尽快建立治污设施跨区域共享机制，更好地发挥治污设施的功能。

参考文献：

[1] ELIASSON J. The rising pressure of global water shortages[J]. Nature,2015,517(7532):6.

[2] BURROWS W, DOHERTY J. Gradient-based model calibration with proxy-model assistance[J]. Journal of Hydrology,2016,533:114-127.

[3] 刘 钢，王慧敏，仇 蕾. 湖域工业初始排污权合作配置体系构建——以太湖流域为例[J]. 长江流域资源与环境,2012，21(10):1223-1229.

[4] 黄彬彬，王先甲，胡振鹏，等. 基于纳污红线的河流排污权优化分配模型[J]. 长江流域资源与环境,2011,20(12):1508-1513.

[5] HAHN R W. Market power and transferable property rights[J]. Quarterly Journal of Economics,1984,99(4):753-765.

[6] 黄玲花，刘宁杰，农卓恩，等. 以单位土地面积探索排污权初始指标分配模式[J]. 桂林理工大学学报,2016,36(2):361-367.

[7] 完 善，李寿德，马琳杰. 流域初始排污权分配方式[J]. 系统管理学报,2013,22(2):278-281.

[8] WANG Sufeng, YANG Shanlin. Carbon permits allocation based on two-stage optimization for equity and efficiency: a case study within China[J]. Advanced Materials Research,2012,518/523:1117-1122.

[9] 仇 蕾，陈 曦. 淮河流域水污染物的初始排污权分配研究[J]. 生态经济,2014,30(5):169-172.

[10] SUN T, ZHANG H, WANG Y. The application of information entropy in basin level water waste permits allocation in China[J]. Resources, Conservation and Recycling,2013,70:50-54.

[11] 张丽娜，吴凤平，王 丹. 基于纳污能力控制的省区初始排污权ITSP配置模型[J]. 中国人口·资源与环境,2016,26(8):88-96.

[12] 王艳艳. 基于纳污控制的流域排污权分配及交易研究[D]. 郑州：郑州大学, 2016.

[13] NIKOO M R, BEIGLOU P H B, MAHJOURI N. Optimizing multiple-pollutant waste load allocation in rivers: an interval parameter game theoretic model[J]. Water Resources Management,2015,30(12):1-20.

[14] MAHJOURI N, BIZHANI-MANZAR M. Waste load allocation in rivers using fallback bargaining[J]. Water Resources Management,2013,27(7):2125-2136.

[15] 王洁方. 总量控制下流域初始排污权分配的竞争性混合决策方法[J]. 中国人口·资源与环境,2014,24(5):88-92.

[16] 于术桐，黄贤金，程绪水，等. 流域排污权初始分配模式选择[J]. 资源科学,2009,31(7):1175-1180.

[17] 宋春花. 主要污染物初始排污权分配方法研究[D]. 长春：吉林大学,2014.

[18] 于术桐，黄贤金，程绪水，等. 流域排污权初始分配模型构建及应用研究——以淮河流域为例[J]. 资源开发与市场,2010,26(5):400-404.

[19] 吴凤平，陈艳萍. 流域初始水权和谐配置方法研究[M]. 北京: 中国水利水电出版社,2010.

[20] 李魏武，陶 涛，邹 鹰. 太湖流域水资源可持续利用评价研究[J]. 环境科学与管理,2012,37(1):85-89.