基于熵權法的跨省水生態補償標準測算與資金分配
——以東江流域為例

高慧忠，劉 慧，許鳳冉，張春玲，李 想

(1.中國水利水電科學研究院水力學研究所，北京 100038； 2.中國水利水電科學研究院水資源研究所，北京 100038)

流域內一定質量和數量水資源的開發利用具有不同程度的競爭性。上游水源區水資源利用或保護存在正負兩方面的外部效應，它會隨著水循環從上游向下游轉移，一方面，上游水源保護在下游產生正的外部效益；另一方面，上游水資源過度開發可能造成下游水資源短缺或水污染加劇。實施流域生態補償是解決這些問題的有效手段。近些年，國家高度重視推進水生態補償機制建設，先后出臺《關于健全生態保護補償機制的意見》《關于加快建立流域上下游橫向生態保護補償機制的指導意見》等重要文件，明確在江河源頭區、重要河流敏感河段和水生態修復治理區等七大類型水域開展流域水生態保護補償。

自2011年以來，我國先后在新安江、東江實施跨省流域生態補償試點，補償量的科學測算和補償資金的有效分配直接關系到補償試點的實施成效。相關學者對此的研究可歸為兩類[1-7]：一是從保護生態環境的直接投入和發展機會損失測算；二是通過生態系統服務價值和水資源價值測算。這些成果可為建立生態補償機制提供依據，但缺少結合試點實施情況的研究。本文以東江流域跨省生態補償試點為例，結合試點以來的實際投入和保護效果，建立基于跨省斷面水量水質和投入效益的補償量測算模型，測算直接成本補償量和機會損失補償量，并構建熵權模型，將測算的直接補償量分配到水源區各區縣，為進一步的試點工作中優化調整標準，實施資金和政策等多樣化補償措施提供參考。

1 跨省水生態補償標準測算與資金分配方法

1.1 水生態保護與建設成本分析

江河源區水生態保護與建設成本包括直接保護成本和限制產業發展的間接機會損失。

1.1.1直接保護成本測算方法

直接保護成本是指江河源區為保護源區水生態環境所付出的保護與建設投入，包括植樹造林、封山育林、水源涵養、水質監測站建設、水土保持、生態移民等項目資金，以及進一步改善水環境質量而新建的城市垃圾和污水處理設施、環境污染綜合整治項目、水利設施等項目的投資。本次計算以東江源區為例，直接保護成本Ct直接考慮林業建設與保護Ct林業、生態移民Ct移民和水土保持Ct水保3類實際投入：

Ct直接=Ct林業+Ct移民+Ct水保

(1)

1.1.2間接發展機會損失測算方法

間接發展機會損失是為保護源區水生態環境而限制部分行業發展，進行產業結構調整，關、停、否定高污染行業所帶來的發展機會損失。在測算發展機會損失時可采用實證調查法、經驗對比法[8-9]，在缺乏足夠的實證調查數據情況下，通常采用經驗對比法，通過比較江河源區與鄰近受水源保護影響較小區域的經濟發展水平之間的差異，作為評價水生態保護與建設的間接發展機會損失測算依據，見式(2)。本文將2017年贛州市東江源區三縣(尋烏縣、安遠縣、定南縣)與江西省整體人均生產總值對比分析，計算間接機會發展損失。

Ct間接=(G0-G1)αN1

(2)

其中

式中：Ct間接為間接發展機會損失；G0為鄰近參照地區人均生產總值；G1為江河源區人均生產總值；α為補償系數，即水資源對經濟的影響系數；N1為江河源區人口數；Gs為江河源區的地區生產總值；Rs為江河源區的財政收入。

因此，水生態保護與建設成本的計算公式表示為

Ct=Ct直接+Ct間接

(3)

1.2 基于水量水質與投入效益的跨省補償量測算模型

江河源區為水生態保護和建設所做的工作，在整個流域內發揮著巨大效益，因此在源區水量水質得到合理開發和有效保護的前提下，源區保護成本應得到補償。江河源區水生態保護與建設產生的效益，一部分由源區享受，一部分轉移到下游。源區水生態保護與建設成本、水量、水質以及產生的效益是補償量計算的主要因子，因此，建立跨省斷面水量水質和投入效益的補償量測算模型[8-10]，引入水量分攤系數Vt、水質修正系數Qt和效益修正系數Et，測算下游對源區水生態保護與建設的補償量。

a.水量分攤系數。根據流域上下游水資源利用狀況，將Vt確定為源區提供給下游水量W下占源區總水量W總的比值，即：

(4)

因此，下游因利用源區水量而需承擔源區水生態保護與建設成本Ct的分擔量為CtVt。

b.水質修正系數。源區的水質優劣直接影響下游的用水效益，因此引入水質修正系數Qt對下游分攤的成本CtVt進行修正。以常用的水質指標COD質量濃度作為交界斷面處的代表性指標，假設交界斷面處要求的水質標準為S：①當交界斷面處的水質Q等于S時，下游只需分攤利用源區水量的成本CtVt；②當交界斷面處的水質Q優于S時，下游除需分攤成本CtVt外，還需對水質優于Q時少排放的COD量Pt進行補償，采用源區環境保護中削減單位COD排放量的投資Mt估算，則下游因得到更優水質需向源區補貼PtMt；③當交界斷面處的水質Q劣于S時，斷面水質沒有達到所要求的標準時，源區在得到下游分攤的水量成本CtVt外，還需向下游地區就多排放的COD量賠償PtMt。

考慮水量分攤和水質修正后下游對源區水生態保護與建設的補償量為

(5)

(6)

c.效益修正系數。根據經濟學的生產者行為理論，確保水生態保護與建設投入效益大于成本，以保持投資的積極性，應引入效益修正系數，對下游承擔的水生態保護與建設補償量進一步修正，并且應使效益修正系數Et>1。水資源對于下游地區經濟、生態具有長期效益，參照《建設項目經濟評價方法與參數》(第三版)，取社會折現率6%，得到Et為1.06。在實際補償機制建立的過程中，應對Et值有一個協商和逐步調整的過程。

綜上所述，得到江河源區跨省斷面水量水質和投入效益因素的補償量Cdt計算公式為

Cdt=CtVtQtEt

(7)

1.3 水源區資金分配的熵權模型

補償資金的分配是生態補償機制實施中的重要環節，補償資金一般用于彌補水生態保護與建設成本，目的在于激勵生態保護行為，體現補償機制的社會公平和生態保護積極性。因此，提高生態補償資金的使用效率與分配合理性，將成為解決水生態保護與建設成本、均衡保護責任、分享水資源效益的關鍵節點。

本文通過構建熵權模型，根據指標變異性的大小客觀確定權重，進而對補償資金進行分配[11]。在熵權模型的構建中，補償資金分配指標的選取是重要一環。補償資金一般用于分享生態資源效益、體現生態保護貢獻度、彌補發展機會成本損失等，因此，補償資金分配指標的選取應體現其用途。指標的選取分為正向指標和逆向指標，正向指標是代表向上或向前發展、增長的指標，指標值越大評價越好；逆向指標是用于彌補發展機會損失的指標，指標值越小評價越好。一般來說，若某個指標的信息熵越小，表明指標值的變異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評價中所能起到的作用也越大，其權重也就越大。應用熵權模型確定權重包括：指標的標準化處理、定義熵信息、確定熵權重。

a.指標的標準化處理。由于各項指標的計量單位不統一，因此，在計算指標權重前，需要進行標準化處理，即把指標的絕對值轉化為相對值，解決各項不同指標值的同質化問題。假定m個評價對象，n個指標，xij為第j個對象的第i個指標值。對于正向、逆向指標分別采用以下公式進行數據標準化處理

(8)

(9)

式中：xjmaxxjmin分別為第j個對象的最大、最小指標值。

b.定義熵。在有m個評價對象、n個評價指標的評估問題中，第j個對象的熵為

(10)

其中

c.確定熵權重。定義了第j個對象的熵后，可得到第j個對象的熵權重為

(11)

2 水生態保護補償標準測算與資金分配

2.1 東江源區概況和補償試點實施進展

東江是珠江三大水系之一，橫跨江西和廣東兩省，發源于江西省贛州市尋烏縣，源區有尋烏水和定南水兩大水系。江西省東江源區流域面積為 3 613.77 km2，占東江全流域面積的1/10，是東江的水源涵養地。源區內鎢、鉛、鋅和稀土資源等礦產資源豐富，素有“世界鎢都”和“稀土王國”之美稱。2017年江西省東江源區水資源總量53.42億m3，其中輸入廣東境內32.75億m3，占東江全流域年平均徑流量的12.7%，為下游東深供水等水資源開發利用工程提供了優質水源。江西省東江源區主要涉及尋烏、定南、安遠三縣，2017年末常住人口95.67萬人，其中農業人口74.55萬人，城鎮化率僅為22.1%，大部分以農業種植為生，地區人均生產總值為2.25萬元，人均收入較低。尋烏、安遠兩縣為國家級貧困縣，定南縣為省級貧困縣，貧困人口占源區三縣總人口的44.1%。

為深入貫徹落實《國務院辦公廳關于健全生態保護補償機制的意見》，保護和改善東江流域生態環境，贛粵兩省于2016年10月簽署了《關于東江流域上下游橫向生態補償的協議》，以“成本共擔、效益共享、合作共治”的原則，以流域跨省界斷面水質考核為依據，建立東江流域上下游兩省橫向生態補償機制，確保流域水環境質量穩定和持續改善。協議補償期限三年(2016—2018年)，以兩省跨省界斷面水質年均值達到Ⅲ類標準并逐年改善為考核目標，補償資金額度為每年5億元，其中中央財政出資3億元，江西、廣東兩省各出資1億元，專用于東江源頭江西省水污染防治和生態環境保護與建設工作。2020年1月，贛粵兩省正式簽署第二輪東江流域生態補償協議，繼續第二輪三年試點階段。首輪試點三年來，江西省累計投入超33億元用于東江源區保護與治理，取得了階段性成果。源區生態環境明顯改善，水質達標率100%，森林覆蓋率達80%以上[13]，綠色發展取得成效，加快了綠色特色農業發展，實現“廢棄礦山”變“金山銀山”。本文在開展東江源區生態補償試點的基礎上，重點考慮贛州市尋烏、安遠、定南三縣的水源保護投入，建立補償標準測算模型與補償資金分配模型，為進一步試點工作的開展提供理論依據。

2.2 水生態保護與建設成本測算

以2017年為例，測算江西省東江源區直接保護成本與間接機會損失。源區直接保護成本包括林業建設與保護、水土保持與生態移民等直接投入。

a.林業建設與保護方面，包括植樹造林、封山育林、森林生態效益保護以及護林人費用。據贛州市林業局數據顯示，東江源區三縣2017年投入資金 21 837.84萬元，其中林業建設投入11 577.1萬元，運行維護投入10 260.74萬元。

b.水土保持方面，據相關數據顯示，截至2017年累計治理水土流失面積277.79 km2，其中2017年治理87.9 km2，投入資金19 735.5萬元，從2013年以來，尋烏縣廢棄稀土礦山治理面積約14 km2，建設投資約10億元，平均每年投資2億元，總投資 3.97億元。

c.生態移民方面，包括生態移民的補助和移民的安置投入。據贛州市扶貧辦數據統計2017年共投入資金3.90億元。因此，直接保護成本為10.05億元。

江西省東江源區始終把在“在發展中保護、在保護中發展”貫穿于經濟社會發展全過程，嚴把項目準入門檻，把保護生態環境作為項目準入的前置條件，嚴格執行國家產業政策，堅決落實環保、水保“三同時”制度，工業園區入園項目環評率達到100%。2016年以來，江西省東江源區共拒絕不符合國家產業政策和高污染、高能耗等不利于環保的項目462家；累計拆除、關停、整治畜禽養殖場(戶)1 488家；尋烏縣出臺了《尋烏縣國家重點生態功能區產業準入負面清單制度(試行)》，共拆除、關停、整治畜禽養殖場(戶)415家，整治率約30.9%。本文應用經驗對比法，將江西省東江源區與江西省平均經濟發展水平對比分析，應用式(2)計算源區2017年發展機會損失。由東江源區贛州市三縣2017年的生產總值與財政收入得到生態補償系數為12.80%，結合贛州三縣與江西省人均GDP的差距，可知具體源區的間接發展機會損失，為18.91億元。因此，江西省東江源區水生態保護與建設總成本為28.96億元。

2.3 基于跨省補償機制實施成效的補償量測算

a.水量分攤系數Vt。東江流域擔負著香港、廣州、深圳、河源、惠州、東莞等多個地區的供水任務。根據相關數據顯示，2017年江西省東江源區水資源總量53.42億m3，輸入廣東境內32.75億m3，則水量分攤系數Vt為0.613。

b.水質修正系數Qt。根據《東江流域上下游橫向生態補償協議》，東江流域江西、廣東兩省行政跨省界斷面廟咀里、興寧電站為兩個水質考核斷面。考核指標為《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)[14]中pH值、CODMn、BOD5、NH3-N、TP等5項指標，水質年均值達到Ⅲ類即為達標。其中CODMn為主要監測指標，因此本文以常用的CODMn質量濃度作為跨省界斷面處的代表性指標。根據2017年兩個跨省界考核斷面CODMn質量濃度的監測值與地表水環境質量Ⅲ類標準值的對比分析，2017年省界斷面CODMn質量濃度檢測值優于水環境質量Ⅲ類標準值。與Ⅲ類標準值相比，省界斷面減少CODMn負荷量約106 616.5 t。根據相關研究[14-15]，CODMn的單位污染物平均治理成本為1.25萬元/t。由式(6)可估算水質修正系數Qt為1.693。

因此，由式(7)可計算江西省東江源區水生態保護年補償量，結果為31.86億元，其中直接成本補償量11.06億元，機會損失補償量20.80億元。在實際對江西省東江源區水生態補償中，由于直接成本與發展機會損失的性質不同，補償方式也有所不同。直接成本是源區為保護、維持或恢復生態環境而投入的成本，是實際發出的支出和費用，因此在補償過程中應以資金和項目投資的形式為主，加大資金的投入與管理。發展機會損失是因選擇某一決策而放棄另一決策造成的損失，是一種潛在的收益，在補償過程中應以國家的支持政策和下游對上游的技術與經濟合作為主，如在稅收方面，對源區產業結構調整過程中實行有期限的減免政策，以幫助源區實現產業轉型。

2.4 補償資金分配

江西省東江源區補償資金主要分配給為源區水生態保護做出貢獻的三縣，即尋烏縣、安遠縣、定南縣。采用式(8)～(11)，應用熵權模型來分配補償資金。本文涉及3個補償對象(m=3，尋烏縣、安遠縣、定南縣)，根據生態補償資金分配指標選取的科學性、一致性、可行性原則以及影響因素，再結合江西省東江源區實際情況選取補償資金分配指標，指標的選取應能夠體現江西省東江源區生態環境資源情況、社會經濟發展情況以及生態環境治理情況，因此就每個補償對象選取6個指標(n=6)，分別為人均水資源量、森林覆蓋率、流域集水區面積、人均GDP、人均財政收入、污染治理投入(不含稀土礦山治理)，具體各指標數值如表1所示。

表1 補償對象資金分配計算參數指標值

根據各區縣選取指標的數值確定三個縣的補償資金分配百分比，將直接成本補償量11.06億元分配給各個縣，其中尋烏縣應得補償資金最高，占比為37.2%，補償金額為4.12億元；其次是安遠縣，占比32.2%，補償金額為3.56億元；定南縣應得補償資金最少，為3.38億元。具體計算結果如表2所示。

表2 補償資金分配計算結果

3 結 語

本文考慮江西省東江源區補償試點實施過程中實際保護投入及發展機會損失，以權威公開的水量、水質監測體系為基礎，提出基于跨省斷面水量水質和投入效益的補償測算模型與資金分配的熵權模型，使補償標準的測算與資金分配有據可循。經估算，測算的直接成本補償量為11.06億元，其中尋烏縣4.12億元，安遠縣3.56億元，定南縣3.38億元，該計算結果高于《東江流域上下游橫向生態補償協議》中的補償金額(中央和下游廣東省每年補償4億元)，因此，隨著試點工作的深入開展，應加大對源區水生態的保護投入和補償力度。

為更有效地彌補限制發展的機會損失，建議加強上下游經濟合作，促進流域可持續發展。針對東江流域產業布局現狀，實現江西省東江源區與東江下游的產業銜接，創建流域投資共建的經濟產業鏈，實現全流域“生態共建、利益共享”。