基于成本視角的水質水量雙向調節生態補償量研究

強安豐， 汪 妮,2， 雒少江， 王中豪

(1.西安理工大學 水利水電學院， 陜西 西安 710048； 2.西安理工大學 省部共建西北旱區生態水利國家重點實驗室， 陜西 西安 710048； 3.陜西省引漢濟渭工程建設有限公司， 陜西 西安 710011)

流域生態補償機制可適當緩解當前流域水環境污染、水資源不合理開發利用，使流域不同區域的環境與社會經濟的可持續發展相協調，得到了學者的廣泛關注[1]。早在20世紀50年代，發達國家就開始嘗試利用經濟手段解決生態環境問題，以促進資源利用與區域可持續發展。John Krutila[2]在1960年提出自然資源價值的概念為研究生態系統服務功能價值提供了理論依據。環境服務的價值是確定補償標準的基礎，生態保護者由于社會經濟、地理位置等狀況的不同，對補償需求也不盡相同[3]，同時還應考慮生態補償項目間的對比，以提高其適應度[4]。20世紀80年代初，我國開始了對生態補償的研究[5]。為減少水土流失、保護森林資源，各地根據實際情況建立了森林生態補償機制。這是我國生態補償最早應用的領域[6]。90年代末期，流域生態補償逐漸成為研究重點。基于水的流動性和流域的完整性，不同區域在水資源的開發、管理和保護等方面是相互關聯的[7]。但由于區域發展的不平衡性，兩者又存在差異。這就導致了區際間在生態資源利用上的不公平[8-9]。徐大偉等[10]提出了跨區域的生態補償量測算方法，并用簡單綜合污染指數法進行水質評價。劉強等[11]以保護區與受益區為基準，運用生態保護成本法和條件價值評估法，建立了生態補償標準測算模型。郭志建等[12]以改良水質和保持水量的投入成本為基礎，提出了流域逐級補償獎懲制度。王奕淇等[13]提出了基于生態環境價值的生態補償標準，并以渭河流域為例進行測算。楊玉霞等[14]從原則、內容和水生態補償資金測算三方面，構建了黃河流域水生態補償機制，提出了加強水生態補償機制基礎研究與試點工作的建議。馬宇菲等[15]構建了黃河流域蘭州段的生態補償機制，并采用條件價值評估法和二元Logistic回歸模型進行分析研究。苗江山等[16]通過分析沿黃地區水資源生態現狀，構建了黃河流域河南段的水資源生態補償機制。陳艷萍等[17]從投入和獎懲角度出發，運用綜合污染指數法和水量差值法，構建了基于水質水量的生態補償測算模型，同時考慮資金的時間價值，測算出黃河流域寧夏段的補償金額。杜勇等[18]根據補償事項特點和資金利用效率等因素，提出了“量質并重”和“雙向動態”的補償機制，并建議制定相關配套政策和保障措施。過往研究中，更多學者傾向考慮投入、收益和獎懲中的兩個來量化補償量，據此構建的生態補償測算模型存在不足，同時對補償主客體間利益分配的公平性考慮也是不夠的。因此，本文綜合考慮成本、價值和獎懲3個方面，以基本補償標準為基礎，建立基于水質水量的生態補償標準測算模型，進行獎懲調節，最終確定流域生態補償標準，并以黃河流域陜西片區為實例進行生態補償的量化研究。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

黃河流域陜西片區地處黃河中游，自北向南流經陜西、山西兩省交界，干流全長714 km，國土面積1.33×105km2，占陜西省面積的64.2%[19]。由于水資源總量稀缺、時空分布不均衡且與經濟社會發展不匹配，導致區域水資源開發利用率高達62%[20]。新中國成立以來，陜西省全面推動水土流失綜合治理，使得黃河流域生態環境得到了全面改善，促使陜西綠色版圖向北推進400 km，入黃泥沙減少5.90×109t，同時，陜西省堅持以增綠為治黃之本，大力實施以退耕還林為主的重點林業生態工程，森林覆蓋率由退耕前的30.92%增長到43.06%。根據陜西省氣象局衛星資料分析表明，以陜北為核心的黃土高原成為全國連片增綠幅度最大的地區[21]。顯然，陜西省在黃河流域的生態保護成效顯著，但投入的成本和利益的損失是自身的，而產生的效益是自身和中下游地區共同的，即存在投入與收益不對等，導致經濟發展與生態建設之間的矛盾日益突出。因此，受益者應給予保護者一定的補償，以解決當前和潛在的流域生態環境問題，促進全流域水資源共建共享，實現各區域公平發展[22]。

黃河流域陜西片區上下游分別為內蒙古和河南地區，此段流域左右岸間的陜西省與山西省承擔同等保護治理黃河的責任，兩省同時分攤內蒙古生態保護帶來的效益，由于兩省生態保護對黃河干流及下游行政區產生的生態服務貢獻不同。因此，河南對上游地區的生態補償標準不同。本文以陜西和河南兩省為例對生態補償量的核算方法進行探討，選用位于黃河流域陜西片區下游處的潼關監測斷面，同時，根據現有數據可知2018年黃河流域陜西片區的年平均降水量更接近多年平均值，故本研究對該監測斷面2018年的水質水量數據進行采集，并通過分析與計算得到補償結果。具體研究區域如圖1所示。

1.2 研究數據

收集整理黃河流域陜西片區的自然與發展概況、水量水質、供水、用水等基礎資料。數據主要來源于2018年的《陜西省生態環境狀況公報》《中國水土保持公報》《中國水資源公報》《黃河水資源公報》等相關內容。

圖1 黃河流域陜西片區示意圖

1.3 研究方法

1.3.1 基本補償標準的計算方法 本文對保護區內生態保護成本進行定量測算，并將其創造的生態服務價值在補償主客體間進行合理分攤，計算出保護區內外效益分攤系數，從而量化保護區外所需要承擔的生態保護成本，最終確定出基本補償標準。其中，生態服務價值采用當量法進行計算，具體計算公式為：

ESVij=VCij·Ai

(1)

式中：ESVij為第i種土地類型的第j項生態服務價值; VCij為第i種土地類型的第j項生態服務單價;Ai為第i種土地類型的面積。

基本補償標準具體計算公式為：

B=C×(1+R)

(2)

式中：B為基本生態補償標準;C為核算出的生態保護成本中應由流域其他行政區承擔的部分;R為生態保護投入的回報率,取近5 a GDP增速的均值。

1.3.2 基于水質的調節計算流程及方法 國內外關于水環境質量方面的評價方法相對成熟，主要有綜合污染指數、水質改良系數法、內梅羅指數法等[23-25]。將上述評價方法的特點與我國流域水環境監測現狀相結合，本研究采用相對簡單、便于計算的水質改良系數法。計算公式為：

(3)

式中：M1為水質補償調節值;Wj為指標權重值,∑Wj=1;Q1為區域界面出口測得的水量;Nj為水質改良系數;p1為水質改良單位投入成本;α為補償修正系數;λ為責任分擔系數。其中,

(4)

(5)

(6)

式中：Dj為區域界面處指標j的實測濃度值;Sj為指標j的目標濃度值; PGDP1為補償主體區域的人均GDP; PGDP為全國人均GDP; 當α大于或等于1時,取值為1;Z1為行政區域a影響目標水質的廢污水排放量;Z2為行政區域b影響目標水質的廢污水排放量。

當出境水質優于斷面控制值時，根據水質的優質程度得到相應的獎勵，水質補償調節值M1為正；反之，水質超標影響下游生態環境，則需懲罰，此時M1為負。基于水質的調節計算流程如圖2所示。

圖2 基于水質的調節計算流程

1.3.3 基于水量的調節計算流程及方法 水資源量直接影響區域的社會經濟、人文發展和生態環境。目前，大多數流域存在著水資源時空分布不均、供需矛盾突出和過度開發等情況，造成了區域與企業發展受阻以及生態環境惡化等一系列問題。因此，關于水量的生態補償調節就顯得尤為重要，本文以流域的水量分配方案為基礎，根據實際耗水量和分配量的差額，進行貢獻度計算。具體計算公式為：

M2=(Q標-Q實)×p2×α×β

(7)

式中：M2為水量補償調節值;Q實為該區域的當年耗水量;Q標為當年分配給該區域的水量;p2為水資源的價格;α為補償修正系數;β為豐枯調節系數。其中:

p2=∑(mi·p2i)

(8)

(9)

式中：mi為i行業用水比例;p2i為i行業用水價格;W多年為多年平均降水量;W當年為當年平均降水量。

當耗水量小于分配量時，根據本區域提供的額外水量得到相應的獎勵，水量補償調節值M2為正；反之，當耗水量大于分配量時，則應懲罰，此時M2為負。基于水量的調節計算流程如圖3所示。

圖3 基于水量的調節計算流程

2 結果與分析

2.1 生態保護成本測算

為保護黃河流域生態環境，同時給予下游區域優質充足的水源，2018年陜西省實施黃河流域生態保護的主要項目有水土保持、水資源保護、自然保護區建設、節水投資，省級投資共計53.9億元。詳細投資情況詳見表1。其中，水土流失治理面積是由坡改梯、水保林、種草、保土耕作、封禁治理等措施的治理面積統計得出。

表1黃河流域陜西片區2018年

生態建設項目成本

億元

2.2 基本補償標準的確定

流域生態環境保護建設除了服務于其他行政區，其自身也是受益者。因此，本文以生態服務價值為基礎，對其在保護區內外進行分攤，從而得出流域其他行政區所承擔的生態保護成本。在謝高地等[26]提出的中國不同陸地生態系統單位面積生態服務價值當量表的基礎上，以全國與陜西糧食產量比進行修正得到陜西省生態服務價值表[27]和根據《陜西省統計年鑒(2019年)》得到的不同土地類型的面積，采用當量法計算出黃河流域陜西片區生態服務價值。由于陜西省各市區生態保護對黃河干流及下游行政區產生的生態服務貢獻不同，因此，根據各市距離黃河遠近以及受益程度，對區域內的7市1縣進行梯級分段計算，沿黃的榆林市、延安市、渭南市和洛南縣為第一梯級，其生態功能對應的權重較高；第二梯級為咸陽市、西安市和銅川市，其對應的權重次之；第三梯級為寶雞市，對應權重較低。通過搜集流域內各方的意見，運用專家賦值法確定保護區內外生態受益的權重系數。詳細數據情況詳見表2。第一梯級至第三梯級區域外生態補償金額分別為382.56，52.83和23.69億元，受益比例分別是28.9%，18.5%和7.4%。生態服務總價值為1 934.02億元，區域內為1 474.94億元，區域外為459.08億元，其生態服務價值比例分別為76.3%與23.7%。因此，可根據生態服務價值在區域內外的分攤系數對生態保護成本進行分攤，可得陜西省分攤值為41.13億元。綜上所述，陜西省生態保護成本中應由流域下游河南分攤的成本C為12.77億元，投入回報率R為2015—2019年陜西省GDP增速的均值7.58%，那么黃河流域陜西片區生態補償量的基本補償標準B為13.74億元。

表2 黃河流域陜西片區2018年各梯級生態受益權重及其生態服務價值 億元

2.3 基于水質的生態補償標準調節值

目前，一般污水處理廠將地表劣Ⅴ類提高至地表水Ⅳ類，需增加每1 t水成本0.1元左右，同時每提高一個級別凈化所需成本以0.05元/t為單位累加。具體凈化成本詳見表3[28]。

《黃河水資源公報(2018年)》顯示，陜西省黃河干流出省斷面水質為Ⅳ類，低于目標水質即Ⅲ類水。因此，應當受到懲罰。其中，陜西省出省斷面超標污染物僅有1項為總磷，濃度達到0.25 mg/L，而目標水質即Ⅲ類水要求總磷的濃度限制為0.2 mg/L。那么，水質改良單位投入成本p1為0.15元/t，水質改良系數Nj為-0.25。由于《黃河水資源公報(2018年)》未公布黃河干流潼關水文站的實測年徑流量，本文利用黃河干流龍門站、三門峽站及支流的華縣水文站的實測徑流量，得到2018年黃河出省水量Q1為3.60×1010m3。

根據《陜西省水資源公報》和《山西省水資源公報》可知，2018年黃河流域陜西片區廢污水排放總量為9.80×108t；山西省并未公布本省在黃河流域廢污水排放總量，僅公布了全省的總排放量為7.93×108t，山西省總面積的62.2%屬于黃河流域，按面積比計算得到2018年黃河流域山西片區廢污水排放總量為4.93×108t；2018年黃河流域陜西片區Ⅲ類以下水質斷面占比27.9%，黃河流域山西片區Ⅲ類以下水質斷面占比71.4%。

由此可得，陜西省水質責任分擔系數λ為0.437。根據2019年《中國統計年鑒》和《陜西統計年鑒》，2018年國民人均GDP為64 644元，陜西省人均GDP1為62 195元，得到補償修正系數α為0.96，因此，基于水質的生態補償調節值為-5.66億元，即陜西省應補償下游河南省5.66億元。

表3 水質凈化成本[28]

2.4 基于水量的生態補償標準調節值

由于《黃河水資源公報(2018年)》僅給出了陜西省包括地表水和地下水在內的耗水總量5.37×109m3。按照2015—2017年《黃河水資源公報》，陜西省地表水耗水量占耗水總量比例的多年平均值58.14%進行劃分，得到2018年陜西省地表水耗水量Q實為3.12×109m3。黃委分配給陜西省的地表水耗水量指標Q標為3.80×109m3，那么陜西省為下游多提供了6.78×108m3水量。

根據2015—2018年《陜西省水資源公報》統計可知，農業用水量和其他行業用水量占總用水量比例的多年平均值分別為62.61%和37.39%。由于各市區水費征收標準不一致，本文在綜合了各市區的情況下，得到農業用水價格為0.25元/m3；其他行業用水按居民生活用水價格為3.50元/m3，得出陜西省黃河水資源的價格p2為1.47元/m3。

根據2019年《中國統計年鑒》和《河南統計年鑒》，2018年國民人均GDP為64 644元，河南省人均GDP1為50 152元，得到補償修正系數α為0.78。根據《陜西省水資源公報》可知，2018年黃河流域陜西片區平均降水量601.6 mm，比多年平均降水量529.1 mm增加了13.7%，得到豐枯調節系數β為0.88。那么，基于水量的生態補償調節值為6.84億元，即河南省應補償上游陜西省6.84億元。

3 討論與結論

流域區際生態補償是一個綜合性問題[29]。補償標準的建立和量化是流域區際生態補償的基礎，也是其順利實施的重要依據[30]。該文以基本補償標準為基礎，采用水質改良系數法和水量貢獻度法，構建了基于水質水量的生態補償測算模型，并以黃河流域陜西片區為例進行分析研究。

(1) 2018年陜西省關于黃河流域生態保護建設總投資53.9億元，產生了1 934.02億元的生態服務價值，保護區內外各占比76.3%與23.7%。

(2) 為統籌補償客體生態保護積極性與補償主體支付意愿和支付能力，確定黃河流域陜西片區生態補償量的基本補償標準為13.74億元；基于水質、水量調節值分別為-5.66億元、6.84億元，根據“獎優懲劣”原則得到水質水量生態補償調節值為1.18億元。因此，2018年陜西省獲得生態補償金額為14.92億元。

(3) 本文嘗試同時考慮成本、價值和獎懲3個方面，提出和建立了生態補償標準測算新模型，相比以往的測算模型，使得測算結果更符合實際情況，同時也更適應于外部環境要素的變化。

(4) 此外，該研究的生態補償標準測算模型還存在不足。在指標設置上，保護區內生態建設項目情況還需進一步考證;在實例分析時，由于涉及的范圍較廣，搜集到的數據與實際情況還存在一定的偏差。同時，本次研究以陜西和河南兩省為例對生態補償量的核算方法進行了初步探討，未考慮陜西省與上游內蒙古的補償關系以及與山西省補償資金的分配問題，下一步將考慮復雜的計算模型，對復雜的上下游和左右岸的補償關系進行探索與研究，從而為黃河流域陜西片區的生態補償標準提供參考依據。