總量控制下流域多元主體水排污權交易行為仿真

張 凱

(江蘇理工學院經濟學院，江蘇 常州 213001)

水資源是維系支撐區域經濟社會發展和人民安居樂業的基礎性戰略資源。近年來，伴隨著中國經濟高速增長帶來的水資源環境污染問題逐漸受到關注。我國的水體污染程度和廢水排放總量均呈現上升趨勢，《中國統計年鑒》顯示，全國化學需氧量(COD)排放總量由2000年的1 445萬t上升至2020年2 564.8萬t，增幅為77.5%；同時全國廢水排放總量呈上升趨勢，生活廢水排放總量逐漸增加，工業廢水排放總量呈現先升后降的趨勢。面對中美貿易摩擦帶來的全球經濟放緩和環境污染的雙重壓力，我國政府在“十四五”規劃明確提出要堅持綠色發展，將生態文明可持續發展與經濟社會發展的全面綠色轉型結合，用以應對社會經濟發展和環境污染之間的矛盾。我國采取市場化機制治理環境污染問題具有政策的一致性和可溯性。2015年黨的十八屆五中全會明確將“綠色發展”納入中國未來經濟和社會發展的五大理念之一，上升為國家發展戰略。習近平總書記在2018年全國生態環境保護大會上指出，提高環境治理水平，要充分運用市場化手段，完善資源環境價格機制。2019年中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于統籌推進自然資源資產產權制度改革的指導意見》中指出，要通過完善價格形成機制，擴大競爭性出讓，發揮市場配置資源的決定性作用。我國“十四五”規劃明確指出，全面實行排污許可制，推進排污權、用能權、用水權、碳排放權市場化交易。采用市場化交易機制已成為國家治理環境污染的重要手段之一。

學術界對排污權交易的研究主要集中在國外排污權交易機制經驗借鑒、初始排污權配置、排污權交易機制構建、排污權交易的影響及效果、排污權交易與生態補償等方面。在國外排污權交易機制經驗借鑒方面，于杰等[1]探究了排污權理論引入和本土化實踐；胡彩娟[2]對美國排污權交易的演進歷程、基本經驗和對中國啟示進行了分析；封凱棟等[3]對國內外的排污權交易制度設計進行對比。在初始排污權配置研究方面，張麗娜等[4]基于納污能力控制的ITSP配置模型對省區的初始排污權進行了配置；吳鳳平等[5]基于區間直覺模糊集模型對流域初始排污權配置方案進行綜合評價；劉鋼等[6]以太湖流域為例構建了湖域工業初始排污權合作配置體系。在排污權交易機制構建研究方面，卜國琴等[7-10]對中國的排污權交易機制進行了設計和探析；杜群飛等[11-12]對中國排污權交易市場化機制存在的問題進行分析并尋找對策；涂正革等[13]探究了排污權交易機制是否能在中國實現經濟和環境雙贏的波特效應；Rubashkina等[14]基于歐洲制造業的實證分析了環境規制和競爭力的相互影響。在排污權交易的影響及效果研究方面，任勝鋼等[15]分析了排污權交易機制是否會提高企業全要素生產率；傅京燕等[16]分析了排污權交易機制對綠色發展的影響；劉承智等[17]分析了排污權交易對經濟績效的影響作用；杜群飛等[18]分析了排污權交易政策的有效性；劉海英等[19]分析了排污權交易對清潔技術創新水平是否有提升影響；沈滿洪等[20]分析了排污權交易制度的減排效果；Testa等[21]探討了排污權機制對競爭績效的影響；F?re等[22-23]分析了非期望產出的交易下的潛在收益，以及交易許可制度帶來的潛在收益；宿曉等[24]建立了再生水供方最低定價模型；仇蕾等[25]建立無政府監督管理和存在政府監督管理兩種情形下排污權交易企業雙方之間的博弈模型并進行了演化博弈仿真；王建文等[26]對我國水排污權交易市場構建進行了法律層面的思考。在排污權交易與生態補償方面，肖加元等[27]分析了基于水排污權交易的流域生態補償研究；李冬冬等[28]基于排污權交易分析了減排研發補貼的最優值。梳理文獻后可知，排污權交易的研究熱點逐漸由理論遷移至實踐，局部轉向全面又轉向局部，表明水排污權交易在理論和實踐層面均在逐步深入發展，逐漸演變為資源環境管理方面的研究熱點。學者們對于排污權交易機制的建立與績效影響更為關注，而對排污權交易主體在政策影響下的行為策略選擇的研究略顯單薄。當前排污權交易機制雖然已經建立，但制度的不完善導致排污主體并無自身減排動力，通過市場機制倒逼綠色生產技術進步的成效也并不明顯。因此亟須構建能夠根據排污主體個體行為選擇變化而動的排污權交易機制，實現應用市場化機制來治理環境污染問題，構建排污權交易市場，通過市場交易機制探究治污政策對企業污染排放起到的激勵作用。

1 現實治污困境

排污權交易機制是通過激勵和懲罰的制度約束倒逼排污企業自主形成減排動力，實現綠色技術突破與應用。然而現實中的市場化交易機制并不完美，我國自1991年開展水排污權交易試點以來，中央政府和地方政府都投入了大量的資金政策，但排污權二級交易市場的實踐卻始終不盡人意，除了浙江省部分地區外，排污權的試點工作均遭遇了不同的問題，實際上參與排污權交易的企業數量不高，政府行政主導痕跡明顯，要素市場化配置進程緩慢。排污權市場出現大規模市場失靈現象，原因由多方面構成，包括政府對交易行為的過度干預，交易成本過高，交易信息不完全，排污權交易相關法律支撐不足，企業對排污權交易認知不夠等原因，這些問題直接影響到市場化交易機制的有效性。

現實的治污困境使排污權的交易機制運行不順暢，行為主體責權利不明，導致了一系列現實問題的出現，制約了排污權交易市場化的開展。①排污交易頂層設計缺位，交易體系不健全。目前排污權交易只在部分省份地區開展試點實踐，排污權交易僅局限在單一區域內，在試點區域或省份才能進行排污權交易，試點的區域或省份之間無法進行跨區域交易，也沒有形成國家層面的排污權交易法律法規和交易體系，缺乏對排污交易的技術指導。②排污權初始分配不夠科學合理。企業污水排放配額的初始分配始終存在公平公正方面的問題，不僅要遵循歷史沿革，更要注重治污效率。目前排污權初始分配的依據還不明確，還沒有形成以市場機制為主導的排污權初始分配，排污權初始價格形成機制也無從談起。③污水排放的監管不到位。我國污染物排放的計量基礎相對薄弱，監管能力有限，無法使環保部門掌握排污單位的真實排放數據，對現有的總量和交易量的確定也無法確定，對交易情況的跟蹤、記錄、核實也難以全面有效展開。

針對以上排污權交易機制的實施困境，我國水管部門提出在總量控制下的排污權交易理念。目前對污染的治理目前依舊主要依賴行政手段，傳統的行政命令手段對環境污染問題雖然能夠起到一定的作用，但排污權交易制度能夠使用經濟激勵的機制更具優勢。由此引入總量控制下的水排污權交易理念，總量控制是在地區環境指標的基礎上制定本地區的污染排放總量，能夠在環境污染總體可控的情況下，賦予排污主體自由排污權利。

2 總量控制下水排污權交易邏輯與理論推演

總量控制是實行排污前交易制度的基礎，通過規定排污染排放總量的上限，明確環境容量資源的稀缺性，使環境容量具備經濟屬性，從而賦予排污權力以資源稀缺性，使其有交易的價值。根據外部性理論，資源環境應當作為一種具有價值的產權，環境產權確立后，便能確定環境產權的利益歸屬和正負外部性影響，通過將環境資源確權才能保證環境資源價值化。在環境資源確權后，需要確定區域內的環境容量，根據結果確定可以分配的排污權總量，進行有效的初始排污權額度分配。在排污總量確定時，可依據區域的歷史排放量等進行未來一段時間的排放量預估，確定小于環境容量的排污總量，排污權的稀缺性會通過市場機制實現環境資源的產權價值。企業是政府制定排污權交易政策的作用主體，排污權交易的政策制定對企業排污權行為具有決定性的作用，應當加強企業基于政府排污權交易政策的排污權交易行為的作用機理分析，從而有效掌握企業的交易行為，推動排污權政策的有效實施。

企業作為經濟利益主體，為實現自身盈利目標，會對市場中的環境或信號做出連續性、規范性的決策或反應，趨利避害，獲取更多收益，因此企業對市場的外部環境和制約因素異常敏感，一旦發生變化，就會對企業造成刺激，企業也會基于刺激調整自身的行為來實現利益最大化。排污企業行為選擇的內在機理是企業在內外決策環境作用下進行的適應性反應，針對政府的政策激勵或懲罰引導企業進行相應行為選擇，如果政府不能正確預見或預判政策實施對企業的行為影響，制定的政策就無法達到預期效果，企業也無法按照政府的要求進行行為選擇，導致政策失效。政府制定排污權政策是為了建立企業對環境資源的有償使用機制和資源的市場交易機制，通過影響企業的資本要素分配，從而影響企業對環境資源的使用成本，進而影響企業的經營決策，最終影響企業的生產和環保行為決策，因此在排污權交易政策的作用下，企業將采取多種污染治理投資戰略和策略，例如環保投資行為、排污權交易行為等等。在此分析框架下，政府的治污政策將對排污企業的交易行為策略選擇產生重大的影響。

政府在完成排污權的初始分配后，排污權交易轉向市場，由污染企業自行進行交易，形成水排污權再次交易(二次配置)。市場機制能夠通過價格的引導機制讓排污權流向產生價值最大的單位(個體)，實現市場化的自由配置，也能夠讓資源使用效率達到最佳，在合理的市場競爭下產生最貼合實際情形的交易價格。在市場完全競爭的過程中，政府需要扮演重要的管理者和監督者的角色，政府對排污權交易的過程需要有效監管，需要設立相關法律法規來減少自由競爭中的惡性競爭行為，監督排污主體行為。沿著這個思路，總量控制下的多元主體水排污權交易可分為兩個層次：一是在區域政府環保部門之間排污權的交易，這一層次的交易還沒有形成市場，是政府與政府之間的協定；二是在交易市場中，得到確權的排污權主體可以自主選擇滿足自身排污需求，或將剩余的排污權額度交易出去。具體來說，第一層次，政府部門依據區域環境容量目標確定出區域允許的最大污染排放量，在初級排污權市場上以有償分配模式將排放指標配置給排污企業或者與其他政府的環保部門進行政府級別的排污權交易；第二層次，在排污權交易市場上，排污企業通過交易中介機構，根據自身需求轉讓或申購排污權指標，從而滿足收益或排污的需求；政府部門、社會公眾及環保組織等對排污權交易系統中的各主體進行監督和管理。排污權雙層交易系統在使用市場機制的同時也需要政府監管對可控制的排污權進行優化配置，從而降低環境排放總量，提高治污效率和降低治理成本。因此分析排污企業在政府制定的排污權交易政策下的行為選擇時，應當根據政府的管制強度深入分析排污企業的對排污權的交易行為，同時要分析排污企業對政府管制強度的敏感性。本文擬構建演化博弈模型，討論排污權交易企業在強管制和弱管制下可能出現的均衡結果，并通過數值仿真實驗演示不同參數的取值對演化結果的影響。

3 治污政策與企業排污行為仿真分析

由上述排污權多元主體的交易邏輯和理論推演可知，水資源排污權交易市場中存在著分配不公，初始排污權分配不順，重交易輕監管，自上而下和自下而上的雙重尋租行為等一系列制度管理缺陷，而政府的管理僅停留在排污權確權和交易的相關政策等方面，并沒有將企業對政策決策的反饋效果，政府的政策對行為主體的影響，以及社會公眾參與政策的相關環節考慮在內，忽視了相關政策對行為主體產生的行為影響，無法解決政府部門和企業之間的動態博弈的核心問題，即政策是否對參與主體產生了正向激勵或反向懲罰。由此，本文將應用演化博弈方法分析在政府弱管制的排污權交易主體之間的演化博弈以及政府強管制下的監管部門與交易者之間的演化博弈。

3.1 政府弱管制下排污企業行為演化博弈與仿真分析

3.1.1基本假設與模型建立

排污權交易市場上的轉讓方和需求方企業是市場中交易的主體。排污權轉讓方通常是排污量較低、排污成本低且剩余排污額度較大的企業，這些企業通過提升自身排污技術，降低治污成本，可以在排污權交易市場上出售剩余的排污權以獲取額外收益，而排污權的需求方一般是對排污權需求量大，治污成本較高的排污企業，排污權需求方企業期望能夠從市場上購買到價格低于其治污成本的排污權。政府作為政策制定者、糾紛仲裁者、市場監管者，一般不直接參與排污權交易，但是在宏觀層面政府的控制性政策依舊存在并發揮作用，因為在此處視為弱管制，即不直接對排污權交易企業的行為進行規制，通過其他宏觀政策和管理制度間接進行管制，在政府弱管制下的排污企業交易的博弈分析不考慮政府制定政策的影響。在排污權交易市場中，買賣方是否能夠如實披露自己交易的真實價格對于能否實現資源的效率配置起到至關重要的作用。在排污權交易的過程中，賣方企業往往通過合謀的方式來提高賣出的價格，買方企業往往通過合謀來降低買入的價格，由此，博弈模型中買賣雙方都有兩個策略選擇，合謀(違反規則)和不合謀(遵守規則)。

3.1.2演化博弈模型構建及分析

買方企業選擇不合謀的期望收益是xq(c-p)+(1-x)q[c-p-(1-α)rs],買方企業選擇合謀的期望收益是xq(c-p+αrb)+(1-x)q[c-p+αrb-(1-α)rs],買方群體的期望收益是y{xq(c-p)+(1-x)q[c-p-(1-α)rs]}+(1-y){xq(c-p+αrb)+(1-x)q[c-p+αrb-(1-α)rs]},由此，買方在“遵守規則”的情況下復制動態方程為

(1)

賣方遵守規則(不合謀)概率的復制動態方程為

(2)

(3)

表1 政府弱管制下排污權交易企業的支付矩陣

3.1.3演化穩定策略仿真分析

根據排污權交易買賣雙方企業的群體動態，其雅克比矩陣對應的行列式和跡分別為

(4)

(5)

演化的穩定點要求滿足條件，detJ>0，trJ<0。根據局部穩定分析法對均衡點逐個進行分析，由表2可知，只有一個均衡點(0,0)是進化穩定策略(ESS)，剩余的3個局部均衡點有2個是鞍點，1個是不穩定的平衡點。

表2 政府弱管制下排污權交易買賣企業之間局部穩定分析結果

由圖1(a)可以看出，點(0,0)是政府弱管制下的排污權企業買賣交易的演化博弈進化穩定點，該點表示買方和賣方都傾向于選擇合謀的策略，說明當政府采取弱管制時，政府的監管部門沒有實際起到監督作用，買方和賣方的違約成本較低，通過合謀獲取的收益高于遵守市場規則時的收益，在不斷地演化博弈過程中買方和賣方的群體偏向于合謀的比例越來越高，直到最終穩定于買方和賣方群體都選擇合謀策略。若買方選擇合謀，賣方選擇遵守規則，此時由于買方通過合謀能夠壓低報價，而賣方遵守規則，在一定范圍內披露真實報價，則買方群體通過低于市場均衡價格而獲得了超額收益，賣方群體由于遵守規則而遭受了損失，此時賣方群體在不斷地博弈過程中就會逐漸從遵守規則轉向合謀，報價高于市場均衡價格，最終由遵守規則轉向為合謀。若賣方群體選擇合謀，買方群體也會從遵守規則逐漸轉變為合謀。最終雙方的演化博弈策略選擇都將穩定于合謀，但此時雙方群體的策略選擇沒有達到全社會資源的帕累托最優，資源使用效率并沒有達到最優。

(a) 買方-賣方雙方演化

由圖1(b)(c)可以看出，無論初始狀態下買方群體和賣方群體中選擇不合謀的個體占比如何，最終都將穩定于選擇合謀策略，且初始狀態中不合謀個體所占比例越低，趨向最終穩定策略的速率越快，當初始狀態中不合謀個體所占比例為10%時，需要二次演化博弈仿真即可歸于穩定策略，當所占比例為90%時，需要5次演化博弈達到穩定策略。同時還可發現，買方群體在演化博弈過程中，趨向穩定策略的速率要高于賣方群體，原因可能在于買方群體更為零散，無法形成更強合力，在交易過程中無法占據更為主動的市場地位，對政府的監管行為也較為敏感，對交易價格的敏感程度也更高，對利空事件的反應更為劇烈，因此將會更快得達到穩定策略。綜上分析可知，無論買方還是賣方，無論群體中在初始階段選擇不合謀的個體占比如何，在經過幾次演化博弈后，買方和賣方群體最終都將穩定于合謀，這與政府的弱管制、市場對合謀行為的默許程度、合謀行為所產生的較大收益以及政府對合謀行為的較低懲罰有關。因此，為防止排污權交易的買賣雙方最終達到合謀的穩定行為，擾亂市場的正常秩序，政府應當承擔起市場監管、規則制定、懲罰激勵并舉的重要角色，由弱監管向強監管逐漸轉化。

3.2 政府強管制下監管部門與交易者之間的演化博弈與仿真分析

3.2.1基本假設與模型建立

與上節中的設定不同，在政府強監管的情形下，將博弈主體改為政府監管部門和排污權交易企業。政府水管部門是監管者，對排污權企業的交易行為進行監管，體現到模型中就是政府監管排污權交易雙方是否按照排污權交易規則進行交易，當然政府管理部門也可以默認市場交易主體熟諳交易規則從而減少監管，降低成本，因此政府水管部門有監管程度高和監管程度低兩種行為策略選擇。排污權交易企業既包含買方，也包含賣方，排污權交易企業有合謀與不合謀兩種策略選擇。

政府監管程度較高的比例為x，監管程度較低的比例為1-x，政府監管程度高時，監管成本設為cw，若交易雙方存在違規行為，則向收取懲罰費用cv；在政府監管程度較低時，監管成本較低，則監管成本為0，上級政府發現監管部門的監管力度不夠的概率為λ，向監管部門收取的懲罰費用為ch，監管部門向違規交易雙方收取懲罰費ca。排污權交易企業遵守規則的比例為y，不遵守規則的比例為1-y。遵守規則情況下市場的單位交易價格為p，違反規則情況下的單位交易價格為pa，市場上有m個賣方企業，有n個買方企業，買方企業的單位治污成本為ci。對于政府監管部門和排污權交易企業的演化博弈分析可以用表3表示。

3.2.2演化博弈模型及其分析

政府監管部門選擇“監管程度高”的復制動態方程如下：

(6)

令f(x)=0，可得到政府監管部門的復制動態的3個穩定狀態，即

排污權交易企業選擇“不合謀”的復制動態方程如下：

(7)

令f(y)=0,可得到排污權交易企業的復制動態3個穩定狀態，即

3.2.3演化穩定策略仿真分析

根據復制動態方程和參數約束條件，采用MATLAB2019b軟件模擬仿真在政府管制下監管部門和水排污權買賣雙方的行為策略選擇，假設cw=5，cv=8,λ=0.2,ch=2,ca=7,p=8,pa=11,q=10,圖2表示在“政府監管部門-交易方”“交易方單獨”和“政府監管部門單獨”情形下多次演化博弈后的模擬仿真結果。由圖2可以看出，點(0,1)是進化穩定點，即在政府管制下監管部門與水排污權交易方在進行不斷的博弈過程中，監管部門穩定于監管程度低的策略選擇，水排污權交易方穩定于不合謀的策略選擇。該穩定點的意義在于，通過加強對合謀行為的懲罰力度，讓排污權交易企業意識到合謀的最終受益將低于遵守規則時的收益，此時交易企業會自覺遵守規則。從圖2(a)也可以看出，無論水排污權交易方的初始概率如何界定，其策略選擇最終均穩定于不合謀，同樣無論監管部門監管程度高的概率如何界定，其策略選擇最終均穩定于監管程度低，這符合實際情形下對監管部門和水排污權交易雙方的預期，也是政府監管想要達到的政策管理和實施效果，即通過政府管制政策敦促監管部門在發現排污權交易企業出現合謀的現象后收取較高的懲罰費用，水排污權交易企業從自身利益最大化的角度出發，逐漸傾向于采取不合謀的策略選擇，最終達到一種穩定的策略均衡，即監管部門監管程度低，排污權交易企業不合謀。由圖2(b)(c)可以看出，在政府管制下由于機會成本與懲罰費用的不對等，無論水排污權交易方還是監管部門，其初始選擇的概率并不會影響最終演化策略的穩定性，且監管部門的達到穩定選擇的演化速率比水排污權交易企業更為迅速。

表3 政府監管部門和排污權交易企業演化博弈支付矩陣

(a) 監管部門-交易方

在實際情況下，上級政府部門對環保監管部門的監督應當采用機制化、制度化的管理模式，增加法治，減少“人治”，以規章制度為準繩對監管部門實施常態化管理，因此降低上級政府部門對環保監管部門的監管程度具有現實意義。同樣，對于水排污權交易方，遵守交易規則應當成為所有交易者的共識，由政策引導，由激勵和懲罰機制倒逼，使監管部門的正向政策激勵水排污權交易者始終采取遵守交易規則的策略。

通過對比政府管制前后排污權交易方的策略選擇可知，上級政府對環保監管部門的監管在很大程度上影響了排污權交易方是否會產生合謀的行為。無政府監管時，水排污權交易企業無論買方還是賣方最終都穩定于合謀策略，而政府選擇監管后無論初始選擇監管程度高的概率如何，水排污權交易企業都將策略穩定于不合謀，這符合政策預期，也符合個體的理性選擇。

4 結論與建議

4.1 結論

a.排污權交易機制是應對環境保護和社會經濟協調可持續發展的創新方式，總量控制下的排污權交易制度能夠對排污主體進行有效正向激勵和反向懲罰，引導排污企業主動減排，相比傳統行政命令更具制度優勢。

b.對比水排污權交易方在政府弱管制和政府強規制兩種情形下是否會選擇違規的合謀行為壓低或抬高價格的策略行為，在完全自由競爭的市場下，政府的弱管制沒有對排污權交易企業形成有效制約，水排污權交易方傾向于違規合謀，隱瞞真實價格；當政府進行強管制，有效監督，制定有效的獎懲政策，并且上級政府部門能夠對下級部門采取有效監督時，水排污權交易方的行為策略受到多因素制約，能夠引導企業減少違規合謀現象，產生自發減排動力，倒逼綠色生產技術進步。

4.2 建議

a.有效提升排污權交易制度的市場化條件。排污權交易制度應當在試點、示范和推廣經驗基礎上，充分發揮市場化屬性，逐步完善建立水排污權的有償取得和交易管理制度，為水排污權交易主體提供優質的交易平臺，同時應當規范中介組織和社會輿論監督組織的行為，需要處理好政府和社會組織的聯合監管監督制度，強化排污權交易企業的市場主體地位，政府應當充當合格的裁判員、仲裁員和監督員。

b.適時恰當使用總量控制行政管制和排污權交易制度市場化控污手段。總量控制行政管制和排污權交易制度都能夠對減排發揮重要作用，兩種控污手段各有側重，應當在實踐中結合適時恰當使用。在初始排污權分配前應當以該地區的環境容納水平進行排污總量控制，而在初始排污權分配后應當行政管制與市場化交易并重進行治污。

c.制定排污權交易制度時應加大對減排綠色創新的政策激勵和對違法違規行為的懲罰力度。在排污權初始額度分配時應當根據不同企業綠色創新減排的差異給予不同的政策獎勵扶持，給綠色創新減排的企業適當增加初始額度，引導排污企業提高自身減污能力，投入更多資源提升清潔能源。同時，應當結合經濟、行政處罰、追究刑事責任等一系列懲罰措施對違法違規的排污權交易現象進行追究，建立動態懲罰機制，降低監督成本。