成本分擔下黃河流域跨省生態補償利益均衡分析

康艷青，毛柯予，朱永明

（鄭州大學 管理工程學院，河南 鄭州 450001）

1 引 言

黃河流域不僅是我國重要的生態屏障，而且流域內生產活動密集、能源分布廣泛，但受限于歷史原因、資源稟賦、區位條件等，流域內生態環境用水長期被經濟用水擠占，造成區域生態壓力過載［1－2］。近年來，國家高度重視黃河生態保護治理，黃河流域生態保護和高質量發展已成為重大國家戰略。黃河流域大部分省（區）屬于我國中部、西部地區，經濟基礎較為薄弱，單一省（區）的經濟投入難以滿足治理需求，水流的跨區域性和共享性造成流域上下游之間關聯緊密、成本與效益相互轉換，治理過程中“搭便車”現象時有發生［3－4］，因此對流域上下游治理主體的激勵和監管十分必要。2020 年，財政部、生態環境部、水利部和國家林草局研究制定了《支持引導黃河全流域建立橫向生態補償機制試點實施方案》（以下簡稱《實施方案》），明確提出黃河流域上下游各省（區）應加快建立橫向生態補償機制，促進流域協同治理。然而，生態補償涉及的利益主體關系復雜，各主體在補償過程中更加注重自身利益［5］，不同區域的治理制度和手段出現掣肘現象［6］，使流域治理效果難以保障。在這種情況下，明確黃河流域上下游政府參與生態治理的策略選擇、構建公平合理的成本分擔方案、量化上級政府監管的激勵約束范疇，對于解決流域上下游政府用水利益矛盾、建立流域長效生態補償機制、實現流域可持續發展具有現實意義。

生態補償是實現流域協同治理的主要手段，當前國內外學者對生態補償的研究主要集中在3 個方面：一是補償主體的確定，如鄭云辰等［7］從利益相關者角度將主體抽象為政府、市場和社會公眾構成的多元集合，將客體定義為生態服務的提供者；曹洪華等［8］認為不同主體間易發生利益沖突，借助演化博弈模型可以模擬主體的利益均衡情況，在不斷沖突與調試中實現最優策略。對于流域跨界水污染問題，王宏利等［9］考慮流域生態補償的合作模式和邊界性，認為上下游政府是橫向生態補償博弈的主要參與者，在多方協商過程中發揮主導作用。二是補償方法的探討，多數學者把水質、水量［10］、治理成本［11］、生態系統服務價值［12］等作為生態補償標準，采用生態足跡法［13］、條件價值法［14］、能值分析法［15］等對標準進行測算，評估治理成本與收益，從而優化補償資金配置，提高利益相關者參與流域治理的積極性。三是生態補償機制的實證研究，Halkos 等［16］、朱仁顯等［17］、Bhandari 等［18］基于問卷調查對流域補償標準和核算內容進行了深入探討，指出當前實施過程中存在的問題。雖然上述研究可為跨界流域生態治理提供有益啟示，但當前對于黃河流域的相關研究仍有限，并且大多研究是基于生態保護和經濟發展這兩部分獨立開展的［19］，因此適用于黃河流域經濟與生態協調發展的生態補償機制仍有待進一步探索。

本文構建黃河流域跨省生態補償演化博弈模型，探討流域上下游政府的利益均衡策略，結合河南、山東兩省簽訂的《黃河流域（豫魯段）橫向生態保護補償協議》（簡稱《補償協議》）引入成本分擔模型［20］，對上級政府激勵約束范疇和下游地區應承擔的生態補償費用進行量化，分析所構建模型在黃河流域的適用性，以期為提高流域生態補償效率、建設其他流域跨省生態補償機制提供參考。

2 黃河流域跨省生態補償演化博弈模型構建

2.1 理論假設和模型構建

為持續提高黃河流域生態環境質量，根據《實施方案》，流域內各地區應強化工作成效考核，按照工作目標完成情況實行獎懲機制。對工作達標地區撥付補償資金，對未達標地區進行相應資金扣減，并將扣減的資金撥付給生態環境保護工作和生態環境質量改善工作成效突出的地區，提高各地區工作的積極性和主動性。據此做出以下理論假設。

假設1：考慮到實際執行情況，將黃河流域整體分為上游和下游兩個區域，將上下游地區政府作為利益主體。博弈過程中信息不對稱導致上下游主體并非是完全理性的，通常需要引入上級政府作為第三方進行干預，上游政府可以選擇是否投入資金治理黃河，即“保護”或“不保護”策略，下游政府可以選擇“補償”或“不補償”策略［21］。

假設2：引入上級政府的激勵約束機制。若上下游地區均采取合作策略（“保護”和“補償”），則上級政府對雙方予以獎勵；若上下游地區均采取不合作策略（“不保護”和“不補償”），則上級政府對雙方予以懲罰；若上下游地區僅一方采取不合作策略（“不保護”或“不補償”），則上級政府對不合作方進行懲罰，對合作方進行獎勵，同時將不合作方的處罰金額獎勵給合作方，以強化約束作用。

假設3：當上游地區選擇“保護”策略時，對流域治理的綜合投入成本（保護黃河成本和治理黃河成本）為C1，此時上游地區獲得的綜合收益（生態收益和經濟收益）為L1，下游地區獲得的收益（上游地區進行生態保護時對下游造成的正外部性影響所產生的收益）為L2；當上游地區選擇“不保護”策略時，上游地區獲得的收益為S1，下游地區獲得的收益為S2；當下游地區選擇“補償”策略時，下游地區對上游地區進行生態補償所支付的費用為C2。

假設4：就上級政府而言，對履行“補償協議”的地區應當給予獎勵G，當上下游地區一方采取不合作策略時給予處罰F，并將處罰金額以一定比例α獎勵給履行方（α∈［0，1］），即上級政府對單方履行“補償協議”地區的獎勵總額為G＋αF。此時，黃河流域上游政府和下游政府博弈的收益矩陣見表1。

表1 上游政府和下游政府博弈的收益矩陣

2.2 策略的演化穩定性分析

假設黃河流域上游地區采用“保護”策略的比例為x，那么“不保護”策略的比例為1－x；假設流域下游地區采用“補償”策略的比例為y，那么“不補償”策略的比例為1－y。

2.2.1 上游地區采取策略的演化穩定性

黃河流域上游地區采取“保護”策略的收益為

上游地區采取“不保護”策略的收益為

上游地區整體平均期望收益為

黃河流域上游地區選擇“保護”策略的復制動態方程為

由式（4）可知穩定點為x?＝0 或x?＝1、y?＝L1－C1＋G－S1＋（1＋α）F／αF。

（1）當y＝y?、0≤y?≤1 時，F（x）＝0 始終成立，即當上游地區以y＝y?的水平選擇“補償”策略時，無論上游地區選擇何種策略，其預期收益沒有區別。

（2）當y＜y?時，F′（1）＜0，x?＝1 是演化穩定策略，即當下游地區以y＜y?的水平選擇“補償”策略時，上游地區的策略從“不保護”逐漸演變為“保護”，以達到最終的穩定狀態。

（3）當y＞y?時，F′（0）＜0，x?＝0 是演化穩定策略，即當下游地區以y＞y?的水平選擇“補償”策略時，上游地區的策略從“保護”逐漸演變為“不保護”，“不保護”策略成為上游地區的穩定策略。

2.2.2 下游地區采取策略的演化穩定性

黃河流域下游地區采取“補償”策略的收益為

下游地區采取“不補償”策略的收益為

黃河流域下游地區選擇“補償”策略的復制動態方程為

由式（8）可知穩定點為y?＝0 或y?＝1、x?＝G－C2＋（1＋α）F／αF。

（1）當x＝x?、0≤x?≤1 時，F（y）＝0 始終成立，即當上游地區以x＝x?的水平選擇“保護”策略時，無論下游地區選擇何種策略，其預期收益沒有區別。

（2）當x＜x?時，F′（1）＜0，y?＝1 是演化穩定策略，即當上游地區以x＜x?的水平選擇“保護”策略時，下游地區的策略從“不補償”逐漸演變為“補償”，以達到最終的穩定狀態。

（3）當x＞x?時，F′（0）＜0，y?＝0 是演化穩定策略，即當上游地區以x＜x?的水平選擇“保護”策略時，下游地區的策略從“補償”逐漸演變為“不補償”，“不補償”策略成為下游地區的穩定策略。

2.2.3 演化博弈模型穩定性條件

基于上述對采取策略的演化穩定性分析得到演化博弈模型的5 個均衡點，即（0，0）、（1，0）、（0，1）、（1，1）、（x?，y?）。采用雅克比矩陣對模型均衡點的穩定性進行分析，式（4）和式（8）對應的雅可比矩陣J見式（9）。當滿足行列式detJ＞0、跡trJ＜0 的條件時，策略（x，y）是穩定均衡策略，博弈模型均衡點的穩定性分析結果見表2。

表2 局部穩定性分析結果

由表2 可知，演化博弈模型的穩定狀態與下游地區的生態保護收益L2及獎懲比例α無關，均衡點的穩定性主要取決于上游地區策略的選擇。構建該模型的目的是探討滿足何種條件更有利于“保護”“補償”策略實現社會期望，因此若以D（1，1）為目標策略，則需滿足條件L1－C1＋G－S1＋F＞0、G－C2＋F＞0。在目標策略成立基礎上又可以分為式（10）～式（12）3 種情況，各種情況的穩定性分析結果見表3。

表3 3 種情況下局部穩定性分析結果

由表3 可知，3 種情況下只有D（1，1）為唯一的穩定均衡策略，穩定均衡的條件為L1－C1＋G－S1＋F＞0、GC2＋F＞0。

2.3 演化結果分析

基于上述演化博弈模型可知，在流域跨省生態補償過程中上下游政府和上級政府采取的策略相互影響。各參與主體策略的選擇與下游地區的生態保護收益L2無關，策略穩定性受上級政府給予的獎懲金額、上游保護成本、下游補償費用等的共同影響，這與前人研究其他流域得出的結論基本一致［22－23］，說明在流域生態保護過程中各主體間的利益沖突是廣泛存在的。此外，獎懲比例α也不會影響演化博弈模型的穩定性，原因可能是隨著近年來環保指標被納入官員政績考核標準體系，地方政府官員更傾向于加強流域生態治理以獲得晉升，此時金錢獎勵對上下游政府激勵效果不明顯。

綜上所述，演化博弈模型要實現最優穩定，需滿足條件G＋F＞C1＋S1－L1、G＋F＞C2。由于F為上級政府對一方主體采取不合作策略時（“不保護”或“不補償”）給予的處罰，且處罰金額以一定比例α獎勵給合作方，因此G＋F可以視為上下游政府履行“補償協議”時從上級政府得到的最大獎勵金額（獎懲金額之和）。對于上游政府來說，采取“不保護”策略時的收益S1可視為其參與流域生態保護治理的機會成本，此時C1＋S1－L1為上游政府采取“保護”策略時的溢出成本，因此上下游政府參與流域生態保護治理的核心是政府的最大獎勵金額是否足以彌補其治理成本。基于此，通過成本分擔模型對黃河流域生態補償的穩定均衡策略進行實證分析，測算均衡條件在黃河流域的適用性，并以此對照河南省、山東省簽訂的《補償協議》，為完善當前生態補償方案提供具象參考。

3 黃河流域生態補償穩定均衡策略的實證分析

通過測算黃河流域上游地區的生態建設與保護成本、農業發展機會成本和工業發展機會成本，使用綜合成本法估算上游河南省對流域治理的綜合投入成本C1。對于下游地區的生態補償費用，通過建立成本分擔模型進行測算。結合下游山東省用水實際情況，選擇水量、水質、用水效益3 個指標對山東省向河南省支付的生態補償費用C2進行測算。

3.1 上游地區生態保護成本估算

3.1.1 生態建設與保護成本

為加強黃河流域生態保護，河南省組織實施大規模生態建設與保護工程。根據河南省“十三五”發展規劃和2020 年度各部門預算公開說明，估算河南省生態建設與保護成本，其中：直接成本包括水利工程建設成本、水土保持成本、林業建設成本，分別投入1 270.0萬元、1 609.4萬元、28 762.6 萬元；間接成本包括水資源節約管理與保護成本、防汛工程建設成本，分別投入5 237.0 萬元、2 962.5萬元。林業建設包括森林生態效益補償、生態林營造、森林撫育和濕地恢復等。2020年，河南省造林面積達10.2 萬hm2，造林補助標準為1 500～6 000 元／hm2，撫育面積為26.6 萬hm2，森林生態效益補償面積為36.2 萬hm2，保護與恢復濕地25 處。

3.1.2 工業發展機會成本

河南省全年出境水量為480.1×108m3，符合Ⅰ～Ⅲ類水質標準的監測斷面占比為68.1%，其中黃河流域出境水量為407.8×108m3。假設工業化學需氧量（COD）排放量與工業增加值成正比，則因COD 排放量減少而損失的納污價值可作為工業發展機會成本轉移至下游地區。2017 年河南省COD 年排放量為143.55×104t，期間為完成“十三五”節能減排約束性目標，打好水污染防治攻堅戰，全省COD 年排放量控制在105.02×104t，若1 m3水的納污價值按0.4 元計算［24］，則轉移至下游地區的工業發展機會成本約為43.78×104萬元。

3.1.3 農業發展機會成本

為改善水土流失狀況、實現國土綠化、發揮生態效益，國家林業和草原局下達了2020 年第二批退耕還林還草任務，河南省需要對新一輪退耕還林工程（退耕地面積為1.60 萬hm2）進行補助。國家退耕還林政策規定黃河流域退耕地每年補助標準為1 350 元／hm2，還生態林補助期限為8 a，還經濟林補助期限為5 a。此外，退耕還林每公頃退耕地補助18 000 元，5 a 內分3 次發放補助，第1 年補助7 500 元，第3 年補助4 500元，第5 年補助6 000 元。河南省單位面積耕地年均經濟價值為24 354 元／hm2［25］，因此退耕還林補助期限內每年損失的農業發展機會成本為57.66×102萬元。

3.2 下游地區生態補償費用估算

3.2.1 成本分擔模型構建

綜上，得到河南省黃河流域生態保護治理期間每年的綜合投入成本C1為48.34×104萬元，其中：生態建設與保護成本為39.84×103萬元，工業發展機會成本為43.78×104萬元，農業發展機會成本為57.66×102萬元。以水量、水質、用水效益3 個指標作為修正系數，估算山東省的生態補償費用。成本分擔模型為［26］

式中：Ksl為水量分配系數，即流域下游地區用黃河水量占上游地區用黃河水量的比例；Ksz為水質分配系數；Kxy為效益分配系數，與各地區的經濟利益相關，通過上下游地區萬元GDP 的耗水量（分別為HS上游和HS下游）進行計算，公式為

流域上游地區供水質量會對下游地區用水效益產生影響，因此通過水質分配系數Ksz對補償費用進行修正。根據《補償協議》，選擇Ⅲ類水質標準作為流域跨省生態補償的目標，若上下游地區河流監測斷面的年均水質為Ⅲ類標準，則上下游地區均無需對水質進行補償；若供給的年均水質低于Ⅲ類標準，則河南省需要對山東省進行補償；若供給的年均水質優于Ⅲ類標準，則山東省需要對河南省進行補償，補償費用為上游地區增加或削減的COD 排放量P與削減單位COD 排放量所需的投資金額M之積。水質分配系數Ksz的計算公式如下：

3.2.2 成本分擔模型計算

根據《中國水資源公報》，上游河南省黃河流域入境水量為414×108m3，下游山東省黃河流域入境水量為312.2×108m3，計算得出水量分配系數Ksl＝0.75。《補償協議》自2021 年開始實施，考慮數據的可得性，設Ksz＝1。由《河南統計年鑒》《山東統計年鑒》可知，河南省萬元GDP 用水量為32.1 m3，山東省萬元GDP用水量為31.7 m3，計算得出Kxy＝0.50。將上述各項數值代入式（13），計算得出山東省需支付的生態補償費用C2為18.13×104萬元。

3.3 演化博弈模型計算結果

要想達到均衡條件，上游地區選擇“保護”策略時整個地區獲得的綜合收益與綜合投入成本之和應等于上游地區選擇“不保護”策略時整個地區獲得的收益［27］，即S1＝L1＋C1。結合上述演化博弈模型的穩定均衡策略可知，當上級政府給予的激勵約束機制滿足G＋F＞2C1＝96.68×104萬元時，即政府的激勵約束金額大于上游地區生態保護成本兩倍時更有利于黃河流域整體最優策略的實現。

河南省、山東省簽訂的《補償協議》規定，兩省以Ⅲ類水質為標準進行補償，補償金額為6×103萬元。考慮到黃河在該河段水質的總體水平，此標準對河南省的實施難度較大，且結合本文實證測算的成本分擔費用可以看出，《補償協議》中的補償金額對于兩省經濟體量及黃河生態保護治理的重要性而言相對較少，仍需要加大對黃河流域的生態補償力度。

4 結論與建議

4.1 結 論

以黃河流域上下游政府為博弈主體，運用演化博弈模型分析在上級政府的激勵約束機制下，上下游主體選擇策略的動態演化過程及均衡條件。在理論分析基礎上結合成本分擔模型，以河南、山東兩省為例對演化博弈模型計算結果進行實證測算，得出結論如下。

（1）參與主體策略的選擇與下游地區的生態保護收益無關，策略穩定性受上級政府的獎懲金額、上游保護成本、下游補償費用等的共同影響。

（2）通過分析與核算黃河流域上游地區的生態建設與保護成本、農業發展機會成本和工業發展機會成本，使用綜合成本法估算出上游河南省保護治理黃河需投入的成本為48.34×104萬元。以水量、水質、用水效益3 個指標作為修正系數，測算出下游山東省為此應承擔的生態補償費用為18.13×104萬元，對照《補償協議》可知，當前補償金額對于兩省經濟體量及黃河生態保護治理的重要性而言相對較少。

（3）將實證結果與博弈模型均衡策略綜合比較發現，上級政府的激勵約束金額大于上游生態保護成本的兩倍時更有利于實現整體最優決策，并且增加上級政府的最大獎勵金額能夠使流域上下游政府更積極參與黃河保護治理。

4.2 建 議

為加快推進黃河流域生態保護和高質量發展、建立流域長效生態補償機制，提出建議如下。

（1）加大獎懲力度。生態環境治理涉及多個部門，存在跨界性、外部性等特點，需要上級政府進行宏觀引導。一方面，上級政府應建立獎勵制度，包括正式制度和非正式制度，以激勵地方政府的積極性；另一方面，對不進行生態保護治理的地方政府，應采取動態化、差異化的罰金政策，有效約束地方政府落實治理任務，加大政策執行力度。

（2）探索多元化補償方式。政府除進行資金補償外，還應結合當地實際情況靈活制定動態補償調整機制，以加大對黃河流域的生態補償力度。同時隨著《補償協議》的逐步實施，可以考慮將水質類別進一步細分，采取更多指標衡量黃河流域生態保護與恢復力度。

（3）推進生態補償可持續發展。除對部分污染嚴重河段發布特定政策外，還需建立長期、穩定的流域跨省生態補償法律規范，保證其長期有效運行。黃河流域的生態發展僅有河南、山東兩省努力遠遠不夠，要打破當前生態補償“碎片化”“項目化”的局限性，還需建立打破行政區界限的、全流域的長效生態保護機制。