病險水庫管理決策中的環境價值評估——以水庫的游憩價值為例

楊 孟,錢 新 (南京大學環境學院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,江蘇 南京 210046)

病險水庫管理決策中的環境價值評估
——以水庫的游憩價值為例

楊 孟,錢 新**(南京大學環境學院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,江蘇 南京 210046)

以滁州市黑洼水庫的游憩價值為例,利用兩邊界二分式條件價值法,探討了我國病險水庫管理決策中的環境價值評估.利用收入限制的Logit模型,分析支付意愿均值和中值點估計和區間估計對其分布函數右尾變化的靈敏性.結果表明本研究中支付意愿的分布函數沒有出現“大尾效應”,在最大投標值處,對分布函數進行簡單截斷的方法統計效率最高.滁州市公眾對黑洼水庫游憩功能提升的平均支付意愿為305元/戶(95%置信區間265～351元/戶);總價值為3782萬元(95%置信區間3296～4355萬元).表明即使是小型病險水庫也可能具有極高的環境價值,病險水庫管理決策必須考慮環境價值這一重要指標.

水庫大壩退役；條件價值法；兩邊界二分式；統計效率；收入限制

我國有水庫大壩 8.5萬多座,這些水庫多建于20世紀50～70年代,其中一些建設過程缺乏專業的工程技術監督和指導,加之數十年的運行及疏于管理,這些水庫已經病險重重,洪汛期具有極高的潰決風險[1].除險加固和退役報廢是我國病險水庫管理的兩種基本方案.雖然近年來國家加大對病險水庫除險加固的資金投入,但截止2006年底,全國仍有 3.7萬座病險水庫,約占總數的40%[1].退役報廢(拆壩)是一種解決問題的有效途徑,水利部于2003年5月發布了《水庫降等與報廢管理辦法(試行)》[2],規范和指導我國水庫降等與退役報廢的實施.拆壩給社會、經濟和生態環境系統造成的影響相互聯系、復雜多變、存在大量的不確定性[3-4].國際上,拆壩決策的非市場商品價值評估覆蓋流域、河流、水庫及其生態系統,著重于生態系統和瀕危物種恢復的使用和非使用價值評估[5-7].與發達國家不同,我國現階段水庫退役報廢的主要目的是加強大壩安全管理[2],尚未達到以恢復生態系統和瀕危物種為目標的高度.我國對病險水庫管理決策理論與實踐的迫切需求首先集中在城市區域.因為城市人口密度大、經濟體集中,水庫潰壩風險的社會經濟易損性高.另外,城市化進程對病險水庫功能提出了新的需求,主要表現為從農業灌溉向游憩功能轉換.基于以上特征,本研究以水庫的游憩資源為例,探討我國病險水庫管理決策中的環境價值評估方法.

1 研究方法

1.1 研究區黑洼水庫概況

黑洼水庫位于安徽省滁州市西南瑯琊山腳下,是滁州城市濱水景觀的組成部分,為滁州學院和下游居民住宅小區提供景觀用水.在正常水位下的庫容為43.3萬m3、最大水深9m,水面面積0.08km2.水庫由村民自發建于1954年,施工質量較差、建成后缺乏管理加之設施老化導致病險嚴重,存在較高的潰壩風險.城市化導致水庫灌溉功能的喪失,取而代之的是對安全和游憩功能的新需求.一方面,黑洼水庫位置極為重要,2004年水庫被納入滁州學院南校區,下游為滁州市開發區,增加水庫安全性是保障公眾安全的迫切需求.另一方面,黑洼水庫是附近居民游憩(主要是垂釣和散步觀光)的重要場所.針對以上需求,當地水利部門目前提出了兩種管理方案.第一種為除險加固,以防御100年一遇洪水,降低潰壩風險.同時在水庫周圍鋪設棧道,并實施其他環境改善措施,整體提升水庫景觀的游憩功能.第二種為大壩退役,僅加固保留部分壩體,從而顯著減小潰壩的可能性及影響.但是壩高降低,導致水深降至 1～2m,水庫面積縮減 50%.2種方案中前者游憩價值較高,但安全性不如后者.水庫的游憩價值是在兩個方案中進行抉擇的一個重要的指標.

1.2 條件價值法簡介

條件價值法CVM是游憩、生態系統和環境質量等非市場資源評估的一種傳統方法[8-11],常采用開放式OE和二分式DC的價值引導方法.其中,OE方法要求受訪者自己給出一個價值,給受訪者帶來的壓力往往導致大量的抗議性回答或者不回答[12].DC方法僅要求受訪者對給定的投標值回答“是”或“否”,相對簡單.該方法在Hanemann[13]的推廣之下,在全世界得到廣泛應用.DC方法根據投標次數分成單邊界、兩邊界和多邊界方法,前兩種比較常用.雖然部分受訪者的偏好在第二輪投標中可能出現變化從而導致兩邊界方法響應的不一致性[14-15],但是兩邊界方法的統計效率顯著高于單邊界方法[16].本研究的主要目的是估計支付意愿 WTP提高統計效率,因此采用兩邊界方法.中值和均值是 WTP估計兩個最常用的統計量.其中,均值對 WTP分布右尾的變化十分靈敏,但 WTP分布右尾的確定至今仍未達成一致[17].通常根據經濟學理論中個人收入對 WTP的限制,將右尾設定為個人收入[17]或投標設計的最大值[18].本研究采用不同的收入限制模型,探討 WTP均值對右尾變化的靈敏性,以提高WTP均值估計的統計效率.

1.3 CVM問卷設計

1.3.1 CVM 預調查與投標設計 為了確定采用WTP還是受償意愿WTA進行價值評估,在CVM 問卷調查之前開展了多次調研.調研結果表明,絕大多數受訪者認為大壩退役將導致黑洼水庫游憩價值降低,不相信會因水庫游憩價值的損失而得到政府補償,在答題時缺乏認真的態度.受訪者對游憩價值降低的 WTA極高,甚至拒絕接受補償,相對較少的正響應(愿意接受補償)使結果分析的可用樣本減少、WTA結果的可靠性降低[19].國內的其他研究也表明,WTA問卷的受訪者絕大多數選擇最大補償值,使得 WTA的評估結果遠遠高于WTP[20].WTA和WTP的差異是CVM 研究領域懸而未決的問題,基于國外研究成果,趙軍等[21]從理論上歸納造成這種差異的可能原因.CVM實證研究[20,22]指出我國WTA偏高的可能原因:WTA中關于受損補償的假設與我國的現實情況相去甚遠,受訪者很難輕易相信他們會得到補償,缺乏認真回答的激勵機制.在我國目前的情況下,受訪者潛在的與政府博弈心理使其故意抬高補償標準,從而導致策略性偏差.由于WTA值存在過大評估價值的嫌疑,國外多數研究者更愿意采用WTP值來評價非使用價值[8];我國的實證研究中亦多采用 WTP[21].綜合考慮我國的實際情況以及公眾的認知水平,認為現階段在我國采用WTA進行病險水庫的環境價值評估條件尚未成熟,本調查最終選擇 WTP.這有利于在有限的資金投入下增加可用樣本數,激勵受訪者認真思考作答,并避免策略性偏差.

于2010年9月采用開放式問卷對黑洼水庫除險加固方案的水庫游憩功能提升工程開展了CVM評估,共收回有效問卷60份,基本確定WTP分布范圍和形態.利用Alberini[23]的QPCFB方法進行雙邊界二分式方法的投標設計:根據預調查估計的 WTA分布函數,用概率五分點(0.2,0.4, 0.6,0.8)對應的投標值作為第一輪詢問的投標值;第二輪詢問的投標值下邊界為第一輪的二分之一,上邊界為第一輪的兩倍.得到的投標值及其對應的子樣本數量如表1所示.

表1 兩邊界二分式CVM問卷的投標設計結果Table 1 Results of design for double-bounded dichotomous choice contingent valuation

1.3.2 CVM 問卷設計與偏差控制 通過預調查完善問卷內容,問卷主要由6部分組成.第1部分為情況介紹,圖文并茂地向受訪者介紹黑洼水庫概況、兩種管理方案及其影響.第2部分為自我報告的行為,目的是了解受訪者對水庫游憩價值和大壩安全的感知,受訪者在黑洼水庫的游憩水平,以及受訪者對政府部門的信任程度.為了考慮替代商品的可能性,要求受訪者回答是否在滁州市的其他水庫游憩.第3部分為態度意見.在價值評估之前,要求受訪者評估方案主要影響的重要性水平,這有助于鼓勵受訪者思量方案對他們可能產生的影響及其重要性.考慮到部分受訪者可能為 0WTP,要求受訪者回答如果不需要他們出錢,是否支持除險加固方案的水庫游憩功能提升工程.第 4部分采用雙邊界二分式方法進行WTP引導.核心問題是:“黑洼水庫除險加固方案的實施需要大量費用,國家劃撥的經費不夠開展水庫游憩功能的提升.黑洼水庫游憩功能的提升,滁州市民都將是受益者.您的家庭是否愿意一次性支付__元錢來支持黑洼水庫游憩功能提升工程？”.第 5部分為人口特征統計,問題設置參考國外相似研究[5],采用Likert 5級量表.第6部分為調查評估,包括受訪者對問卷質量的評估以及調查人員自評.

只有通過問卷設計和調查過程中的有效偏差控制,才能保證CVM估計的可靠性.本研究采用雙邊界二分式問卷,有效避免了 CVM研究中的起點偏差[24].在態度意見部分,鼓勵調查者仔細思考方案對他們可能產生的影響和重要性,一定程度上避免了假想偏差.在調查過程中提醒受訪者注意其收入限制,并反復告知要如同真實交易一般進行價值評估,從而進一步減小假想偏差

[25].調查過程中向受訪者強調支付意愿只是一種意向,消除受訪者的警惕心理,并采取部分激勵機制,一定程度上避免了策略性偏差[24].為避免受訪者對繳稅的敏感以及城市地區義務勞動的非現實性,選擇捐款方式從而避免支付方式偏差.為減小信息偏差,問卷系統介紹了黑洼水庫歷史演變、兩種管理方案及其后果.并在調查評價部分請受訪者評價問卷的質量,95%的受訪者認為問卷提供的信息質量非常高,對回答問題十分有用.受訪者在面訪過程中存在“選擇讓調查者滿意的結果”的心理,導致積極性回答偏差.調查過程中通過避免對受訪者的引導,并給其充分時間進行獨立思考,從而有效避免該偏差[24].

1.4 CVM調查實施與WTP響應結果

根據前期調研和預調查發現滁州市瑯琊和南譙區的居民曾到黑洼水庫游憩,因此將以上區域定為抽樣范圍、區域的居民作為總體.根據相似研究[24,26],以及可支配經費數額,將樣本大小確定為560份.采用簡單隨機抽樣[27],于2010年10月30～31日在抽樣范圍內的居民小區、街道、商場集市、公園、居委會等多種場合進行抽樣調查.

為獲得客觀真實有效的數據,本研究通過訪員培訓、抽樣控制、調查過程控制、以及問卷復查等措施對調查質量進行控制[28].訪員全部為環境規劃與管理專業的碩士和博士研究生,都曾參與問卷調查,并對CVM方法的原理有所了解.現場調查前開展訪員培訓使其正確理解問卷內容,并通過互訪充分熟悉問卷.由于未成年人可能對家庭經濟狀況缺乏充分了解而高估或低估WTP,抽樣對象選擇大于18周歲的成年人.阻止受訪者同行人對其施加影響,使受訪者的回答更能反映其真實想法.通過訪員自查互查、督導審核,從問卷規范性、完整性、填寫正確性、以及配額 4個方面保證問卷質量.

560份問卷中41份無效,原因包括重要信息未答、答案相互矛盾以及抗議性回答.抗議性回答比例僅為5.00%(表2),說明問卷設計較為成功.扣除無效問卷,回收有效問卷 491份.其中有 14人表示“即使不需要個人支付任何費用,也不贊成黑洼水庫除險加固方案”,從而具有負 WTP.剩余477份問卷的WTP≥0,扣除其中認為“游憩功能不會因工程實施而得到改進”的7份問卷[17],剩余470份問卷(83.93%)用于統計.

表2 WTP的響應結果Table 2 WTP responses

1.5 WTP的傳統模型

離散型條件價值評估中,受訪者面臨的問題是“非市場項從q0改進到q1需要支付的費用為投標值A,是否同意支付？”同意支付的概率π(A)可表示為[29]:

式中:GC為最大支付意愿 C的分布函數;和η分別為非市場項從q0改進到q1的間接效用函數差和隨機偏好ε的變化量; Fη為η的分布函數.使用Hanemann[13]提出的線性效用函數:式中: α是社會屬性向量X的參數向量; β為投標值A的參數.游憩價值評估常采Logit模型[30-32],將式(1)和(2)代入Logit模型得到:

對于兩邊界二分式 CVM,如果受訪者接受第一輪投標值A,則增加第二輪投標值到Au;否則,降低第二輪投標值到Ad.因此存在4種可能結果:兩輪都接受;兩輪都拒絕;第一輪接受,第二輪拒絕;第一輪拒絕,第二輪接受.根據式(1),4種結果的概率分別用πyy、πnn、πny和πny表示為:

離散型條件價值評估常用最大似然法進行參數估計,對數似然函數表示為:

1.6 收入限制的WTP模型

經濟理論指出個人的 WTP不可能無窮大,WTP受到收入y的限制[17]:

為滿足式(12),最簡單的方法是在最大投標值式中:θ=[α,]β為參數向量.對θ解方程(9)即得到θ的最大似然估計值,接著采用Logit模型計算WTP的中值C*[29]:

本研究總樣本中僅有2.50%的樣本WTP＜0,因此在WTP=0處進行對WTP分布函數左截斷,得到Logit模型的WTP平均值C+[29]: Amax處對WTP的分布進行右截斷[18],為與下文的截斷模型區分,將其稱為簡單截斷模型.由于WTP的分布保持不變,簡單截斷對WTP中值無本質影響,但卻對平均值有很大的影響[33].Boyle等[34]將WTP平均值對分布右尾的這種靈敏性稱為“大尾效應”.WTP平均值的計算式應改寫成[17]:

Hanemann等[17]詳細介紹了另外兩種滿足式(12)限制的方法:截斷(Truncating)和刪失(censoring)方法.截斷方法,在最大隨機偏好εmax處對Fη進行右截斷,式(3)變為:

式中: y根據本研究調查結果設定為家庭年收入的最小值5000元.截斷模型WTP的平均值和中值分別為:

刪失方法,又稱為標準化(Normalization)[33],在εmax處插入一個節點(spike)對 Fη進行右刪失,節點右側π(A)≡0,式(3)變為:

刪失模型WTP的平均值和中值分別為:

2 結果與分析

2.1 社會經濟變量對WTP的影響

對WTP≥0且認為游憩功能通過項目實施能夠得到改進(q1＞q0)的 470份問卷,采用式(3)的Logit模型,通過Wald檢驗篩選對WTP有顯著影響的解釋變量[17].結果表明JOB、INC、AttSafe、TRUST和BID的P值小于0.1,從而拒絕零假設,具有顯著的影響水平,且影響方向與預期一致(表 3).其他解釋變量影響不顯著,在此略去.管理及教育行業的從業者WTP最高,城市失、待業人員的 WTP僅高于農民;收入高的居民比收入低的居民支付意愿高.個人是否關注大壩安全管理AttSafe顯著影響其WTP,關注大壩安全管理的受訪者 WTP高.個人對政府及水利部門管理處理大壩險情能力的信任度 TRUST也顯著影響其WTP.信任度高的受訪者相信政府有能力應對病險大壩可能出現的險情,沒有必要花大量費用進行除險加固.由于水庫游憩功能提升工程隸屬于除險加固方案,對除險加固方案的態度影響了他們對水庫游憩功能提升工程的WTP.

表3 社會經濟變量的Wald檢驗結果Table 3 Wald test results of social-economic variables

2.2 不同WTP模型估計結果比較

僅使用對投標值有顯著影響的解釋變量,分別利用傳統模型以及 3個收入限制模型進行最大似然法估計.由表4見,4個模型的Wald統計量均在0.01水平統計顯著,表明4個模型的擬合優度都高[17];傳統模型的P值等于零,擬合優度最高.雖然刪失和截斷模型不同,但是兩者的最大似然估計相同.不同模型中解釋變量的P值有所差別,但顯著性水平基本相同:JOB、BID和CONS在0.01水平統計顯著;TRUST在0.1水平統計顯著; INC和AttSafe在傳統模型中的顯著水平較高.

表4 不同WTP模型的估計結果Table 4 Estimation results from WTP models

圖1 同意支付概率π (A)的分布函數曲線Fig.1 Cumulative probability distribution curves of a“yes” response

根據估計結果繪制受訪者同意支付概率π(A)的分布函數曲線.簡單截斷模型保持傳統模型的WTP分布,但在最大投標值(1000元)處進行右截斷(圖1).這對WTP中值無影響,2種模型的WTP中值估計相同(表 4).對比式(11)和(13)可知,簡單截斷模型的WTP均值點估計比傳統模型小.本研究中簡單截斷模型的WTP均值點估計為305元,僅比[0,+∞)上計算的值小3元(0.97%).說明得到的π(A)的分布函數沒有出現CVM研究中常見的“大尾效應”,統計效率較高[24].隨著投標值的增大,分布函數快速向0收斂、“右尾”變窄,沒有出現“大尾效應”(圖 1).本研究截斷和刪失模型的估計結果相同(表4)、π(A)的分布函數曲線幾乎完全重合,但與傳統和簡單截斷模型有較大差別(圖1).從π(A)的分布函數曲線(圖1)可以推斷截斷和刪失模型的WTP中值點估計小于另外2種模型,與公式計算的結果(表4)相符:截斷和刪失模型的 WTP中值點估計比另外2種模型小32.73%.而其WTP平均值的點估計則比另外2種模型小約14%.這與Ready等的研究結果相符,他們指出與簡單截斷方法相比,刪失模型進一步導致WTP不必要的減小[33].

通過 Krinsky等[35]的蒙特卡羅方法計算WTP的區間估計,進一步比較不同模型WTP估計的差別,計算結果見表 4.利用區間估計與點估計之比 CI/POINT比較不同模型的統計效率,較小的CI/POINT值表示區間估計較窄、點估計較大,統計效率較高[16].簡單截斷方法得到的 WTP均值區間估計最窄、點估計較大,CI/POINT值小于其他模型(表4),統計效率最高,將其WTP估計用于計算游憩功能的總價值.而截斷和刪失模型的 WTP均值的區間估計較寬,且點估計較小,CI/POINT最大,統計效率最低(表 4).對于WTP中值估計,雖然截斷和刪失模型的區間估計較窄,但其點估計也較小,從而CI/POINT值大于傳統模型及其階段模型.綜上所述,簡單截斷模型對 WTP均值和中值的統計效率高于其他模型.另外,簡單截斷模型的最大似然估計比截斷和刪失模型更容易收斂.因此,對與本研究類似的無“大尾效應”的WTP分布,建議使用簡單截斷方法進行WTP均值和中值估計.

2.3 黑洼水庫游憩功能的總價值

計算總經濟價值是CVM研究的重要目的,是否能夠將樣本估計推廣到總體取決于樣本的代表性和問卷的回收率[36].本研究采用隨機抽樣的方式,面訪方式得到較高的問卷回收率,調查數據可以較好反映研究區內的社會屬性特征.假設占總樣本 12.32%的無效樣本(表 2)為0WTP[24].則WTP≥0,且認為q1＞q0的樣本占總樣本的 96.25%.本研究覆蓋滁州市瑯琊和南譙兩區的人口60萬共12.89萬戶[37],WTP≥0且認為q1＞q0的 12.41萬戶.利用簡單截斷模型的 WTP均值估計 305元/戶,則黑洼水庫游憩功能提升的總價值約 3782萬元,95%置信區間為 3296～4355萬元.評估結果與國外壩高相近的案例接近(表 5),遠小于壩高分別高達 33和 64m的Elwha和Glines Canyon壩.壩高是國際上水壩規模分類的通用方法[40],拆除一座規模較大的壩可能會產生深遠的影響[3],反映在對環境價值的影響上也應當如是.

表5 本研究與美國拆壩決策的環境價值評估結果比較Table 5 WTP comparison between this study and some oversea studies

3 結語

以游憩價值為例構建病險水庫管理決策的環境價值評估方法,就CVM問卷和投標設計、偏差控制和實施調查展開了詳細的說明.通過不同收入限制模型比較分析了WTP中值和均值對右尾截斷的響應和靈敏度.本研究中WTP分布函數沒有出現“大尾效應”,在最大投標值處進行簡單截斷的方法統計效率最高.應用該方法的估計結果得出:滁州市公眾對黑洼水庫游憩功能提升的平均WTP為305元/戶(95%置信區間:266～ 351元/戶);黑洼水庫游憩功能總價值3782萬元(95%置信區間為3296～4355萬元).WTP主要受到工作性質、家庭年收入以及個人對政府及水利部門處理大壩險情能力的信任度的顯著影響.作為人口密集區域內的一個小型水庫,黑洼水庫是公眾重要的游憩場所,具有較高的游憩價值.據黑洼水庫除險加固初步設計,對水庫進行除險加固以及游憩功能提升所需費用約為 200萬元.不考慮其他生態環境價值,黑洼水庫僅游憩價值一項就遠遠大于方案開展所需費用.可見,病險水庫具有極高的環境價值,水庫的環境價值必須成為病險水庫管理決策的重要指標.不考慮水庫環境價值的決策,不僅會造成巨大的經濟損失,而且可能對生態環境服務功能造成不可逆轉的破壞.

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Environmental valuation in aging dam decision making: a case study of reservoir recreation.

YANG Meng, QIAN Xin*(State Key Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse, School of the Environment, Nanjing University, Nanjing 210046, China) China Environmental Science, 2011,31(9)：1563～1570

In order to investigate environmental valuation in aging dam decision making, a double-bounded dichotomous choice contingent valuation method was used to estimate recreational value of the Heiwa Dam. Using different Logit models taking account of income restriction on willingness-to-pay (WTP), sensitivity of WTP estimates to the right tail of its distribution was examined. The WTP distribution in this study did not have an unrealistically fat right tail. The simple method which truncates WTP distribution at the highest bid was most statistically efficient. Results indicated that households would pay an average of 305 Yuan with 95% confidence interval from 265 to 351 Yuan to improve the recreational function of the Heiwa Dam, and the estimated total recreational value was 3782×104Yuan (95% confidence interval: 3296×104to 4355×104Yuan). The case study showed that even small aging dam has high environmental value, and environmental valuation is critical in aging dam decision making.

dam decommissioning；cognitive valuation method；double-bounded dichotomous choice；statistical efficiency；income restriction

X820.1；F205

A

1000-6923(2011)09-1563-08

2010-12-27

“十一五”國家科技支撐計劃(2009BAK56B04)

* 責任作者, 教授, xqian@nju.edu.cn

致謝：感謝水利部大壩安全管理中心盛金保高工、滁州市水利局沈登樂局長在調研中給予的大力支持,并對參加問卷調查的唐偉、王炳權、王帥、鄭斯瑞、高洋等師弟師妹表示衷心感謝.

楊 孟(1981-),女,云南個舊人,南京大學環境學院博士研究生,主要從事水環境與水資源安全研究.發表論文7篇.