水資源開發利用生態補償研究
——以重慶市萬州區為例

劉加伶，時巖鈞，劉冠伸

(1.重慶理工大學 計算機科學與工程學院，重慶 400054； 2.重慶理工大學 管理學院，重慶 400054)

1 研究背景

為了適應我國流域資源的開發速度與水資源的公共物品屬性，政府需要建立流域生態補償機制，以提供足夠的流域生態服務，保證流域的可持續發展。建設長江經濟帶是我國重要的經濟發展戰略之一，流域境內水體環境惡化和生態污染加劇的現象，已成為制約綠色發展的重要阻礙[1]。因此建立長江經濟帶綠色發展體系，實現水資源可持續利用和綠色發展，是長江經濟帶經濟發展的戰略選擇，也是解決資源環境困境的必經之路。近些年來，學術界對于水資源生態補償有著不同層次的研究，從研究內容來看，主要集中在水資源生態補償的定義[2]、上下游流域生態補償模型的構建[3]、水資源生態補償效率的測度[4]、水資源生態補償量化標準[5]、水資源保護與政府財政之間的關系[6]以及水資源安全[7]等方面。研究對象主要為流域水資源生態補償[8]、水資源生態補償參與者利益訴求[9]等。研究區域一般為經濟發達的長江流域[8]與生態環境較為脆弱的西北地區[10]。長江經濟帶作為國家目前重點開發建設的經濟區域，資源與經濟發展矛盾尤為突出，重慶市萬州區更是其中的典型。因此，建立該區域的水資源開發利用生態補償機制，對于地方經濟發展有著重要的意義。以上的研究無疑對現今水資源生態補償機制的構建有著巨大的推動作用，但也存在一些不足，比如：

(1) 研究對象選擇片面，忽視了當前我國經濟開發區建設進程中，中央作為強互惠者參與治理的客觀情況，以及區域產業升級時地方政府監管力度不足的現象。

(2) 現有的研究方法主要是基于建立水資源生態補償模型，大多數模型只是基于過往數據對水資源生態補償各方的意愿進行數值分析,鮮少與實證案例的仿真工具相結合。

有鑒于此，本文構建了基于中央-當地政府-地方企業的三方演化博弈模型，并基于系統的動力學模型，以重慶市的萬州區生態補償案例為研究對象開展實證分析。

2 基于演化博弈的水資源生態補償關聯主體的利益均衡

2.1 中央與地方政府監管博弈分析

長江經濟帶作為我國近些年來經濟開發與轉型的重要區域，在水資源利用中多出現資源枯竭、利用過度等情況，為此本研究對長江經濟帶的實際情況進行了具體分析。長江橫跨11個省、市、自治區，流域的上下游之間經濟發展差異較大，部分地區的水資源基礎設施建設不完善，因此在現階段長江流域水資源生態補償中需要中央參與，地方與企業共同配合的三主體的治理機制。

當前我國環境治理已經逐漸從中央負責轉變到地方負責，地方政府也因此對轄區的環境治理有著更大的責任，但中央與地方政府仍在水資源治理責任判定、收益分配、開發目標等方面存在著分歧：中央更多是強調以綠色發展為前提來發展經濟，實現水資源的可持續發展；地方政府更多是強調自身的短期利益，關心資源的開發給地方所帶來的經濟利益和增加就業量。在經濟發展與政治聲望的雙重驅動下，地方政府更傾向于在現有工業基礎上加速發展，在這個過程中對環境與企業的監管相對寬松。因此，落實到具體的水資源開發進程中，地方政府往往就會降低環境保護在經濟發展中的優先級別，利用水資源的負外部性效益以及相關法規的漏洞與中央進行博弈，以達到加速地方經濟發展的目的。

2.1.1中央政府與地方政府博弈模型

假設在中央政府與地方政府的水資源生態補償博弈中，雙方都會有執行和不執行兩種行為選擇。其中，中央政府的策略集為(監管，不監管)政府行為，地方政府的策略集為(執行，不執行)相關政策法規，據此構建出演化博弈矩陣。同時，設中央政府改變采取監管措施的概率為X，不采取監管措施的概率為1-X；地方政府執行措施的概率為Y，不執行措施的概率為1-Y。基于此，作出如下假設。

(1) 假設1。當中央政府選擇監管地方政府行為時，監督成本為C1,因政策執行對地方環境的社會與經濟效用附加值記為G。

(2) 假設2。地方政府執行生態補償政策時的基本效用為L1,不執行生態補償政策的效用記為L2，執行所付出的生態補償成本記為CL；同時會獲得中央政府的政策支持資金TC,不執行生態政策會有罰金F。

(3) 假設3。在中央與地方政府博弈中因其為從屬關系，所以會存在一個強互惠者[14]，即中央政府。作為強互惠者的中央政府，當選擇監管政策實施而地方政府消極執行時，可以運用行政手段對相關責任人進行懲罰，此時中央政府與地方政府各獲得U1、U2單位負效用。同理，當中央政府不進行監管，地方政府主動實施生態補償行為時，中央政府與地方政府各獲得U3、U4單位正效應。在此基礎上來構建此次博弈的支付矩陣，如表1所列。

表1 中央政府與地方政府的生態補償支付矩陣Tab.1 Phase payment matrix of government and enterprise in green development

基于上述分析，可以構建博弈雙方的收益期望效用函數。其中，中央政府選擇監管與不監管時的期望效用表達如下：

(1)

(2)

根據Malthusian動態方程[15]，策略變化率等于微分方程，以此可以得到雙方演化穩定策略的復制動態方程，進而求出企業與政府之間的演化穩定策略。

中央政府實行監管措施的復制動態方程以及一階導數為

=X(1-X)(F-CI-U1+TC-YF-

YTC-YU3)

(3)

F′(c)=(1-2X)[F-CI-U1+TC-YF-

YTC-YU3]

(4)

當F(c)=0時，兩種群體采用不同策略的比例達到穩定狀態。此時求得的中央政府穩定點的解為

同理，得到地方政府選擇執行政策與不執行政策的期望效用函數為

TC+U4)

(5)

(6)

地方政府的期望效用函數效用為

(7)

地方政府實行監管措施的復制動態方程以及一階導數為

=Y(1-Y)[XF+XTC-XU4+L1-

L2+U4+U2-CL]

(8)

F*(L)=(1-2Y)[XF+XTC-XU4+L1-

L2+U4+U2-CL] (9)

當F(L)=0時，兩種群體采用不同策略的比例達到穩定狀態，此時求得的中央政府的穩定點的解為

2.1.2中央政府與地方政府的演化穩定分析

基于以上分析，構建了雅克比矩陣來進行局部均衡點穩定分析，旨在測驗該博弈系統的穩定狀態。式(3)和式(8)的行列式與跡所構建的雅可比矩陣為

(10)

并依照矩陣的局部分析法，對均衡點進行穩定性分析，具體如表2所列。

表2 中央與地方博弈雅可比矩陣Tab.2 The central and local game Jacobi matrix

為了簡化表達，設定：P1=F-CI-U1+TC，O1=L1-L2+U4+U2-CL，K1=CI+U1+U2，I1=F+L1-L2+TC+U2-CL。在中央政府與地方政府的博弈中，最優解是(不監管，執行)組合，即中央政府不實行監管政策，地方政府自覺執行水資源生態補償制度。在最優解條件下，已知K1>0,對參數P1、O1、I1進行討論，判斷Det.J、TrJ的符號(見表3)。

表3 中央政府與地方政府局部均衡點穩定性分析Tab.3 Stability analysis of central and local equilibrium points

由表3可以看出：以上兩種情況可以達到(不監管，執行)的最優策略；其中，P1正負值不限制，而O1、I1的值需要大于0，所以可得：

圖1 中央政府與地方政府博弈行為相位圖Fig.1 Phase diagram of game behavior between central and local governments

2.2 地方政府與當地企業的監管博弈分析

在現階段長江流域水資源的生態開發與補償中，地方政府與企業因利益訴求而存在著分歧，雙方在博弈中既有合作也有矛盾。一方面，當地政府與企業的需要是共同合作，政府希望通過建立經濟開發區來增加稅收與就業崗位，企業也想通過與政府的合作得到政策優惠；另一方面，企業出于長遠發展與聲譽的考慮，有較強的積極性來升級技術保護水資源。可是僅依靠這些并不能完全使企業與政府之間的利益達到均衡，勢必有些企業為了追求經濟利益最大化，會不按章辦事或買通政府進行尋租行為。地方政府作為當地利益的維護者，將會對這類行為進行監督與整治，保持當地經濟與環境協調發展的平衡，政企雙方基于不同的利益訴求進行博弈，這是雙方博弈的基礎。

2.2.1地方政府與當地企業博弈模型

在長江經濟帶水資源開發中，地方政府與當地企業博弈中既有合作又有矛盾。其中，地方政府的策略集為(監督，不監督)，當地企業的策略集為(治理，不治理)。根據相關政策法規，構建演化博弈矩陣，同時設地方政府改變采取監督措施的概率為α，不監督措施的概率為1-α；地方企業治理的概率為β，不治理的概率為1-β。基于此，可以作出如下假設。

假設1。當地方政府的監督成本為CG，地方政府進行監管與不監管的收益分別為R1和R2(R1>R2)，在企業不履行治理責任的情況下，地方政府需要支付額外治理成本為CE。

假設2。企業治理時投入的成本是CE，由此可以收獲到企業的良好聲譽成本X1，如果不治理，將會收入到地方政府的罰金H；企業執行與不執行治理政策的收益分別為D1和D2(D1>D2)，將企業每年固定要繳納的稅收記為TE，由此可以構建地方政府與企業收益矩陣，如表4所列。

表4 地方政府與企業的生態補償支付矩陣Tab.4 Ecological compensation payment matrix of local governments and enterprises

政府與企業的期望效用函數效用分別為

(11)

(12)

此時，地方政府實行監管措施的復制動態方程以及一階導數為

H-CG+TE-βH)

(13)

企業實行治理措施的復制動態方程以及一階導數為

X1-CE+αH)

(14)

2.2.2地方政府與企業的演化穩定分析

根據以上分析結果，構建了雅可比矩陣對均衡點進行穩定性分析，如表5所列。

表5 地方政府與企業博弈雅可比矩陣Tab.5 Local and corporate game Jacobian matrix

為了簡化表達，設：P2=R1-R2+H-CG+TE，O2=-H，K2=R1-R2-CG+TE，I2=D1-D2+X1-CE+H。在地方政府與企業的博弈中，最優解是(監督，治理)組合，即地方政府實行監督政策，企業自覺進行生產方面的生態治理，維持水資源可持續發展。地方政府的行政責任與中央不同，在地方發展中往往要承擔更多的具體事務，比如監督政策實施與監管企業行為，以此來樹立良好的政府形象。同時，企業也會通過實施水資源生態補償來得到地方政府的財政補貼和當地居民的支持，從長期的角度來看，一個良好的生態環境也有利于企業的發展。這種地方政府適當監管與企業積極治理，是符合綠色發展理念行為的最優解。在此條件下，對參數P2、O2、I2、K2進行討論，判斷Det.J、TrJ的符號，有兩種情況符合其演化博弈的最優策略，具體情況如表6所列。

表6 地方政府與企業局部均衡點分析Tab.6 Local and enterprise local equilibrium point analysis

由表6可知：演化博弈中想要達到(監督，治理)的情況，各參數中O2可正可負，P2>0，O2>0,K2>0，從而可得:P2=R1-R2+H-CG+TE、K2=R1-R2-CG+TE、I2=D1-D2+X1-CE+H。由此可知，增加R1-R2、H、TE、D1-D2、X1的值，減少CG、CE的值,可以使博弈模型更快達到穩定點；如圖2的情況1和情況2所示，地方政府與當地企業在博弈中有更大可能達到I(1,1)點，即(監督，治理)這一最優策略。這也表明：對地方政府而言，要減少監管成本并增加監管后的既得利益，比如監管罰金、環境稅收等；對企業而言，要激勵其進行生態治理，減小企業生態治理成本，提高企業進行生態治理后的利益，從而有利于達到均衡策略的最優條件。

圖2 地方政府與企業博弈行為相位圖Fig.2 Phase diagram of game behavior between local governments and enterprises

3 水資源生態補償關聯主體利益均衡的實證

3.1 關聯主體生態補償分析

本研究以重慶市萬州區為例進行實證分析。萬州區作為渝東北重要的工業、商業、交通城區，在長江經濟帶建設中具有極其重要的位置。近年來，隨著重慶市產業結構的升級，萬州區政府著手于建設經濟開發區，開發區內多為化工企業，對經濟發展起到了一定的推動作用。然而在發展過程中，有些化工企業刻意地壓縮本該用于治理排污的費用，導致工業廢水不經處理而流入河流中；此外，萬州區政府對水資源開發過程中的環境監管意愿不強。以上諸多因素導致了萬州區水資源污染嚴重，長此下去，將會對長江沿岸以及長江中下游地區的生態環境造成不良的影響。針對上述情況，重慶市萬州區人民政府及時反應，編制了《萬州區貫徹落實水污染防治行動計劃工作方案》，開展萬州區的環境治理與水資源生態補償工作。但是由于在水資源生態補償中各利益主體的復雜性，需在實地調研與數據統計的基礎上對案例中各方的行為進行分析。因此，本研究對重慶市萬州區環保局以及相關工業園區進行了專訪，對比水資源生態補償的案例進行實證分析，與上述演化博弈中各利益主體之間的行為選擇進行比較。采用賈舒嫻[14]等對生態補償前后收益的估算方法，將重慶市萬州區生態補償前的收益以2014年進行計算，開始的收益用2016年的數據進行測算，長遠收益則采用2018年的數據來表示。

3.2 參數測算與估值

3.2.1中央政府和地方政府博弈的參數測算與估值

(1) 重慶市萬州區中央政府的政策支持資金TC用生態價值當量法[16]為基礎進行測算，其公式表達如下：

Q=∑Q(f,g,c,w,d,r)=∑sj×ej

(15)

Q=sf×fe+se×ge+sc×ce+sw×we+

sd×de+sr×re

(16)

J=Q×U×L

(17)

TC=Y=J-(D-I)

(18)

上述公式中:Q為重慶市轄區內生態價值總量，f、g、c、w、d、r分別為區內各湖泊、森林、農田以及濕地等生態分區的生態價值當量，sj為重慶市轄區生態系統的總面積，ej表示其中某一生態系統所對應的生態價值當量，J為重慶市生態經濟價值，U為重慶市一個生態服務價值當量因子所對應的經濟價值量，參考2014年劉春臘等[16]所測算的中國各省市生態價值當量值，取值為305.4 hm2，將調整系數L設為1，Y、D、I分別為重慶市生態經濟剩余價值、預計治理污染的投入以及實際治理污染的投入。最后，得到中央政府對重慶市的生態補償資金與財政轉移支付資金TC約為40.860億元。

(2) 地方政府不執行政策支付的罰金F，在重慶市萬州區案例中，當地政府在環境惡化后積極實行監管與治理政策，此時地方政府所支付的罰金為0。在其他案例查詢中，中央政府一般很少直接對地方政府實施罰款，多是采用通報批評或問責官員等方式，設F值為0。

(3) 重慶市執行生態補償效用的收益，借鑒賈舒嫻等的測算方法[14]，2016年全國財政收入同比增長7.4%，重慶市財政收入同比增長10.8%。重慶市2016年高于全國財政的增長率的部分，反映了地方政府執行生態補償政策后的收益情況，則L1=L2×(1+10.8%-7.4%)=2 227.9×103.4=2 294.737億元。此外，公式中的其他數據如表7所列。

表7 中央政府與地方政府博弈中參數定義及統計說明Tab.7 Parameter definition and statistical description in the model 億元

3.2.2地方政府和當地企業博弈的參數測算與估值

當地企業的生態建設與補償成本CE主要包括2個部分：一部分是因排污問題引起的水資源污染進而導致當地居民生產與生活不便而應付出的生態補償成本；另一部分為河流治理及環境恢復費用。主要通過以下方法進行測算。

(1) 企業對居民身體健康的補償金額CDA，主要采用修正人力法與醫療費用法測量，水污染對人群健康造成的經濟損失包含每年早逝人群的健康損失而導致的經濟價值、因病引起的病假損失及醫療費用兩部分組成。

CDA=V1+V2

V1=早逝例數×VSL

(19)

VSL(每例早逝的統計生命價值)=GDPcs×

(20)

V2=住院病例×患者的誤工天數×

(人均收入+每日醫療費用)=132×10×

(120+90)=27.72萬元

(21)

上述式中：V1為萬州區水資源污染給當地居民造成的經濟損失及居民健康成本；GDPcs采用2014基準年計算，萬州區的人均GDP為5.190萬元；i為萬州區的經濟增速6.8%；g為萬州區的貼現率以3 a以上銀行貸款計算，為5.74%；n為早逝損失的工作年數，借鑒胥衛平等[17]研究成果測算的因水污染而損失的工作年數約為14 a。同時，根據衛生統計與服務部門的資料而獲取的醫療費用及病例調查表明：2014年，萬州區可查病例記錄約為132例，早逝病例約為4例，平均住院天數為10 d，每人醫療費用約1 000元。所以CDA=249.07+27.72=276.79萬元。

(2) 對于河流治理及環境恢復費用，主要是采用實際調研以及運用影子價格來測算因水資源污染所要付出的社會、經濟及生態環境價值。

萬州區工業開發園區產生的占地面積為33.5 km2，截至2016年，初步測算萬州區居民每人用水的經濟費用為1元，1 a共需要1.5億元；同時，工業用地并占據了農耕用地15.0 km2,結合自然以及當地人文經濟因素，借鑒于相關的耕地價值計算公式，經計算得到萬州區的補償標準為152.63萬元/hm2，共計22.89億元。基于以上公式計算出企業的生態建設與補償成本CE為24.39億元。

(3) 企業執行與不執行生態治理政策的收益為D1和D2(D1>D2)。

2015年，重慶市萬州區工業園區整體的企業營收收入為521.00億元；2016年，萬州區工業園區企業營收收入為621.00億元，年收入增長率為12%，全國工業園區平均增長率為6%，則2016年萬州區工業園區相對于全國工業園區而言的營業收入增長率的增加值即表示萬州區工業園區進行生態補償前后的收益，亦即D1=D2×(1+12%-6%)=521×106%=552.26億元。

博弈公式中的其他數據如表8所列。

表8 地方政府與當地企業博弈中參數定義及統計說明Tab.8 Parameter definition and statistical description in the model 億元

3.3 生態補償中各方利益主體的實證模擬結果

水資源生態補償系統動力學模型仿真，主要是驗證上述演化博弈模擬結果的正確性并進一步預測博弈主體行為的概率變化率。因此，構建系統動力學模型來進行仿真研究，主要設計思路是擬通過水資源生態補償中央政府、地方政府、當地企業博弈的相互制衡影響關系來搭建SD模型，如圖3所示。

圖3 水資源開發生態補償系統動力學圖Fig.3 Dynamics diagram of ecological compensation system for water resources development

結合博弈過程中的復制動態方程，以及表7和表8中所列出的案例數據與部分測算值，運用Vensim.PLE軟件，對水資源生態補償中各方利益主體的動態博弈行為進行仿真模擬。三方主體行為的動態演化結果分別如圖4和圖5所示。

上述案例中，中央與地方政府博弈時的具體實證數據為F-CI-U1+TC>0,L1-L2+U4+U2-CL>0,F+L1-L2+TC+U2-CL>0，滿足表3中局部穩定點的情況1。由圖4可知：此時在中央政府與地方政府的博弈中，實現中央政府不監管，地方政府主動實施生態保護策略，達到了帕累托最優策略(不監管，實施)，這是因為在此次博弈中，地方政府不執行政策支付罰金F較低時，獲得的中央財政轉移補貼資金較多；同時，在執行政策后地方政府得到的收益較大，能夠緩和其所付出的生態治理成本，使地方政府有更高的積極性來進行環境監督與治理工作。由圖4還可以看出：地方政府實施政策曲線的斜率要大于中央政府實施政策的斜率，表明在雙方的博弈過程中，中央政府并不會直接放棄對地方的監管，而是具備一個考察過程。因此，地方政府有更強烈的積極性實行治理行為。

圖4 中央與地方政府博弈行為博弈仿真Fig.4 Game simulation of game behavior between central and local governments

根據圖5可知：在地方政府與當地企業的博弈過程中，可以達到地方政府監督，企業自覺治理這一最優均衡策略。算例中具體數值符合表6均衡點分析中情況1的數值，即P2>0,O2>0,I2>0，K2>0可以在演化博弈中達到(監督，治理)這一最優策略。這是因為在該案例中，地方政府可以通過高效率的監管方式取得良好的成效，雖然所征收的資源稅不高，但因此獲得了較好的民間聲譽與地區長期發展的可能性。對企業而言，雖然短期利益受損，但是可以獲得足夠彌補其損失的長期的經濟收益與心理收益，并使企業的負外部性效益降到最低，長遠來看，有利于企業在當地的發展建設。

由圖5還可以看出：企業實行治理措施曲線的斜率要高于當地政府實施監督措施曲線的斜率。這就表明：在雙方的博弈中，地方政府出臺的政策與具體落實監督是一個平穩的過程，而當地企業對于政策變化表現出的較為敏感，會較快達到合作路徑。

圖5 地方政府與當地企業行為博弈仿真Fig.5 Game simulation of the behavior of local government and local enterprises

4 結論與建議

基于以上模型與實證研究結果可以看出：在中央政府與地方政府的博弈中，中央政府補貼與罰款、地方政府監督成本以及收益都會直接影響到雙方的行為選擇；地方政府與當地企業博弈時，地方政府的監督成本、企業治理成本等因素對雙方行為的選擇起著正向激勵或者負向激勵的作用。以重慶市萬州區水資源生態補償案例為例開展了實證分析，結果表明，仿真結果與實際案例中各方選擇的行為相一致。

根據本研究的博弈與實證分析中影響水資源生態補償最優策略解的變量，提出了以下政策性建議：

(1) 要因地制宜地實施監管模式，制定合理的獎懲機制。中央政府在制定政策時，應充分考慮到地方的區域發展與水資源開發的具體狀況，可以征收并逐步提高水資源生態環境補償稅(費)。

(2) 完善地方政府水資源考核制度，鼓勵地方政府主動執行水資源保護政策；將水中污染物增加量、三廢污染物減少量以及公眾對于水資源環境的滿意度等納入到考核指標的經濟發展權重系數中。