基于污染权角度的流域生态补偿模型及应用*

魏 楚 沈满洪

(浙江理工大学经济管理学院，浙江杭州310018)

基于污染权角度的流域生态补偿模型及应用*

魏 楚 沈满洪

(浙江理工大学经济管理学院，浙江杭州310018)

生态补偿标准的测算一直是理论界的研究重点，本文对相关文献进行综述，将现有的研究方法划分为费用分析法、机会成本法、支付意愿法和水资源价值法等，分别评述了各种方法的特点、优劣以及在我国流域生态补偿研究应用中的主要结论，在此基础上，基于污染权角度，采用机会成本法和水资源价值法，构建了一个基于计量经济学的流域生态补偿标准测算模型，其核心在于强调了流域上下游居民均有适当的“污染权”，即便在上游地区达标排放的前提下，由于下游地区对水质的较高要求，借助行政手段对上游地区采取了较强的环境管制，在缺乏足够生态补偿的情况下，上游地区由于环境管制而放弃了部分“污染权”，也即是其为了更高的环境标准而放弃的机会成本，这部分机会成本可以视作下游需要向上游支付的生态补偿金额。以浙江飞云江流域为例，利用该模型测算出下游温州市每年应向上游文成县提供3.24亿元的生态补偿，用于购买文成县为保护温州市“大水缸”所放弃的污染权。

污染权;流域生态补偿;机会成本

流域生态补偿已成为国内外学术研究及政策实践的重点领域之一［1］。国外最具代表性的流域生态补偿项目是由世界银行发起，旨在改善拉丁美洲流域水环境的环境服务支付项目(Payments for Environmental Services)［2］;在美国，流域生态补偿实践的典型代表是纽约市为了获得清洁的城市供水，通过投资的方式来购买上游Catskills流域的生态环境服务［3］。欧洲比较成功的流域生态补偿实践则是贯穿德国与捷克的易北河，为改善流域水质，处于中下游的德国在易北河流域建立了国家公园和自然保护区，并将本国征收的排污费经环保部对上游捷克进行经济补偿，用于建设流域上、下游交界城市的污水处理厂［4］。当前国内对流域生态补偿的研究主要集中在生态补偿理论内涵、类型模式、主客体关系和补偿机制等方面，对流域生态补偿标准的量化研究较少［5－6］，而生态补偿标准的确定恰恰是生态补偿研究的难点和关键［7－8］。本文将对现有的流域生态补偿标准研究进行综述和归纳，在此基础上提出一种基于计量经济模型的补偿标准模型，并以浙江飞云江流域为例，对温州—文成间生态补偿金额进行测算，并与其他方法计算结果进行比较。

本文结构安排如下，第二部分对现有文献研究方法进行综述和评价;第三部分在环境库兹涅兹曲线基础上，提出一个基于环境污染权的流域生态补偿标准模型;第四部分以浙江飞云江流域为例，测算下游温州市应向上游文成县支付的生态补偿金额，并利用其它计算方法进行比较;最后是结论部分。

1 研究方法评述

当前大多数流域生态补偿标准测算的依据是基于投入和效益两个角度进行的［1，9－10］。其中基于投入角度测算方法主要核算上游地区对于流域生态建设与生态保护的各项投入，以及由此而导致发展受限制的损失，与此相对应的研究方法包括费用分析法和机会成本法;基于收益角度测算方法主要估算流域生态保护所带来的外部效益，以及增加的生态服务价值，主要采用支付意愿法及生态服务价值法。此外，还有基于交易角度水资源价值法，主要测算水资源在假定的市场交易条件下的交易额。

1.1 费用分析法

费用分析法主要是从流域上游生态建设与环境保护所付出的成本角度进行测算，是较常用的计算方法。一般考虑直接成本和间接成本，其中直接成本包括工程建设成本、退耕还林建设成本、水土流失治理成本、生态污染防治投入等;间接成本包括水源涵养区发展节水的投入、生态移民投入、部分产业发展受限的损失等。由于生态建设与生态保护的收益是由上、下游地区共享的，因此需要对流域生态建设与生态保护的费用进行分摊，一般采取上下游取水比重、断面水质等系数进行修正，从而计算出总费用中应由下游承担的部分，也即是下游向上游补偿的部分。

具体到实际应用中，不同的研究对于直接成本和间接成本包含的项目有较大差异，同时对如何设定上、下游分担比重也受限于数据可得性。如胡熠、李建建以闽江流域为例，对上游南平市在2003－2005年间生态建设的直接成本和间接成本进行了测算，并根据上下游地区取水比重、生态支付意愿和支付能力确定了福州与南平对生态建设成本的分担比重［11］;刘玉龙等人以新安江流域为例，对2000－2004年间上游地区生态建设与生态保护的直接成本与间接成本进行了计算，并按照上、下游水量分摊系数、水质修正系数和效益修正系数，测算出新安江下游应向上游支付相应生态建设与保护投入5.26亿元［12］;钟华等人对渭源县生态保护的直接成本和间接成本进行了计算，在考虑受水区取水系数和排污分配系数后，测算出2005年甘肃、宁夏和陕西共应向渭源县支付3.88亿元生态补偿费用［13］;蔡邦成等人测算出南水北调东线水源地保护区一期生态建设工程建设总成本为1.46亿元/年，按照生态服务价值收益比例来确定不同区域对生态建设成本的分担比重，并由此测算出外部区域对建设区域每年补偿标准为1.11亿元［14］。

费用分析法较为直观，但计算中涉及数据多，结果受限于数据可得性与精确性，此外，对于费用分担系数的设定存在一定主观性。

1.2 机会成本法

机会成本法是指水源保护区为保护整个流域的生态环境所放弃的经济收入和发展机会等［15］。机会成本法测算的基本要素是确定合适的载体［16］，即以该载体为基础，定量计算出进行生态保护和不进行生态保护状况下的利润差值，也即是生态保护的机会成本。常见的载体包括劳动力、土地、森林等［17］。目前研究主要集中在土地利用上，如蔡邦成等在测算南水北调东线水源地保护一期生态建设工程的机会成本时，选择以土地为载体，根据建设前后土地利用类型的面积以及相关用地单位面积产值，估算出工业用地和农业用地由于转换为生态用地，产生的机会成本为1.46亿元/年［14］;但更多的研究则往往包括了多种载体，如毛占锋，王亚平运用机会成本法在对水源地安康的研究中，以耕地为载体，测算了因为退耕还林工程带来的经济作物损失为1.23亿元/年，此外还考虑了因产业结构调整带来的工业损失和因为涵养水源导致的渔业损失，三者共计 6.31 亿元/年［18］。

此外，部分学者将水源保护区与参照地区的收入差距作为保护区的机会成本进行计算 ，利用该方法计算的成本并不能完全反映出由于生态建设与保护所带来的机会成本，因为地区间的经济差距除了生态建设与生态保护以外，还可能受地理区位、资源禀赋、人力资源水平等诸多因素影响，将人均收入水平差异全部归结为流域生态建设与生态保护有失偏颇［19］。

机会成本是生态保护者放弃的机会，目前可计算的是基于载体的某一用途所带来的直接损失，对于间接的损失，如放弃的发展工业等则无法测算，因此计算出来的仅仅是机会成本的一部分。

1.3 支付意愿法

支付意愿法(Willingness to pay，WTP)是对消费者进行直接调查和询问，了解消费者的对于改善或保护环境的支付意愿，其中由Ciriacy－Wantrup提出的条件价值法(contingent valuation method，CVM)被大量应用于非市场化物品的价值评估［20］。

根据支付意愿法获得的数据能够得出生态补偿者所愿意支付的最大值，在现实应用中，其计算方法一般利用实地调查获得的各类受水区最大支付意愿乘以该地区人口数。如毛占锋，王亚平以安康为例，运用支付意愿法计算出南水北调中线工程受水区人均支付意愿为11.68元/年，并由此测算出受水区向水源地提供4.14亿元/年的生态补偿金额［18］。

尽管支付意愿法获得的数据在理论上最接近边际外部成本数值，但是由于调查中可能存在的信息不对称，被调查者提供的支付意愿同真实意愿可能存在偏误，往往需要进行大样本问卷调查来消除各种误差。

1.4 水资源价值法

该方法思路是基于水资源可以进行市场化交易的前提，此时可以根据上游供给下游的水资源数量及水质高低，设定交易的价格以及交易的方向——如果是优质好水，下游向上游购买，否则是劣质污水，上游则需要向下游赔偿。我国相关的实践包括浙江东阳和义乌在2001年签订的水权协议、嘉兴市秀洲区的排污权交易等［21］。

水资源价值法的计算方法为:总水量乘以水价，其中水量可以直接测度，水价格一般可参照污水处理成本或者相似水资源市场交易价格，此外，还可以乘以水质修正系数来确定最终的补偿金额。如毛占锋，王亚平对安康的研究中，根据南水北调中线工程的调配水量，根据不同用水类型设定水价，并设定水质系数，测算出安康可获得的补偿总额为5.93亿元/年［18］。王嵘等人以南水北调东线水源地扬州为例，估算出扬州市2008年为削减COD排放的成本为1.6 亿元/年［22］。

水资源价值法基于可交易的市场品价格，对水资源或水污染价值进行评价，方法简单易行，但是水质修正系数的设定主观影响因素较多。

此外，在机会成本法、支付意愿法等方法的基础上，还发展出了生态服务功能价值法，它是一种综合生态经济学和环境经济学的综合方法。其核心思想是估算出生态系统服务功能的价值，并且利用估算出的价值进一步确定出生态补偿的标准［15］。如蔡邦成等对水源地不同的生态系统服务功能，如气体调节、水源涵养、土壤形成与保护、废物处理与净化、生物多样性保护、食物生产、原材料、娱乐文化等进行综合评价，测算出南水北调东线水源地保护一期生态建设工程能为本地带来0.83亿元/年的生态服务价值，并为下游区域和全国其他区域带来2.13亿元/年的生态服务价值，也即是“外溢的正外部性”［14］。生态服务功能的价值可能有一定高估，甚至超过同期人类社会生产总值［15］，因此往往借助某一调整系数来测算可以接受的生态补偿标准［23］，但调整系数的确定往往带有主观性，结论偏差较大，因此一般将生态系统服务功能价值作为生态补偿的上限，现实中该方法应用最少［15］。

综上所述，不同的生态补偿标准测算方法选择的角度和参照载体不同，均存在一定缺陷，目前该领域仍缺乏统一的理论和方法体系。本文与现有文献的差异体现在:将从污染权角度出发，基于机会成本法和水资源价值法，测度出水源保护地由于生态建设和环境保护所损失的污染权利的市场价值。

2 基本思路与模型

2.1 基本思路

假定流域上、下游分别为甲地和乙地，如果甲地不是流域的水源保护地，那么甲地可以同其他地区一样发展工业，并在环境容量范围内排放相应的废弃物。如果甲地成为流域的水源保护地，那么必须严格控制污染排放的权利来保证供给下游的水质。同气候变化谈判中涉及到的CO2排放权即是发展权一样［24］，污水排放权也是发展权，甲地为保证水质必须关停部分污水排放企业，或者付出更高的成本对污水进行处理后排放，甚至还丧失了部分生活污染权，如上游库区生态移民等。因此甲地丧失的这部分排污权即是由于乙地对水源保护要求所导致的，也即是下游需要向上游购买和补偿的污染权。

可以用一个简单的图来说明:在图1中，区域I表明该地区实施了严格的环境管制(如生态保护区的水质约束)，那么区域I的经济发展到A点时，由于受到环境约束而受限，可能产生停滞甚至下滑;区域II中属于适度发展区间，由于没有环境约束，而且在正常的环境容量范围内，因此经济可以继续向上增长至B点;区域III则是突破了环境容量的阈值，经济可能会继续增长，但是按照库兹涅兹曲线，在达到顶点C之后，污染会随着经济增长而下降，即出现拐点。

根据对排污权的理解，可以认为正常环境容量与环境约束之间的差值，即图中的AD即是该地区损失掉的排污权，为了测度排污权的价值，需要确定两个值:一是损失的排污权，或者说为了保护水质而减少的污染排放量;二是排污权的价格，也即是每一单位污染物所可能带来的产出值。

2.2 基本模型

由于污染权即是发展权，因此首先确定污染物与经济发展水平之间的函数关系式。设定人均GDP(rGDP)与人均污染量(rWater)之间存在函数关系:

其次依据函数关系计算出每一年的“理论”人均污染量，也即是处于正常发展状态下，与该经济发展水平相对应的污染权:

上游地区在环境管制状态下实际产生的人均污染水平rWatert是已知的，因此每年上游地区由于生态保护和生态建设所丧失的污染权为:

当年该地区总的损失的污染排放权为:

由于大多数污染物无法通过市场进行交易的，因此污染物价格确定仍是学术界探讨的难题，但是可以通过间接的方法对污染物价格P进行估算(譬如选择单位污水带来的工业总产值、单位污水的GDP产出，或是污水的处理成本)，一旦确定污染排放权价格后，也就确定了上游损失的污染排放权的价值，也即是下游需要向上游购买和补偿的部分:

3 实证测算

3.1 背景介绍

珊溪水库位于浙江省温州市境内的飞云江干流中游河段，由珊溪水库工程和赵山渡引水工程组成。其中珊溪水库坝址控制流域面积1 529 km2，占全流域面积3 252 km2的47%。坝址多年平均年径流量18亿m3，总库容18亿m3，电站装机容量20万 kW。每年可向温州市提供13.4 亿 m3清水，年可引水量7.3 亿m3，可供温瑞平原、洞头县及飞云江以南沿海地区的平阳市、苍南县等地区，供水区内受益人口500万人，因此也被誉为温州的“大水缸”。

为了建设珊溪水库、保护珊溪水库的水环境，库区尤其是文成县作出了巨大牺牲，全县移民人数13 749人，淹没耕地4 834亩，林地13 158亩，自身可开发的水电资源、砂石资源和飞云江漂流资源完全丧失，环境保护压力加大，更重要的是文成县在工业、农业、养殖业、旅游业以及房地产业等方面均严重受阻。

由于缺少相应的生态补偿机制，流域上下游之间经济发展水平与环境治理水平形成了巨大的剪刀差，“经济小县”承担着“生态大县”的角色。2009年文成县人均国民生产总值为8 988元/人，处于全温州地区最落后的位置，最高的温州龙湾区达到了63 342元/人，为文成的7倍;但与此同时，由于受温州市行政管辖，文成县除了遵守国家环境标准外，还要为了保护温州“大水缸”的水质而遵守更为严格的环境管制，文成县在财政收入极为紧张的情况下，不得不投入巨大资金用于生态保护，2010年文成县城镇生活污水集中处理率为70%，高于温州市区62%的水平，飞云江干流水质保持II类标准(上述数据均来自文成县环境保护“十一五”规划，http://www.wencheng.gov.cn/zwpd/zw_tszf/fzgh/20090304/16627_1.htm)。尽管从 2008年开始温州市出台了《温州市人民政府关于建设生态补偿机制的意见》、《温州市生态补偿专项资金使用管理暂行办法》等相关文件和办法，并下拨不少于3 500万元的生态补偿专项资金，但对文成县而言仍然是杯水车薪。

3.2 模型选择

为保证样本数量，选择了温州地区的12个县(市，区)为研究对象(包括:温州市区、鹿城区、龙湾区、瓯海区、瑞安市、乐清市、洞头县、永嘉县、平阳县、苍南县、文成县和泰顺县)，时间区间为2002－2007年(主要是由于在统计年鉴中，各地区的污染物数据从2002年才正式发布)，这样就获得了12个截面单位6年间的平衡面板数据(panel data)，共有72个样本点，较多的样本点能够保证计量模型估计的准确度。

变量rGDP代表各地区的人均GDP水平，数据来源于《温州市统计年鉴》(2003－2008年)，以1990年不变价格进行计算，单位为元/人。变量rWater代表各地区的人均工业废水污染量，数据来源于《温州市统计年鉴》(2003－2008年)，单位为吨/人。

根据EKC假设，人均 GDP(rGDP)与人均污染量(rWater)之间存在以下关系:

由于存在倒U形关系，因此应满足:β2＜0且β1＞0。

此外，根据沈满洪等人的研究发现，我国有些地区可能并不存在EKC的倒U形曲线，而是可能是N形曲线关系［25］。因此为了找出最能拟合实际样本点分布的曲线形态，还设定了不同的函数形式。

设定的线性关系式为

当符合线性关系时，显然有λ1＞0，即人均工业污水排放量随着人均GDP水平增加而递增。

设定的三次多项式为

如果符合N形曲线关系，则应该有δ1、δ3＞0且δ2＜0。

对于面板数据的估计有多种方法，根据Hausman检验，需要用固定效应模型(Fixed Effect)来进行参数估计，对模型(6)(7)(8)的估计结果见表1。

从表1可以看出，对模型(6)的估计中，二次项并非负数，显然不满足EKC关于倒U形的假设;但是在三次多项式的回归结果中，各参数的符号均符合预期，此外模型(8)的估计结果中R2系数最高，因此在三个模型中可以认为最能拟合实际样本点的是N型曲线的三次多项式模型。

3.3 污染权计算

一旦确定了温州市所有地区的经济发展水平与污染物之间的函数关系，就可以对文成县的排污量进行测算，以2005年各地区经济水平同人均工业废水排放之间的散点图为例，见图2。

在图2中，圆形散点表示各地区的位置，方框代表的是文成县，即低经济水平和低人均污染量，但是根据温州市的所有地区来看，其平均的经济水平与人均污染之间应体现在拟合的N形曲线上，对于文成而言，如果保持其经济水平不变，在全温州范围来看，其平均的人均污染水平应该是处在曲线上的三角形位置，因此两者之间的人均污染量的差即为损失的人均污染权(从图2可以发现，处于拟合曲线下方的地区同平均趋势曲线相比，属于污染“少排”，而处于拟合曲线上方的地区则属于过度排放)。

表1 对计量模型的估计结果Tab.1 Result of econometric model

图2 实际污染排放与理论污染排放量(2005)Fig.2 Actual and theoretical pollution in 2005

由于函数关系已经确定，根据式(2)可以计算出各年的“理论”人均污染量，与温州全市平均水平以及文成实际排放水平的比较如图3所示。

从图3可以看出，文成的理论人均工业废水排放量为2.89－5.46t/人，而实际的人均工业废水排放量仅为其理论排放量的11－31%，有70%以上的人均污染权没有使用，如果按照与经济发展水平相对应的污染水平来计算，文成在2002－2007年中损失总的工业废水排放权达到677万t，平均每年少排放112万t工业废水。

此外，文成的实际人均排放量仅为温州全市平均水平的1/20左右，而且在温州全市人均工业废水排放量递增的趋势下，反而出现文成的人均工业废水排放水平逐年递减的趋势。对于经济发展尚未跨过环境库兹涅茨曲线转折点的文成来讲，污染权即是生存权，也是百姓的发展权，在没有足够的相关政策配套的情况下，通过种种强制手段抑制文成的经济发展，人为压制污染指标的走低，这无疑是剥夺了上游地区人民发展经济、提高生活水平的正常权利。

图3 文成县实际与理论人均排放量与温州全市对比Fig.3 Comparison of per capita pollution between Wencheng and Wenzhou

3.4 污染价格

由于工业废水排放主要是工业企业在生产经营中所产生的，因此排放的废水数量越多，相应的国内生产总值也越高。当然随着技术进步和科技发展，每吨工业废水所产生的生产总值会越来越高。根据历年统计数据，可以计算出温州市全市范围内平均工业废水生产率，这可以视作是工业废水的基本价格指数(此处没有选择以工业废水平均处理成本作为污染物价格，主要原因在于，废水处理成本价格是基于建设与治理成本角度，而本文则是基于机会成本角度，即如果没有水源地水质管制要求，那么这部分实际放弃的废水排放权是可以排放的，由此可以产生更高的工业产值)，由于不同地区的水资源禀赋、涉水产业和产业技术水平存在较大差异，为保证结论的稳健，因此选择各年份废水生产率最低的值作为工业废水的参考价格。

3.5 主要结果

一旦确定损失的污染权数量，以及污染物的价格信息后，根据式(5)就可以测算由于丧失污染权所导致的经济成本—也即是通过计算“放弃的污染权”乘以“污染物参考价格”得到相应的机会成本。

根据表2的计算结果可以看出，从2002年开始，文成由于需要保证水质而放弃的工业污水数量在70－178万t之间，即便按照当年工业废水的最低产值计算，每年因此而导致的产出损失为2.47－4.49亿元。2002－2007年，文成县因为水质保护要求放弃了677.2万t工业废水污染(正如审稿人提到的，“污染补偿首先必须在符合环境排放标准的前提下来探讨”，也即是如果排放了这些估算的工业废水，是否仍然能够达到国家标准?这主要是由于缺乏适当的假设参照物，即如果文成县并非归属温州市行政管辖，那么文成县不受温州市环保局单独为其制定的断面水质环境标准限制，但采用何种新标准却难以在现实中找到参照对象。此外，考虑到图3中，由于经济发展水平滞后，文成县即便达到了理论人均排放量，也仍然远低于温州市人均排放量，因此我们仍然假定这部分由于额外环境管制所导致的排污权损失即为全部的生态补偿金额)，由此导致潜在产出损失至少19.46亿元，平均每年3.24亿元。

为保证结论的稳健型，还采取了水权交易方法对生态补偿金额进行了验证，分别考虑水资源交易金额、相应土地补偿和发电收益分担，结果表明2002－2008年，温州市应累计向文成提供13.36亿元水权费用。此外，国内一些相关研究与本课题研究结论较为一致。如《关于要求建立东江源区域生态资源补偿机制的报告》中，测算出东江源地区为向珠三角安全供水，2000－2006年间产业发展受限，经济损失为24.8亿元，年均损失3.7亿元;又如沈满洪等人运用机会成本法和土地损耗测算法，计算出淳安作为水源保护地，每年应获得生态补偿资金为2.1－4.6亿元［19］。本文的结论同其他研究结论在数量级上较为接近，说明结果较为稳健。

表2 按照排污权法测算的机会成本(2002－2007)Tab.2 Opportunity cost based on pollution-rights from 2002 to 2007

4 结论

本文从污染权角度出发，用机会成本法和水资源价值法，构建了一个流域生态保护补偿标准的模型，并以浙江飞云江流域珊溪水库为例，测算了上游文成县为保护下游温州市的“大水缸”所放弃的机会成本，并利用其它计算方法和相关研究结论进行检验。由于本文设定的计量模型是基于数据驱动的，因此其形式具有较高的可靠性，而且模型具有一定的可扩展性，如本文探讨了流域上游生态敏感区因为环境标准限制所放弃的机会成本，可以采用同样方法测算流域下游地区由于较宽松的环境标准所导致的侵占收益，并由此可以确定不同区域之间对于流域上游地区的补偿分担比重，当然对于污染物价格的设定存在一定主观性，这也是未来有待改进和继续深入研究的地方。

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An Econometric-based Model of Basin Ecological Compensation and Application from the Perspective of Pollution Rights

WEI Chu SHEN Man-hong
(School of Economics and Management，Zhejiang University of Technology，Hangzhou Zhejiang 310018，China)

The measurement of ecological compensation standard is a key research field.In general，the research methodology on basin ecological compensation falls into several catalogues:construction cost analysis，opportunity cost analysis，willingness to pay，water resource value assessment，as well as the ecological service value assessment.This paper overviews these methodologies’key features and their application in China.According to the opportunity cost theory and resource value assessment approach，an econometric-based model is constructed from the perspective of pollution rights.The main ideal is that residents live in the upstream and downstream have the same“pollution rights”.To achieve downstream region’s additional requirement on water quality，more stringent environmental regulations are imposed on the upstream region，which lead to the loss of pollution rights in the upstream.If the market-oriented ecological compensation is absent，the loss of pollution rights means the opportunity cost.An empirical analysis based on Feiyun River basin in Zhejiang province suggests that the downstream Wenzhou should pay 324 million yuan RMB per year to the upstream，Wencheng county as eco-compensation.

pollution rights;basin ecological compensation;opportunity cost

F062.2

A

1002－2104(2011)06－0135－07

10.3969/j.issn.1002－2104.2011.06.022

2010－12－10

魏楚，博士生，主要研究方向为生态建设学环境保护。

*国家社科基金项目(编号:08AJY031，10CJY002);教育部人文社科项目(编号:09YJC790246)。

(编辑:于 杰)