病险水库管理决策中的环境价值评估——以水库的游憩价值为例

杨 孟,钱 新 (南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏 南京 210046)

病险水库管理决策中的环境价值评估
——以水库的游憩价值为例

杨 孟,钱 新**(南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏 南京 210046)

以滁州市黑洼水库的游憩价值为例,利用两边界二分式条件价值法,探讨了我国病险水库管理决策中的环境价值评估.利用收入限制的Logit模型,分析支付意愿均值和中值点估计和区间估计对其分布函数右尾变化的灵敏性.结果表明本研究中支付意愿的分布函数没有出现“大尾效应”,在最大投标值处,对分布函数进行简单截断的方法统计效率最高.滁州市公众对黑洼水库游憩功能提升的平均支付意愿为305元/户(95%置信区间265～351元/户);总价值为3782万元(95%置信区间3296～4355万元).表明即使是小型病险水库也可能具有极高的环境价值,病险水库管理决策必须考虑环境价值这一重要指标.

水库大坝退役；条件价值法；两边界二分式；统计效率；收入限制

我国有水库大坝 8.5万多座,这些水库多建于20世纪50～70年代,其中一些建设过程缺乏专业的工程技术监督和指导,加之数十年的运行及疏于管理,这些水库已经病险重重,洪汛期具有极高的溃决风险[1].除险加固和退役报废是我国病险水库管理的两种基本方案.虽然近年来国家加大对病险水库除险加固的资金投入,但截止2006年底,全国仍有 3.7万座病险水库,约占总数的40%[1].退役报废(拆坝)是一种解决问题的有效途径,水利部于2003年5月发布了《水库降等与报废管理办法(试行)》[2],规范和指导我国水库降等与退役报废的实施.拆坝给社会、经济和生态环境系统造成的影响相互联系、复杂多变、存在大量的不确定性[3-4].国际上,拆坝决策的非市场商品价值评估覆盖流域、河流、水库及其生态系统,着重于生态系统和濒危物种恢复的使用和非使用价值评估[5-7].与发达国家不同,我国现阶段水库退役报废的主要目的是加强大坝安全管理[2],尚未达到以恢复生态系统和濒危物种为目标的高度.我国对病险水库管理决策理论与实践的迫切需求首先集中在城市区域.因为城市人口密度大、经济体集中,水库溃坝风险的社会经济易损性高.另外,城市化进程对病险水库功能提出了新的需求,主要表现为从农业灌溉向游憩功能转换.基于以上特征,本研究以水库的游憩资源为例,探讨我国病险水库管理决策中的环境价值评估方法.

1 研究方法

1.1 研究区黑洼水库概况

黑洼水库位于安徽省滁州市西南琅琊山脚下,是滁州城市滨水景观的组成部分,为滁州学院和下游居民住宅小区提供景观用水.在正常水位下的库容为43.3万m3、最大水深9m,水面面积0.08km2.水库由村民自发建于1954年,施工质量较差、建成后缺乏管理加之设施老化导致病险严重,存在较高的溃坝风险.城市化导致水库灌溉功能的丧失,取而代之的是对安全和游憩功能的新需求.一方面,黑洼水库位置极为重要,2004年水库被纳入滁州学院南校区,下游为滁州市开发区,增加水库安全性是保障公众安全的迫切需求.另一方面,黑洼水库是附近居民游憩(主要是垂钓和散步观光)的重要场所.针对以上需求,当地水利部门目前提出了两种管理方案.第一种为除险加固,以防御100年一遇洪水,降低溃坝风险.同时在水库周围铺设栈道,并实施其他环境改善措施,整体提升水库景观的游憩功能.第二种为大坝退役,仅加固保留部分坝体,从而显著减小溃坝的可能性及影响.但是坝高降低,导致水深降至 1～2m,水库面积缩减 50%.2种方案中前者游憩价值较高,但安全性不如后者.水库的游憩价值是在两个方案中进行抉择的一个重要的指标.

1.2 条件价值法简介

条件价值法CVM是游憩、生态系统和环境质量等非市场资源评估的一种传统方法[8-11],常采用开放式OE和二分式DC的价值引导方法.其中,OE方法要求受访者自己给出一个价值,给受访者带来的压力往往导致大量的抗议性回答或者不回答[12].DC方法仅要求受访者对给定的投标值回答“是”或“否”,相对简单.该方法在Hanemann[13]的推广之下,在全世界得到广泛应用.DC方法根据投标次数分成单边界、两边界和多边界方法,前两种比较常用.虽然部分受访者的偏好在第二轮投标中可能出现变化从而导致两边界方法响应的不一致性[14-15],但是两边界方法的统计效率显著高于单边界方法[16].本研究的主要目的是估计支付意愿 WTP提高统计效率,因此采用两边界方法.中值和均值是 WTP估计两个最常用的统计量.其中,均值对 WTP分布右尾的变化十分灵敏,但 WTP分布右尾的确定至今仍未达成一致[17].通常根据经济学理论中个人收入对 WTP的限制,将右尾设定为个人收入[17]或投标设计的最大值[18].本研究采用不同的收入限制模型,探讨 WTP均值对右尾变化的灵敏性,以提高WTP均值估计的统计效率.

1.3 CVM问卷设计

1.3.1 CVM 预调查与投标设计 为了确定采用WTP还是受偿意愿WTA进行价值评估,在CVM 问卷调查之前开展了多次调研.调研结果表明,绝大多数受访者认为大坝退役将导致黑洼水库游憩价值降低,不相信会因水库游憩价值的损失而得到政府补偿,在答题时缺乏认真的态度.受访者对游憩价值降低的 WTA极高,甚至拒绝接受补偿,相对较少的正响应(愿意接受补偿)使结果分析的可用样本减少、WTA结果的可靠性降低[19].国内的其他研究也表明,WTA问卷的受访者绝大多数选择最大补偿值,使得 WTA的评估结果远远高于WTP[20].WTA和WTP的差异是CVM 研究领域悬而未决的问题,基于国外研究成果,赵军等[21]从理论上归纳造成这种差异的可能原因.CVM实证研究[20,22]指出我国WTA偏高的可能原因:WTA中关于受损补偿的假设与我国的现实情况相去甚远,受访者很难轻易相信他们会得到补偿,缺乏认真回答的激励机制.在我国目前的情况下,受访者潜在的与政府博弈心理使其故意抬高补偿标准,从而导致策略性偏差.由于WTA值存在过大评估价值的嫌疑,国外多数研究者更愿意采用WTP值来评价非使用价值[8];我国的实证研究中亦多采用 WTP[21].综合考虑我国的实际情况以及公众的认知水平,认为现阶段在我国采用WTA进行病险水库的环境价值评估条件尚未成熟,本调查最终选择 WTP.这有利于在有限的资金投入下增加可用样本数,激励受访者认真思考作答,并避免策略性偏差.

于2010年9月采用开放式问卷对黑洼水库除险加固方案的水库游憩功能提升工程开展了CVM评估,共收回有效问卷60份,基本确定WTP分布范围和形态.利用Alberini[23]的QPCFB方法进行双边界二分式方法的投标设计:根据预调查估计的 WTA分布函数,用概率五分点(0.2,0.4, 0.6,0.8)对应的投标值作为第一轮询问的投标值;第二轮询问的投标值下边界为第一轮的二分之一,上边界为第一轮的两倍.得到的投标值及其对应的子样本数量如表1所示.

表1 两边界二分式CVM问卷的投标设计结果Table 1 Results of design for double-bounded dichotomous choice contingent valuation

1.3.2 CVM 问卷设计与偏差控制 通过预调查完善问卷内容,问卷主要由6部分组成.第1部分为情况介绍,图文并茂地向受访者介绍黑洼水库概况、两种管理方案及其影响.第2部分为自我报告的行为,目的是了解受访者对水库游憩价值和大坝安全的感知,受访者在黑洼水库的游憩水平,以及受访者对政府部门的信任程度.为了考虑替代商品的可能性,要求受访者回答是否在滁州市的其他水库游憩.第3部分为态度意见.在价值评估之前,要求受访者评估方案主要影响的重要性水平,这有助于鼓励受访者思量方案对他们可能产生的影响及其重要性.考虑到部分受访者可能为 0WTP,要求受访者回答如果不需要他们出钱,是否支持除险加固方案的水库游憩功能提升工程.第 4部分采用双边界二分式方法进行WTP引导.核心问题是:“黑洼水库除险加固方案的实施需要大量费用,国家划拨的经费不够开展水库游憩功能的提升.黑洼水库游憩功能的提升,滁州市民都将是受益者.您的家庭是否愿意一次性支付__元钱来支持黑洼水库游憩功能提升工程？”.第 5部分为人口特征统计,问题设置参考国外相似研究[5],采用Likert 5级量表.第6部分为调查评估,包括受访者对问卷质量的评估以及调查人员自评.

只有通过问卷设计和调查过程中的有效偏差控制,才能保证CVM估计的可靠性.本研究采用双边界二分式问卷,有效避免了 CVM研究中的起点偏差[24].在态度意见部分,鼓励调查者仔细思考方案对他们可能产生的影响和重要性,一定程度上避免了假想偏差.在调查过程中提醒受访者注意其收入限制,并反复告知要如同真实交易一般进行价值评估,从而进一步减小假想偏差

[25].调查过程中向受访者强调支付意愿只是一种意向,消除受访者的警惕心理,并采取部分激励机制,一定程度上避免了策略性偏差[24].为避免受访者对缴税的敏感以及城市地区义务劳动的非现实性,选择捐款方式从而避免支付方式偏差.为减小信息偏差,问卷系统介绍了黑洼水库历史演变、两种管理方案及其后果.并在调查评价部分请受访者评价问卷的质量,95%的受访者认为问卷提供的信息质量非常高,对回答问题十分有用.受访者在面访过程中存在“选择让调查者满意的结果”的心理,导致积极性回答偏差.调查过程中通过避免对受访者的引导,并给其充分时间进行独立思考,从而有效避免该偏差[24].

1.4 CVM调查实施与WTP响应结果

根据前期调研和预调查发现滁州市琅琊和南谯区的居民曾到黑洼水库游憩,因此将以上区域定为抽样范围、区域的居民作为总体.根据相似研究[24,26],以及可支配经费数额,将样本大小确定为560份.采用简单随机抽样[27],于2010年10月30～31日在抽样范围内的居民小区、街道、商场集市、公园、居委会等多种场合进行抽样调查.

为获得客观真实有效的数据,本研究通过访员培训、抽样控制、调查过程控制、以及问卷复查等措施对调查质量进行控制[28].访员全部为环境规划与管理专业的硕士和博士研究生,都曾参与问卷调查,并对CVM方法的原理有所了解.现场调查前开展访员培训使其正确理解问卷内容,并通过互访充分熟悉问卷.由于未成年人可能对家庭经济状况缺乏充分了解而高估或低估WTP,抽样对象选择大于18周岁的成年人.阻止受访者同行人对其施加影响,使受访者的回答更能反映其真实想法.通过访员自查互查、督导审核,从问卷规范性、完整性、填写正确性、以及配额 4个方面保证问卷质量.

560份问卷中41份无效,原因包括重要信息未答、答案相互矛盾以及抗议性回答.抗议性回答比例仅为5.00%(表2),说明问卷设计较为成功.扣除无效问卷,回收有效问卷 491份.其中有 14人表示“即使不需要个人支付任何费用,也不赞成黑洼水库除险加固方案”,从而具有负 WTP.剩余477份问卷的WTP≥0,扣除其中认为“游憩功能不会因工程实施而得到改进”的7份问卷[17],剩余470份问卷(83.93%)用于统计.

表2 WTP的响应结果Table 2 WTP responses

1.5 WTP的传统模型

离散型条件价值评估中,受访者面临的问题是“非市场项从q0改进到q1需要支付的费用为投标值A,是否同意支付？”同意支付的概率π(A)可表示为[29]:

式中:GC为最大支付意愿 C的分布函数;和η分别为非市场项从q0改进到q1的间接效用函数差和随机偏好ε的变化量; Fη为η的分布函数.使用Hanemann[13]提出的线性效用函数:式中: α是社会属性向量X的参数向量; β为投标值A的参数.游憩价值评估常采Logit模型[30-32],将式(1)和(2)代入Logit模型得到:

对于两边界二分式 CVM,如果受访者接受第一轮投标值A,则增加第二轮投标值到Au;否则,降低第二轮投标值到Ad.因此存在4种可能结果:两轮都接受;两轮都拒绝;第一轮接受,第二轮拒绝;第一轮拒绝,第二轮接受.根据式(1),4种结果的概率分别用πyy、πnn、πny和πny表示为:

离散型条件价值评估常用最大似然法进行参数估计,对数似然函数表示为:

1.6 收入限制的WTP模型

经济理论指出个人的 WTP不可能无穷大,WTP受到收入y的限制[17]:

为满足式(12),最简单的方法是在最大投标值式中:θ=[α,]β为参数向量.对θ解方程(9)即得到θ的最大似然估计值,接着采用Logit模型计算WTP的中值C*[29]:

本研究总样本中仅有2.50%的样本WTP＜0,因此在WTP=0处进行对WTP分布函数左截断,得到Logit模型的WTP平均值C+[29]: Amax处对WTP的分布进行右截断[18],为与下文的截断模型区分,将其称为简单截断模型.由于WTP的分布保持不变,简单截断对WTP中值无本质影响,但却对平均值有很大的影响[33].Boyle等[34]将WTP平均值对分布右尾的这种灵敏性称为“大尾效应”.WTP平均值的计算式应改写成[17]:

Hanemann等[17]详细介绍了另外两种满足式(12)限制的方法:截断(Truncating)和删失(censoring)方法.截断方法,在最大随机偏好εmax处对Fη进行右截断,式(3)变为:

式中: y根据本研究调查结果设定为家庭年收入的最小值5000元.截断模型WTP的平均值和中值分别为:

删失方法,又称为标准化(Normalization)[33],在εmax处插入一个节点(spike)对 Fη进行右删失,节点右侧π(A)≡0,式(3)变为:

删失模型WTP的平均值和中值分别为:

2 结果与分析

2.1 社会经济变量对WTP的影响

对WTP≥0且认为游憩功能通过项目实施能够得到改进(q1＞q0)的 470份问卷,采用式(3)的Logit模型,通过Wald检验筛选对WTP有显著影响的解释变量[17].结果表明JOB、INC、AttSafe、TRUST和BID的P值小于0.1,从而拒绝零假设,具有显著的影响水平,且影响方向与预期一致(表 3).其他解释变量影响不显著,在此略去.管理及教育行业的从业者WTP最高,城市失、待业人员的 WTP仅高于农民;收入高的居民比收入低的居民支付意愿高.个人是否关注大坝安全管理AttSafe显著影响其WTP,关注大坝安全管理的受访者 WTP高.个人对政府及水利部门管理处理大坝险情能力的信任度 TRUST也显著影响其WTP.信任度高的受访者相信政府有能力应对病险大坝可能出现的险情,没有必要花大量费用进行除险加固.由于水库游憩功能提升工程隶属于除险加固方案,对除险加固方案的态度影响了他们对水库游憩功能提升工程的WTP.

表3 社会经济变量的Wald检验结果Table 3 Wald test results of social-economic variables

2.2 不同WTP模型估计结果比较

仅使用对投标值有显著影响的解释变量,分别利用传统模型以及 3个收入限制模型进行最大似然法估计.由表4见,4个模型的Wald统计量均在0.01水平统计显著,表明4个模型的拟合优度都高[17];传统模型的P值等于零,拟合优度最高.虽然删失和截断模型不同,但是两者的最大似然估计相同.不同模型中解释变量的P值有所差别,但显著性水平基本相同:JOB、BID和CONS在0.01水平统计显著;TRUST在0.1水平统计显著; INC和AttSafe在传统模型中的显著水平较高.

表4 不同WTP模型的估计结果Table 4 Estimation results from WTP models

图1 同意支付概率π (A)的分布函数曲线Fig.1 Cumulative probability distribution curves of a“yes” response

根据估计结果绘制受访者同意支付概率π(A)的分布函数曲线.简单截断模型保持传统模型的WTP分布,但在最大投标值(1000元)处进行右截断(图1).这对WTP中值无影响,2种模型的WTP中值估计相同(表 4).对比式(11)和(13)可知,简单截断模型的WTP均值点估计比传统模型小.本研究中简单截断模型的WTP均值点估计为305元,仅比[0,+∞)上计算的值小3元(0.97%).说明得到的π(A)的分布函数没有出现CVM研究中常见的“大尾效应”,统计效率较高[24].随着投标值的增大,分布函数快速向0收敛、“右尾”变窄,没有出现“大尾效应”(图 1).本研究截断和删失模型的估计结果相同(表4)、π(A)的分布函数曲线几乎完全重合,但与传统和简单截断模型有较大差别(图1).从π(A)的分布函数曲线(图1)可以推断截断和删失模型的WTP中值点估计小于另外2种模型,与公式计算的结果(表4)相符:截断和删失模型的 WTP中值点估计比另外2种模型小32.73%.而其WTP平均值的点估计则比另外2种模型小约14%.这与Ready等的研究结果相符,他们指出与简单截断方法相比,删失模型进一步导致WTP不必要的减小[33].

通过 Krinsky等[35]的蒙特卡罗方法计算WTP的区间估计,进一步比较不同模型WTP估计的差别,计算结果见表 4.利用区间估计与点估计之比 CI/POINT比较不同模型的统计效率,较小的CI/POINT值表示区间估计较窄、点估计较大,统计效率较高[16].简单截断方法得到的 WTP均值区间估计最窄、点估计较大,CI/POINT值小于其他模型(表4),统计效率最高,将其WTP估计用于计算游憩功能的总价值.而截断和删失模型的 WTP均值的区间估计较宽,且点估计较小,CI/POINT最大,统计效率最低(表 4).对于WTP中值估计,虽然截断和删失模型的区间估计较窄,但其点估计也较小,从而CI/POINT值大于传统模型及其阶段模型.综上所述,简单截断模型对 WTP均值和中值的统计效率高于其他模型.另外,简单截断模型的最大似然估计比截断和删失模型更容易收敛.因此,对与本研究类似的无“大尾效应”的WTP分布,建议使用简单截断方法进行WTP均值和中值估计.

2.3 黑洼水库游憩功能的总价值

计算总经济价值是CVM研究的重要目的,是否能够将样本估计推广到总体取决于样本的代表性和问卷的回收率[36].本研究采用随机抽样的方式,面访方式得到较高的问卷回收率,调查数据可以较好反映研究区内的社会属性特征.假设占总样本 12.32%的无效样本(表 2)为0WTP[24].则WTP≥0,且认为q1＞q0的样本占总样本的 96.25%.本研究覆盖滁州市琅琊和南谯两区的人口60万共12.89万户[37],WTP≥0且认为q1＞q0的 12.41万户.利用简单截断模型的 WTP均值估计 305元/户,则黑洼水库游憩功能提升的总价值约 3782万元,95%置信区间为 3296～4355万元.评估结果与国外坝高相近的案例接近(表 5),远小于坝高分别高达 33和 64m的Elwha和Glines Canyon坝.坝高是国际上水坝规模分类的通用方法[40],拆除一座规模较大的坝可能会产生深远的影响[3],反映在对环境价值的影响上也应当如是.

表5 本研究与美国拆坝决策的环境价值评估结果比较Table 5 WTP comparison between this study and some oversea studies

3 结语

以游憩价值为例构建病险水库管理决策的环境价值评估方法,就CVM问卷和投标设计、偏差控制和实施调查展开了详细的说明.通过不同收入限制模型比较分析了WTP中值和均值对右尾截断的响应和灵敏度.本研究中WTP分布函数没有出现“大尾效应”,在最大投标值处进行简单截断的方法统计效率最高.应用该方法的估计结果得出:滁州市公众对黑洼水库游憩功能提升的平均WTP为305元/户(95%置信区间:266～ 351元/户);黑洼水库游憩功能总价值3782万元(95%置信区间为3296～4355万元).WTP主要受到工作性质、家庭年收入以及个人对政府及水利部门处理大坝险情能力的信任度的显著影响.作为人口密集区域内的一个小型水库,黑洼水库是公众重要的游憩场所,具有较高的游憩价值.据黑洼水库除险加固初步设计,对水库进行除险加固以及游憩功能提升所需费用约为 200万元.不考虑其他生态环境价值,黑洼水库仅游憩价值一项就远远大于方案开展所需费用.可见,病险水库具有极高的环境价值,水库的环境价值必须成为病险水库管理决策的重要指标.不考虑水库环境价值的决策,不仅会造成巨大的经济损失,而且可能对生态环境服务功能造成不可逆转的破坏.

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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”国家科技支撑计划(2009BAK56B04)

* 责任作者, 教授, xqian@nju.edu.cn

致谢：感谢水利部大坝安全管理中心盛金保高工、滁州市水利局沈登乐局长在调研中给予的大力支持,并对参加问卷调查的唐伟、王炳权、王帅、郑斯瑞、高洋等师弟师妹表示衷心感谢.

杨 孟(1981-),女,云南个旧人,南京大学环境学院博士研究生,主要从事水环境与水资源安全研究.发表论文7篇.