博弈论在大气污染治理中的应用

洪　睿, 陈孝明

(1.河海大学公共管理学院， 南京　210000; 2.华中科技大学公共管理学院,武汉　430074 )



· 大气环境 ·

博弈论在大气污染治理中的应用

洪睿1, 陈孝明2

(1.河海大学公共管理学院， 南京210000; 2.华中科技大学公共管理学院,武汉430074 )

大气污染治理主要涉及环保部门和排污企业两大参与主体，两者在参与大气环境治理的过程中有不同的利益诉求。采用博弈论的方法对排污企业之间、排污企业与环保部门之间的策略选择行为进行分析，得出结论：排污企业和环保部门间的策略选择是相互影响的，然后提出相应的建议和对策，以期协调环保部门监管和企业治理的关系，确保大气污染能够得到有效的治理。

大气污染；污染治理；博弈分析

环保部近期发布了《2015中国环境状况报告》，该报告显示2015年在对全国338个地级城市的空气质量检测中，城市空气质量达到标准要求的有73个城市，仅占21.6%，而另外265个城市的空气质量存在不同程度的超标。以京津冀及周边地区为例，该地区70个地级以上的城市全年一共发生了1 710次重度及以上污染，共发布重度污染预警154次， PM2.5的平均浓度为77μg/m3，超过国家二级标准的1.2倍。由此可见，我国大气污染治理问题仍然形势严峻。当前我国正处在工业化转型的过渡时期，现有的产业结构、空间布局给当前的大气环境治理问题带来很大的压力[1]。

企业和环保部门是当前大气污染防治的两大参与主体，其中企业以利润最大化为目标，而环保部门以公益为目的，正是由于两者目标的差异，从而导致这两大参与主体在大气污染治理的过程中有着不一致的利益诉求[2]。本文采用博弈论方法对排污企业之间、排污企业和环保部门之间的利益关系和策略选择进行分析，对造成大气污染的深层次原因进行进一步解读，并以改变企业和环保部门的行为活动为基础，提出相应的可行性建议，确保大气污染能够得到有效的治理。

1　排污企业间的博弈分析

在完全开放的市场经济中，企业之间有畅通的信息获取渠道。假设目前市场中存在两个对称的排污企业A和企业B，两个企业在排放污染气体时，有以下两种选择：处理后排放和不处理排放。如果排污企业A和企业B在环保部门的监督下都选择对污染气体进行处理后排放，则双方企业各自可以获得的收益是c；如果排污企业A和企业B为了节省污染治理的成本都选择对污染气体进行不处理排放，则两个企业各自获得的收益都是f；如果在排污企业A和企业B中，有一个企业选择对污染气体进行处理排放，而另一个企业选择对污染气体不进行处理排放，那么选择处理排放的企业收益为d，选择不处理排放的企业收益为e。由此，可以得到一个有关双方企业的博弈矩阵(见图1)。

图1　企业双方博弈矩阵Fig.1　Game matrix of twocompanies

现在以博弈论为基础对两个排污企业A和企业B之间的博弈关系进行分析。假设企业A会以r的概率选择对污染气体进行处理排放，那么选择不处理排放的概率就是1-r；同样，假设企业B选择对污染气体进行处理排放的概率是p，那么就会以1-p的概率选择不处理排放。现在将企业A的收益设为E1，企业B的收益设为E2，则企业A的收益E1和企业B的收益E2可以用如下公式表示：

(1)

(2)

由此可见，一个企业的收益状况不仅仅是由自身的策略选择决定的，也会受到其他博弈方策略选择的影响，所以企业的策略选择和收益是在不断变化的。因此，图1中的c、d、e、f的数值往往是不相等的，c、d、e、f四个数值的大小关系决定了企业A和企业B博弈策略的选择。

(1)若c>e，d>f，则企业A和企业B中无论哪一方是否选择对污染气体进行处理排放，剩下的一方进行处理排放获得的收益总是大于不处理排放获得的收益。

(2)若c>e，d

(3)若cf，则企业A和企业B中如果有一方选择对污染气体进行处理排放，那么另一方选择不处理排放获得的收益大于处理排放获得的收益；而当有一方选择对污染气体不处理排放时，另一方选择处理排放获得的收益大于不处理排放获得的收益。

(4)若c

通过对以上两个排污企业的博弈过程分析可知，在某些大气污染较为严重的地区，企业之所以不选择对有害污染气体进行处理就排放，其主要原因是企业对污染气体不进行处理就排放而获得的经济效益会远远大于污染处理后获得的经济效益。因此，很多企业为了追求眼前的利益，选择以牺牲环境为代价换取短暂的经济利益增长。因此，在没有政府介入和约束的完全竞争市场经济条件下，经济主体的博弈双方受理性的支配，趋于不合作的结果，形成非合作博弈，最终达到的均衡是建立在环境负收益基础上[3]。为了减轻工业发展对大气造成的污染，必须通过环保部门的有效监管来增加企业排污的成本，降低排污企业的不处理收益。

2　环保部门与排污企业间的博弈分析

企业在排放污染气体时可以选择对污染物进行处理后排放，也可以选择不对污染物进行处理排放。此时环保部门针对企业是否选择对污染气体进行处理的做法也会产生两种截然相反的策略：对排污企业不进行监管，听之任之；或者对排污企业进行严格的监管，当发现企业的排污标准不达标时，将给与处罚，迫使排污企业对污染物进行处理后排放[4]。环保部门对排污企业进行有效的监管可以减少甚至杜绝排污企业对大气造成的污染，但是环保部门监管也将耗费大量的包括人力、物力和财力在内的社会监督成本。企业和环保部门之间的利益冲突，使得两者在排污事件的治理与监管中形成博弈关系。

假设企业生产经营获得的经济利润为W，对污染气体进行治理所投入的成本为C1，环保部门对排污企业的污染气体不治理行为的处罚为C2，环保部门在监督过程中耗费的社会监管成本为T，则可以获得一个有关排污企业和环保部门之间的污染治理博弈矩阵(见图2)。

图2　企业和环保部门博弈矩阵Fig.2　Game matrix between company and environmental protection department

若环保部门对污染气体排放企业进行监督的概率为P,则环保部门还存在1-P的可能性选择对排污企业不监督；而企业的做法也包括两种：一是以X的概率对污染气体进行处理，二是企业存在1-X的概率选择不处理。由上图可知，若环保部门选择对排污企业进行监督，企业选择对污染进行处理的收益为X*(W-C1)，而不处理的收益为(1-X)* (W-C1-C2)，现在比较X*(W-C1)和(1-X)*(W-C1-C2)两个多项式的大小，显然W>C1>C2，因此X*(W-C1)>(1-X)* (W-C1-C2)，所以如果环保部门选择了“监督”策略，那么企业选择对污染气体进行治理获得的收益将大于不治理的收益，企业倾向于选择“治理”策略。

如果环保部门选择的策略是对排污企业不监督，这时企业选择对污染气体进行处理的收益为X*(W-C1)，而不处理的收益为(1-X)*W，对两个多项式进行比较，因为W远大于C1，因此X*(W-C1)<(1-X)*W，所以环保部门在选择“不监督”策略时，企业对污染进行治理获得的收益要小于不治理的收益，企业会倾向于选择污染的“不治理”策略。

通过上述分析发现，企业和环保部门之间的博弈没有一个纯策略的纳什均衡解。因此需要进一步采用“混合策略”来确定最终的策略组合。

假设排污企业在治理和不治理的策略选择中期望获得的整体收益为E1，环保部门在监督和不监督策略选择时期望获得的整体收益为E2，则企业在治理和不治理的策略选择中期望获得的整体收益函数可以表示为：

E1=[(W-C1)P+(W-C1)(1-P)]X+[(W-C1-C2)P+W(1-P)](1-X)

(3)

环保部门在监督和不监督策略选择时期望获得的收益函数为：

(4)

结果为

因此 ，环保部门会以C1/(C1+C2) 的概率选择对污染气体排放企业进行监督，以C2/(C1+C2)的概率选择对污染气体排放企业不监督；而企业会以(C2-T)/C2的概率选择对排放的污染气体进行处理，以T/C2的概率选择对排放的污染气体不处理。

由①和②的结果可知，企业选择对排放的污染气体进行治理的概率X与环保部门所耗费的社会监管成本T是反比的关系，也就是说环保部门在对监管过程中耗费的成本越大，企业有更大的机会主义逃避监督而多排污；企业选择对污染气体进行治理的概率X与环保部门对企业排污不治理行为的处罚C2是反比例关系，即环保部门对排污企业的处罚力度越大，企业排污的成本就越高，企业迫于降低排污成本的压力会选择少排污。此外，环保部门选择对排污企业进行监督的概率P与污染气体的治理成本C1成反比例关系，如果企业排污后对大气环境造成严重的污染，后期对污染治理的成本越高，环保部门会更多的对排污企业进行事前的监督。环保部门对排污企业选择监督的概率P与对企业排污不治理行为的处罚C2是反比例关系，如果对排污企业的污染气体不治理行为的处罚越严重，企业会尽量少排污或者不排污，那么环保部门的监督力度会适当缩小。

上述分析说明，企业和环保部门之间的是十分复杂的过程。排污企业是否选择对污染气体进行治理与环保部门的监管有很大的关系，而环保部门具体采取哪一种监管行为也同样受到排污企业策略选择的影响。可见，要使企业自觉进行污染治理，政府可以采取三种手段：一是推动企业降低污染治理成本；二是加大污染处罚力度；三是提高环境监管效率[5]。

3　大气污染防治对策

大气污染治理是一个国际性问题，发达国家在大气污染治理上已经积累了丰富的经验。素有“雾都”之称的英国，为了治理大气污染，从调整能源结构、倡导绿色出行的角度出发，加强政府的监督惩处力度，重点减少煤炭等传统能源使用量，同时大力推动新能源汽车等绿色交通。美国在20世纪50年代也相继发生了多诺拉烟雾事件、洛杉矶光化学烟雾事件等，造成大量人员伤亡。为了治理大气污染，美国联邦政府在积极推进立法的同时，打破传统政府的运作模式，推进区域协同治理。日本在上个世纪50年代快速发展的过程中同样面临英美的空气污染事件，大气污染的相关立法保证了大气污染治理的有效实施，此外政府要求重污染企业必须安装脱硫脱硝设备，加强对企业的监督管理，加大惩处力度，从源头上解决大气污染物的排放。

当前我国大气环境污染较为严重，雾霾天气频繁出现，严重威胁了人们的身体健康，为实现生态环境可持续发展战略，以及推进大气环境和经济增长的和谐一致，应及时采取有效的措施对大气污染进行全面的整治。结合上文对排污企业之间、环保部门和排污企业之间的博弈分析，以及吸取国外大气污染治理的经验，提出如下可行性建议。

3.1加大惩罚力度，提高企业排污成本

《中华人民共和国大气污染防治法》规定，针对排污企业的违法排放和不治理行为要给予严厉的惩罚。除了国家层面以外，很对地方性的相关法律法规都对违法排放大气污染物的行为做了严格的规定，但是在很多地区，企业违法排放的行为还是屡屡出现。究其根本原因在于，面对当前较轻的处罚力度，企业选择对污染气体不处理排放的经济效益要远远大于处理后排放的收益，导致很多企业宁愿选择排放污染气体被环保部门罚款，也不愿意选择对污染气体进行治理[6]。因此，要通过完善相关法律法规的内容，加大对违法排污企业的惩罚力度，除了传统的罚款手段以外，也要真正的将限制生产、停产整治和责令停业、关闭等严惩手段落到实处。同时针对造成严重大气污染行为的，也应该追究企业负责人的法律责任。据统计，2015年全国各地环保部门针对环境污染事件共下达了9.7万余份的行政处罚决定，罚款总额高达42.5亿元。惩罚力度的增强使得企业排放污染气体的成本提高，对冲了企业的经济效益，迫使企业尽量少排放甚至不排放。

3.2加大环保投资力度，降低企业污染治理成本

近年来，国家大力提倡发展节能产业和积极推进环境污染治理事业。但是在污染气体排放量高，大气污染严重的地区，很多企业之所以选择不对污染气体进行处理后就排放，主要是为了节省污染治理的成本，防止因污染治理带来单位产品成本的增加，从而不利于保持市场竞争力，导致很多企业在不断的寻找各种机会主义逃避环保部门的监督，进行污染气体的偷排偷放[7]。因此，为了改善这种局面，国家应该加大环保投资力度，尤其是增加对环保科技的投入，鼓励科研人员在环保科技成果上不断取得新突破。同时为排污企业提供治理上的优惠政策支持，例如企业能够以较低的利息获得贷款，来购买先进的环保设备、原材料和生产工艺等，减少企业生产经营中污染气体的排放量；或者是通过税收减免和补贴政策对于达到一定减污减排的企业给予税收上的减免支持和财政补贴奖励，这样会大大降低企业的污染治理成本。当企业对排放的污染气体进行治理所获得的经济收益总和大于污染治理所投入的成本时，企业会积极主动的参与到污染治理的行动中去。“十三五”期间，为了推进污染治理和大力发展节能环保产业，国家的环保投资力度高达17亿元，有望为大气污染治理带来新的改变。

3.3提高环境监管效率，降低环保部门监管成本

环保部门监管效率的提高依赖于部门内部现有的管理体制和运作机制建设水平的提高。环保局是政府部门的重要组成部分，依托于政府机构，因此环保部门在环境监管的过程中形成了以块为主的地方环保管理体制[8]。现行的以块为主的地方环保管理体制，导致环保部门在实施环境监督的过程中难以克服传统的地方保护主义对环境监察执法的干预，使得相关监督责任难以落实。此外现行的以块为主的地方环保管理体制在各自的行政区域范围内独立运作，跨地区交流少，协调困难，很难解决跨地区的大气污染治理问题。因此，要改革现行的以块为主的地方环保管理体制建立环保机构的垂直管理制度，从而使环保部门在履行环境监管职能时有较大的独立性和权威性，摆脱地方保护主义的束缚，进而提高环境监管的效率。同时，环保部门应该扩大环境监管的主体，鼓励民众和民间环保组织参与环境保护监督，对违法排放污染气体的企业进行举报[9]。监督主体的扩大，有利于降低环保部门所耗费的环境监督成本，从而提高环保部门的环境监督效率。

4　结　语

通过对企业之间、企业与环保部门之间的博弈过程进行分析可知，通过完善法律法规加大对排污企业的惩罚力度，提高企业排污成本，以及通过构建高效的运作机制和管理体制来提高环保部门的环境监管效率，降低环保部门的社会监督成本都将有利于在短期内加强对环境的保护。但是从长远来看，仅仅依靠环保部门自身的建设和对企业排污行为采取强制处罚措施，不能实现大气环境保护的持续化、常态化。

政府环保部门应该营造一个良好的大气环境治理空间，通过环保新技术新方法的运用，帮助企业降低污染治理成本，提升企业污染治理的收益，鼓励企业积极主动参与到大气环境治理中去；同时扩大环境监督的主体，引导民众和民间环保组织有序参与到环境监督的过程中去，形成政府环保部门、企业和社会之间的良性互动，动用多方力量共同致力于大气污染治理，保护大气环境。

[1]陈健鹏,李佐军. 中国大气污染治理形势与存在问题及若干政策建议[J]. 发展研究,2013,(10):4-14.

[2]张学刚,钟茂初. 政府环境监管与企业污染的博弈分析及对策研究[J]. 中国人口.资源与环境,2011,21(2):31-35.

[3]谢永刚,孙亚男. 水污染灾害的政府监管与企业治污博弈分析——松花江流域案例研究[J]. 自然灾害学报,2009,18(3):95-98.

[4]郭子坤,王俊生. 政府环境监管与企业污染治理的博弈分析[J]. 神州,2013,(32):265-265.

[5]熊鹰,徐翔. 政府环境监管与企业污染治理的博弈分析及对策研究[J]. 云南社会科学,2007,(4):60-63

[6]包国宪,何小琏. 环境治理的问题研究与对策——对兰州市环境污染治理的思考[J]. 科技管理研究,2007,27(12):129-132.

[7]卢方元. 环境污染问题的演化博弈分析[J]. 系统工程理论与实践,2007,27(9):148-152.

[8]王春玲,付雨鑫. 城市大气污染治理困境与政府路径研究——以兰州市为例[J]. 生态经济(学术版),2013,(8):144-148.

[9]薛俭,谢婉林,李常敏. 京津冀大气污染治理省际合作博弈模型[J]. 系统工程理论与实践,2014,(3):810-816.

Application of Game Theory in Atmospheric Pollution Treatment

HONG Rui1,CHEN Xiao-ming2

(1.CollegeofPublicAdministration,HohaiUniversity,Nanjing210000,China;2.CollegeofPublicAdministration,HuazhangUnivercityofScience&Technology,Wuhan430074,China)

Atmospheric pollution treatment involves environmental protection department and the pollution emission plants. They have different interest appeals in the process of treatment. This article used the game theory to analyze the strategy choice of polluters and between the environmental protection department and polluters, then concluded that strategy choice between enterprises and the environmental protection department is interacting with each other. Suggestions and control measures were put forward to coordinate the relationship between the regulation of environmental protection department and enterprises treatment. Thus ensuring the air pollution can get effective treatment.

Atmospheric pollution; pollution treatment; game analysis

2016-06-06

洪睿(1989-)，女，安徽六安人，河海大学行政管理专业2014级在读硕士研究生，研究方向为公共政策理论。

陈孝明，chenxiaoming@hust.edu.cn。

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1001-3644(2016)05-0048-05