（应用数学专业论文）流域污染的合作治理与补偿机制研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 流域是一个空间整体性极强、关联度很高的区域，流域内不仅各自然要素之 间联系极为密切，而且上中下游之间、干支流之间、各地区之间的相互制约、相 互影响极其显著。如果流域各地区能够紧密合作，就可能实现全流域收益最大化； 如果各地区奉行地方保护主义，上下游之间就会产生水污染纠纷。目前我国流域 污染的突出表现就是跨界水污染问题严重。在缺乏外部干预，上下游自由排污的 情况下，上游对下游造成的污染不需要赔偿，上游保护水生态付出的成本，下游 不需要补偿，由此引发严重的水污染纠纷。我国水污染纠纷广泛存在于河流的上 下游之间，省际之间，市与市之间，县与县之间，乡镇之间，严重制约了我国经 济的发展和社会的安定，因此如何解决水污染问题迫在眉睫。 当前国内外的相关研究文献，对于水污染的治理思路可分为利用博弈论对水 污染进行定性分析和建立生态补偿机制。这些研究成果对于水污染的治理具有一 定的实际意义。但是，国内的研究对于流域污染的治理毕竟处于起步阶段，文献 研究的成果在实际利用中存在着普适性差和补偿标准混乱的问题。 本文用博弈论对水污染问题进行定量分析。对于水污染的合作治理，构建了 允许污染物转移、分配、消减的模型。但是即使合作使流域整体的收益增长，某 些区域也可能认为搭便车的收益更高，这是水污染合作治理的主要障碍。本文用 博弈论工具一纳什法确定合作补偿标准，为水污染的合作治理实现共赢提供了重 要的方法和思路。 论文首先介绍了中国流域污染的状况及原因分析。从污染现状我们可以看出 流域污染治理的紧迫性，并从经济学和博弈论角度分析水污染。得出的结论是： 水污染治理必须加强区域间的合作，并把水污染造成的负外部性内部化。 论文接下来介绍了国内外的相关研究文献，对相关研究成果进行了述评，分 析了以往研究的不足。正是对这些文献的借鉴和总结，本文发展了水污染合作治 理的思路，构建了目标指定配额消减法的非合作模型和允许污染物转移、分配、 消减合作治理的联盟博弈模型。为了保证联盟博弈的稳定性，运用纳什法作为合 作的各区域公平的利益分配方法，进一步确定出各区域参加合作联盟所获得或支 付的补偿。通过这种合作补偿模型的求解，所得出的结论是，这种模型能有效的 刺激各区域的合作，充分发挥各地区的经济优势，使流域整体的收益达到最大。 山东大学硕士学位论文 本文提出的合作补偿模型，对于避免我国流域再走先污染后治理的老路，减 少流域污染负荷，改善流域生态环境质量，缓解流域水污染纠纷，提高流域经济 实力，促进流域循环经济的发展，具有重要的现实意义。 关键词：流域污染；合作治理模型；纳什法；合作利益分配；补偿支付 n 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ef i v e rb a s i ni sas p a t i a li n t e g r i t ya n ds t r e n g t h e n e dr e g i o n n o to n l yt h e c o n t a c to ft h ev a r i o u sp h y s i c a lf e a t u r e si se x t e r e m e l yc l o s e l y ，b u ta l s ot h er e s t r i c t i o n a n dt h ei n f l u e n c ea m o n gt h eu p p e r m i d d l ea n dl o w e rb a s i o n , b e t w e e nt h em a i n s t r e a m a n dt r i b u t a r i e si sr e m a r k a b l e i fv a r i o u sa r e a sc a nc o o p e r a t ec l o s e l y , t h ew h o l er i v e r b a s i nw i l lr e a l i s et h em a x i m u mr e v e n u e i fa r e a sc a l t yo u tt h er i g i o n a lp r o t e c t i o n i s m ， t h eu p s t r e a ma n dd o w n s t r e a mw i l lh a v et h ew a t e rp o l l u t i o nd i s p u t e a tp r e s e n tt h e q u e s t i o no ft h ef i v e rb a s i nw a t e rp o l l u t i o ni ss e r i o u s i nt h ea b s e n c eo fe x t e r n a l i n t e r v e n t i o na n dt h es i t u a t i o no fp o l l u t i n gf r e e l y , t h eu p s t r e a mw h i c hc r e a t e st ot h e p o l l u t i o no fd o w n s t r e a md o e s n tn e e dt oc o m p e n s a t e ，t h eu p s t r e a mw h i c hp a y sf o rt h e c o s to fp r o t e c t i n gw a t e rd o e s n tn e e dt oc o m p e n s a t es ot h a tt h e yi n i t i a t et h es e r i o u s w a t e rp o l l u t i o nd i s p u t e t h ew a t e rp o l l u t i o nd i s p u t ew i d e l ye x i s t sb e t w e e nt h e u p s t r e a ma n dd o w n s t r e a m ，b e t w e e nt h ep r o v i n c ea n dt h ep r o v i n c e ，b e t w e e nt h ec i t y a n dt h ec i t y ，b e t w e e nt h ec o u n t r ya n dt h ec o u n t r y ，w h i c hh a v er e s t r i c t e dt h e d e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt h es t a b i l i t yo ft h es o c i e t y t h e r e f o rh o w t os o l v et h i s q u e s t i o ni su r g e n t a tp r e s e n tt h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e l a t e dl i t e r a t u r ea b o u tr e g a r d i n gt h ew a t e r p o l l u t i o nm a yb ed i v i d e di n t ot w op a r t s ，w h i c hi n c l u d ec a r r y i n go nt h eq u a l i t i v e a n a l y s i su s i n gg a m et h e o r y a n d e s t a b l i s h i n g t h em e c h a n i s mo f e c o l o g i c a l c o m p e n s a t i o n t h e s er e s u l t sh a v eac e r t a i np r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o rt h eg o v e r n m e n t o ft h ew a t e rp o l l u t i o n a f t e ra l l ，t h ed o m e s t i cr e s e a r c hi sa tt h es t a r ts t a g e ，t h er e s u l t s h a v et h eu n i v e r s a l i t yd e f f i c i e n c ya n dt h ec a l c u l a t i o no fc o m p e n s a t i o nh a v et h ei s s u e o fc o n f u s i o n t h ea r t i c l ec a r r i e so nt h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sw i t ht h eg a m et h e o r ya n d c o n s t r u c t st h em o d e lw h i c hp e r m i t t i n gt h ep o l l u e n t ss h i f t ，a s s i g n , a n ds u b d u c e e v e n i ft h ec o o p e r a t i o nw i l lb r i n gt h eb a s i nw h o l et h ei n c o m eg r o w t h ，s o m er e g i o n sa l s o p o s s i b l yt 1 1 i n kt h a t f r e er i d e r si n c o m em a yb eh i g h e r t h eq u e s t i o ni st h ec h i e f o b s t a c l ef o rt h ec o o p e r a t i o ng o v e r n m e n to ft h ew a t e rp o l l u t i o n t h i sp a p e rd e t e r m i n e s t h ec o m p e n s a t i o ns t a d a r dw i t hn a s hl a w , w h i c h p r o v i d e dt h ei m p o r t a n tm e t h o da n d i i i 山东大学硕士学位论文 t h em e n t a l i t yf o r t h er e g i o n st ow i na l t o g e t h e r t h ep a p e rf i r s ti n s t r u c t st h es i t u a t i o na n dt h er e a s o n so ft h er i v e rb a s i nw a t e r p o l l u t i o n f r o mt h e s ew ec a ns e et h eu r g e n to ft h eg o v e r n m e n tf o rt h ew a t e rp o l l u t i o n t h e nt h i sa r t i c l ea n a l y s i s e sw a t e rp o l l u t i o nf r o mt h ea n g l eo fe c o n o m ya n dg a m e t h e o r y t h ec o n c l u s i o ni st h a tt h eg o v e r n m e n to ft h ew a t e rp o l l u t i o nm u s ts t r e n g t h e n t h er e g i o n a lc o o p e r a t i o na n db r i n gt h en e g a t i v ee x t e r i o rt oi n t e m a l i z a t i o n t h e nt h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e l a t e dl i t e r a t u r e ，c a r r y i n g o nt h ec o m m e n t a r yt ot h er e s u l t sa n da n a l y s i st h ei n s u f f i c i e n c yo ft h es t u d i e s t h i s a r t i c l eh a sd e v e l o p m e n tt h em o d e lo fn o n c o o p e r a t i o ns u b d u c t i o nb yp l a na n dt h e m o d e lo fc o o p e r a t i v eg a m ew h i c hp e r m i t ss h i f ta n dr e d u c et h ep o t l u e n t s i no r d e rt o g u a r a n t e et h es t a b i l i t yo ft h ec o o p e r a t i v em o d e l ，t h i sa r t i c l ed i s t r i b u t e st h eb e n e f i to f c o o p e r a t i o nu s i n gn a s hl a wa n dd e t e r m i n e sc o m p e n s a t i o nw h i c ht h er e g i o n so b t a i n o rp a yf o r t h ec o n c l u s i o ni st h a tt h ek i n do fc o o p e r a t i v em o d e lc a ns t i m u l a t et h e v a r i o u sr e g i o n st oc o o p e r a t ea n dm a k ef u l lu s eo ft h ea d v a n t a g eo ft h ev a r i o u sr e g i o n s t ob r i n gt h em a x i m u mb e n e f i tf o r t h ew h o l eb a s i n t h em o d e lo ft h ec o o p e r a t i v eg o v e r n sa n dc o m p e n s a t i o nh a sv i t a lp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c ew h i c hc a na v o i do u rc o u n t r yt a k i n gt h eo l dw a yp o l l u t i n gf i r s ta n dt h e n g o v e r n m e n t ，r e d u c i n gt h el o a do ft h er i v e r , i m p r o v i n gt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t q u a l i t yo ft h er i v e r , s o l v i n gt h ed i s p u t e , e n h a n c et h ef i v e r se c o n o m i cp o t e n t i a l i t y , p r o m t i n g t h ed e v e l o p m e n to ft h eb a s i nc i r c u l a t i o ne c o n o m y k e yw o r d s ：r i v e rb a s i nw a t e rp o l l u t i o n ；t h em o d e lo fc o o p e r a t i v eg o v e r n s ；n a s h m o d e l ；d i s t r i b u t i o no fc o o p e r a t i v ei n t e r e s t s ；c o m p e n s a t i o n i v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：主! 必日 期：盈缉：查：! 墨 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：主遗岱 导师签名： 日期：掣 山东大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 问题的提出 经过2 0 年的改革开放，中国经济迅猛发展的同时，也带来了诸多环境问题， 尤其是流域水污染十分突出，严重制约着流域社会经济和环境的可持续发展。 在我国，为数众多的河流穿越两个或者两个以上的行政辖区。在同一流域的 不同行政区域，其利益往往是不同的。下游地区需要有足够的、清洁的水作为发 展的必要条件，上游地区则可能利用在地理上的先天优势充分利用水资源，并向 水体排放污染。 尤为让人忧心的是，我国几乎较大的河流都存在跨区域污染问题。水污染纠 纷广泛存在于河流的上下游之间，省际之间，市与市之间，县与县之间，乡镇之 间，严重制约了我国经济的发展。以珠江流域为例，从源头流出的净水经过工业、 农业和生活废水的层层污染，在汇入下游珠三角一些城市时，污染物已经逼近警 戒线，有的水质竟为劣v 类。由于珠江流域范围跨越了云南、贵州、广西、江西、 和广东几省，涉及的责任主体较多，水污染纠纷的调解和有效治理面临诸多障碍。 尽管我国流域污染态势整体恶化，但是环境规制制度的改革依然滞后。各地 区主要关注对本地区范围内污染的治理，这种局部地区的环境改善，并不能让各 地区在越界污染问题上实现合作，难以实现污染的有效控制。 对于流域水污染的治理不能再走先污染后治理的老路，而应该把污染的预防 和解决纳入到宏观经济政策当中。对流域水污染的治理应加强地区间的合作，充 分发挥各地区的优势，并建立有效的激励机制促进区域间的合作，从而达到经济、 环境、社会的协调发展，这正是本文研究的出发点。 1 2 基本概念介绍 1 2 1 外部性 外部性理论【2 】是2 0 世纪初由著名的经济学家马歇尔提出的。随后，他的学 生英国经济学家庇谷丰富和发展了外部不经济性理论。外部性又称外在效应、外 部效应、溢出效应等。外部性的定义有许多种，庇谷在其所著的福利经济学中指 出：外部性的存在是因为当a 对b 提供劳务时，往往使其他人获得利益或受到损 害，可是a 并未从受益人那里取得报酬，也不必向受损者支付任何补偿。 山东大学硕士学位论文 简单的说，外部性就是实际经济活动中，生产者或消费者的活动对其他消费 者或生产者产生的超越主体范围的影响，它是一种成本或效益的外溢现象。 外部性还可以用数学语言表示：设 u j = u 嶙l j ，& j , - - - , x 日x 心，1 手k 其中瓦( f = l ，2 ，1 ) 是经济行为人的各项经济活动水平，以。是经济行为人k 的一项经济活动水平，u ，是的效用或福利水平。当以。存在时，说明_ ，的效用 或福利水平除受他自己的活动的影响外，还受他所不能控制的。的影响， 此时我们称行为人k 对经济行为人，施加了外部性。 根据外部性影响的结果，外部性可以分为正外部性和负外部性，也常叫外部 经济性和外部不经济性。对外界造成好的影响称为正外部性，对外界造成坏的影 响称为负外部性。私人收益和社会收益的概念有密切关系。私人成本和私人收益 是指一种经济活动给整个社会带来的损失和好处，等于私人成本( 效益) 加上其 他个人、企业没有得到补偿的损失( 没有支付成本而获得的效益) 。显然，如果 一种经济活动的社会收益大于私人收益，这种经济就产生了正的外部性；如果一 种经济活动的私人成本小于社会成本，这种经济活动就产生了负的外部性。在现 实生活中，负外部性比正外部性更常见，当前人类面临的环境问题就是负外部性 的必然结果。 1 2 2 流域污染 越界污染f 1 】是指超越国家、省或其他行政辖区政治管理边界的物理外部性， 可以分为单向越界污染和双向越界污染。单向越界污染是指某一行政区域总是向 另一行政区域排放污染，但反之不成立。双向越界污染是指两个行政区域之间相 互排放污染。 流域污染【1 】是一种单向越界污染，即流域上游地区所排放的污染转移到下游 地区，而下游地区的污染难以逆流转移到上游地区。流域污染是一种可以转移的 负外部性，污染者可以有意识地通过将污染物转移到其他地区的方法减轻本地区 当前的污染水平。 目前我国流域污染的突出表现就是跨区域水污染纠纷严重，严重制约了我国 经济的发展，因此本文所研究的流域污染着重研究流域污染中上下游之间、省际 2 山东大学硕士学位论文 之间、地市之间的单向越界水污染问题。 1 2 3 水体功能区划 根据地表水环境功能区划【3 1 ，区域功能划分为：饮用水一级保护区，水质目 标为工i 类水质；饮用水二级保护区，水质目标i i i 类水质；农业用水区，水质 目标v 类水质；工业用水区水质目标i v 类水质。当水体环境受到污染时会达到 劣i v 以上水质。 1 2 4 帕累托最优 几乎所有的经济学家都接受这样一个命题：在不损害任何人的情况下，使一 部分人的情况变好的改变是一种改进。这一判断标准是维尔弗雷多帕累托在2 0 世纪初提出的，因此也称作帕累托标准。如果某种改变使一群人受益的同时损害 了另群人的利益，就不符合帕累托标准，也就不能称作改进。 任何改变都不能使一个人的状态变好的同时又不使另外一个人的状态变坏 的状态就称作帕累托最优状态。也就是说不存在改进的余地的状态，就是最优状 态。它是以帕累托标准作为依据的。 帕累托最优状态实际上是以国民收入的分配当作既定的，来考察生产资源的 最优配置。它是作为检验社会经济福利的一种标准，把影响社会经济福利的收入 分配这个因素抽象掉，单纯从资源配置效率这个因素来论证社会福利极大化。 1 2 5 补偿 补偿原则【7 】是社会福利方面另一个重要理论。霍泰林最早提出有关补偿原则 论的一些观点，其后，卡多尔和希克斯又分别论述了补偿原则论，认为按照帕累 托标准，政府实行任何经济政策都会引起市场价格体系的变化，使一方有利，另一 方受损，这不符合帕累托最优条件。他们提出的准则是：如果做出某种改变使得 一部分人受益，另一部分人受损，但受益者在补偿了受损者的损失后仍旧比以前 好，那么就出现社会福利改进。 根据补偿原则，在某种改变作出后，只要受益者补偿了受损者后还有剩余， 这种改变就是合理的。这种补偿既可以是实际的补偿，也可以是一种虚拟的补偿， 即社会的受益者增加的收益大于受害者所蒙受的损失，那么对社会而言，仍然是 福利的增加。补偿原则为国家实行经济干预措施提供了理论依据。 3 山东大学硕士学位论文 1 2 6 博弈论 博弈论【6 】又被称为对策j 念( g a m et h e o r y ) ，它是现代数学的一个新分支， 也是运筹学的一个重要组成内容。按照2 0 0 5 年因对博弈论的贡献而获得诺 贝尔经济学奖的r o b e d a u m a n n 教授的说法，博弈论就是研究互动决策的理 论。所谓互动决策，即各行动方( 即局中人 p l a y e r 】) 的决策是相互影响的， 每个人在决策的时候必须将他人的决策纳入自己的决策考虑之中，当然也 需要把别人对于自己的考虑也要纳入考虑之中在如此迭代考虑情形进 行决策，选择最有利于自己的战略( s t r a t e g y ) 。 博弈要素 博弈f 6 】主要由以下几个要素构成： ( 1 ) 局中人( p l a y e r ) ：在一场竞赛或博弈中，每一个有决策权的参与者 成为一个局中人。只有两个局中人的博弈现象称为“两人博弈，而多于两 个局中人的博弈称为“多人博弈”。 ( 2 ) 策略( s t r a t e g y ) ：一局博弈中，每个局中人都有选择实际可行的完整 的行动方案，即方案不是某阶段的行动方案，而是指导整个行动的一个方 案，一个局中人的一个可行的自始至终全局筹划的一个行动方案，称为这 个局中人的一个策略。如果在一个博弈中局中人及其策略都是有限的，则 称为“有限博弈 ，否则称为“无限博弈 。 ( 3 ) 赢禾i j ( p a y o f f s ) ：一局博弈结局时的结果称为得失。每个局中人在一 局博弈结束时的得失，不仅与该局中人自身所选择的策略有关，而且与全 局中人所取定的一组策略有关。所以，一局博弈结束时每个局中人的“得 失 是全体局中人所取定的一组策略的函数，通常称为赢利函数( 或有些著 作称支付函数) 。 ( 4 ) 对于博弈参与者来说，存在着一个博弈结果的结合。 ( 5 ) 博弈涉及到均衡：均衡是平衡的意思，在经济学中，均衡意即相关 量处于稳定值。在供求关系中，某一商品市场如果在某一价格下，想以此 价格买此商品的人均能买到，而想卖的人均能卖出，此时我们就说，该商 品的供求达到了均衡。所谓纳什均衡，它是一稳定的博弈结果。 4 山东大学硕士学位论文 纳什均衡( n a s he q u i l i b r i u m ) ：在一策略组合中，所有的参与者面临这样 一种情况，当其他人不改变策略时，他此时的策略是最好的。也就是说， 此时如果他改变策略他的支付将会降低。在纳什均衡点上，每一个理性的 参与者都不会有单独改变策略的冲动。 1 2 7 非合作博弈 非合作博弈【6 】是指一种参与者不可能达成具有约束力的协议的博弈类 型，这是一种具有互不相容味道的情形。非合作博弈研究人们在利益相互 影响的局势中如何选决策使自己的收益最大，即策略选择问题。纳什均衡， n a s he q u i l i b r i u m ，又称为非合作博弈均衡，是博弈论的一个重要术语。 1 2 8 合作博弈 合作博弈【6 】是可以达成具有约束力的协议的博弈类型。合作博弈亦称为 正和博弈，是指博弈双方的利益都有所增加，或者至少是一方的利益增加， 而另一方的利益不受损害，因而整个社会的利益有所增加。合作博弈研究 人们达成合作时如何分配合作得到的收益，即收益分配问题。合作博弈采 取的是一种合作的方式，或者说是一种妥协。妥协其所以能够增进妥协双 方的利益以及整个社会的利益，就是因为合作博弈能够产生一种合作剩余。 这种剩余就是从这种关系和方式中产生出来的，且以此为限。至于合作剩 余在博弈各方之间如何分配，取决于博弈各方的力量对比和技巧运用。因 此，妥协必须经过博弈各方的讨价还价，达成共识，进行合作。在这里， 合作剩余的分配既是妥协的结果，又是达成妥协的条件。 合作博弈是研究人们达成合作时如何分配合作得到的收益，即收益配 问题。它强调的是集体理性，团体理性，是效率、公平、公正。 1 3 研究意义 多年以来流域污染得不到有效的解决，已经成为中国环境治理上一个反复发 作的顽疾，如果不加强环境管理的变革，以我国脆弱的人均资源占有量和环境容 量为基础来支持目前的社会经济发展态势是难以持续的，环境问题有可能成为导 致其他社会问题的公共危机。 5 山东大学硕士学位论文 流域污染的严重性和治理的实践困境是我们研究越界水污染规制问题的推 动力之一。目前，中国流域污染的治理缺乏相关法规，地方政府在污染治理上要 么独善其身，要么搭便车向下游转移污染。即使很多地方政府已认识到跨区域合 作的必要性，但在合作方式和补偿标准方面，并没有相应的规定和措施。合作双 方大部分处于协商阶段，因此合作联盟是非常脆弱的。正因如此使流域污染问题 久治不决。 本文的水污染合作治理方式和补偿标准的计算初步解决了存在的不 足。对于提高流域经济实力，减少流域污染负荷，改善流域生态环境质量， 提高农民生活水平，解决流域跨界水污染纠纷，促进整个流域经济、生态 社会协调发展具有重要的理论意义和应用价值。 本文以大量研究文献和统计数据为依据，参考环境经济学、博弈论和 环境科学的研究成果和分析方法，对流域污染问题进行规范的理论研究。 这些文献中所提供的有关合作、激励、补偿的理论对流域污染问题的研究 有着相当的借鉴意义。 1 4 本文的主要创新点 本文的主要创新点： ( 1 ) 本文对水污染的治理和补偿方面的国内外相关文献做了总结和分 析，通过对各种方法的评析、比较，认为国内的赵来军和国外的s j o r g e n s e n 和g z a c c o u r 的研究方法涉及到对合作治理的具体方式的探讨，是一种可实用的 方法，只是在某些方面存在不足。赵来军构建了淮河流域跨界水污染纠纷模型， 相关文献以淮河流域流经三个省份为模型，假定污染物间接不影响，即指上游地 区只对其下游地区的环境质量产生直接影响，而不对其下游地区以下的地区环境 产生直接影响。该模型将各地区的污染产生量作为已知条件，各地区就其污染消 减量和污染转移量进行决策。非合作模型的目标函数为： m i n 乃= ac f ( 异) ，f = 1 ，2 ，3 ( 1 4 1 ) 鼻为各省份的最优污染物消减量，彳c f ( 只) 为污染消减成本函数。 合作模型的目标函数为： m i n ，r = m i n ( 乃) = m i n ( 彳q ( 号) ) ( 1 4 2 ) 6 山东大学硕士学位论文 从而求出合作模型下各省的最优污染物消减量。 最后补偿标准的确定是以线性公式来计算，有关公式见第三章国内外研究进展。 s j o r g e n s e n 和g z a c c o u r 建立了两国控制的微分博弈模型，该模型是将各地 区的污染物产牛量作为未知条件，通过模型分析非合作与合作机制下，各地区的 最优污染物产生量。最后对合作总剩余进行线性分割，有关公式介绍见第三章国 内外研究进展。 ( 2 ) 本文主要借鉴上述模型，对目标函数和假定条件都做了相应改进。 在所建模型中，各地区的污染物产生量和消减量都作为未知条件，且污染 物间接影响存在，建立了流域多区域的水环境管理非合作微分博弈模型和 多区域污染物转移、消减的合作治理联盟博弈模型。在合作模型中，上游 地区向其下游所有地区转移的污染物量( 或环境容量) 都作为未知条件，对模 型的求解可以求出各地区的最优污染物转移量，这使得合作治理的具体方 式进一步得到具体明确和发展，增强了其在实践应用中的可行性。 ( 3 ) 对于合作联盟补偿标准的确定，目前存在生态成本分担法、损失计 量法和赵来军，s j o r g e n s e n 和g z a c c o u r 的线性补偿法等多种计算方式，但都 缺乏实用性。纳什法合作利益分配在产学研方面有较好的发展，但对于水 污染合作治理方面的应用却少有涉及。本文运用纳什法作为水污染合作治 理利益分配的方法，进而进一步确定各区域参加合作所获得或支付的补偿。 1 5 论文的主要内容 第一章引言就问题的提出、研究定义、研究意义、创新点和论文结构 安排进行说明。 第二章介绍了中国流域污染的现状，并对造成污染的原因从经济学和 博弈论角度进行分析。得出的结论是：流域治理迫在眉睫，流域治理应加 强区域间的合作，在合作过程中要消除外部性。 第三章就流域污染的治理和补偿的研究文献进行了综述和梳理，并对 相关文献已有的成果和不足之处进行了总结，进而进一步确定了本文的研 究方向。 第四章构建了目标指定配额消减法的非合作模型，这是一种在“独善 其身”的情形下，追求本区域最大收益的模型。 ， 7 山东大学硕士学位论文 第五章构建了污染物转移消减的合作治理模型，这种模型考虑了区域 间的经济差异，使流域整体利益达到最优。 第六章介绍了促进区域间的激励措施，即合作利益分配与补偿支付。 这种效用的转移能保证合作联盟的稳定性，促进区域间的合作。 第七章为结论，对论文进行总结，探讨我国流域合作治理的发展趋势， 分析以上各章研究结论所包含的意义，并对本研究的不足之处和未来的研 究拓展方向加以说明。 山东大学硕士学位论文 第二章中国流域污染状况及分析 2 1 中国流域污染现状 在我国7 8 条主要河流中，有5 4 条已经受到污染；在大约5 万条河流中7 5 受到 污染。被污染的河流总长度达到1 8 万公里，其中1 2 6 万公里的水已经低于灌溉 用水的水质标准。我国水污染形势呈现流域性的特点。全国七大流域的松花江、 辽河、淮河流域的水体有5 0 一8 0 已经降到劣五类水质，7 5 的湖泊出现了富营养 化的问题。海河、辽河、淮河流域出现季节性断流，水质污染特征明显【l 】。 流域水环境问题涉及面广，在流域水污染防治规划、管理过程中已经遇到许 多难以通过一般于段解决的问题，各大流域均不同程度存在有上下游矛盾【7 】： 淮河流域：河南境内在无天然径流情况下，农业灌溉蓄水靠闸坝完成，但 是闸坝调控方式，对下游的用水影响成为争议焦点，尤其是对下游饮用水源地 污染更显突出。 海河流域：来自河南、山西两省的卫河、漳河污染，德州、临清污水的排放， 对下游城市饮用水源地造成污染，成为海河流域跨界污染矛盾核心。 南水北调东线：因本工程的建设，河南、山西、山东污水出路成为难题，这 也是南水北调东线工程治污的难点。 黄河流域：小浪底水库修建后，形成小浪底至三门峡两库区为主的污染敏 感区，成为黄河污染最重的支流，山西汾河、陕西渭河以及河南伊河、洛河污染 后果的集中体现区域。 长江流域：三峡工程2 0 0 3 年蓄水发电后，三峡库区主要水质指标基本达i i 类。但是，由于长江径流中总磷、总氮超标，导致三峡库区主要支流于2 0 0 4 年3 5 月发生富营养化，预计今后每年春季还将继续发生富营养化现象。因此，三峡 水库污染防治不仅仅是库区本身，同时流域上游的污染防治尤为重要：三峡水 库防治的主要污染物不仅仅是有机物，氮磷污染控制( 包括农业面源污染) 更为 重要。 越界污染是流域污染的一个显著问题，国家环保局所列出的重点污染地区就 包括晋、蒙、陕交界区域，浙皖交界区域，黔贵边界红水河、晋冀，豫鲁交界漳 卫南运河，鲁苏交界石梁河水库，龙王河及南四湖流域，太湖流域的苏州嘉兴边 9 山东大学硕士学位论文 界地区，冀津沧浪渠流域等诸多环境敏感区。 流域的越界污染问题，引发区域发展不可调和的矛盾，严重制约了地方经济 的发展，不利于我国建设可持续发展之路。 2 2 流域污染原因分析 2 2 1 从经济学角度分析流域污染 流域污染的负外部性引起流域污染，而负外部性的根源或实质是私人成本的 社会化。一般说来，生产过程不可避免地会产生废弃物，废弃物产生后，有两种 处理办法：( 1 ) 对废物进行治理，无害化后再排入环境。( 2 ) 直接排入环境。 受利润最大化动机的支配，生产者进行生产，目的就是获得更多的盈利。为 了达到这一目的，生产者一般不会选择对废弃物进行治理这种办法。因为对废弃 物进行治理需要花费大量的人力、物力，从而增加支出，这一支出将成为其私人 成本的一部分。由于成本的增加，生产者的盈利必然下降，这是生产者不愿看到 的，于是生产者将舍弃治理，而选择把污染物直接排入环境中。这样就会节省一 笔开支，减少了私人成本。但是，由于污染物排入水体后会造成环境污染，从而 使流域下游的其他人受到损害，或者说是对社会造成了经济损失，这一社会损失 称为额外的社会成本，这样，由于生产者把污染物直接排入环境中，“节省了 治理污染的社会成本，而使社会付出了额外的社会成本，即私人成本社会化了。 以造纸厂为例【丌，假设上游一个造纸厂向附近的河里排放污染物，影响了河 流下游渔民的捕捞，因为造纸厂向河里排放的污染物越多，河里的鱼就会减少。 设造纸厂生产的边际成本为m c ，造纸厂向河里倾倒污染物给渔民造成损失的边 际外部成本为m e c ，因此造纸厂的边际社会成本为m s c = m c + m e c ，在不考 虑企业所造成的外部性的情况下，其利润最大化的产出水平为q l ；但从企业造 成的社会边际成本m s c 来看，最优的产出水平为q 2 ，从图上可以看出q q 2 ， 显然企业生产了太多的产品。 1 0 山东大学硕士学位论文 p m c ( 图一) 分析：从经济学的分析可以看出：流域污染的负外部性是由于私人成本社会 化了。因此在流域污染中便会出现这样一种状态，上游追求最大利润，只要我能 承受不管中游，中游觉得我受上游污染，我再污染下游也有上游的分，是理所当 然的，形成一级污染一级，一级比一级严重的恶性循环，导致纠纷四起。因而要 解决这一问题，必须使负外部性内部化。这是因为私人成本社会化，是把自身的 盈利建立在他人受损的基础上，这显然不公平。同时，由于私人成本社会化造成 的额外社会成本一般远大于私人成本，如果将私人成本内部化，就可减少甚至消 除社会成本，就全社会而言，可以用较少的投入，减少较大的损失。 因此，在流域污染的治理，解决跨界水污染纠纷时，必须遵循谁污染，谁负 责；谁受益，谁补偿的原则，从而解决跨界污染的外部性。 2 2 2 从博弈论角度来分析流域污染 假设沿流域上下分别有两家规模相当的化工企业，若按正常生产，排污治理 需要耗费成本c ( c o ) ；若不考虑治理，企业盈利水平为r ，两企业可选择的策略均 为排污或者净化，则有收益矩阵如下： 山东大学硕士学位论文 ：卜 治理排污 下游企业 治理( r c ，r - c )( r - c ，r ) 排污 ( r c r ) ( r ，r ) ( 表一) 在激烈的市场环境下，为实现自身利益的最大化，两家企业都会设法降低各 种社会成本，提高各自产品竞争力，增加利润。 在没有制度管制和外在约束的条件下，当上游企业选择排污策略时，下游企 业选择治理，就会影响其收益，反之亦然。通过对博弈矩阵分析，可看出上面收 益矩阵当中只有一个最稳定的解，即策略组合( 排污，排污) 构成两企业博弈的 一个纳什均衡。虽然该最优策略取得的总收益值2 r 为最高，但是它建立在环境的 负效益基础之上，也就是说本该由企业承担的净化成本支出转由公众和社会承担 了，所以该均衡是一个个体最优与社会最优背离的结局，这实际上是两人博弈的 囚徒困境。 上面分析的是两人博弈模型，流域因为跨经省、市及以下政府较多，所以排 污者有很多个。假设河流流经n 个区域，这实际上是有n 个局中人进行博弈，他 们会根据自己的利益最大化选择自己的最大策略，要么排污，要么治理。如果大 家都不排污，环境不会被污染，整个社会福利最大，但是合谋不排污是不可信的。 因为，如果你不排污就要进行污染治理，治理要成本，如果你和别人共享同样的 环境，你的效用相对其他人较低，因此你不排污你吃亏，结果大家都排污，这就 是，1 人博弈的囚徒困境。 分析：n 人博弈的囚徒困境，是中国流域污染的真实写照。流域流经的区域 政府，在盲目追求g d p 的前提下，形成一级污染一级，一级比一级严重的恶性循 环。因此区域政府必须认识到环境保护的重要性。环境治理需要协同合作，“独 善其身 实际上是很难做到的。例如，长三角各地方政府如果没有区域整体的环 境利益观念，而只抱“独善其身”的心态，那么各地的环境保护的目标也是无法 实现的。所以重要的是，要树立起自己的利益是建立在他人利益基础之上的，自 己的环境状况与他人的环境状况“唇齿相关”的意识，以实现区域整体的环境利 益，建立环境整体的跨区域合作。 1 2 山东大学硕士学位论文 第三章水污染治理及补偿研究 3 1 国内外研究进展 对于水污染问题的研究，可以分为宏观制度和微观技术的研究。 宏观方面来说，我国的水管理体制是流域管理与区域管理相结合的体制，但 流域管理机构缺乏足够的规制权利。相关文献 8 9 1 3 1 4 1 5 提出的水污染 治理的宏观措施主要有：明晰产权，建立强有力的流域管理机构和地区之间利益 协调的机制等。对于水污染治理的宏观措施不是本文研究的重点。但本文第四、 五、六章所建立的模型是建立在一个良好的流域管理机制上的。 我国流域水质管理目前主要的管理方式是：根据流域水环境容量来确定流域 纳污能力，然后再分解到各个区域，设定各区域的排污额度，通过区域边界断面 来监控区域排污行为。这方面的研究工作主要在于如何公平合理的将水污染控制 总量，具体分配到各个污染源【2 0 】- 【2 2 1 。 对流域污染问题的微观技术分析主要包括经济计量和博弈论分析。其中博弈 论在流域污染和越境污染中都有较好的发展。国外学者j o r g e n s e n ，g e o r g e s z a c c o u r 等t 2 8 】- 【3 2 1 ，国内学者雷玉桃，栗风娟，郭成苇等【1 0 】- 【1 2 l ，都取得了极大的 成就，得出的结论主要是区域合作是治理环境污染的有效方式。 补偿机制的研究，国内外很多学者都把它看作是治理污染的途径【1 6 1 【1 9 1 。其 根据的原则是谁污染，谁付费；谁受益，谁补偿。即上游进行生态治理和保护， 对下游具有明显的环境正效益，下游就对上游进行适当的补偿。如果上游没有进 行有效的治污，上游就需要对下游进行适当的赔偿。 水污染经济损失计量，迄今在国内外尚未获得很好的解决。针对我国严重的 水污染状况，研究者们从全国或流域尺度采用分项求和法计算水污染经济损失计 量。此类成果没有一套规范化的水污染经济损失分解方法，各类研究成果由于计 量分项设置不统一，相互间缺乏可比性，以致削弱结果的可信性。近几年