（应用数学专业论文）环境污染治理的博弈分析.pdf

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己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：邀丝煎 日 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：数缒导师签名： 目录 中文摘要i 英文摘要i i i 第一章引言1 1 1 基本概念1 1 2 问题的提出3 1 3 国内外对环境污染问题的研究进展状况4 1 4 本文的主要研究内容以及创新点7 第二章企业污染治理的三方动态博弈模型及治理污染措施9 2 1 企业污染治理的三方动态博弈模型9 2 2 企业污染治理的一些措旌1 3 第三章存在排污收费条件下的斯坦科尔伯格模型1 5 3 1 模型介绍1 5 3 2 线性模型1 7 第四章博弈论在区域环境污染治理上的应用2 1 4 1 完全信息下的博弈模型2 1 4 2 不完全信息下的博弈模型2 4 4 3 结论及可进一步讨论的问题2 9 第五章博弈论与越界污染治理3 0 5 1 越界污染问题的简单介绍3 0 山东大学硕士学位论文 5 2 博弈论在越界污染治理方面的应用3 0 5 3 一个简单的越界污染治理模型3 2 第六章结论3 5 参考文献3 6 致谢3 9 攻读硕士学位期间发表的学术论文4 0 c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t i e n g l i s ha b s t r a c t i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a s i cd e f i n i t i o n s 1 1 2p r o b l e m s 3 1 3d e v e l o p m e n to fr e s e a r c h e s 4 1 4m a i nc o n t e n ta n di n n o v a t i o n 7 c h a p t e r2t r i p a r t i t ed y n a m i cg a m em o d e la n dm e a s u r e sa b o u t p o l l u t i o n 9 2 1t r i p a r t i t ed y n a m i cg a m em o d e la b o u tp o l l u t i o n 9 2 2m e a s u r e s 1 3 c h a p t e r3 as t a c k e l b e r gm o d e lu n d e rt h ec o n d i t i o no fp o l l u t i o n c h a r g i n g 1 5 3 1i n t r o d u c t i o no fm o d e l 1 5 3 2t h el i n e a rm o d e l 1 7 c h a p t e r4 t h e a p p l i c a t i o no fg a m et h e o r yi nr e g i o n a le n v i r o n m e n - t a lp o l l u t i o na n dc o n t r 0 1 2 1 4 1t h eg a m em o d e lw i t hc o m p l e t ei n f o r m a t i o n 2 1 4 2t h eg a m em o d e lw i t hi n c o m p l e t ei n f o r m a t i o n 2 4 4 3c o n c l u s i o n sa n ds o m ep r o b l e m st od i s c u s s 2 9 山东大学硕士学位论文 c h a p t e r5g a m et h e o r ya n dt r a n s b o u n d a r yp o l l u t i o n 3 0 5 1i n t r o d u c t i o no ft r a n s b o u n d a r yp o l l u t i o n 3 0 5 2a p p l i c a t i o no fg a m et h e o r yi nt r a n s b o u n d a r yp o l l u t i o n 3 0 5 3g a m em o d e l 3 2 c h a p t e r6 c o n c l u s i o n s 3 5 r e f e r e n c e 3 6 a c k n o w l e d g m e n t 3 9 p a p e r 4 0 山东大学硕士学位论文 环境污染治理的博弈分析 张燕霞 山东大学数学与系统科学学院 应用数学 山东济南2 5 0 1 0 0 中文摘要 目前国内对于环境经济和管理政策的研究正处于发展阶段，而我国日益恶化 的环境问题使得对这方面研究的需要极为迫切博弈论是研究决策主体的行为发 生直接相互作用时候的决策以及这种决策的均衡问题的理论，当前也有不少文章 把博弈论引入到环境管理中，但大部分都还只是利用博弈论定性的分析环境污染 治理的政策措施；环境经济学研究的是环境管理的各种经济手段，探讨各种经济 手段的运用方法本文将利用博弈论和环境经济学的相关知识点，对环境污染治 理问题进行定量的分析，也就是基于数学公式和数学模型的研究分析 本文第二、三、四章是在完全竞争的市场环境下建立和解决博弈模型的，引 入了对排污者规避缴费行为的考虑，使得整个研究模型更加符合实际情况，所建 立的博弈模型是建立在这样的动态过程中的：排污企业知道环境管理者的政策， 包括排污收费政策，检查政策和惩罚政策，从而决定自己的实际排污量和上报排 污量环境管理者根据排污企业的上报排污量的情况对排污企业进行随机检查， 对检查出的虚报排污量的企业进行惩罚本文第五章是在第四章的基础上将研 究范围扩展到越界污染问题，因为一些环境污染问题不仅仅局限于一个国家，它 可能涉及几个，几十个国家甚至全球所有的国家，例如酸雨、臭氧层破坏等等问 题 本文首先介绍了文中将要用到的博弈论和环境经济学的相关知识点、我国环 境政策的发展变化、问题的提出、国内外对环境污染问题的研究进展状况、本文 的主要结构和主要的研究内容以及创新点通过一个简单的企业污染治理的三 方动态博弈模型找到了环境经济学和博弈论的结合点，开始了本文对环境污染 治理问题的数学模型的研究通过对排污企业、环境管理者、周围居民在企业排 污治理过程中，三者之间的互动分析，建立了三方动态博弈模型，得出了三方各 自达到期望收益的最大值时的最优解及博弈模型的均衡解，通过对模型均衡解的 分析，进而提出了一些企业污染治理的措施，以达到在一个小范围内企业治污达 标、环境管理者不用经常检查、周围居民对企业不诉讼的理想局面，使社会总效 益最大化 山东大学硕士学位论文 接着建立了存在排污收费条件下的斯坦科尔伯格模型，利用尾随企业的反应 函数，可以分别得出领头企业和尾随企业达到各自利润的最优解时的博弈模型的 纳什均衡解；为了得到更具体的结果，考虑了模型的简单情况，并对得出的结果 进行了分析，得出了一些重要的结论：排污收费制度对企业生产决策、行业集中 程度有很大的影响，对企业处理污染物的技术进步有很大的促进作用 然后，本文的研究范围扩大到区域环境治理问题中，建立了完全信息和不完 全信息两种情况下企业个体利润最优和区域整体利润最优博弈模型，通过对模型 求解，分别得出了两种最优结果( 第一种最优结果是纳什均衡解，第二种最优结 果是帕累托最优) ，并得出了几个重要结论：区域整体利润最优时的污染物治理 量的和大于各企业利润最优时的污染物治理量的和；排污者的最优排污量会随着 排污收费标准的提高而减少，排污者的上报排污量会随着排污收费标准的提高而 减少；如果对企业制定的排污收费标准提高，则检查的概率必须相应提高，若检 查概率不变，则排污收费标准的提高，将会促使更多的企业放弃对排污收费政策 的遵守 最后，在区域环境污染治理的博弈模型的研究成果的基础上，进一步研究越 界污染治理问题，介绍了越界污染问题及博弈论在越界环境污染治理问题上的应 用，建立了一个简单的越界污染治理模型，为了达到越界污染涉及的国家的整体 社会福利的帕累托最优，国家之间应当在有效的经济补偿基础上进行合作，这是 解决越界污染的有效途径至于如何进行经济补偿才是有效的，这是可以留到以 山东大学硕士学位论文 t h eg a m ea n a l y s i so ne n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n dc o n t r o l z h a n gy n 妇a s c h o o lo fm a t h s y s s c i s h a n d o n gu n i v e r s i t y s h a n d o n gj i n a n2 5 0 1 0 0 a b s t r a c t u n t i lr e c e n t l y , t h es t u d yo fe n v i r o n m e n t a le c o n o m i c sa n di t sm a n a g e m e n t p o l i c yh a sb e e na tt h ed e v e l o p m e n ts t a g ei nc h i n a h o w e v e r s t u d yo ft h i sf i e l d i sb e c o m i n gm o r ea n dm o r en e c e s s a r ya c c o r d i n gt ot h ew o r s e n i n ge n v i r o n m e n t a l s i t u a t i o ni no u rc o u n t r y g a m e t h e o r yi st os t u d yad i r e c ti n t e r a c t i o nb e t w e e n t h ed e c i s i o n - m a k i n g sa n dt h ee q u i l i b r i u m ，a tp r e s e n t ，m a n y p a p e r su s et h eg a m e t h e o r yt os o l v ee n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n tp r o b l e m s ，b u tm o s to ft h e ma r eo n l y q u a l i t a t i v ea n a l y s i s e n v i r o n m e n t a le c o n o m i c si sa b o u te c o n o m i ci n s t r u m e n t sf o r e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t i nt h i sp a p e r ，t h ea u t h o rw i l lu s et h eg a m et h e o r y a n de n v i r o n m e n t a le c o n o m i c st oa n a l y s i se n v i r o n m e n t a li s s u e so nt h eq u a n t i t a - t i v ea n a l y s i s ，t h a ti s ，r e s e a r c ha n da n a l y s i sb a s e do nm a t h e m a t i c a lf o r m u l a sa n d m a t h e m a t i c a lm o d e l s i nt h ec h a p t e rt w o ，t h r e ea n df o u r ，t h ea u t h o rw i l le s t a b l i s ha n ds o l v et h e g a m em o d e l si nap e r f e c t l yc o m p e t i t i v em a r k e te n v i r o n m e n t g a m em o d e l se $ - t a b l i s h e di nt h i sp a p e ra r eb a s e do ns u c had y n a m i c p r o c e s s ：e a c hp o l l u t e rk n o w s t h ee n v i r o n m e n t a le n f o r c e m e ma g e n c y sp o l i c i e s ，i n c l u d i n ge m i s s i o nc h a r g e s ，a u d i t a n dm o n i t o r i n gp o l i c ya n dp u n i s h i n gp o l i c y t h e nt h e yd e t e r m i n et h e i ra c t u a l e m i s s i o n sa n dr e p o r t e de m i s s i o n s e n v i r o n m e n t a le n f o r c e m e n ta g e n c yw i l lc h a r g e p o l l u t i n ge m i s s i o n sa c c o r d i n gt op o l l u t e r sr e p o r t s ，a n di nt h em e a n t i m ei tw i l l t a k em e a s u r e so fa u d i ta n dm o n i t o r i n gp o l i c y a n y o n em a k i n gf a l s er e p o r tw i l l b ep u n i s h e dw h e nh ei sa u d i t e da n dm o n i t o r e d t h ea u t h o rw i l lc o n s i d e rt h e t r a n s b o u n d a r yp o l l u t i o np r o b l e m si nt h ec h a p t e rf i v e f i r s to fa l l ，t h ea u t h o ri n t r o d u c e st h ep r o b l e mt ob es t u d i e d ，e n v i r o n m e n t a l e c o n o m i c sa n dg a m et h e o r y sk n o w l e d g ea n dr e s e a r c ho ne n v i r o n m e n t a li s s u e s a th o m ea n da b r o a d t h es t a t u sq u oo fe c o n o m i ci n s t r u m e n t sf o re n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n ti nc h i n a ，a sw e l la st h em a i ns t r u c t u r eo f t h i sa r t i c l e ，t h em a i n c o n t e n ta n di n n o v a t i o n t h ea u t h o rw i l lu s ea t r i p a r t i t em o d e lo fd y n a m i cg a m e i i i 山东大学硕士学位论文 t of i n dt h ec o m b i n a t i o no fe n v i r o n m e n t a le c o n o m i c sa n dg a m et h e o r ya st h e b e g i n n i n go ft h ep a p e r t h r o u g ht h ea n a l y s i so fat r i p a r t i t em o d e lo fd y n a m i c g a m eo ft h ee n t e r p r i s e ，t h ee n v i r o n m e n t a le n f o r c e m e n ta g e n c ya n dr e s i d e n t so f t h es e w a g e ，t h i sa r t i c l ec o m e st oat r i p a r t i t ed y n a m i cb a l a n c e ds o l u t i o nw h e n t h e yg e tt h eb e s te x p e c t e dp r o f i tr e s p e c t i v e l y , a n dt h e nt h ea u t h o rp u t sf o r w a r d t h em e a s u r e sa b o u tc o n t r o lt oa c h i e v et h et o t a lm a x i m u mb e n e f i to ft h es o c i e t y f o l l o w i n g ，t h ea u t h o rw i l le s t a b l i s has t a c k e l b e r gc h a r g i n gm o d e la n du s e t r a i l i n gc o r p o r a t er e a c t i o nf u n c t i o nc a no b t a i nt h en a s he q u i l i b r i u m ；i no r d e rt o g e tm o r es p e c i f i cr e s u l t s ，t h ea u t h o rw i l lc o n s i d e rt h es i m p l ec a s ea b o u tt h el i n e a r m o d e la n dg e ts o m ec o n c l u s i o n s c h a r g i n gs y s t e mh a sag r e a ti m p a c to nt h e e n t e r p r i s e sa n dt e c h n o l o g i c a lp r o g r e s s t h e nt h ea u t h o rw i l le x t e n dt h es t u d ya b o u tt h er e g i o n a l l ye n v i r o n m e n t a l g o v e r n a n c e ，t h eg a m em o d e l sw i t hc o m p l e t ei n f o r m a t i o na n di n c o m p l e t ei n f o r m a - t i o no ni n d i v i d u a lc a , s e s ，b ys o l v i n gt h em o d e l s ，r e s p e c t i v e l y , w ec a no b t a i nt w o k i n d so fo p t i m a l ( t h ef i r s to p t i m a ls o l u t i o ni sn a s he q u i l i b r i u m ，t h es e c o n do n ei s p a r e t oo p t i m a l ) ，a n dt h ea u t h o rg e t ss e v e r a li m p o r t a n tc o n c l u s i o n s ：t h ea m o u n t o fp o l l u t a n tc o n t r o lw i t hp a r e t oo p t i m a li sg r e a t e rt h a nt h ea m o u n to fp o l l u t a n t c o n t r o lw i t hn a s he q u i l i b r i u m ，t h ep o l l u t e r sa c t u a le m i s s i o n sa n dr e p o r t e de m i s - s i o n sw i l lr e d u c ea 8t h ec h a r g e si n c r e a s e i ft h ee n v i r o n m e n t a le n f o r c e m e n ta g e n c y i n c r e a s e st h ec h a r g e s ，t h ep r o b a b i l i t yo fi n s p e c t i o nm u s tb ei n c r e a s e dc o r r e s p o n d - i n g l y , o t h e r w i s e ，t h ei n c r e a s ei ns e w a g ec h a r g e sw i l le n c o u r a g em o r ee n t e r p r i s e s t og i v eu pc o m p l y i n gw i t ht h ec h a r g i n gp o l i c y f i n a l l y , t h ea u t h o rw i l lp u tf o r w a r dt h ec o o p e r a t i o nb e t w e e nc o u n t r i e st o s o l v et h et r a n s b o u n d a r yp o l l u t i o np r o b l e m si na ne f f e c t i v ew a y , b u ta l s oi tc a n b eaf u r t h e rs t u d yt o p i c k e yw o r d s ：g a m e ；m a t h e m a t i c a lm o d e l ；e x p e c t e dp r o f i t ；n a s he q u i l i b r i u m i v 第一章引言 本章第一节首先介绍一些在本文中要用到的博弈论和环境经济学 的相关知识点，第二节主要介绍了所要研究的问题，第三节主要介绍 了国内外对环境污染问题的研究进展状况，第四节介绍了本文的主要 结构和研究内容以及创新点 1 1 基本概念 1 博弈论的相关知识点 博弈论，英文为g a m et h e o r y ，是研究决策主体的行为发生直接相 互作用时候的决策以及这种决策的均衡问题的，也就是说，当一个主 体，好比说一个人或一个企业的选择受到其他人、其他企业选择的影 响，而且反过来影响到其他人、其他企业选择时的决策问题和均衡问 题。所以在这个意义上说，博弈论又称为“对策论”在博弈论里，个 人效用函数不仅依赖于他自己的选择，而且依赖于他人的选择；个人 的最优选择是其他人选择的函数从这个意义上讲，博弈论研究的是 在存在相互外部经济条件下的个人选择问题【川近几十年，博弈论被 广泛应用于经济学模型，已逐渐成为主流经济学的一部分。 博弈论分为合作博弈和非合作博弈，建立的博弈模型分为完全信 息静态博弈、完全信息动态博弈、不完全信息静态博弈、不完全信息动 态博弈。博弈论的基本要素包括：参与人、行动、信息、战略、支付函 数、结果、均衡。参与人指的是博弈中选择行动一最大化自己效用的决 策主体；行动是参与人的决策变量；战略是参与人选择行动的规则，他 告诉参与人在什么时候选择什么行动；信息指的是参与人在博弈中的 知识，特别是有关其他参与人的特征和行动的知识；支付函数是参与 人从博弈中获得的效用水平，他是所有参与人战略或行动的函数；结 果是指博弈分析者感兴趣的集合；均衡是所有参与人的最优战略或行 动的组合纳什均衡的存在性定理：每一个有限博弈至少存在一个纳 什均衡( 纯战略的或混合战略的) 1 1 本文中所建模型均为有限博弈模 型，故文中模型均有纳什均衡解 2 环境管理经济手段研究 由于环境的公共物品特性和“市场失灵”，决定了环境保护必须依 靠政府来管理和控制现在，人们倾向于在环境管理中更多的运用经 山东大学硕士学位论文 济手段，以提高经济效率和改善环境效果。目前，正在研究和广泛采 用的环境管理主要经济手段：一是税费制度。包括排污收费、环境资 源税、生态补偿费、使用者收费、产品收费和管理收费等。二是财政补 贴和信贷优惠。主要有补助金制度、长期低息( 贴息) 贷款和税收减免 等。三是市场交易。包括排污权交易、市场干预和责任保险等。四是押 金制度。主要用于控制固体废弃物或有毒害废物。五是一种近似的经 济手段，即财政方面的强制刺激手段，主要形式有违章罚款和执行保 证金 2 1 污染控制中的责任法则和受益法则【2 】：责任法则是指：在环境危害 事实成立的前提下，污染者应该向受害者支付环境损害补偿金。通俗 地说，就是我们经常提到的“谁污染，谁付费”受益法则是指：“谁受 益，谁补偿” 3 排污收费 排污收费的理论基础是环境资源的价值理论和环境问题外部不经 济性的存在。要想以经济手段解决这一问题，就要建立污染损害的补 偿机制，而排污收费就是一种有效的手段 2 1 。 由于环境资源的使用费未进入生产成本核算，私利的个体或本位 行为任意滥用空气和水等公共环境资源，造成对环境资源的过度利用 和毁坏，引起环境恶化。如果没有明确的财产所有权，没有任何使用者 会主动限制自己使用这些免费的环境资源或改善资源状态。环境资源 的破坏，是排污者得到了“内部的经济性”，社会承担了外部的“不经 济性骨因此社会应该要求排污者对造成“外部不经济性”的行为承担 经济责任排污单位要么花费用投资，治理污染，要么对造成的污染以 缴纳排污费的形式补偿环境资源的损失。这种补偿作用可使环境资源 使用者改变其排污行为，有效地利用环境资源。生产者或消费者在抉 择自身利益的时候，将环境资源的费用考虑进去，使环境问题的外部 不经济性问题内部化 我国目前征收排污收费所依据的标准，主要有两项，一是污染物的 排放标准，二是排污费的征收标准。我国主要征收的是超标排污费。计 算公式为：收费额= 超标收费单价排放污染物超标总量。其中，污 染物超标总量= 污水排放量污水中该污染物超标倍数排放污染物 超标分界依据为排放污染物超标总量的分界值。当排放污染物的超标 数小于或等于排放污染物超标分界依据时，收费额= 超标收费单价a 排放污染物超标总量；当排放污染物的超标数大于排放污染物超标 分界依据时，收费额= 超标收费单价b 排放污染物超标总量+ b 级 2 山东大学硕士学位论文 起征费【2 】 4 中国环境政策的发展变化 近3 0 年来，中国环境政策经历了5 个变化【3 】= 一、从基本国策到可持续发展战略 二、从污染控制到生态保护 三、从末端治理到源头控制 四、从点源治理到流域与区域的环境治理 五、从行政管理到法律、经济手段 1 2 问题的提出 根据国家环境保护部( ( 2 0 0 8 年全国环境统计公报( 统计数据未包括 香港和澳门特别行政区以及台湾省) 的统计数字来看，2 0 0 8 年，全国 各项环境保护工作都取得了新的进展其中废水中化学需氧量排放量 比上年减少4 4 ，氨氮排放量比上年减少4 o ，工业废水排放达标率 9 2 4 ，比上年提高o 7 。工业用水重复利用率8 3 8 ，比上年提高1 8 ； 废气中二氧化硫排放量比上年减少5 9 ；工业固体废物综合利用率为 6 4 3 ，比上年提高2 2 ；环境污染治理投资比上年增加3 2 6 ，占当年 g d p 的1 4 9 但是全国污染物的排放量依然很大，其中废水排放总量 比上年增加2 7 ，工业固体废物产生量比上年增加8 3 根据环境保护部发布2 0 0 8 年中国环境状况公报中指出的虽然 2 0 0 8 年全国部分环境质量指标明显改善，其中生态建设取得进展，城 市空气质量总体良好，比上年有所提高，全国酸雨分布区域保持稳定。 但是我国面临的环境形势仍然十分严峻，总体环境状况如下：部分城 市污染仍较重；酸雨污染仍较重；地表水污染依然严重。长江、黄河、 珠江、松花江、淮河、海河和辽河等七大水系总体水质与上年持平，其 中松花江为轻度污染，黄河、淮河、辽河为中度污染，海河为重度污 染。全国近岸海域水质总体为轻度污染四大海区近岸海域中，东海水 质差。农村环境问题日益突出，生活污染加剧，面源污染加重，工矿污 染凸显，饮水安全存在隐患，呈现出污染从城市向农村转移的态势 根据中国环保形象大使官网我国生态环境破坏状况中指出的我 国是世界上生物多样性最丰富的国家之一，高等植物和野生动物物种 均占世界的1 0 左右，然而，环境污染和生态破坏导致了动植物生活 环境的破坏，物种数量急剧减少，有的物种已经灭绝；植被破坏、森林 山东大学硕士学位论文 破坏仍很严重；草原面临严重退化，沙化、碱化，加剧了草地水土流失 和风沙危害；近十年来土地沙漠化急剧发展，我国的耕地退化问题也 十分突出。 世界生态环境问题主要表现在：大气污染严重，导致气候变暖、平 流层臭氧层变薄( 地球生物的保护层受到伤害) 、陆地和海洋生物受到 污染、产生酸雨( 酸雨可使湖泊酸化，造成鱼类死亡；酸雨还可遏制森 林生长，甚至导致森林死亡) ；淡水资源危机，世界上很多地方的人喝 不到干净的淡水；土地荒漠化呈严重化；海洋资源遭到破坏和污染；生 物多样性锐减；全球能源危机；化学污染严重。 从我国乃至世界的生态环境问题可以看出，治理环境污染的任务 仍然任重而道远。博弈论在经济学中的应用越来越广泛，许多专家学 者利用博弈论的相关原理来研究环境污染治理问题，并取得了很好的 成果，因为博弈论和经济学的研究模式是一样的，即强调个人理性，也 就是在给定的约束条件下追求效用最大化。基于这一点考虑，本文从 博弈论的角度出发，利用博弈论和环境经济学的相关知识点，对环境 污染治理问题进行研究，通过建立博弈模型，分析求解其模型的均衡 解，进而对环境污染治理问题提出了一些建议并由模型的均衡解得出 了一些重要的结论。 1 3 国内外对环境污染问题的研究进展状况 环境问题主要是在经济发展过程中逐步形成的。一方面，人类从自 然环境中获取的可再生资源大大超过其再生繁殖能力，造成资源枯竭、 生物多样性锐减和生态环境退化；另一方面，人类排入环境的废弃物， 特别是其中有害物质的增加，超过了环境的自然净化能力，干扰了自 然界的正常循环，甚至影响到臭氧层的破坏和全球气候的变化。这两 个方面的环境问题相互影响，形成复合效应，不仅对一个地区、一个 国家造成危害，而且形成国与国之间的问题，有的还发展为全球性问 题，威胁着人类的生存和发展严重的环境污染激起了强烈的社会抗 - 议，引起许多经济学家和生态学者的重视2 0 世纪6 0 年代，众多经济 学家对环境污染与经济活动的关系，即经济活动中的污染破坏环境问 题和环境污染治理中的经济问题进行了不断探索和实践，并将其研究 成果称为污染经济学或称公害经济学许多经济学家发现，传统的经 济理论存在两方面的缺陷，一是没有考虑“外部不经济性”，二是衡量 经济增长的经济学标准一国民生产总值g n p 不能真实反映经济福利 4 i 山东大学硕士学位论文 针对这些缺陷，一些经济学家开展了经济发展与环境质量关系的研究， 而且美国著名经济学家p a u las a m u e l s o n 提出了一个著名的论断：环境 污染是一种外部的负经济效果，且p # i - 部不经济性 2 1 一些专家认为，除了人们未能完全认识自然生态规律外，人类活动 对环境造成的污染和破坏，主要是由于缺乏明晰的环境资源的产权制 度以及在环境资源使用上社会贴现率与私人贴现率不一致。环境恶化 问题是经济主体以污染的方式对环境大量地施加外部成本。由于没有 “价格”为污染行为的消减提供恰当的激励，结果必然是对环境造成破 坏，解决这一问题的简明方法是对污染行为加征一个适当的“价格”， 从而使得社会成本内在化1 4 , 5 1 。 2 0 世纪7 0 年代以后，人们开始认识到：环境问题不仅包括污染问 题，而且还包括生态问题、资源问题等；环境问题既是一个技术问题， 也是一个重要的社会经济问题1 3 。社会经济发展必须既能满足人类的 基本需要，又不能超出环境负荷。超出了环境负荷，自然资源的再生 繁殖能力和环境自净能力会受到破坏，引起严重的环境问题，社会经 济也不能持续发展。要在掌握环境变化过程中，维护环境的生产能力、 恢复能力和补偿能力，合理利用资源，促进经济的发展【z 一。7 0 年代后 期，先后出版了大量著作，论述经济发展与环境保护之间的关系。 在经济科学中，一直有关于经济福利与自然资产储备之间关系的 探讨，所以有关环境经济学的文献，可以追溯到2 0 世纪2 0 、3 0 年代或 更早，如外部成本内在化的这个方法早在2 0 世纪2 0 年代马歇尔和庇 古就已经提出了。格雷和侯特陵分别在1 9 1 4 年和1 9 3 1 都对可耗竭资源 如煤及金属矿藏的折耗程度做过分析。而关于增长极限的分析，更早 在1 9 世纪就已由约翰斯图阿特米尔做出了 2 1 。但是，只是在过去的 3 0 年里，环境与发展的综合理论体系才逐步形成，并在8 0 年代当焦点 转到可持续发展这一主题时拓展了原有的概念。国内外的研究和发展 阶段大致可概括为五个方面：经济发展与环境资源之间的关系1 9 、环 境资源的价值评估、针对工业化国家和发展中国家的环境问题【、从 可耗竭资源到可再生资源的研究、越境环境问题( 从区域到对全球的 关注) n , 1 2 1 。国内外对环境污染问题的分析主要从定性的角度出发，将 其分为上游型环境影响因素，如经济与社会政策、产业结构、技术进 步、生产方式与生活方式等( 影响环境问题的产生) ；下游性环境影响 因素，如环境管理法规、环境技术、环境投资、国际合作等( 影响环境 问题的解决) ；背景性环境影响因素，如一个国家的经济与社会发展水 平、公民的环境意识、市场制度等( 影响环境问题的产生和解决) ，并 5 山东大学硕士学位论文 联系实际分别加以阐述【删。他们充分利用了宏观和微观经济学、资源 经济学、生态经济学、博弈论和信息经济学的原理和方法对环境污染 治理问题进行研究，在计划失灵、政策失灵、市场失灵、财产权失灵等 问题的研究上取得了很好的成果。这些成果除了具有较强的政策导向 性分析外，其数学模型也被广泛应用，理论分析更加严密。 环境经济手段的主要理论依据就是污染者付费原则【引，污染者付 费是一条环境外部性内在化的途径，具有很好的经济有效性。在研究 过程中人们一直坚持这个原则，它体现了这样一个观念：排污者应当 承担污染的控制成本，甚至还应该支付其他的损害成本。环境污染有 效控制的最基本的结果是b a u m o l 和o a t e s 的最小成本税收定理 5 1 ：当 能使污染物总排放量的目标减少得以实现的税率确定时，使污染物总 排放量减少的社会成本达到最小的必要条件( 使所有排放源的边际控 制成本应该相同) 也得以满足。西方经济学指出，对于企业来说，最优 环境保护的边际成本应等于给企业带来的边际收益，而社会最优环境 保护是其边际成本等于边际社会效益 但是，环境污染治理问题并不是如此的简单。企业的行为是经济行 为，制约和规范经济行为的最有效的手段是经济手段。但是，在环境管 理中使经济手段发挥应有作用必须满足一个基本前提，这就是企业因 违反环境法律、法规所必须支付的用于环境保护的补偿或费用必须大 于企业因逃避环境责任而取得的非法收入额度。具体地说，只有当经 济处罚或收费的额度超过其因减少环境保护投入所节省下来的货币价 值时，环境管理的经济手段才能真正发挥作用。企业才能积极主动地 调整自己的经济行为，认真开展污染预防和治理工作 6 1 而当排污费 低于边际治理成本时，企业将宁愿缴纳排污费和罚款也不会主动采取 任何污染治理措施。事实证明只有管理部门的监管和惩罚达到一定程 度时，排污者才会完全遵守环境法规 近年来，基于管理部门监管和惩罚基础上的排污者对环境法规遵守 问题的论文涉及多个领域1 1 4 1 一【墙】，有些经验型论文论述了监管和企业对 政策执行的程度在减少排污量方面的影响 1 9 , 2 0 , 2 1 1 ；有些论文论述了在 排污者不完全遵守环境法规情况下，不同环境政策的有效性 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 。 有些专家用博弈论研究越界污染问题，一种是经济补偿，另一种是关 联博弈【2 6 1 ，例如，给予一国贸易上的优惠，从而使它减少氟利昂的产 生【2 7 ，2 8 1 6 山东大学硕士学位论文 1 4 本文的主要研究内容以及创新点 本文将在总结现有研究成果的基础上，将环境管理中出现的实际 问题，即自主上报排污量情况中出现的虚报排污量的情况，监管部门 检查的随机性，与污染控制相结合，利用博弈论和环境经济学的相关 知识点，建立数学优化模型，对环境污染治理问题进行了研究。 本文主要有六个章节组成： 第一章，即本章，主要介绍了文中要用到的博弈论和环境经济学的 相关知识点、国内外对环境污染问题的研究进展状况，阐述了本文所 要研究的问题。 第二章利用博弈论的基本原理，从博弈论的角度对企业排污问题 进行定量的分析，构建了企业、环境管理部门、居民三者之间的动态博 弈模型，求出了模型的均衡解。利用对均衡解的分析，得出了在企业污 染治理过程中，通过一些治理措旖，如何达到小范围内达到企业治污 达标、监管部门不检查、周围居民不诉讼的理想局面，使社会总效益最 大化 第三章基于完美信息动态斯坦科尔伯格模型，探讨了存在排污收 费情况下，企业的最优选择问题，为了得到具体的结果，考虑了模型的 简单情况，得出其均衡解，进而得出排污收费制度和管理者对企业的 检查概率及惩罚程度不仅对企业的生产决策以及对行业集中程度会有 很大的影响，而且对企业技术的进步有一定的促进作用。 第四章分两种情况给出了区域环境污染治理问题的博弈模型，在 完全信息情况下，企业如实上报排污量，监管部门无需检查，各个排污 企业利润最优时的污染物治理量的和小于区域整体利润最优时的污染 物治理量的和；在不完全信息下，存在排污企业不诚实上报排污量的 情况，监管部门就要对排污企业进行随机检查，对查出不如实上报排 污量的企业进行惩罚，同样得出了区域整体利润最优时的污染物治理 量大于各个排污企业利润最优时