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城市再生水经济外部悻研究及实证分析 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导 下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的 内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的 作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本 人承担。 学位论文作者签名：趣嚆 目 期：年月日 城市 耳生水经济外窨| ；桐：研究及实证分析 摘要 再生水作为“第二水源”，是解决城市水资源短缺的有效途径。再生水在节约水 资源和改善环境质量方面具有典型的经济外部性。根据经济外部性理论，对再生水资 源经济外部性的类型、特点和表现形式进行了分析，并对其根源进行了初步探讨，为 再生水项目经济评价，再生水资源价值的合理确定奠定了基础。 提出了不同条件下城市再生水资源外部性效果计算的方法。主要包括宜接计算 法、当量计算法和分摊系数法。以北京地区为例进行了实例应用，并分析了自来水单 价( 包括污水处理费) 和再生水单价比价、不同水质( 用途) 和支付意愿等因素对外 部效果的影响。 根据环境经济学和制度经济学原理，分析了城市再生水经济外部性内部化的方 法，并提出相应的激励机制措施，为再生水市场的可持续健康发展提供了政策建议。 以北京市再生水利用规划和某再生水利用项目为例进行了实证分析。 关键词 再生水外部性内部化激励机制 擅塑要尘丛丝堕丛型壁型墼丝壅堡坌堑： a b s t r a c t r e c l a i m e dw a t e r h a sg r a d u a l j yb e c o m et h es e c o n d a r yw a t e rr e s o u r c ef o rn o n d r i n k i n g u s e ，d u et ot h es h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e r e c l a i m e dw a t e rh a st h ee x t e o re c o n o m yo f e c o n o m i z et 1 1 er e s o u r c e sa n dt h ei m p r o v e m e n te n v i r o n m e n tq u a n t i 够 a c c o r d i n gt ot 1 1 ee c o n o m i ce x t e “o rt h e o r i e s ，t h et y p e ，c h a r a c t e r i s t i c s ，m a n i f e s t a t i o n s a n dt h ec a u s eo ff o m a t i o no fr e c l a i m e dw a t e rr e s o u r c e sa r ea n a l y z e d t h ef o u n d a t i o na r e i a i df o re c o n o m i ce v a l u a t i a no fr e c l a i m e dw a t e rc o n s m l c t i o np r o j e c t sa n dr e a s o n a b l e a s s u r a n c eo f t h ev a l u eo f t h er e c l a i m e dw a t e rr e s o u r c e s t h em e t h o d sa r ep u tf o n a r df o rc a l c u l a t i n gm e “t e “o re 行毫c t so f 出eu r b a n r e c l a i m e dw a t e rr e s o u r c e su n d e rd i 丘b r e mc o n d i t i o n s ， m a i n l yi n c l u d i n gt h ed i r e c t c a l c u l a t i o nm e t l l o d ，t h e e q u i v a l e n tp o l l u t a n t sm e t h o da j l d t h ea m o n i z i n gc o e 币c i e m m e m o d a sa i le x a m p l e ，t 1 1 ee x t c r i o ri n n u c n c i n ge x t 荫o fe 脯c t so fb e 主j i n ga r ea n n l y z e d | a n d m ef h c t o r si n f l u 吼c 曲ge x t e r i o re 伍e c t so fr e c l a i m e dw a t c rr e s o u r c ea r ed i s c u s s e ds u c ha s t l ec o m p a m t i v ep r i c eb 酏w e e n 吐1 er e c l a i m e dw a t e ru n j tp f i c ea 1 1 dt a pw a t e ri n c l u d i n g w a s t ew a t e rp r o c e s s i n gf e e s ，d i f f b r e n tw a t e rq u a n t i t i e s ( u s e s ) ，t h ew i l lo f p a y m e n ta n de t c t h e na c c o r d i n gt om ee n v i r o n m e n te c o n o m i c sp r i n c i p l ea n dt h es y s t e me c o n o m i c s p r i n c i p l e ，t h em e t h o do fe x t e m a l i t y i n t e r n a l i z a t i o na f ea d v a n c e da n dt 1 1 ee c o n o m y i n c e n t i v em e a s u r e s t h o s ea r ec a 玎i e do u tr e f c r c ep o l i c y 鲫ds u g g e s t i o nf o rt h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f t l er e c l a i m e dw a t e rm 8 r k e t f i n a l ly m er e c l a i m e dw a t e rp l a no fb e 妇i n gu r b a na r e aa n dar e c l a i m e dw a t e r c o n s t r u c t i o np r o j e c ta r eg i v e na sd e m o n s t r a t i o n i k e yw o r d s lr e c l a i m e dw a t e r ；e x t e m a l 硝e s ；i n t e m a l i z a t i o n ；i n c e n t j v em e c h a n i s m 北京让筑卜科学航i i l l ! l 一学啦论史 城市再生水经济外部性研究及实证分析 1 1 课题研究的背景与意义 我国的入均水资源占有量只有世界人均水平的l 4 ，受污染的水体逐年增加，水 资源的严重不足和水环境质量的恶化已经成为制约城市社会经济发展的主要因素之 一。 城市污水具有水量水质稳定、易于收集、就地可取等特点，可作为再生水源( 周 彤，1 9 9 4 ) 。再生水作为“第二水源”，是解决水资源短缺的有效途径。 污水回用在经济上具有较明显的优势。如果将污水进行适度处理后再回用，可使 用水量中的自然取水量减少3 0 左右，缓解了水资源的不足，也减少了向水域的排污 量( 肖锦，2 0 0 2 ) 。采用污水回用由于取水距离缩短，节省水资源费、输水费和基建 费，其制水成本较低。将城市污水进行深度处理到可以回用作杂用水的程度，基建投 资相当于从3 0 公里外引水，若处理到回用作高要求的工艺用水，其投资相当于从4 0 6 0 公里外引水( 王琳，2 0 0 2 ) 。而污水处理与净化的费用只占上述节省费用的小部分， 同时远距离调水与污水回用相比，不仅增大了调水费用，同时也增大了污水处理和排 放费用。 另外，城市污水回用要比海水淡化经济，城市污水中所含杂质少于o 1 ，而且 可用深度处理方法加以去除。海水杂质含量是一般污水二级出水的3 5 倍以上，需要 采用复杂的预处理和反渗透或闪蒸等昂贵的处理技术( r u s s c llc u l p ，1 9 8 6 ) 。因此， 无论基建费或运行费，污水回用处理费用都低于海水淡化费用。 对于雨水资源，在收集和利用过程中，因大气降水本身的不确定性和时空差异性 而带来较低的水量保证率。而且道路上初期雨水比城市污水还脏，其收集储存处理远 比城市污水困难。 再生水具有节约资源和改善环境质量的外部经济性，不仅提高了城市水资源利用 的经济效益，同时能带来可观的环境效益、社会效益。 然丽，再生水的推广应用在我国发展缓慢，除了技术方面的原因之外，很重要的 原因就是其经济因素和包括政策制度在内的管理因素。从而导致了再生水利用设施的 建设和运营资金不到位：以立法形式的管理手段不到位；缺乏相应的激励和政策制度 北址逃嚣l # 学l 洗坝l ：学位沦义 城市再e 水经济外都件研艽及实证分析 等。因此再生水作为水资源开发利用所具有的资源价值很难体现出来。实际上城市污 水再生研究不仅包括污水再生应用以及处理技术的研究，更应该包括污水再生产业的 系统规划、投融资体系、价格体系、激励机制以及政府管制体系等涉及法律、机构、 制度等诸多方面的研究( l e g a la n di n s t i t u t i o n a li s s u e s ) 。污水再生的产业体系研 究，尤其是市场、政策机制创新，需要大大加强软科学研究。只有将工程建设与合理 的市场、政策机制相结合，才能大大提高项目实施的效力。本研究拟以城市再生水为 对象，利用外部性理论和资源经济学原理对其经济外部性和资源价值进行研究，根据 生产要素的投入、可持续发展观以及消费者支付意愿等确定再生水资源价值；利用制 度经济学原理对再生水资源利用市场激励机制和经济手段进行设计，为城市再生水资 源利用科学决策提供依据。最后通过北京的工程实例进行实证分析。该研究对城市再 生水推广应用和城市水资源可持续发展的战略决策具有重要意义。 1 _ 2 再生水资源利用及其研究现状 1 国外再生水资源利用状况 城市污水回用己经成为世界不少国家解决水资源不足的战略性对策。城市污水回 用在国外己有了丰富的经验，满足或部分满足了由于水源不足限制城市和工业发展的 需要，收到了相当好的社会效益和经济效益。当前，各国都在开展污水回用技术的实 旌，美国和日本等一些发达国家走在了前列( a s a n ot ，l e v i n ead ，1 9 9 6 ) 。 美国自2 0 世纪5 0 年代起，即开始着手这方面的工作，1 9 9 8 年制订了节水计划 指南( w a t e rc o n s e r v a t i o np l a ng u i d e l i n e ) ，强调用水管理、节水措施、污水回用 等多个环节的规范化管理和技术指导。其目的有缓解部分地区水源不足的一面，但更 主要的是加强环境和资源的保护，同时又有减少实施大规模水资源工程的需要。2 0 世纪末期，美国在水领域的总体战略目标发生了调整，由单纯的水污染控制转变为全 方位的水环境可持续发展。美国将水资源管理和水污染防治的权力以立法授权的方式 授予流域管理机构，并使其成为国家的独立机构，对辖区内的水资源进行统一的综合 管理。据报道，美国第一个分质供水系统是1 9 2 0 年在亚里桑那州修建的，那里雨水 量很少，淡水资源紧缺，最早由卡车和火车运送水，由于水源极缺，所以再生水用于 浇洒绿地和冲厕，并在永久居住区( 包括学校、社区) 用于冲车、冷却水、建筑和其它 一些非饮用的地方。目前，美国有3 5 7 个城市实行了污水再生利用，其中用于农业占 j e 糸建筑i ? 枉学院坝1 学似| 仑立 城市再生水经济外部_ | 牛研究驶实证分析 j j 3 ，再生利用水量2 9 亿m 。a ，再生利用工业占4 0 5 ，再生利用水量2 o 亿m = 。a ( c r o o kj ，s u ra i i i p a l l iry ，1 9 9 6 ) 。调查显示( s o l l y ，1 9 9 8 ) ，美国1 9 9 5 年的再 生水使用量为3 8 5 x l o ”m d ，这一数据在五年内上升了3 6 。美国加利福尼亚州每年 有4 3 2 亿立方米市政污水得到有益的利用，相当于该州每年产生污水量的8 ，其中 传统农业利用占主导地位：美国马里兰州的伯利恒炼钢厂使用2 8 4 0 万m 3 d 的城市 污水用于工艺和冷却用水已经有数十年的经验：美国加州中唐特拉科斯污水处理厂， 再生利用水量1 1 4 万m 3 d ，输送给旧金山南部作为工业用水；美国洛衫矶地区由于海 水的盐渍化和水源缺乏，早在1 9 7 2 年就建成了当时世界最大的深度处理水厂( 2 l 世 纪水厂) ，它的成品水由5 6 7 7 5m 3 d 的回收水，1 8 9 2 5m 3 d 的反渗透脱盐水和2 2 7 l om 3 d 的深井水混合而成，通过2 3 口回灌井，注入四层含水层，形成防止海水入侵的水力 挡水墙，同时补给了奥伦治县供水量7 0 0 m 3 h 的地下水。为了最大限度的利用有限的 水资源，美国加州的法律甚至规定如果有可获得的再生利用水时，不能用饮用水进行 浇洒灌溉( 聂梅生，2 0 0 1 ) 。 日本早在1 9 6 2 年就开始回用污水，7 0 年代初已显规模，9 0 年代初在全国范围内 进行了废水回用的调查研究和工艺设计。日本东京工业水道和名古屋工业水道，大规 模地供应再生水，目前，工业废水的回收利用率稳定在7 8 左右。近年来，日本还 将再生水用于城市河道景观用水和称作“中永道”的建筑物内杂用水，中水道的再生 水一般用于冲洗厕所、浇灌城市绿地及消防。以有较多中水系统供生活杂用而著称， 约占中水回用量的4 0 ( a s a n ot ，m a e d am ，t a k a l ( im ，1 9 9 6 ) 。 以色列在节约用水，特别是污水回用方面颇具特色。它地处干旱和半干旱地区， 面积约2 1 0 2 ，人口约4 2 0 万，水资源总量不足2 0 亿m 。在这样严重缺水地区建 成经济发达国家并保持经济高速增长，其中心政策是农业节水和城市污水回用，以色 列的再生水中，7 用于工业、2 5 用于生活与市政、6 8 用于农业( e r a n f r i e d j e r ，2 0 0 1 ) 。 纳米比亚于1 9 6 8 年建起了世界上第一座合格的再生饮用水工厂，日产水量 4 5 0 0 m ，水质达到当时世界卫生组织( w h 0 ) 和美国环保局公布的标准。此后，纳米比 亚首都温得和克市污水经二级处理后进入熟化塘，然后除藻、加氯、活性炭吸附与水 库水混合后作为该城市自来水水源，经卫生评价证明，水质是合格的。南非联邦不但 工业使用再生水，而且在约翰内斯堡市，每日自来水的8 5 加入的是城市再生水。 北京建筑上鞋学l 疆坝j ：学位沦上 城市再生水经济外部性研究及实证分析 新加坡是一个严重缺乏淡水的国家。新加坡于1 9 8 8 年开始进行再生水研究 n e w a t e r ( 新生水) 已成为四大水源中非常重要的一种。新生水是对使用过的水通过先 进的双膜( 微滤和反渗透) 及紫外线工艺进行严格的净化及处理后获得的，然后与水 库水混合，再进行常规处理后作为饮用水。目前，在新加坡勿洛和克兰芝有2 座再生 水厂，每天可以生产5 6 8 万m 3 的再生水，其中o 7 6 万m 3 水经处理后作为间接食用 水。 2 国内再生水资源利用及其研究状况 我国再生水回用起步晚，1 9 8 5 年北京市环境保护科学研究所在所内建成了我国 第一项中水工程。此后，我国天津、大连、济南、深圳、西安等缺水的大城市相继开 展了污水回用的试验研究，有些城市已经建成或拟建一批中水回用项目。再生水利用 初期重点是在回用处理技术方面没有形成宏观管理模式。十五期间，在科技部的支持 下，城市污水再生利用政策、标准、技术研究与示范课题列入国家十五科技攻关计划， 目前建设部正在组织开展相关研究与示范工作。2 0 0 2 年以来，国家也陆续颁布了各 种再生水回用水质技术标准和设计规范，为城市污水苒生利用工程设计提供了依据。 一些城市和地区正全面规划和实施污水再生利用工程，制定地方污水再生利用规划和 管理措施，有的已经取得较好成效。在北京市中水设施建设管理试行办法中规定： ( 1 ) 建筑面积2 万m 2 以上的旅馆、饭店、公寓等；( 2 ) 建筑面积3 万m 2 以上的机关、 科研单位、大专院校和大型文化体育等建筑，应按规定配套建设中水设施。在2 0 0 1 年2 号文件“关于加强中水设施建设管理的通告”中规定，“建筑面积5 万m ! 以上或 可回收水量大于1 5 0 m 。d 的居住区和集中建筑区必须建设中水设施”。2 0 0 5 年1 2 月初， 北京市水务局等三部门联合公布了关于加强建设项目节约用水设施管理的通知。 根据通知要求，今后建筑面积在5 万2 以上的居住区必须建设中水设施，中水将优 先用于建筑冲厕。目前世界一些国家的城市用水重复利用率达到了7 5 以上，中国 除北京、天津、大连、青岛等城市的用水重复利用率可达到7 0 以外，大部分城市 水资源的重复利用率仅有3 0 5 0 ，有的城市更低，足见城市再生水利用在我国逐 渐进入大规模实施阶段。但随着再生水利用规模的不断扩大，再生水管理也逐渐开始 向市场化方向转化。 我国对水资源的外部性已开始研究，提出了界定水资源的产权和依靠司法途径的 方法来解诀：对流域水资源开发产生的外部性进行了分析，结合流域经济提出了政企 托靠建筑j 麟学院蛳- ：学位论文 城市冉生水经济钋帮件研究及实证分析 合一的美国田纳西模式和中国的政府支持国有企业实施的清江模式，实现流域开发的 外部性内部化，采取的措施是界定产权和开发主体，建立税收一补贴体系，合理定价， 坚持“排污者付费原则”等；在西部地下水资源开发和使用中产生的外部性问题进行 了探讨，提出了解决外部性措施，如重新分配产权，鼓励税收和津贴，以及建立可交 易许可证制度等等。然而，再生水作为新的城市供水水源，其管理体制及市场激励机 制还不完善，政府对再生水定价中过分强调政府管制，缺乏相应的经济手段，而且目 前对再生水经济外部性方面的研究还是很薄弱，在某种程度上已成为城市再生水推广 应用的羁绊。因此迫切需要对其资源价值尤其是其经济外部性进行研究，从理论上对 其效益分析等给予明析论证，建立一套满足市场化要求的评价方法和激励制度。 3 我国污水再生回用面临的问题 建设部公布的有关数据表明，截止到2 0 0 2 年底，我国己建成5 3 7 座污水处理厂， 但污水处理率仅为3 9 9 7 ，污水再生利用率更低。北京市目前城市污水再生利用率 为2 0 ，预计2 0 0 8 年将达到5 0 ，目前全市已建成的建筑物和住宅区配套中水设计 累计2 5 0 余套，日设计处理能力合计4 万立方米，在建的还有1 0 0 多个，主要是集中 在宾馆、写字楼、院校和部分住宅区。在2 0 0 8 年前北京将新建再生水厂9 座，敷设 再生水管线3 9 8 5 k m ，新增再生水处理能力3 7 6 万m 3 d 。届时，清河、北苑、肖家 河、北小河等再生水厂分别向北郊地区、西北郊地区、西苑集团、清河集团、望京地 区提供再生水，并为清河、北小河等城市河湖提供最观用水；酒仙桥、东坝再生水厂 分别向东北郊地区、酒仙桥地区、东坝集团提供再生水，并为坝河、亮马河、水碓湖 等城市河湖提供景观用水；吴家村、卢沟桥、小红门再生水厂分别向南郊地区、西南 郊地区、丰台集团、南苑集团提供再生水，并为凉水河、马草河、旱河、小龙河等城 市河湖提供景观用水：五里坨、方庄再生水厂分别向五里坨、方庄地区提供再生水。 北京在再生水厂建设的期间，同时正加大力度配套建设再生水管网。 目前，我国在推进污水资源化过程中面临着许多工作，主要表现为两个方面： 第一，污水再生利用的总体规划与技术方面。经调研分析，许多己建再生水厂的 设备质量差，运行不稳定，输配设施落后，新建再生水厂的配套市政管网建设难度更 大，而且再生水的管网建设的投资没有稳定的资金来源渠道，造成再生水输配的渠道 滞后，生产和消费脱节，使大量再生水的需求得不到满足，潜在的用户未能够充分的 挖掘。 城市再生水经济外剖性研究及实证分析 第二，对水资源的优患意识淡薄，污水再生利用缺乏相应的鼓励和扶持政策。由 于缺乏相应的宣传和公众参与，公众意识不到污水再生利用对于保护水资源的重要 性，对污水再生利用产生了误解和对健康的担忧，这些都会阻碍他们接受再生水。从 根源上分析，是未对再生水外部效果进行评价。长期以来，我国的传统水资源价格一 直处于较低的水平，对用户而言使用再生水并不比使用自来水在成本上有多大的实 惠，因此我国的水价体系不能够激励用户自愿利用再生水。其次是尚未建立起合理的 再生水的收费机制，在这种情况下，污水处理厂不愿意也没有相应的财力进行污水深 度处理和管网的投资。由于缺乏相应的经济评价，也造成设计规模不合理等现象。最 重要的是缺乏污水再生利用产业的投资激励政策，造成了投资来源的匮乏。 4 我国污水再生回用总体目标 应该意识到，污水再生在生产流程上是污水处理的延续和深化，污水处理厂的建 设和正常运行是污水再生得以实施的前提。因此，必须对污水处理及再生进行同步规 划，才能实现水资源可持续发展的战略规划目标，缓解我国日益严重的水资源短缺问 题。具体规划情况如表1 1 所示( 钱正英，张光斗，2 0 0 1 ) 。 表1 1 我国污水处理及再生利用规划 年份 项目 2 0 0 02 0 0 52 0 1 02 0 3 0 2 0 5 0 供水总需水量( 亿m 3 ) 5 0 06 3 09 1 01 2 2 0l j 4 0 缺水量( 亿口1 ) 6 01 3 02 8 02 6 02 3 0 污水排放量( 亿m 3 ) 4 5 45 6 76 4 09 6 3】3 7 0 处理率( ) 1 74 55 08 09 5 污水处理量( 亿m 3 ) 7 72 5 53 2 0 7 6 7 1 3 0 0 污水处理投资需求( 亿元) 6 2 22 0 5 8 2 9 2 87 0 2 01 1 9 2 0 回用率( )3 51 52 5 3 0 回用量( 亿m 1 ) 1 53 0 l o o 2 5 0 4 1 0 污水再生投资需求( 亿元) 3 06 12 0 52 6 64 2 8 可以看出，随着经济飞速发展和污水处理及再生产业体系的不断完善，污水处理 及再生率都将得到较大幅度的提高。 1 3 本课题的研究方向与研究方法 我国北方城市大部分受到资源型缺水的困扰，水成为制约北方城市经济社会发展 及生态环境改善的主要因素，为实现水资源可持续开发利用的问题，本论文选取北京 为代表城市作为研究对象。 ：京进妖j ，程学院坝；学缸泡土= 城雨再生水经济外部性研究及实证分析 针对再生水资源利用现状存在的问题，在国内外污水再生同用研究的基础上，论 文主要进行以下几方面的研究。 ( 1 ) 再生水资源经济外部性研究 根据经济外部性理论，分析再生水项目外部性的特点、表现形式及根源分析。 ( 2 ) 城市再生水资源外部性的计算方法研究 1 ) 对城市再生水资源经济外部效果量化计算方法及其适用性研究； 2 ) 确定不同条件下城市再生水资源外部效果的计算，包括直接计算法、当量计 算法及分摊系数法。 3 ) 确定再生水与自来水( 包括污水处理费) 的合理比价。根据各因素变化包括 比价、支付意愿、用户偏好等对外部性效果的影响分析。 ( 3 ) 城市再生水资源外部性的内部化的方法与激励手段 提出解决再生水外部性内部化的措施。包括市场解决策略、非市场解决策略以及 市场策略与非市场策略的组合应用等。根据对激励效应的研究，建立再生水资源的补 偿机制。 ( 4 ) 城市再生水项目经济评价的构建 根据再生水资源的经济特性，建立再生水工程评价程序和评价指标体系，应用评 价指标来研究具体再生水利用项目的经济评价方法。 ( 5 ) 以北京市再生水利用规划和某再生水利用项目为例进行了实证分析。 此h ：进筑1 n ：学阮b 则常协避童 城市再生水经济外部惟研究及实证分析 2 城市再生水经济外部性的理论分析 2 1 经济外部性的概念 外部性的概念是由剑桥大学马歇尔( a 1 f r e dm a r s h a l l ) 和庇古( a r t h u rp i g o u ) 在2 0 世纪初提出的。马歇尔认为外部性是指“一个经济主体的行为对另一个经济主 体的福利所产生的影响，而这种影响并没有通过货币或市场交易反映出来。”作为福 利经济学创始人，庇古对外部性的研究更为深入，因而外部性理论甚至又被称为庇古 理论。在马歇尔提出的“外部经济”概念基础上扩充了“外部不经济”的概念和内容， 将外部性问题的研究从外部因素对企业的影响效果转向了企业或居民对外部的影响 效果，从而提出了外部经济与不经济表现为所投入的生产要素的边际社会纯产值与边 际私人纯产值的差额的论点，形成了静态外部性理论的基本框架。庇古认为，由于边 际私人纯产值和边际社会纯产值的差异，新古典经济学中认为完全依靠市场机制可以 形成资源的最优配置从而实现帕累托最优是不可能的。 2 0 世纪六十年代，外部性概念被扩展，广泛应用于经济分析中。进入七十年代 以来，由于工业化、城市化、环境污染等一些社会问题的不断加剧，外部性问题引起 了许多著名经济学家的关注。但对外部性概念的认识和界定却仁者见仁、智者见智， 各不相同。外部性的概念表述较多，列举如下： 美国经济学家鲍莫尔( 1 9 5 2 ) 认为外部经济( 外部不经济) 的定义是：“由于工业的 规模扩大，特别是在该工业中其他厂商情况不变之下增加了生产，使得一家厂商生产 成本降低( 增高) 了。其结果是一家厂商的所作所为对该工业中其余厂商的影响， 不能通过价格的变动而得到补偿( 或去进行补偿) 。” 英国经济学家詹姆斯e 米德( 1 9 7 3 ) 将外部性定义为：“一种外部经济( 或外部不 经济) 指的是这样种事件：它使得一个( 或一些) 在做出直接( 或间接) 导致这一事件 的决定时根本没有参与的入得到可察觉的利益( 或蒙受可察觉的损失) 。” 澳大利亚学者黄有光( 1 9 8 6 ) 将外部性定义为：“如果个人的效用函数( 或者是一 个公司的成本函数、生产函数) 不仅依赖那些受它支配的因素，同时也依赖于那些并 不受其支配的因素，而且这种不受其支配的因素的依赖性并不是通过市场交易而受到 影响的，那么就存在外部性。” 北或建j j _ l 工穗学院l ：学位论鼻 城市再生水经济讣笥汴 研究及宴证分析 日本经济学家植草益( 1 9 9 2 ) 认为“外部性是菜个经济主体生产和消费物品及服务 的行为不以市场为媒介而对其他的经济主体产生的附加效应的现象。” 美国经济学家保罗a 萨缪尔森、威廉d 诺德豪斯( 1 9 9 9 ) 认为“外部经济效果 是一个经济人的行为对另一个人福利所产生的效果，而这种效果并没有从货币或市场 交易中反映出来。” 盛洪( 1 9 9 2 ) 认为：“当一个( 或一些) 人没有全部承担他的行动引起的成本或收益 时，反过来说，有人承担了他人的行动引起的成本或收益时，就存在着外部性。” 美国经济学家j e 斯蒂格利茨( 1 9 9 7 ) 则认为：“个人或厂商没有承担其行为的全 部成本( 消极的外部性) 或没有享有其全部收益( 积极的外部性) 时所出现的一种现 象。” 曼昆( 2 0 0 0 ) 认为，外部性是指在两个当事人缺乏任何相关的经济交易的情况下， 由一个当事人向另一个当事人所提供的物品束。( 曼昆，2 0 0 0 ) 这些表述不同的定义分别从外部性的产生原因、产生领域、产生过程、产生结果 等方面反映了外部性问题的不同特征，在不同的场合都有不同的应用。这些不同考察 角度的概念或定义虽然表述有所不同，但就其基本内涵来讲，并无本质区别。 综上所述，外部性概念可归纳为：一个经济人的行为对另一个经济人的福利产生 了影响，而这种效应并未从货币或市场交易中反映出来，当某一经济行为将成本或效 益加于他人之上，行为人却未为此付出代价或得到收益时便产生了外部性。 2 2 城市再生水经济外部性的分类 对于外部性，不同经济学家根据其出发点进行了分类，本文从影响效果和根源等 进行分类。 ( 一) 正外部性和负外部性 按外部性的影响，外部性可分为有利的和不利的两种。有利的称为正外部性 ( p o s j t j v ee x t e r n a l i t y ) ，或称为外部经济性( e x t e r n a le c o n o m y ) ，不利的称为负 外部性( n e g a t i v ee x t e r n a l i t y ) ，或称为外部不经济性( e x t e r n a ld i s e c o n o m y ) 。 外部经济性是指一个经济主体的经济活动导致其他经济主体获得的额外经济利 益，也称外部收益。即指某个经济行为主体的生产或消费活动使他人或者社会受益并 且受益者无需花费任何代价； j “l 建筑| f t 学院何：l 学鲫仓业 城市再生水经济外部件研究及实证分析 外部不经济性是指一个经济主体的经济活动导致其他经济主体蒙受的额外经济 损失，也称为外部成本。即某个经济行为主体的生产或消费活动使他人或者社会受损 而他却没有为此承担成本。 再生水的生产是通过对二级出水的处理，减少污染量，降低水的污染程度，减轻 对环境的影响，产生的是正面影响，即正的外部性，同时，再生水的使用也对环境产 生负面影响，即负的外部性。 ( 二) 生产外部性与消费外部性 根据外部性产生的原因，可以分为生产的外部性和消费的外部性。如果生产过程 中存在外在成本或外在收益，生产者所承担的生产成本小于实际发生的全部社会成 本，或者生产者的产品收益小于实际产生的全部社会收益，资源配置便会发生扭曲， 达不到帕累托最优。 再生水的来源是城市污水，一方面，建造再生水处理厂，对污水进行处理回用， 减少水污染，保护了水源，另一方面，城市污水以再生水的形式在城市中循环使用， 减少自来水用量，节约了水资源，有利于社会的可持续发展，为将来使用水资源用户 创造利益。因此，再生水资源不仅是生产的主体人类直接消费的产品，而且还是 生产的载体以水为媒体，所获得的最终产品与承无关，这些最终产品包括水能、 航运、水体旅游等。 再生水的价格主要与水质标准、一次性投入、运行成本等有关。以北京为例，一 般小型污水处理器处理的中水，直接成本在1 0 5 元裂以下，但如果在考虑设备折旧 费等因素，成本在8 元m 3 左右。而目前再生水定价一般为l 元，生产者的产品收益 小于实际产生的全部社会收益，所以再生水具有消费外部性。从生产者的角度看，再 生水厂收集排放的污水，进行处理后输送到再生水用户，仅收取再生水成本，所以也 具有生产的外部性。 ( 三) 空间的外部性与时间外部性 根据外部性的时空结构，可以分为空间上的外部性和时间上的外部性。空间上的 外部性一般是对经济活动的现实影响，代内公平表现为空间的外部性；而代际的外部 性则表现为时间上的外部性，一般是对经济活动的未来影响，即一代人的经济活动对 子孙后代的影响。 当代人追求自身性最大化，试图利用更多的再生水资源，努力降低水资源开发的 北i 泄筑1 毡! 学院硕1 学位论文 城市卧生水经济外部性研究及实证分析 成本，其结果势必减少后代人开发水资源的单位成本。所以再生水具有时间外部性。 ( 四) 金钱外部性与技术外部性 根据外部性能否通过市场进行交易，可以分为金钱上的外部性和技术上的外部 性。例如，当某一产品价格上升体现有关稀缺资源的需求增加时，价格体系就会使其 他替代资源得到比较有效的利用。技术上的外部性则是无效率的来源，准确地说，是 使企业的边际私人成本与边际社会成本出现差异。无法通过市场交换的技术上的外部 性，才是造成市场失灵的原因。 它存在于厂企生产产品时，由于规模性，长期平均成本( l a c ) 在相关产量变动后， 会不断下落，就如在经济学中技术的稳定增长，会造成下降的长期平均成本曲线而显 示生产规模经济。资源有效率分配将使得边际社会价值等于物品、服务的边际社会成 本。边际价值可用市场价格代替，除了有补孤占时外。如图2 1 所示，d 为消费者的需 求曲线，( l m c ) 长期边际成本函数低于长期平均成本( l a c ) ，长期平均成本l a c 下降清 况中，价格等于l m c ，损失将是由于l m c 和l a c 差异导致的最终社会损失。 成本 价格 _ _ 、 - 产量 图2 1 技术夕 部性的成本曲线 再生水设施的一次性投入主要与选择工艺有关，所以具有技术外部性。 2 _ 3 再生水外部性的表现形式 再生水资源作为“公共物品”主要体现在环境特征的外部性上。再生水具有节约 资源和改善环境质量的外部经济性，实现水资源的优化配置和高效利用。市场经济体 系有效资源配置取决于生产者和消费者利益的最大化，而成本是供求双方利益最大化 的基础，由于再生水外部性的存在，市场中的生产或消费成本变得不准确，因此市场 失灵就显现了。 ( 1 ) 再生水资源代际外部性 随着人类用水需求的不断增加和生态环境的人为破坏，可利用水资源的稀缺程度 北京址筑1 褂学l 淀碱1 ：学位论史 城市再生水经济外部性研究及实证分析 越来越严重。作为地球自然享赋的水资源，生存在地球上的各代人具有共享权。当代 人在利用水资源时，对水资源的需求是无限的，利用和选择策略都按照自己的意愿， 这必然会给下一代产生影响，这称之为水资源的代际外部性( 张德贤，2 0 0 0 ) 。也叫 纵向外部性，它是从水资源的可持续利用角度出发，动态地考虑几代人的用水行为及 其相互间的福利影响，其中主要是当代人的用水决策对后代人福利的影响。当代人追 求自身性最大化，试图利用更多的再生水资源，努力降低水资源开发的成本，其结果 势必降低后代人开发水资源的单位成本。 ( 2 ) 再生水资源存量外部性 由于再生水资源存量的相对稳定性，在某一段时期的过度开采也会减少乃至破坏 未来年份的可获取量。再生水资源存量的外部性，是指在一定时期内，一定流域内， 再生水资源存量固定的条件之下，当某一水权人在第t 期多使用一单位的水，将减少 其他水权人在现在或将来可获取的水资源存量，因此存在你多用我就得少用的现象。 因此，如果某一水权人想以储存当期水资源的存量来提高自己福利水平，是没有实际 意义的，这也导致水权持有者没有激励诱因涵养永源，尽可能地多用。 ( 3 ) 再生水资源环境外部性 水资源的过度开采利用，造成生态环境的破坏，如地下水位的下降、海水倒灌和 土壤盐碱化等，降低水资源的再生能力，增加社会边际成本，丽使用者并不承担相应 的成本。或者由于水资源的使用、配置结构不舍理，造成水污染，降低了水资源的质 量，影响了社会总福利，水资源具有环境负外部性。同样，在某一地区修建水库和采 用节水设旖，可以改善局部地区的生态环境，可能给周边地区带来额外的收蓣，此时， 再生水资源具有环境正外部性。 ( 4 ) 再生水取水设施投资的外部性 任何再生水资源的获得都得依靠一定的取水和储水设旖，由予再生水资源获取的 随机性，水资源的供给具有不确定性，使水权持有者缺乏对再生水设施投资获得预期 收益的信一l 、。水资源供给量信息的缺乏，也使永权持有者缺乏再生水设施投资激励。 再生水设施一旦投资建成，所有支出转变为沉没成本，单个人投资、维护再生水设施 的努力，其他人可以免费享用的现象，镬每个水用户具有搭便车的激励，造成再生水 设施供给和维护不足； 外部性的存在，使市场机制对资源配置失去效用，使用者有“搭便车”的激励和 j l 京进筑1 融学院l i ! i ! l 。学缸论土 城市再生水经济外部性研究及实证分析 机会主义倾向，造成市场失灵，市场价格不能反映边际社会效益或成本。为有效配置 再生水资源，应采用相应的措施使再生水资源的外部内部化。 2 4 再生水资源外部性的特点及根源分析 对于规划范围内应使用再生水而拒用的用户，由于其占用了大量优质水源，将对 其它用户的利益产生较大的影响，必须研究其外部性，并制定相应的激励机制。 外部性是指个人或企业的行为影响了他人或企业的利益，但是并没有激励机制使 产生这些影响的个人或企业在决策时考虑这种对于他人的影响。外部性严格讲一般应 满足两个条件： 个人或企业( 简称a ) 的生产函数所包含的真实变量的值受他人或企业( 简称b ) 选 择的影响，但b 在做出选择时却没有考虑到a 的利益。 决策者b 并没有因为其选择影响了他人的利益而支付与其对他人影响等价的补 偿。 大多数经济学家认为，无论b 是否支付补偿，只要其行为影响了a ，就存在着外 部性( 张世秋，1 9 9 3 ) 。这里，对于规划范围内应使用再生水而拒用的用户( 即用户 b ) 由于占用了大量优质水源，从而在实际上减少了其他用户的可用水量，并间接影响 到水环境质量，即影响到他人利益和环境质量( 统称用户a 的利益) ，因此将产生较大 的外部性( 外部不经济性) 。 如图2 2 所示，心p b 代表边际私人净效益( m a r g i n a ln e tp e r s o n a lb e n e f i t s ) 即用户b 在生产活动中每增加一单位用水量所产生的净效益( 边际收益与边际成本之 差) 。m e c 代表边际外部成本( m a r g i n a le x t e r n a lc o s t ) ，指该用户在生产活动中未 承担的成本即用户b 每增加一单位用水量对用户a 所造成的影响( 包括环境和经济 两方面) ，由于两条曲线都表示边际量，则曲线下方的蕊积表示总量( m n p b 以下的面 积表示总私人净效益，m e c 以下的面积表示总外部成本) 。从图2 2 中可以看出，只 有当用水量为q 时总效益与总成本之差才能达到最大( 最优外部性为图中的三角形o q ，。y ) ，此用水量即为用户满足个体利益与集体利益一致性的最优优质水源用量。 北京址执 j 椿学i 鞋砌i ，学艟论嶷 1 9 城市睥生水经济外 ! i ；性研究及实证分析 效益或成本l ( 万元年) a 0 图2 2 最优外部性分析 年) 应该认识到，由于再生水价格较优质水源低，用户b 使用再生水实际上可获得一 定的隐性补贴，并给用户a 带来较大的外部经济性。在超过了最优用水量瓯后用户b 使用再生水时，一方面，用户b 的边际私人净效益将相应增加，具体体现为图2 2 中心p b 曲线将向上移动a 单位( a 为自来水与再生水之间价格差) ，此时，用户b 的 总效益将增加( qm q i ) a ；另一方面，由于减少了优质水源用薰和排放环境的污染物 量，将给用户a 带来较大的环境经济效益( 具体体现为图中梯形瓯x y q 。面积) 。因此， 用户b 使用再生水可带来双重经济性。 而实际上，虽然政府为促进污水再生推广利用，已经将再生水价定在较低的水平， 用户使用再生水可获得一定的隐性补贴，但由于目前许多城市水价改革力度不大，再 生水与自来水相比价格优势仍然较小，出于认识观念问题( 认为使用再生水水质风险 性较大) ，用户b 不愿为使用再生水所得的微小效益承担该风险，更不会考虑给用户 a 带来的外部性，因此，对于每单位水量用户b 宁愿损失a 单位的隐性补贴，也不愿 使用再生水，仍将用水量定为q 。：而对于用户a 而言，为使外部性最小化，必然希 望限制用户b 的用水量为零，这就造成了个体利益与集体利益的冲突，必须制定相应 的激励机制促使用户b 调整其用水量，使总效益与总成本之差达到最大，从而实现“经 济激励相容”。 目前在我国许多城市为加大节水力度，已经根据工厂、企业、宾馆等不同行业特 点，制定了限量供水的额定指标，并对自来水用户采取超量加价收费的措施，利用经 城市再生水经济外部十牛研究及实证分析 济手段加强人们对水危机的认识。笔者建议在缺水地区，将污水再生纳入水资源利用 整体系统中进行水量平衡规划，优先考虑暂不能使用再生水作为替代水源用户的用水 问题，在此基础上，重新对规划范围内可使用再生水的用户进行水量分配，并制定严 格的用水限额( 规划最优用水量0 。) ，按此规划最优用水量与用户的实际用水量之差， 进行再生水用户规划，对于超出规划最优用水量的用户，由于其占用大量优质水源， 将造成较大的外部性，必须制定相应的激励政策，促使用户从经济的角度考虑选择使 用再生水。 再生水是以城市污水为原水，通过人为处理而恢复其使用价值，成为可使用的水 资源，是一种公共资源。公共资源不具有排他性是因为无法确定他的产权，从而也就 无法排除任何人对公共资源的使用。但是公共资源却具有竞争性，也就是说一个人对 公共资源的使用会影响他人对公共资源的使用。由于人们不用因为使用公共资源而支 付费用，因此公共资源通常会被过度使用。水资源的过度使用、浪费及污染就是因为 水资源是一种没有产权界定的公共资源。产权界定模糊条件下的竞争压力鼓励了生产 中的短期行为，长期投资的可能性被忽略。 再生水作为公共基础设施建设，具有公益性、垄断性、收费性和竞争性并存的特 点，其公益性和垄断性决定了再生水设施的建设和运营具有“非市场性”，即再生水 的商品化和市场化具有准市场性质( 不完全市场) ，其活动应当局限于非市场领域( 市 场失效领域) ，按非市场目的( 非市场赢利性) ，以非市场手段展开，即政府必须介入 和干预。而其收费性和竞争性又决定了城市污水再