基于重置成本的流域生態(tài)補償標準研究

耿翔燕+葛顏祥+張化楠

摘要 流域生態(tài)補償作為我國生態(tài)文明建設的重要組成部分，是解決我國流域水污染、流域生態(tài)與經濟發(fā)展矛盾問題的有效手段。流域生態(tài)補償機制構建和運行的關鍵為補償標準的確定。文章采用綜合水質標識指數（WQI）對流域水質進行評價，通過與協(xié)議水質指標的比較判斷各區(qū)域的補受償方向。隨后考慮污染物不同濃度處理時的難易程度，以全國76家典型污水處理廠的直接處理成本數據為樣本，構建了基于重置成本的差異化生態(tài)補償標準模型，并以小清河流域為例對各區(qū)域的補償金額進行測算。結果表明：①污染物的去除難度隨其濃度的降低而不斷增加，在恢復至同一標準的前提下，單位COD和氨氮的處理成本分別與其進水濃度呈冪函數關系；②以COD和氨氮為評價指標，2016年小清河流域整體水生態(tài)環(huán)境質量較差，5個交界斷面的水質均為Ⅴ類水質標準，負外部性明顯，都需要對各自的下游進行補償。其中上游濟南段綜合水質標識指數為5.822，污染最為嚴重；③綜合流域各區(qū)域的保護和污染貢獻，將上游的補償額與支付給下游補償額相加抵消后，2016年小清河流域各區(qū)域的最終補受償數額分別為：濟南需支付1 128.22萬元，濱州鄒平需支付2 784.48萬元，淄博需支付1 703.68萬元，濱州博興需支付1 744.05萬元，東營需支付149.77萬元。補償結果反映了小清河流域水質的真實狀況，體現了補償標準的差異性，為流域生態(tài)補償標準的計量提供了新的思路?；谥刂贸杀镜难a償金額可作為補償標準的下限，實際應用時，可適當增加數額，進一步激發(fā)流域居民進行生態(tài)保護的積極性。

關鍵詞 補償標準；重置成本；水質綜合評價；流域生態(tài)補償

中圖分類號 X37文獻標識碼 A文章編號 1002-2104（2018）01-0140-08DOI：10.12062/cpre.20170720

當前，我國水資源利用矛盾日益突出，流域生態(tài)環(huán)境顯著惡化，嚴重影響了流域的可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)補償作為協(xié)調各利益相關者關系、促進流域水資源可持續(xù)利用的有效手段，成為社會各界關注的熱點。2016年國務院頒布實施的《關于健全生態(tài)保護補償機制的意見》中提出應盡快建立受益者付費、保護者補償的生態(tài)補償機制。補償標準的確定是流域生態(tài)補償機制中的關鍵環(huán)節(jié)，直接影響流域生態(tài)補償的運行效果。設計科學合理的補償標準、厘清上下游間的補償關系對于完善流域生態(tài)補償體系、確保生態(tài)補償高效實施具有重要的現實意義。

國內外學者圍繞補償標準的測算范圍、方式依據等進行了大量探索，并取得一定成果，但學界對補償標準核算過程中方法和指標的選取仍存有較大爭議，尚未形成成熟的標準體系。整體來看，現有研究中學者們主要依據生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值[1-3]、利益相關者的支付補償意愿[4-7]、生態(tài)建設成本[8-9]、生態(tài)足跡[10-11]等對流域生態(tài)補償標準進行測算。

流域生態(tài)補償標準確定的本質是彌補流域上游外溢至下游的正（負）外部效益，以此來矯正流域上下游間的環(huán)境與經濟利益關系。流域生態(tài)系統(tǒng)服務價值的計算缺乏必要的市場定價基礎，意愿調查法則存在較大主觀性，實際操作中通常選擇成本法來確定生態(tài)補償額度。重置成本，也稱“恢復成本”，是成本法中的一種，常用于企業(yè)的資產定價，是指現有條件下重新購置某一資產所需支付的費用，應用于流域中，可表示為將污染水質還原成優(yōu)良水質所需付出的成本費用。龐愛萍[12]等人基于重置成本法，以污水處理廠處理COD的平均成本為依據，從流域水環(huán)境容量的角度，測算了漳衛(wèi)南流域水源地的生態(tài)補償標準；黃濤珍、宋勝邦[13]以關鍵污染因子的處理成本為基礎，對淮河流域的生態(tài)補償標準進行了實證分析。上述研究為補償標準的確定提供了理論基礎和研究思路，但仍存在進一步研究的空間。主要體現為：一是流域中反映生態(tài)環(huán)境好壞的直接表現即為水質的優(yōu)劣，以水質為指標確定補償標準有利于上下游雙方達成協(xié)議，減少交易成本，既有研究關于水質的評價方面涉及較少。二是現有研究對流域重置成本的計算過于籠統(tǒng)，缺乏嚴密性，多采用統(tǒng)一的標準，沒有體現出不同濃度污水對應處理成本的差異性。鑒于此，本文嘗試在科學評價流域水質狀態(tài)的基礎上，利用全國76個典型污水處理廠的治理成本數據，構建污水主要影響因子濃度與其對應單位重置成本關系的計量模型，以山東省小清河流域為研究對象，對流域生態(tài)補償標準進行測算，以期為我國流域生態(tài)補償機制的不斷完善和高效運行提供參考依據。

1 流域生態(tài)補償標準的計量

1.1 研究方法

1.1.1 綜合水質標識指數（WQI）

綜合水質標識指數法是一種基于代數運算的可對水質做出連續(xù)評價的方法[14]，不會因為某個污染因子過度污染而否定整個水質狀況，可全面反映流域水體的污染特征和變化規(guī)律。

（1）單因子水質標識指數。單因子水質標識指數通常由一位整數和一位小數組成，表達式如下：

式（1）中，Pi為第i項評價指標的水質標識指數；Xi1為第i項水質評價指標所屬的水質類別；Xi2為第i項水質評價指標監(jiān)測值在Xi1類水質變化區(qū)間內與其濃度下限值的距離（溶解氧和非溶解氧指標的計算略有不同）。

（2）綜合水質標識指數的形成。在單因子水質標識指數的基礎上，得到綜合水質標識指數。

式（2）中，X1X2為所有單因子水質標識指數加權后的值，也稱為綜合水質指數；X3為所有評價指標中超過協(xié)議水質濃度值的個數；X4為所測的綜合水質類別與協(xié)議水質類別的差額。

同其他評價方法不同，綜合水質標識指數不僅可以定性、定量的評價Ⅰ—Ⅴ類水質的變化情況，還可以在劣Ⅴ類水質之間進行優(yōu)劣比較。具體評價標準見表1。

1.1.2 重置成本法

（1）數據來源與分析。本文選取污染物排放標準執(zhí)行一級A標準下的全國76家典型污水處理廠的單位治理成本、COD進出水濃度、氨氮進出水濃度等指標為樣本進行基礎數據分析。處理工藝主要為傳統(tǒng)活性污泥法和氧化溝法。數據來源于《中國城鎮(zhèn)污水處理廠匯編》（2006）?？紤]到地區(qū)間經濟發(fā)展水平的差異，治理成本采用直接處理成本?？紤]到時間效應，以每年3%的通脹率得到當下直接處理成本的金額。endprint

（2）污染物重置成本分析。污染物重置成本模型構建的前提條件為：①污染物處理都是在滿負荷條件下進行，現有的污水處理能力可以無限提升；②污染物可進行分離處理[15]；③污染物的濃度存在取值范圍，在排放標準內都可進行還原。

污水處理廠的單位治理成本是同時消除多種污染物所需成本的總和，計算某一種污染物的處理費用時應將其他污染物處理費用剔除。為此本文引進楊金田[16]提出的處理設施效益概念，將各污染物的處理成本在總處理成本中分離，得到各自的處理成本系數。

式（3）中，ηi為第i種污染物的處理效益值；Di、Ei分別為第i種污染物的進水和出水濃度，Si為第i種污染物排放的標準濃度。

各污染物處理設施效益間的比例關系與其治理成本間的比例關系具有一致性，可根據各污染物處理設施效益間的比值得到不同污染物處理成本占總處理成本的比例，結合污水的處理量和對應污染物的去除率，得到每噸污水處理單位某污染物所需的處理費用。

上式中，Ti為消除一單位第i種污染物所需的處理成本；Q為處理水量（t）；T為在總處理成本中分離出的第i種污染物的處理成本；C為污水處理廠的總處理成本；ηi∑ni=1ηi為第i種污染物的處理成本占總處理成本的比例；其他符號意義同上。

（3）污染物重置成本計量模型。鑒于各地區(qū)污水處理廠執(zhí)行的排放標準存有差異，加上部分污水處理廠的處理指標不齊全，因此各污染物的分析樣本數量與總樣本數略有差別。選取的76個污水處理廠中，其中COD排放執(zhí)行一級A標準的有66個，氨氮執(zhí)行一級A標準的有66個。

一是，COD重置成本模型。利用COD進水濃度為75.2～709.8 mg·L-1時的66個數據，結合公式（3）～（5）得到COD處理為同一標準時進水濃度與其單位處理成本間的散點圖，利用MATLAB 2016軟件進行多種曲線擬合，模擬出兩者間最適合的函數關系式（見圖1）。

從圖中可以看出，在還原為同一水質標準的前提下，隨著污染物濃度的升高，增加單位污染物消減所需的費用不斷降低，最后趨于平緩。這是由于污水處理時投入的設施、人力等部分成本存在重合共用現象，污染物消減量的增加會降低其單位處理成本；當進水濃度超過處理能力時，多余的污染物無法還原導致其單位處理成本逐漸趨于穩(wěn)定。結果與事實相符。

以COD進水濃度為X軸，單位COD處理成本為Y軸曲線擬合后得到的相關參數如表2所示。結果表明，冪函數形式下，模型的相關系數為R2=75.57%，擬合度較高。在5%的顯著性水平下，F值為121.279 8>F統(tǒng)計量的臨界值F0.05（1，64）=4，F檢驗通過，說明模型的冪函數關系顯著成立。剩余平方和SSE值與剩余標準差RMSE值也接近于0，說明數據預測較為成功；指數函數選用了兩種表達式，其中第二種形式的擬合度更高一些，F值都通過了檢驗，SSE值和RMSE值也比較小。

通過對比，可以發(fā)現COD進水濃度與其單位處理成本的函數關系更適合于冪函數形式。經計算其函數模型為：

其中，YCOD表示每噸水處理1 mgCOD所需的成本/元，XCOD表示COD的進水濃度。

通過現有數據得到的冪函數模型，可以推導出不同污染程度時對應的COD重置成本。

二是，氨氮的重置成本模型?，F有污水處理廠的數據樣本中，執(zhí)行氨氮排放標準為一級A標準的有66個，去除因治理技術引起處理成本數值異常的3個數據，共含有效樣本數63個。樣本中氨氮的進水濃度范圍為1.2～66.4mg·L-1，以此構建氨氮進水濃度與其單位處理成本之間的散點圖，利用MATLAB 2016軟件，對兩者間的關系進行曲線擬合（見圖2），函數關系式及相關參數如表3所示。

從圖中可以看出，同COD類似，氨氮的進水濃度與其單位處理成本間存在非線性關系，單位氨氮的處理成本也隨氨氮進水濃度的增加而降低，并逐漸趨于平緩。

根據圖2擬合的曲線走向，可以初步判定冪函數的曲線更貼近于散點圖中各樣本點的分布。參照表3中各函數關系的有關參數，進一步驗證上述推斷。同COD重置成本的計算類似，氨氮的進水濃度與其單位重置成本間的冪函數關系式如下：

其中，YNH3-N為單位氨氮的處理成本，XNH3-N為氨氮的進水濃度。

根據上述的冪函數關系式，可以推導出不同污染濃度下單位氨氮的重置成本。

1.2 流域生態(tài)補償標準確定

上式（8）、（9）中，M為最終的補償標準；Mi為單位第i種污染物還原至協(xié)議水質的重置成本；Q為區(qū)域內的徑流量；K表示區(qū)域的補受償方向，取值為±1；x0、x1分別為第i種污染物的協(xié)議水質指標和實測水質指標，f（xi）為第i種污染物的重置成本函數。

這里將基于重置成本的補償量分為3種情況進行討論：以流域中的A區(qū)域為例，設A區(qū)域的綜合水質標識

指數為a1，協(xié)議水質標識指數為a0。

（1）當a1>a0時，說明A區(qū)域的水質優(yōu)于協(xié)議水質，產生了外部正效應。下游應對其保護行為或污染減少行為進行補償。補償量為Mi=∫x1x0f（xi）dx；

（2）當a1

（3）當a1=a0時，說明A區(qū)域嚴格按照要求維護了水質，污染行為與保護行為對等，不補償也不受罰，補償金額為零。

2 小清河流域生態(tài)補償實證分析

2.1 流域概況

小清河流域屬于渤海水系河流，起源于濟南西部睦里莊，流經濟南、濱州、淄博、東營、濰坊等5個地市18個縣（市、區(qū)），從壽光的羊角溝注入萊州灣。小清河流域全長237 km，流域面積10 336 km2。小清河流域是山東省內最大的內陸河，也是我國5條重要的國防戰(zhàn)備河之一[17]。

近年來，隨著經濟增長和城市化進程的加快，小清河流域水資源被過度利用，水質惡化嚴重，小清河變?yōu)椤靶『诤印?、“小臭河”?008年山東省實行小清河流域生態(tài)補償試點，取得了一定效果，但守法成本高、違法成本低的問題導致水質反復惡化，生態(tài)水環(huán)境同協(xié)議水質仍存有差距。本文以重置成本為依據，確定科學合理的補償標準，不斷完善流域生態(tài)補償機制。

2.2 數據來源

小清河流域生態(tài)補償標準測算中所需數據主要來源于山東省環(huán)保廳、山東省水利廳、山東省小清河管理局、山東省流域水文監(jiān)測數據庫、《2016年山東省統(tǒng)計年鑒》《小清河建設管理資料匯編（2002）》等。

2.3 水質綜合評價

本文選取2016年小清河干流5個交界斷面處COD、氨氮水質監(jiān)測的年均值進行分析。以適宜飲用和多數生物生存最低標準的Ⅲ類水作為協(xié)議水質。小清河流域及各交界斷面的單因子水質標識指數、綜合水質標識指數和綜合水質類別詳見表4。為更好的反映流域中超標污染物和非超標污染的作用，各斷面的綜合水質指數由各單因子水質指數加權得到，計算公式為：

式（10）中，m為超標污染物的個數；Pi為第i種超標污染物的水質標識指數，權重為1；n表示未超標污染物的 個數；Pj為第j種未超標污染物的水質標識指數，所有未超標污染物水質標識指數的權重總和為1。

由表4可知，小清河流域整體的綜合水質標識指數為5.422，為Ⅴ類水，說明整條流域污染較為嚴重。流域單因子水質標識指數中，COD的水質標識指數為4.7，屬于Ⅳ類水，氨氮的水質標識指數為6.1，屬于劣Ⅴ類水，但尚未黑臭。相比之下，氨氮的污染程度更為嚴重，這主要是由于大量的工業(yè)污水排放所致。

從各個斷面的評價結果中看，5個交界斷面的綜合水質類別都為Ⅴ類水質，其中濟南段污染最為嚴重。COD水質評價中5個斷面的評價結果都為Ⅳ類水質；氨氮的水質評價結果中新豐莊斷面水質標識指數為7.1，屬于劣Ⅴ類水且黑臭類型。唐口橋斷面的水質標識指數為6.3，為劣Ⅴ類水但不黑臭類型，剩余3個斷面的氨氮水質均在Ⅴ類水標準范圍內。

依據各斷面的綜合水質標識指數，可以判斷各區(qū)域對小清河流域的污染保護行為，進而確定補受償方向。小清河流域各區(qū)域的水質變化情況及補受償方向詳見表5。

從各行政區(qū)域段來看，濟南段對流域水質加大了污染；濱州鄒平段、淄博段和濱州博興段減少了污水排放，改善了水質，但與標準水質要求還有差距；東營段維持了原有水質，但還需加大保護力度。流域內5個交界斷面都沒有達到協(xié)議水質標準，說明各區(qū)域的污染行為貢獻大于環(huán)保行為貢獻，產生了外部負效益，應進行懲罰性補償。

2.4 流域生態(tài)補償標準測算

為減少交易成本，本研究采用逐級補償的方式進行補償標準的核算，其中最下游因地理位置特殊，補償資金與上級（省）政府進行核算，其他區(qū)域則與相鄰的上下游進行補償金額核算。協(xié)議水質Ⅲ類水中各污染物的指標上限分別是COD濃度為20 mg·L-1、氨氮濃度為1 mg·L-1。

從山東省水文局現有的水量監(jiān)測數據得知，小清河流域濟南段的黃橋臺斷面、淄博段的岔河斷面和東營段石村斷面的多年均徑流量分別為3.35億m3、8.18億m3和11.40億m3，由于濱州段缺少水量監(jiān)測數據，由相鄰兩區(qū)域的徑流量平均得到，其中鄒平段的徑流量5.77億m3，博興段的徑流量為9.79億m3。

小清河流域上游濟南段的出水綜合水質為Ⅴ類水，其中COD濃度為21.43 mg·L-1、氨氮濃度為4.27 mg·L-1。因為濟南段為流域源頭，沒有上游，因此與協(xié)議水質進行對比來確定補償量。根據公式（6）可得COD濃度在21.43 mg·L-1和20 mg·L-1時對應的單位處理成本分別為8 054.98元·t-1、8 803.47元·t-1。由公式（8）（9）可得濟南段應繳納COD的補償金額為40.41萬元；根據公式（7）可得氨氮濃度在4.27 mg·L-1和1 mg·L-1時對應的單位處理成本分別為6 610.04元·t-1和17 479.3元·t-1。由公式（8）（9）可得濟南段應繳納氨氮的補償金額為1 087.81萬元。將COD和氨氮的補償量加總后即為濟南應補償給下游濱州鄒平段的金額為1 128.22萬元。

同理依據公式（6）～（9）可計算其他區(qū)域段的補償金額，結果詳見表6。

2.5 補償結果分析

根據表6中各區(qū)域的補償量，綜合上游補償和支付給下游區(qū)域的數額，各區(qū)域的最終實際補償金額如表7所示。結果表明，濟南、濱州鄒平、淄博和濱州博興段因過度污染或保護力度不足，需要分別繳納1 128.22萬元、2 784.48萬元、1 703.68萬元、1 744.05萬元和149.77萬元，將濱州鄒平和博興的補償金額綜合起來，可知濱州需要繳納補償金額4 528.53萬元。補償結果是區(qū)域污染與保護行為的匯總，體現了補償的科學性。

從補償結果中看，小清河流域各區(qū)域的污染都比較嚴重，上游濟南段開始水質就呈下降趨勢，給下游的水環(huán)境質量造成威脅。下游雖然水質有所改善，但仍沒有達到協(xié)議水質指標。因此綜合污染行為與保護行為，各區(qū)域的污染貢獻更大，都需要為此付出代價。以上游濟南為例，小清河流經濟南的槐蔭、天橋、歷城和章丘區(qū)，因污染水質需要向下游濱州鄒平支付1 128.22萬元，占濟南四區(qū)同年GDP總和的0.06%，與相似流域淮河流域中黃濤珍[13]計算的補償金額占支付地區(qū)GDP總量的1.86%相比，政府的財政壓力較小、可操作性更強。下游濱州鄒平作為被補償者，所獲的1 128.22萬元補償金能夠彌補其將污水改善所需的各種費用，減少了流域保護中的人力、物力投入，能有效帶動居民生態(tài)保護的積極性。今后應加強對流域上中游的監(jiān)測力度，做好宣傳工作，調節(jié)產業(yè)發(fā)展結構，促進小清河流域水質的不斷改善。endprint

3 結論與討論

3.1 結論

補償標準的確定是影響我國流域生態(tài)補償機制實踐運行的主要瓶頸。本文基于重置成本的思想，采用綜合水質污染指數客觀評價流域水質的基礎上，對流域生態(tài)補償標準進行測算，并以山東省小清河流域為例進行了實證研究。主要結論如下：

（1）在一定污染水平和相同的處理標準下，流域中主要污染因子COD、氨氮的進水濃度與其單位處理成本呈冪函數關系。COD、氨氮的進水濃度越高，越容易將其濃度值降下來，單位處理成本越低；當進水濃度較低時，處理難度會增大，相應的單位處理成本會不斷增大。

（2）小清河流域整體水質較差，屬于Ⅴ類水質。流域各區(qū)域都沒有達到目標水質，需要對下游進行補償。按照逐級補償的方式，濟南、濱州鄒平、淄博、濱州博興和東營應向其相鄰下游分別補償1 128.22萬元、3 912.70萬元、5 616.38萬元、7 360.43萬元和7 510.20萬元；綜合各區(qū)域的生態(tài)保護貢獻，得到濟南、濱州、淄博和東營因過度污染需各支付1 128.22萬元、4 528.53萬元、1 703.68萬元和149.77萬元。今后應加強對小清河上游的監(jiān)督，提高水質測評頻率，及時更正和解決小清河流域的污染問題。

3.2 討論

（1）同以往選擇固定的污染物處理成本不同，文章以全國76家污水處理廠的相關數據為樣本，通過將各污染物的處理成本分離，分別模擬出主要污染物COD、氨氮不同濃度與其單位處理成本之間的函數關系，為全國流域生態(tài)補償標準的確定提供了理論參考，但在小清河這類小型流域中的應用具有一定的局限性。今后的實際運作中，應在此基礎上，結合流域當地的污水處理水平、技術更新程度及財政狀況等進行處理成本的相應調整，更好的體現補償標準的差異性和準確性。

（2）現有的流域生態(tài)補償標準確定方法具有多樣性，其中常見問題便是所需統(tǒng)計數據繁雜且測算數額過大，難以應用于實踐中。重置成本法減少了因搜集大量繁瑣數據而造成的時間成本費用，可提高生態(tài)補償機制的運行效率，且測算結果更符合現有的經濟水平，起到了對保護者補償、污染者懲罰的效果。但該方法僅是依據將高濃度水質進行低濃度還原的價值來計量補償金額，激勵作用不夠明顯，因此可作為補償標準的下限參考值。實際操作中，可以在此基礎上進行一定比例的加成，來更好的激勵利益相關者投入到流域生態(tài)保護中，促進流域生態(tài)保護與經濟社會的協(xié)調發(fā)展。

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