基于熵權(quán)法的跨省水生態(tài)補償標準測算與資金分配
——以東江流域為例

高慧忠，劉 慧，許鳳冉，張春玲，李 想

(1.中國水利水電科學(xué)研究院水力學(xué)研究所，北京 100038； 2.中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所，北京 100038)

流域內(nèi)一定質(zhì)量和數(shù)量水資源的開發(fā)利用具有不同程度的競爭性。上游水源區(qū)水資源利用或保護存在正負兩方面的外部效應(yīng)，它會隨著水循環(huán)從上游向下游轉(zhuǎn)移，一方面，上游水源保護在下游產(chǎn)生正的外部效益；另一方面，上游水資源過度開發(fā)可能造成下游水資源短缺或水污染加劇。實施流域生態(tài)補償是解決這些問題的有效手段。近些年，國家高度重視推進水生態(tài)補償機制建設(shè)，先后出臺《關(guān)于健全生態(tài)保護補償機制的意見》《關(guān)于加快建立流域上下游橫向生態(tài)保護補償機制的指導(dǎo)意見》等重要文件，明確在江河源頭區(qū)、重要河流敏感河段和水生態(tài)修復(fù)治理區(qū)等七大類型水域開展流域水生態(tài)保護補償。

自2011年以來，我國先后在新安江、東江實施跨省流域生態(tài)補償試點，補償量的科學(xué)測算和補償資金的有效分配直接關(guān)系到補償試點的實施成效。相關(guān)學(xué)者對此的研究可歸為兩類[1-7]：一是從保護生態(tài)環(huán)境的直接投入和發(fā)展機會損失測算；二是通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和水資源價值測算。這些成果可為建立生態(tài)補償機制提供依據(jù)，但缺少結(jié)合試點實施情況的研究。本文以東江流域跨省生態(tài)補償試點為例，結(jié)合試點以來的實際投入和保護效果，建立基于跨省斷面水量水質(zhì)和投入效益的補償量測算模型，測算直接成本補償量和機會損失補償量，并構(gòu)建熵權(quán)模型，將測算的直接補償量分配到水源區(qū)各區(qū)縣，為進一步的試點工作中優(yōu)化調(diào)整標準，實施資金和政策等多樣化補償措施提供參考。

1 跨省水生態(tài)補償標準測算與資金分配方法

1.1 水生態(tài)保護與建設(shè)成本分析

江河源區(qū)水生態(tài)保護與建設(shè)成本包括直接保護成本和限制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的間接機會損失。

1.1.1直接保護成本測算方法

直接保護成本是指江河源區(qū)為保護源區(qū)水生態(tài)環(huán)境所付出的保護與建設(shè)投入，包括植樹造林、封山育林、水源涵養(yǎng)、水質(zhì)監(jiān)測站建設(shè)、水土保持、生態(tài)移民等項目資金，以及進一步改善水環(huán)境質(zhì)量而新建的城市垃圾和污水處理設(shè)施、環(huán)境污染綜合整治項目、水利設(shè)施等項目的投資。本次計算以東江源區(qū)為例，直接保護成本Ct直接考慮林業(yè)建設(shè)與保護Ct林業(yè)、生態(tài)移民Ct移民和水土保持Ct水保3類實際投入：

Ct直接=Ct林業(yè)+Ct移民+Ct水保

(1)

1.1.2間接發(fā)展機會損失測算方法

間接發(fā)展機會損失是為保護源區(qū)水生態(tài)環(huán)境而限制部分行業(yè)發(fā)展，進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，關(guān)、停、否定高污染行業(yè)所帶來的發(fā)展機會損失。在測算發(fā)展機會損失時可采用實證調(diào)查法、經(jīng)驗對比法[8-9]，在缺乏足夠的實證調(diào)查數(shù)據(jù)情況下，通常采用經(jīng)驗對比法，通過比較江河源區(qū)與鄰近受水源保護影響較小區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展水平之間的差異，作為評價水生態(tài)保護與建設(shè)的間接發(fā)展機會損失測算依據(jù)，見式(2)。本文將2017年贛州市東江源區(qū)三縣(尋烏縣、安遠縣、定南縣)與江西省整體人均生產(chǎn)總值對比分析，計算間接機會發(fā)展損失。

Ct間接=(G0-G1)αN1

(2)

其中

式中：Ct間接為間接發(fā)展機會損失；G0為鄰近參照地區(qū)人均生產(chǎn)總值；G1為江河源區(qū)人均生產(chǎn)總值；α為補償系數(shù)，即水資源對經(jīng)濟的影響系數(shù)；N1為江河源區(qū)人口數(shù)；Gs為江河源區(qū)的地區(qū)生產(chǎn)總值；Rs為江河源區(qū)的財政收入。

因此，水生態(tài)保護與建設(shè)成本的計算公式表示為

Ct=Ct直接+Ct間接

(3)

1.2 基于水量水質(zhì)與投入效益的跨省補償量測算模型

江河源區(qū)為水生態(tài)保護和建設(shè)所做的工作，在整個流域內(nèi)發(fā)揮著巨大效益，因此在源區(qū)水量水質(zhì)得到合理開發(fā)和有效保護的前提下，源區(qū)保護成本應(yīng)得到補償。江河源區(qū)水生態(tài)保護與建設(shè)產(chǎn)生的效益，一部分由源區(qū)享受，一部分轉(zhuǎn)移到下游。源區(qū)水生態(tài)保護與建設(shè)成本、水量、水質(zhì)以及產(chǎn)生的效益是補償量計算的主要因子，因此，建立跨省斷面水量水質(zhì)和投入效益的補償量測算模型[8-10]，引入水量分攤系數(shù)Vt、水質(zhì)修正系數(shù)Qt和效益修正系數(shù)Et，測算下游對源區(qū)水生態(tài)保護與建設(shè)的補償量。

a.水量分攤系數(shù)。根據(jù)流域上下游水資源利用狀況，將Vt確定為源區(qū)提供給下游水量W下占源區(qū)總水量W總的比值，即：

(4)

因此，下游因利用源區(qū)水量而需承擔(dān)源區(qū)水生態(tài)保護與建設(shè)成本Ct的分擔(dān)量為CtVt。

b.水質(zhì)修正系數(shù)。源區(qū)的水質(zhì)優(yōu)劣直接影響下游的用水效益，因此引入水質(zhì)修正系數(shù)Qt對下游分攤的成本CtVt進行修正。以常用的水質(zhì)指標COD質(zhì)量濃度作為交界斷面處的代表性指標，假設(shè)交界斷面處要求的水質(zhì)標準為S：①當(dāng)交界斷面處的水質(zhì)Q等于S時，下游只需分攤利用源區(qū)水量的成本CtVt；②當(dāng)交界斷面處的水質(zhì)Q優(yōu)于S時，下游除需分攤成本CtVt外，還需對水質(zhì)優(yōu)于Q時少排放的COD量Pt進行補償，采用源區(qū)環(huán)境保護中削減單位COD排放量的投資Mt估算，則下游因得到更優(yōu)水質(zhì)需向源區(qū)補貼PtMt；③當(dāng)交界斷面處的水質(zhì)Q劣于S時，斷面水質(zhì)沒有達到所要求的標準時，源區(qū)在得到下游分攤的水量成本CtVt外，還需向下游地區(qū)就多排放的COD量賠償PtMt。

考慮水量分攤和水質(zhì)修正后下游對源區(qū)水生態(tài)保護與建設(shè)的補償量為

(5)

(6)

c.效益修正系數(shù)。根據(jù)經(jīng)濟學(xué)的生產(chǎn)者行為理論，確保水生態(tài)保護與建設(shè)投入效益大于成本，以保持投資的積極性，應(yīng)引入效益修正系數(shù)，對下游承擔(dān)的水生態(tài)保護與建設(shè)補償量進一步修正，并且應(yīng)使效益修正系數(shù)Et>1。水資源對于下游地區(qū)經(jīng)濟、生態(tài)具有長期效益，參照《建設(shè)項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》(第三版)，取社會折現(xiàn)率6%，得到Et為1.06。在實際補償機制建立的過程中，應(yīng)對Et值有一個協(xié)商和逐步調(diào)整的過程。

綜上所述，得到江河源區(qū)跨省斷面水量水質(zhì)和投入效益因素的補償量Cdt計算公式為

Cdt=CtVtQtEt

(7)

1.3 水源區(qū)資金分配的熵權(quán)模型

補償資金的分配是生態(tài)補償機制實施中的重要環(huán)節(jié)，補償資金一般用于彌補水生態(tài)保護與建設(shè)成本，目的在于激勵生態(tài)保護行為，體現(xiàn)補償機制的社會公平和生態(tài)保護積極性。因此，提高生態(tài)補償資金的使用效率與分配合理性，將成為解決水生態(tài)保護與建設(shè)成本、均衡保護責(zé)任、分享水資源效益的關(guān)鍵節(jié)點。

本文通過構(gòu)建熵權(quán)模型，根據(jù)指標變異性的大小客觀確定權(quán)重，進而對補償資金進行分配[11]。在熵權(quán)模型的構(gòu)建中，補償資金分配指標的選取是重要一環(huán)。補償資金一般用于分享生態(tài)資源效益、體現(xiàn)生態(tài)保護貢獻度、彌補發(fā)展機會成本損失等，因此，補償資金分配指標的選取應(yīng)體現(xiàn)其用途。指標的選取分為正向指標和逆向指標，正向指標是代表向上或向前發(fā)展、增長的指標，指標值越大評價越好；逆向指標是用于彌補發(fā)展機會損失的指標，指標值越小評價越好。一般來說，若某個指標的信息熵越小，表明指標值的變異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評價中所能起到的作用也越大，其權(quán)重也就越大。應(yīng)用熵權(quán)模型確定權(quán)重包括：指標的標準化處理、定義熵信息、確定熵權(quán)重。

a.指標的標準化處理。由于各項指標的計量單位不統(tǒng)一，因此，在計算指標權(quán)重前，需要進行標準化處理，即把指標的絕對值轉(zhuǎn)化為相對值，解決各項不同指標值的同質(zhì)化問題。假定m個評價對象，n個指標，xij為第j個對象的第i個指標值。對于正向、逆向指標分別采用以下公式進行數(shù)據(jù)標準化處理

(8)

(9)

式中：xjmaxxjmin分別為第j個對象的最大、最小指標值。

b.定義熵。在有m個評價對象、n個評價指標的評估問題中，第j個對象的熵為

(10)

其中

c.確定熵權(quán)重。定義了第j個對象的熵后，可得到第j個對象的熵權(quán)重為

(11)

2 水生態(tài)保護補償標準測算與資金分配

2.1 東江源區(qū)概況和補償試點實施進展

東江是珠江三大水系之一，橫跨江西和廣東兩省，發(fā)源于江西省贛州市尋烏縣，源區(qū)有尋烏水和定南水兩大水系。江西省東江源區(qū)流域面積為 3 613.77 km2，占東江全流域面積的1/10，是東江的水源涵養(yǎng)地。源區(qū)內(nèi)鎢、鉛、鋅和稀土資源等礦產(chǎn)資源豐富，素有“世界鎢都”和“稀土王國”之美稱。2017年江西省東江源區(qū)水資源總量53.42億m3，其中輸入廣東境內(nèi)32.75億m3，占東江全流域年平均徑流量的12.7%，為下游東深供水等水資源開發(fā)利用工程提供了優(yōu)質(zhì)水源。江西省東江源區(qū)主要涉及尋烏、定南、安遠三縣，2017年末常住人口95.67萬人，其中農(nóng)業(yè)人口74.55萬人，城鎮(zhèn)化率僅為22.1%，大部分以農(nóng)業(yè)種植為生，地區(qū)人均生產(chǎn)總值為2.25萬元，人均收入較低。尋烏、安遠兩縣為國家級貧困縣，定南縣為省級貧困縣，貧困人口占源區(qū)三縣總?cè)丝诘?4.1%。

為深入貫徹落實《國務(wù)院辦公廳關(guān)于健全生態(tài)保護補償機制的意見》，保護和改善東江流域生態(tài)環(huán)境，贛粵兩省于2016年10月簽署了《關(guān)于東江流域上下游橫向生態(tài)補償?shù)膮f(xié)議》，以“成本共擔(dān)、效益共享、合作共治”的原則，以流域跨省界斷面水質(zhì)考核為依據(jù)，建立東江流域上下游兩省橫向生態(tài)補償機制，確保流域水環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定和持續(xù)改善。協(xié)議補償期限三年(2016—2018年)，以兩省跨省界斷面水質(zhì)年均值達到Ⅲ類標準并逐年改善為考核目標，補償資金額度為每年5億元，其中中央財政出資3億元，江西、廣東兩省各出資1億元，專用于東江源頭江西省水污染防治和生態(tài)環(huán)境保護與建設(shè)工作。2020年1月，贛粵兩省正式簽署第二輪東江流域生態(tài)補償協(xié)議，繼續(xù)第二輪三年試點階段。首輪試點三年來，江西省累計投入超33億元用于東江源區(qū)保護與治理，取得了階段性成果。源區(qū)生態(tài)環(huán)境明顯改善，水質(zhì)達標率100%，森林覆蓋率達80%以上[13]，綠色發(fā)展取得成效，加快了綠色特色農(nóng)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)“廢棄礦山”變“金山銀山”。本文在開展東江源區(qū)生態(tài)補償試點的基礎(chǔ)上，重點考慮贛州市尋烏、安遠、定南三縣的水源保護投入，建立補償標準測算模型與補償資金分配模型，為進一步試點工作的開展提供理論依據(jù)。

2.2 水生態(tài)保護與建設(shè)成本測算

以2017年為例，測算江西省東江源區(qū)直接保護成本與間接機會損失。源區(qū)直接保護成本包括林業(yè)建設(shè)與保護、水土保持與生態(tài)移民等直接投入。

a.林業(yè)建設(shè)與保護方面，包括植樹造林、封山育林、森林生態(tài)效益保護以及護林人費用。據(jù)贛州市林業(yè)局數(shù)據(jù)顯示，東江源區(qū)三縣2017年投入資金 21 837.84萬元，其中林業(yè)建設(shè)投入11 577.1萬元，運行維護投入10 260.74萬元。

b.水土保持方面，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至2017年累計治理水土流失面積277.79 km2，其中2017年治理87.9 km2，投入資金19 735.5萬元，從2013年以來，尋烏縣廢棄稀土礦山治理面積約14 km2，建設(shè)投資約10億元，平均每年投資2億元，總投資 3.97億元。

c.生態(tài)移民方面，包括生態(tài)移民的補助和移民的安置投入。據(jù)贛州市扶貧辦數(shù)據(jù)統(tǒng)計2017年共投入資金3.90億元。因此，直接保護成本為10.05億元。

江西省東江源區(qū)始終把在“在發(fā)展中保護、在保護中發(fā)展”貫穿于經(jīng)濟社會發(fā)展全過程，嚴把項目準入門檻，把保護生態(tài)環(huán)境作為項目準入的前置條件，嚴格執(zhí)行國家產(chǎn)業(yè)政策，堅決落實環(huán)保、水?！叭瑫r”制度，工業(yè)園區(qū)入園項目環(huán)評率達到100%。2016年以來，江西省東江源區(qū)共拒絕不符合國家產(chǎn)業(yè)政策和高污染、高能耗等不利于環(huán)保的項目462家；累計拆除、關(guān)停、整治畜禽養(yǎng)殖場(戶)1 488家；尋烏縣出臺了《尋烏縣國家重點生態(tài)功能區(qū)產(chǎn)業(yè)準入負面清單制度(試行)》，共拆除、關(guān)停、整治畜禽養(yǎng)殖場(戶)415家，整治率約30.9%。本文應(yīng)用經(jīng)驗對比法，將江西省東江源區(qū)與江西省平均經(jīng)濟發(fā)展水平對比分析，應(yīng)用式(2)計算源區(qū)2017年發(fā)展機會損失。由東江源區(qū)贛州市三縣2017年的生產(chǎn)總值與財政收入得到生態(tài)補償系數(shù)為12.80%，結(jié)合贛州三縣與江西省人均GDP的差距，可知具體源區(qū)的間接發(fā)展機會損失，為18.91億元。因此，江西省東江源區(qū)水生態(tài)保護與建設(shè)總成本為28.96億元。

2.3 基于跨省補償機制實施成效的補償量測算

a.水量分攤系數(shù)Vt。東江流域擔(dān)負著香港、廣州、深圳、河源、惠州、東莞等多個地區(qū)的供水任務(wù)。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2017年江西省東江源區(qū)水資源總量53.42億m3，輸入廣東境內(nèi)32.75億m3，則水量分攤系數(shù)Vt為0.613。

b.水質(zhì)修正系數(shù)Qt。根據(jù)《東江流域上下游橫向生態(tài)補償協(xié)議》，東江流域江西、廣東兩省行政跨省界斷面廟咀里、興寧電站為兩個水質(zhì)考核斷面?？己酥笜藶椤兜乇硭h(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)[14]中pH值、CODMn、BOD5、NH3-N、TP等5項指標，水質(zhì)年均值達到Ⅲ類即為達標。其中CODMn為主要監(jiān)測指標，因此本文以常用的CODMn質(zhì)量濃度作為跨省界斷面處的代表性指標。根據(jù)2017年兩個跨省界考核斷面CODMn質(zhì)量濃度的監(jiān)測值與地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標準值的對比分析，2017年省界斷面CODMn質(zhì)量濃度檢測值優(yōu)于水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標準值。與Ⅲ類標準值相比，省界斷面減少CODMn負荷量約106 616.5 t。根據(jù)相關(guān)研究[14-15]，CODMn的單位污染物平均治理成本為1.25萬元/t。由式(6)可估算水質(zhì)修正系數(shù)Qt為1.693。

因此，由式(7)可計算江西省東江源區(qū)水生態(tài)保護年補償量，結(jié)果為31.86億元，其中直接成本補償量11.06億元，機會損失補償量20.80億元。在實際對江西省東江源區(qū)水生態(tài)補償中，由于直接成本與發(fā)展機會損失的性質(zhì)不同，補償方式也有所不同。直接成本是源區(qū)為保護、維持或恢復(fù)生態(tài)環(huán)境而投入的成本，是實際發(fā)出的支出和費用，因此在補償過程中應(yīng)以資金和項目投資的形式為主，加大資金的投入與管理。發(fā)展機會損失是因選擇某一決策而放棄另一決策造成的損失，是一種潛在的收益，在補償過程中應(yīng)以國家的支持政策和下游對上游的技術(shù)與經(jīng)濟合作為主，如在稅收方面，對源區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中實行有期限的減免政策，以幫助源區(qū)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。

2.4 補償資金分配

江西省東江源區(qū)補償資金主要分配給為源區(qū)水生態(tài)保護做出貢獻的三縣，即尋烏縣、安遠縣、定南縣。采用式(8)～(11)，應(yīng)用熵權(quán)模型來分配補償資金。本文涉及3個補償對象(m=3，尋烏縣、安遠縣、定南縣)，根據(jù)生態(tài)補償資金分配指標選取的科學(xué)性、一致性、可行性原則以及影響因素，再結(jié)合江西省東江源區(qū)實際情況選取補償資金分配指標，指標的選取應(yīng)能夠體現(xiàn)江西省東江源區(qū)生態(tài)環(huán)境資源情況、社會經(jīng)濟發(fā)展情況以及生態(tài)環(huán)境治理情況，因此就每個補償對象選取6個指標(n=6)，分別為人均水資源量、森林覆蓋率、流域集水區(qū)面積、人均GDP、人均財政收入、污染治理投入(不含稀土礦山治理)，具體各指標數(shù)值如表1所示。

表1 補償對象資金分配計算參數(shù)指標值

根據(jù)各區(qū)縣選取指標的數(shù)值確定三個縣的補償資金分配百分比，將直接成本補償量11.06億元分配給各個縣，其中尋烏縣應(yīng)得補償資金最高，占比為37.2%，補償金額為4.12億元；其次是安遠縣，占比32.2%，補償金額為3.56億元；定南縣應(yīng)得補償資金最少，為3.38億元。具體計算結(jié)果如表2所示。

表2 補償資金分配計算結(jié)果

3 結(jié) 語

本文考慮江西省東江源區(qū)補償試點實施過程中實際保護投入及發(fā)展機會損失，以權(quán)威公開的水量、水質(zhì)監(jiān)測體系為基礎(chǔ)，提出基于跨省斷面水量水質(zhì)和投入效益的補償測算模型與資金分配的熵權(quán)模型，使補償標準的測算與資金分配有據(jù)可循。經(jīng)估算，測算的直接成本補償量為11.06億元，其中尋烏縣4.12億元，安遠縣3.56億元，定南縣3.38億元，該計算結(jié)果高于《東江流域上下游橫向生態(tài)補償協(xié)議》中的補償金額(中央和下游廣東省每年補償4億元)，因此，隨著試點工作的深入開展，應(yīng)加大對源區(qū)水生態(tài)的保護投入和補償力度。

為更有效地彌補限制發(fā)展的機會損失，建議加強上下游經(jīng)濟合作，促進流域可持續(xù)發(fā)展。針對東江流域產(chǎn)業(yè)布局現(xiàn)狀，實現(xiàn)江西省東江源區(qū)與東江下游的產(chǎn)業(yè)銜接，創(chuàng)建流域投資共建的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)全流域“生態(tài)共建、利益共享”。