竇 明 王艷艷 李 胚 趙培培

(1.鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.北京七兆科技有限公司，北京 100070)

《2013年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，全國(guó)7大水系中，海河為重度污染，黃河、松花江、淮河、遼河為輕度污染,水污染問(wèn)題日益嚴(yán)重[1]。為應(yīng)對(duì)水污染問(wèn)題，在最新出臺(tái)的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中明確提出要全面控制污染物排放，深化排污權(quán)有償使用和交易試點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)排污權(quán)交易開展了廣泛的研究：陳德湖[2]、吳玲等[3]和曹明德[4]對(duì)排污權(quán)交易的內(nèi)涵進(jìn)行了界定；李云燕[5]構(gòu)建了排污權(quán)交易制度的理論框架；饒從軍等[6]建立了基于貝葉斯博弈的排污權(quán)交易模型，并求解了貝葉斯納什均衡，給出排污許可證供需雙方的均衡報(bào)價(jià)策略；呂一兵等[7]建立了以排污權(quán)社會(huì)總效益和各排污者效益最大為目標(biāo)的雙層規(guī)劃模型，并給出了求解方法；王學(xué)山等[8]在不考慮交易成本的假設(shè)下，通過(guò)建立不同地區(qū)排污權(quán)交易模型以確定排污權(quán)交易總量、交易價(jià)格以及交易所獲凈增純收益等。然而，目前很少將排污權(quán)交易與限制納污紅線結(jié)合。本研究在分析限制納污紅線和排污權(quán)交易內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，從經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)和水質(zhì)最優(yōu)兩方面考慮，建立了基于限制納污紅線的排污權(quán)交易模型，以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和水環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

1 限制納污紅線與排污權(quán)交易的聯(lián)系

流域上下游水資源稟賦差異較大、經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡，水功能區(qū)超量排污的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致水環(huán)境日益惡化。為解決我國(guó)日趨嚴(yán)重的水危機(jī)，《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》明確提出“三條紅線”，以保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與水資源水環(huán)境承載能力相協(xié)調(diào)；尤其是水功能區(qū)限制納污紅線，主要針對(duì)的是超量排污和水體污染的問(wèn)題[9]。水功能區(qū)限制納污紅線要求限制肆意排水，削減污染物入河量或轉(zhuǎn)移污染物入河量，積極采取治污減排措施或者高價(jià)購(gòu)買排污權(quán)以保證不突破該紅線[10]。而排污權(quán)交易就是在滿足環(huán)境要求的條件下，建立合法的排污權(quán)，并允許排污權(quán)像商品那樣被買入和賣出，以此來(lái)進(jìn)行污染物排放控制的行為[11]。排污權(quán)交易是一種能夠減少污染排放量的有效途徑[12]，它能激勵(lì)污染源創(chuàng)新減排技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，優(yōu)化配置環(huán)境資源，是限制納污紅線得以落實(shí)的基本保障。同時(shí)，水功能區(qū)限制納污紅線能從行政管理的角度約束和規(guī)范排污主體的交易行為。因此，我國(guó)新時(shí)期的排污權(quán)交易應(yīng)與水資源管理制度下的水功能區(qū)限制納污紅線緊密結(jié)合，在充分考慮流域水體完整性和流動(dòng)性的前提下，以水功能區(qū)為單元，嚴(yán)格控制各水功能區(qū)的污染物入河量，確保限制納污紅線的實(shí)現(xiàn)。

本研究所指的排污權(quán)交易是以水功能區(qū)為基本單元，在水功能區(qū)限制納污紅線約束的前提下，水功能區(qū)范圍內(nèi)的排污者通過(guò)減排技術(shù)革新而節(jié)余排污權(quán)，并進(jìn)行排污權(quán)交易的行為。污染源為追求經(jīng)濟(jì)效益的提升必然會(huì)增加污染物的排放量，影響環(huán)境質(zhì)量，但為滿足限制納污紅線，也必須考慮相應(yīng)的治污成本；而相關(guān)管理者則希望減少污染物入河量，嚴(yán)守水功能區(qū)限制納污紅線，節(jié)余較多的環(huán)境容量以應(yīng)對(duì)突發(fā)的污染事故，并改善環(huán)境質(zhì)量，因此綜合考慮經(jīng)濟(jì)可行和管理需要的排污權(quán)交易是解決兩者矛盾的關(guān)鍵。本研究以經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)和水質(zhì)最優(yōu)為目標(biāo)，以限制納污紅線為約束，在治污減排的基礎(chǔ)上，尋求配置排污權(quán)的途徑。在模型構(gòu)建的過(guò)程中(僅考慮水功能區(qū)間的排污權(quán)交易)，不僅要考慮因排污權(quán)交易而引起的水功能區(qū)水質(zhì)變化，盡可能地節(jié)余環(huán)境容量，還要考慮因減排而需要付出的污染治理成本以及因排污而獲得的經(jīng)濟(jì)效益。為使社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，有必要引入水功能區(qū)限制納污紅線，通過(guò)污染物入河總量控制和水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率來(lái)有效約束和規(guī)范水功能區(qū)污染源的排污行為，充分發(fā)揮其在水環(huán)境治理和保護(hù)中的作用。水功能區(qū)限制納污紅線是以與水功能區(qū)相適應(yīng)的保護(hù)目標(biāo)為依據(jù)，根據(jù)其納污能力嚴(yán)格控制受納污染物總量，并以此作為水資源保護(hù)不可逾越的紅線[13]，其約束包括兩個(gè)方面：一是污染物入河總量約束，即每個(gè)水功能區(qū)的污染物入河量均不能超過(guò)所在水功能區(qū)的限制排污總量；二是水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率約束，即評(píng)價(jià)范圍內(nèi)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)的個(gè)數(shù)占總評(píng)價(jià)水功能區(qū)個(gè)數(shù)的比值不能過(guò)低。初始排污權(quán)需綜合考慮區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、排污現(xiàn)狀、減排潛力等因素進(jìn)行分配，且初始排污權(quán)分配應(yīng)盡量控制在相應(yīng)的水功能區(qū)納污能力范圍之內(nèi)。

2 基于限制納污紅線的排污權(quán)交易模型

在兼顧經(jīng)濟(jì)效益和管理績(jī)效的基礎(chǔ)上，以排污權(quán)交易帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)和水質(zhì)最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，以水功能區(qū)限制納污紅線(包括污染物入河總量控制約束、水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率約束)、排污者生產(chǎn)連續(xù)性約束等為約束條件構(gòu)建了排污權(quán)交易模型，以此來(lái)限制各個(gè)水功能區(qū)的污染物入河量，確保水功能區(qū)限制納污紅線的實(shí)現(xiàn)。

2.1 目標(biāo)函數(shù)

2.1.1 經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)目標(biāo)

在排污權(quán)交易時(shí)，首先需要考慮的就是排污權(quán)交易的經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題，這是排污權(quán)交易發(fā)生的動(dòng)力?？紤]到排污權(quán)交易費(fèi)用的未知性，文中忽略排污權(quán)交易成本，僅考慮排污主體的治污成本。假設(shè)水功能區(qū)i是排污權(quán)的出售方，初始分配的排污權(quán)為W0,i，現(xiàn)污染物入河量為W1,i，該水功能區(qū)排污者采取治污減排措施后的污染物入河量為W2,i(W2,i≤W0,i)，則水功能區(qū)i的污染物入河削減量為W1,i-W2,i；水功能區(qū)i的單位治污成本為Ti，則對(duì)應(yīng)的治污成本為Ti×(W1,i-W2,i)；對(duì)水功能區(qū)i來(lái)說(shuō)，單位排污權(quán)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為Bi，則其擁有排污權(quán)而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為Bi×W2,i；假設(shè)出售的排污權(quán)為Xi，排污權(quán)的出售單價(jià)為BPi，則出售Xi排污權(quán)而賺取的效益為BPi×Xi。假設(shè)水功能區(qū)j為排污權(quán)的購(gòu)買方，其初始分配的排污權(quán)為W0,j，現(xiàn)污染物入河量為W1,j，采取治污減排措施后的污染物入河量為W2,j(W2,j≥W0,j)，則水功能區(qū)j的污染物入河削減量為W1,j-W2,j；水功能區(qū)j的單位治污成本為Tj，則對(duì)應(yīng)的治污成本為Tj×(W1,j-W2,j)；對(duì)水功能區(qū)j來(lái)說(shuō)，單位排污權(quán)能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為Bj，則其擁有排污權(quán)而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為Bj×W0,j；假設(shè)購(gòu)買的排污權(quán)為Xj，購(gòu)買排污權(quán)的單價(jià)為TPj，則因購(gòu)買排污權(quán)而支付的成本為TPj×Xj；水功能區(qū)j購(gòu)買單位排污權(quán)所帶來(lái)的收益為BPj，則購(gòu)買Xj排污權(quán)帶來(lái)的收益為BPj×Xj。某區(qū)域中m個(gè)水功能區(qū)是排污權(quán)的出售方，n個(gè)水功能區(qū)是排污權(quán)的購(gòu)買方，則該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)效益見式(1)：

(1)

式中：f1為該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)即實(shí)現(xiàn)f1的最大化。各參數(shù)的單位視具體情況而定。

(2)

2.1.2 水質(zhì)最優(yōu)目標(biāo)

考慮到排污權(quán)交易會(huì)影響河流水質(zhì)，因此在保證經(jīng)濟(jì)效益的前提下，還需使區(qū)域內(nèi)污染物的入河總量最小，即研究區(qū)域內(nèi)河流的節(jié)余環(huán)境容量最大。該區(qū)域的結(jié)余環(huán)境容量(f2)見式(3)：

(3)

式中：W0為該區(qū)域的結(jié)余環(huán)境容量，由環(huán)保部門根據(jù)區(qū)域的排污現(xiàn)狀、技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平、污染治理水平以及未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃等因素，并結(jié)合區(qū)域的納污能力等進(jìn)行綜合確定；Wi、Wj為水功能區(qū)i、j交易后實(shí)際的污染物入河量。各參數(shù)的單位視具體情況而定。

2.2 約束條件

(1) 污染物入河總量控制約束：該約束用于保證排污權(quán)交易后，買賣雙方的污染物入河總量均不超過(guò)所在水功能區(qū)的限制排污總量。針對(duì)購(gòu)買方而言，減排后實(shí)際排放的污染物入河量與購(gòu)買的排污權(quán)之和必須在總量控制范圍之內(nèi)(見式(4))；針對(duì)出售方而言，交易后實(shí)際排放的污染物入河量與出售的排污權(quán)之和也必須在總量控制范圍之內(nèi)(見式(5))；且整個(gè)區(qū)域的污染物入河量必須在總量控制范圍之內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的總量控制目標(biāo)(見式(6))。

W2,j+Xj≤Ws,j=q×Wc,j

(4)

W2,i+Xi≤Ws,i=q×Wc,i

(5)

(6)

式中：Ws,j、Ws,i分別為水功能區(qū)j、i的限制排污總量，原則上每個(gè)水功能區(qū)實(shí)際的污染物入河量應(yīng)控制在納污能力范圍之內(nèi)，以保證初始排污權(quán)分配的合理性以及排污權(quán)交易的有效性，但對(duì)于污染嚴(yán)重的地區(qū)，可以適當(dāng)放寬限制；q為限制排污總量占水功能區(qū)納污能力的比率，若水質(zhì)污染嚴(yán)重，可以分階段進(jìn)行控制，但q必須控制在(0,1.2]，若水質(zhì)污染較輕，可以控制在(0,1.0]，若水質(zhì)良好，按目前的污染物入河量進(jìn)行控制即可；Wc,j、Wc,i為水功能區(qū)j、i的納污能力；Ws為區(qū)域的限制排污總量。各參數(shù)的單位視具體情況而定。

(2) 水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率約束：水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率是相關(guān)部門管理績(jī)效考核的一個(gè)重要指標(biāo)，一般要求分階段實(shí)現(xiàn)。假設(shè)評(píng)價(jià)的控制斷面?zhèn)€數(shù)為M(為方便計(jì)算，1個(gè)水功能區(qū)設(shè)置1個(gè)控制斷面)，其中達(dá)標(biāo)的水功能區(qū)的個(gè)數(shù)為Ms，則水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率(R，%)見式(7)：

(7)

水功能區(qū)達(dá)標(biāo)應(yīng)滿足式(8)：

(8)

(3) 排污者生產(chǎn)連續(xù)性約束：為保證排污權(quán)交易的有序性，排污權(quán)交易雙方擁有的排污權(quán)需限制在一定的范圍內(nèi)。排污權(quán)的下限約束主要是為了維持企業(yè)的生產(chǎn)連續(xù)性，滿足水功能區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，一般取該水功能區(qū)近年來(lái)最小的污染物入河量作為下限；而排污權(quán)的上限則需要綜合考慮水功能區(qū)的納污能力、減排潛力以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r等進(jìn)行確定。排污者生產(chǎn)連續(xù)性約束可表達(dá)為式(9)和式(10):

(9)

(10)

2.3 求解方法

針對(duì)該多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，本研究采用帶精英策略的非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)進(jìn)行求解。該算法是傳統(tǒng)遺傳算法的改進(jìn)，是帶有精英策略的快速非支配排序遺傳算法，能降低算法的計(jì)算復(fù)雜度，使全局最優(yōu)解均勻的分布在解集域上，保證種群的多樣性[14]。主要的計(jì)算步驟如下：

(1) 初始化種群，即隨機(jī)產(chǎn)生父代種群PT(種群大小為N，種群序號(hào)為T)；

(2) 非支配分類，即根據(jù)種群個(gè)體之間的支配與非支配關(guān)系進(jìn)行分類；

(3) 非支配排序，即根據(jù)適宜度對(duì)每個(gè)非支配集進(jìn)行排序；

(4) 執(zhí)行選擇、重組、變異算子產(chǎn)生子代種群QT(種群大小為N)；

(5) 先將PT與QT合并為RT(種群大小為2N)，再將RT進(jìn)行快速非支配排序；然后根據(jù)每個(gè)非支配層中的所有個(gè)體的擁擠度以及個(gè)體之間的非支配關(guān)系，選擇較優(yōu)的個(gè)體來(lái)組成新的父代種群PT+1(種群大小為N)；最后執(zhí)行選擇、交叉、變異等運(yùn)算，生成新的子代種群QT+1(種群大小為N)；

(6) 重復(fù)上一步的操作，直至滿足要求，結(jié)束迭代。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 實(shí)例簡(jiǎn)介

選取沙潁河干流周口閘—潁上閘河段來(lái)開展應(yīng)用研究，該河段總共有6個(gè)水功能區(qū)，即潁河周口排污控制區(qū)(A1)、潁河商水淮陽(yáng)農(nóng)業(yè)用水區(qū)(A2)、潁河項(xiàng)城沈丘排污控制區(qū)(A3)、潁河界首太和阜陽(yáng)農(nóng)業(yè)用水區(qū)(A4)、潁河阜陽(yáng)排污控制區(qū)(A5)和潁河阜陽(yáng)潁上農(nóng)業(yè)用水區(qū)(A6)，且每個(gè)水功能區(qū)的排污口均設(shè)在河段中央。選取水體中的COD作為排污權(quán)交易的對(duì)象，這6個(gè)水功能區(qū)作為排污權(quán)交易的主體，資料來(lái)源于《淮河流域納污能力及限制排污總量研究報(bào)告》、《淮河水文年鑒》等。在90%保證率的來(lái)水條件下，采用中心概化法[15]，運(yùn)用一維水質(zhì)模型計(jì)算各水功能區(qū)的納污能力，其效益函數(shù)、治污函數(shù)、納污能力、初始排污權(quán)、現(xiàn)污染物入河量、減排后污染物入河量和可交易排污權(quán)等見表1。

表1中的初始排污權(quán)取納污能力和現(xiàn)污染物入河量的較小值；減排后污染物的入河量取現(xiàn)污染物入河量的80%；可交易排污權(quán)為初始排污權(quán)與減排后污染物入河量的差值。若可交易排污權(quán)為負(fù)數(shù)，則該水功能區(qū)可以進(jìn)入市場(chǎng)購(gòu)買排污權(quán)以滿足所在水功能區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要；反之，該水功能可以進(jìn)入市場(chǎng)出售排污權(quán)以獲得經(jīng)濟(jì)效益的提升，這就為跨水功能區(qū)間的排污權(quán)交易提供了動(dòng)力。

為方便計(jì)算，將每個(gè)水功能區(qū)的排污口集中概化為一個(gè)排污口，且濃度傳遞函數(shù)由一維水質(zhì)模型進(jìn)行確定，如式(11)所示：

Cy,t=e-kyxy,t/uy/Qy

(11)

式中：ky為水功能區(qū)y的污染物衰減系數(shù)，s-1；xy,t為水功能區(qū)y排污口t污染物與控制斷面的距離，m；uy為水功能區(qū)y的設(shè)計(jì)平均流速，m/s；Qy為水功能區(qū)y的設(shè)計(jì)流量，m3/s。在本實(shí)例中，認(rèn)為所計(jì)算水功能區(qū)的COD濃度均達(dá)標(biāo)，即R=100%。

3.2 算例求解

參考2.1、2.2節(jié)構(gòu)建的排污權(quán)交易模型，設(shè)置模型中的i=3、j=3。采用2.3節(jié)的NSGA-Ⅱ進(jìn)行求解，參數(shù)設(shè)置如下：種群規(guī)模N=500；最大迭代次數(shù)Gen=1 000，雜交概率PC=0.9；突變概率PM=0.033。經(jīng)迭代可以得到非劣解集合，如圖1所示。

圖1中的解均為滿足約束條件的解的集合。本研究以水質(zhì)最優(yōu)作為主要選擇因素，嚴(yán)格限制各個(gè)控制斷面的COD濃度，得到交易方案為：A1節(jié)余106 t排污權(quán)；A2向A3轉(zhuǎn)讓92 t排污權(quán)，節(jié)余242 t排污權(quán)；A4向A5轉(zhuǎn)讓82 t排污權(quán)，向A6轉(zhuǎn)讓240 t排污權(quán)，節(jié)余268 t排污權(quán)。交易后的經(jīng)濟(jì)效益為192 151萬(wàn)元，節(jié)余排污權(quán)616 t，交易后A1～A6擁有的排污權(quán)分別為656、1 440、1 412、2 360、2 472、1 440 t。由交易方案可以看出：A1、A2、A4交易后排污權(quán)數(shù)量均減少，且A4的初始排污權(quán)和交易后擁有的排污權(quán)均較多；排污權(quán)由A2、A4向A3、A5、A6流轉(zhuǎn)，即由單位治污成本高的水功能區(qū)向單位治污成本低的水功能區(qū)流轉(zhuǎn)，這反映了水環(huán)境資源的稀缺性，體現(xiàn)了其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

表1 可交易排污權(quán)的計(jì)算

注：1)BT1～BT6為水功能區(qū)A1～A6因排污而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，萬(wàn)元；q1～q6為水功能區(qū)A1～A6減排的排污權(quán)，t/a；2)CT1～CT6為水功能區(qū)A1～A6因減排而產(chǎn)生的治污成本，萬(wàn)元；3)可交易排污權(quán)中的負(fù)數(shù)表示該水功能區(qū)需購(gòu)買排污權(quán)，而正數(shù)表示該水功能區(qū)可出售排污權(quán)。

圖1 排污權(quán)交易模型非劣解集合Fig.1 Pareto optimal solution set of emission trading model

排污權(quán)交易后，為確保相應(yīng)控制斷面達(dá)標(biāo)，還需采用一維水質(zhì)模型進(jìn)行校核，結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，交易后各水功能區(qū)控制斷面的COD濃度均低于其目標(biāo)濃度，即該多目標(biāo)模型得到的方案能保證下游控制斷面的水質(zhì)，且能節(jié)余排污權(quán)，改善環(huán)境質(zhì)量。

表2 排污權(quán)交易后COD質(zhì)量濃度校核

3.3 方案比較分析

為協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益和水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，本研究將以下3種方案進(jìn)行對(duì)比分析。其中，方案1僅考慮經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)；方案2僅考慮水質(zhì)最優(yōu)；方案3則兼顧經(jīng)濟(jì)效益和水質(zhì)兩方面的目標(biāo)，即為3.2節(jié)所得出的方案。單目標(biāo)的排污權(quán)交易采用Matlab中傳統(tǒng)的遺傳算法進(jìn)行求解，而多目標(biāo)的排污權(quán)交易求解則采用2.3節(jié)中的NSGA-Ⅱ進(jìn)行求解。方案1的排污權(quán)交易方案為：A1向A6轉(zhuǎn)讓106 t排污權(quán)；A2向A3轉(zhuǎn)讓92 t排污權(quán)，向A5轉(zhuǎn)讓42 t排污權(quán)，向A6轉(zhuǎn)讓134 t排污權(quán)；A4向A5轉(zhuǎn)讓40 t排污權(quán)。交易后A1～A6擁有的排污權(quán)分別為656、1 506、1 412、2 910、2 472、1 440 t。方案2的排污權(quán)交易方案為：水功能區(qū)之間未發(fā)生排污權(quán)交易行為。A1節(jié)余106 t排污權(quán)；A2節(jié)余334 t排污權(quán)；A4節(jié)余590 t排污權(quán)。交易后A1～A6擁有的排污權(quán)分別為656、1 440、1 320、2 360、2 390、1 200 t。不同方案產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)余環(huán)境容量以及交易后水質(zhì)控制斷面的COD質(zhì)量濃度如表3和圖2所示。

由表3可以看出：方案1產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益最大，為199 867萬(wàn)元；方案3產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益次之，為192 151萬(wàn)元；方案2產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益最小，僅為182 536萬(wàn)元。就各水功能區(qū)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益而言，3個(gè)方案中A1產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益基本上是一致的，這是因?yàn)锳1將減排的排污權(quán)進(jìn)行轉(zhuǎn)讓或者節(jié)余，沒(méi)有消耗減排的排污權(quán)；方案2中A2產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為24 104萬(wàn)元，低于方案1中A2產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益(25 224萬(wàn)元)，這是因?yàn)榉桨?中A2轉(zhuǎn)讓268 t排污權(quán)，自身消耗66 t可交易排污權(quán)用以經(jīng)濟(jì)效益的提升，而其他兩個(gè)方案沒(méi)有自身消耗減排的排污權(quán)；方案3中A4產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為27 655萬(wàn)元，低于方案1中A4產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益(34 254萬(wàn)元)，是因?yàn)榉桨?中A4轉(zhuǎn)讓40 t排污權(quán)，自身消耗550 t可交易排污權(quán)用以經(jīng)濟(jì)效益的提升；方案1和方案3中A3、A5、A6產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益分別為41 887萬(wàn)、61 198萬(wàn)、27 590萬(wàn)元，高于方案2產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益(39 127萬(wàn)、59 148萬(wàn)、22 790萬(wàn)元)，這是方案2為追求節(jié)余環(huán)境容量最大化而放棄盡可能減少排污的結(jié)果。在經(jīng)濟(jì)效益的驅(qū)使下，污染源會(huì)最大限度地利用環(huán)境容量，故方案1在考慮經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的前提下，無(wú)節(jié)余環(huán)境容量；在考慮節(jié)余環(huán)境容量最大的前提下，環(huán)保部門會(huì)嚴(yán)格限制排污者的排污行為，故方案2產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是最低的；而方案3則兼顧了經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)和水質(zhì)最優(yōu)的雙重因素，在考慮河流環(huán)境容量的前提下發(fā)展經(jīng)濟(jì)，有助于促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

表3 不同方案比較分析

圖2 不同方案下各水功能區(qū)控制斷面的COD質(zhì)量濃度比較Fig.2 COD concentration compare among control sections of water function zone

由圖2可以看出，排污權(quán)交易后，方案1在各水功能區(qū)的COD濃度均高于方案2和方案3，這是過(guò)度追求經(jīng)濟(jì)效益提升的后果；方案2雖然COD濃度較低，保證了水環(huán)境的健康發(fā)展，但產(chǎn)生的效益是最低的，限制了經(jīng)濟(jì)發(fā)展；而方案3通過(guò)排污權(quán)在不同水功能區(qū)之間的流轉(zhuǎn)，降低了區(qū)域的污染物入河總量，保證限制納污紅線的實(shí)現(xiàn)。

因此，通過(guò)構(gòu)建多目標(biāo)的排污權(quán)交易模型能使排污權(quán)由單位治污成本高的排污主體向單位治污成本低的排污主體轉(zhuǎn)移，由低效率的排污主體向高效率的排污主體轉(zhuǎn)移，在保證下游控制斷面水質(zhì)目標(biāo)不被突破，節(jié)余環(huán)境容量的情況下，提升區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

基于水功能區(qū)的排污權(quán)交易能有效緩解流域水污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀。以經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)和水質(zhì)最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，以污染物入河總量控制、水功能區(qū)達(dá)標(biāo)控制、排污者生產(chǎn)連續(xù)性為約束條件，構(gòu)建了排污權(quán)交易模型，并運(yùn)用NSGA-Ⅱ進(jìn)行求解，并與單一目標(biāo)函數(shù)得出的結(jié)果進(jìn)行比較分析，證明多目標(biāo)排污權(quán)交易模型的合理性。該模型不僅能促使排污權(quán)交易由單位治污成本高的主體向單位治污成本低的主體轉(zhuǎn)移，還能削減排污權(quán)的消耗量，有助于改善環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 環(huán)境保護(hù)部．2013年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)[R]．北京：環(huán)境保護(hù)部，2013．

[2] 陳德湖．排污權(quán)交易理論及其研究綜述[J]．外國(guó)經(jīng)濟(jì)與管理，2004，26(5)：45-49．

[3] 吳玲，梁學(xué)慶．我國(guó)排污權(quán)交易制度研究[J]．東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2004，2(3)：75-77．

[4] 曹明德．排污權(quán)交易制度探析[J]．法律科學(xué)，2004，22(4)：100-106．

[5] 李云燕．排污權(quán)交易制度的理論框架與產(chǎn)權(quán)分析[J]．中央財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(8)：69-74．

[6] 饒從軍，王成，段鵬．基于貝葉斯博弈的排污權(quán)交易模型[J]．統(tǒng)計(jì)與決策，2008(15)：48-49．

[7] 呂一兵，萬(wàn)仲平，郭旭寧．排污權(quán)市場(chǎng)交易的雙層規(guī)劃模型[J]．系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2014，34(2)：343-348．

[8] 王學(xué)山，虞孝感，王玉秀．區(qū)域排污權(quán)交易模型研究[J]．中國(guó)人口資源與環(huán)境，2005，15(6)：62-66．

[9] 王浩．實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度關(guān)鍵技術(shù)支撐探析[J]．中國(guó)水利，2011(6)：28-32．

[10] 竇明，王艷艷，李胚．最嚴(yán)格水資源管理制度下的水權(quán)理論框架探析[J]．中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2014，24(12)：132-137．

[11] 陳紅飛．排污權(quán)交易制度研究[D]．杭州：浙江大學(xué)，2002．

[12] 彭文啟．水功能區(qū)限制納污紅線指標(biāo)體系[J]．中國(guó)水利，2012(7)：19-22．

[13] 王勤耕，李宗愷，陳志鵬，等．總量控制區(qū)域排污權(quán)的初始分配方法[J]．中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2000，20(1)：68-72．

[14] 劉士明，于丹．基于第二代非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)的水資源優(yōu)化配置[J]．水資源與水工程學(xué)報(bào)，2013，24(5)：185-188．

[15] 黃顯峰，邵東國(guó)，顧文權(quán)．河流排污權(quán)多目標(biāo)優(yōu)化分配模型研究[J]．水利學(xué)報(bào)，2008，39(1)：73-78．