康艳青，毛柯予，朱永明
（郑州大学 管理工程学院，河南 郑州 450001）
黄河流域不仅是我国重要的生态屏障，而且流域内生产活动密集、能源分布广泛，但受限于历史原因、资源禀赋、区位条件等，流域内生态环境用水长期被经济用水挤占，造成区域生态压力过载［1－2］。近年来，国家高度重视黄河生态保护治理，黄河流域生态保护和高质量发展已成为重大国家战略。黄河流域大部分省（区）属于我国中部、西部地区，经济基础较为薄弱，单一省（区）的经济投入难以满足治理需求，水流的跨区域性和共享性造成流域上下游之间关联紧密、成本与效益相互转换，治理过程中“搭便车”现象时有发生［3－4］，因此对流域上下游治理主体的激励和监管十分必要。2020 年，财政部、生态环境部、水利部和国家林草局研究制定了《支持引导黄河全流域建立横向生态补偿机制试点实施方案》（以下简称《实施方案》），明确提出黄河流域上下游各省（区）应加快建立横向生态补偿机制，促进流域协同治理。然而，生态补偿涉及的利益主体关系复杂，各主体在补偿过程中更加注重自身利益［5］，不同区域的治理制度和手段出现掣肘现象［6］，使流域治理效果难以保障。在这种情况下，明确黄河流域上下游政府参与生态治理的策略选择、构建公平合理的成本分担方案、量化上级政府监管的激励约束范畴，对于解决流域上下游政府用水利益矛盾、建立流域长效生态补偿机制、实现流域可持续发展具有现实意义。
生态补偿是实现流域协同治理的主要手段，当前国内外学者对生态补偿的研究主要集中在3 个方面：一是补偿主体的确定，如郑云辰等［7］从利益相关者角度将主体抽象为政府、市场和社会公众构成的多元集合，将客体定义为生态服务的提供者；
曹洪华等［8］认为不同主体间易发生利益冲突，借助演化博弈模型可以模拟主体的利益均衡情况，在不断冲突与调试中实现最优策略。对于流域跨界水污染问题，王宏利等［9］考虑流域生态补偿的合作模式和边界性，认为上下游政府是横向生态补偿博弈的主要参与者，在多方协商过程中发挥主导作用。二是补偿方法的探讨，多数学者把水质、水量［10］、治理成本［11］、生态系统服务价值［12］等作为生态补偿标准，采用生态足迹法［13］、条件价值法［14］、能值分析法［15］等对标准进行测算，评估治理成本与收益，从而优化补偿资金配置，提高利益相关者参与流域治理的积极性。三是生态补偿机制的实证研究，Halkos 等［16］、朱仁显等［17］、Bhandari 等［18］基于问卷调查对流域补偿标准和核算内容进行了深入探讨，指出当前实施过程中存在的问题。虽然上述研究可为跨界流域生态治理提供有益启示，但当前对于黄河流域的相关研究仍有限，并且大多研究是基于生态保护和经济发展这两部分独立开展的［19］，因此适用于黄河流域经济与生态协调发展的生态补偿机制仍有待进一步探索。
本文构建黄河流域跨省生态补偿演化博弈模型，探讨流域上下游政府的利益均衡策略，结合河南、山东两省签订的《黄河流域（豫鲁段）横向生态保护补偿协议》（简称《补偿协议》）引入成本分担模型［20］，对上级政府激励约束范畴和下游地区应承担的生态补偿费用进行量化，分析所构建模型在黄河流域的适用性，以期为提高流域生态补偿效率、建设其他流域跨省生态补偿机制提供参考。
2.1 理论假设和模型构建
为持续提高黄河流域生态环境质量，根据《实施方案》，流域内各地区应强化工作成效考核，按照工作目标完成情况实行奖惩机制。对工作达标地区拨付补偿资金，对未达标地区进行相应资金扣减，并将扣减的资金拨付给生态环境保护工作和生态环境质量改善工作成效突出的地区，提高各地区工作的积极性和主动性。据此做出以下理论假设。
假设1：考虑到实际执行情况，将黄河流域整体分为上游和下游两个区域，将上下游地区政府作为利益主体。博弈过程中信息不对称导致上下游主体并非是完全理性的，通常需要引入上级政府作为第三方进行干预，上游政府可以选择是否投入资金治理黄河，即“保护”或“不保护”策略，下游政府可以选择“补偿”或“不补偿”策略［21］。
假设2：引入上级政府的激励约束机制。若上下游地区均采取合作策略（“保护”和“补偿”），则上级政府对双方予以奖励；
若上下游地区均采取不合作策略（“不保护”和“不补偿”），则上级政府对双方予以惩罚；
若上下游地区仅一方采取不合作策略（“不保护”或“不补偿”），则上级政府对不合作方进行惩罚，对合作方进行奖励，同时将不合作方的处罚金额奖励给合作方，以强化约束作用。
假设3：当上游地区选择“保护”策略时，对流域治理的综合投入成本（保护黄河成本和治理黄河成本）为C1，此时上游地区获得的综合收益（生态收益和经济收益）为L1，下游地区获得的收益（上游地区进行生态保护时对下游造成的正外部性影响所产生的收益）为L2；
当上游地区选择“不保护”策略时，上游地区获得的收益为S1，下游地区获得的收益为S2；
当下游地区选择“补偿”策略时，下游地区对上游地区进行生态补偿所支付的费用为C2。
假设4：就上级政府而言，对履行“补偿协议”的地区应当给予奖励G，当上下游地区一方采取不合作策略时给予处罚F，并将处罚金额以一定比例α奖励给履行方（α∈［0，1］），即上级政府对单方履行“补偿协议”地区的奖励总额为G＋αF。此时，黄河流域上游政府和下游政府博弈的收益矩阵见表1。
表1 上游政府和下游政府博弈的收益矩阵
2.2 策略的演化稳定性分析
假设黄河流域上游地区采用“保护”策略的比例为x，那么“不保护”策略的比例为1－x；
假设流域下游地区采用“补偿”策略的比例为y，那么“不补偿”策略的比例为1－y。
2.2.1 上游地区采取策略的演化稳定性
黄河流域上游地区采取“保护”策略的收益为
上游地区采取“不保护”策略的收益为
上游地区整体平均期望收益为
黄河流域上游地区选择“保护”策略的复制动态方程为
由式（4）可知稳定点为x∗＝0 或x∗＝1、y∗＝L1－C1＋G－S1＋（1＋α）F／αF。
（1）当y＝y∗、0≤y∗≤1 时，F（x）＝0 始终成立，即当上游地区以y＝y∗的水平选择“补偿”策略时，无论上游地区选择何种策略，其预期收益没有区别。
（2）当y＜y∗时，F′（1）＜0，x∗＝1 是演化稳定策略，即当下游地区以y＜y∗的水平选择“补偿”策略时，上游地区的策略从“不保护”逐渐演变为“保护”，以达到最终的稳定状态。
（3）当y＞y∗时，F′（0）＜0，x∗＝0 是演化稳定策略，即当下游地区以y＞y∗的水平选择“补偿”策略时，上游地区的策略从“保护”逐渐演变为“不保护”，“不保护”策略成为上游地区的稳定策略。
2.2.2 下游地区采取策略的演化稳定性
黄河流域下游地区采取“补偿”策略的收益为
下游地区采取“不补偿”策略的收益为
黄河流域下游地区选择“补偿”策略的复制动态方程为
由式（8）可知稳定点为y∗＝0 或y∗＝1、x∗＝G－C2＋（1＋α）F／αF。
（1）当x＝x∗、0≤x∗≤1 时，F（y）＝0 始终成立，即当上游地区以x＝x∗的水平选择“保护”策略时，无论下游地区选择何种策略，其预期收益没有区别。
（2）当x＜x∗时，F′（1）＜0，y∗＝1 是演化稳定策略，即当上游地区以x＜x∗的水平选择“保护”策略时，下游地区的策略从“不补偿”逐渐演变为“补偿”，以达到最终的稳定状态。
（3）当x＞x∗时，F′（0）＜0，y∗＝0 是演化稳定策略，即当上游地区以x＜x∗的水平选择“保护”策略时，下游地区的策略从“补偿”逐渐演变为“不补偿”，“不补偿”策略成为下游地区的稳定策略。
2.2.3 演化博弈模型稳定性条件
基于上述对采取策略的演化稳定性分析得到演化博弈模型的5 个均衡点，即（0，0）、（1，0）、（0，1）、（1，1）、（x∗，y∗）。采用雅克比矩阵对模型均衡点的稳定性进行分析，式（4）和式（8）对应的雅可比矩阵J见式（9）。当满足行列式detJ＞0、迹trJ＜0 的条件时，策略（x，y）是稳定均衡策略，博弈模型均衡点的稳定性分析结果见表2。
表2 局部稳定性分析结果
由表2 可知，演化博弈模型的稳定状态与下游地区的生态保护收益L2及奖惩比例α无关，均衡点的稳定性主要取决于上游地区策略的选择。构建该模型的目的是探讨满足何种条件更有利于“保护”“补偿”策略实现社会期望，因此若以D（1，1）为目标策略，则需满足条件L1－C1＋G－S1＋F＞0、G－C2＋F＞0。在目标策略成立基础上又可以分为式（10）～式（12）3 种情况，各种情况的稳定性分析结果见表3。
表3 3 种情况下局部稳定性分析结果
由表3 可知，3 种情况下只有D（1，1）为唯一的稳定均衡策略，稳定均衡的条件为L1－C1＋G－S1＋F＞0、GC2＋F＞0。
2.3 演化结果分析
基于上述演化博弈模型可知，在流域跨省生态补偿过程中上下游政府和上级政府采取的策略相互影响。各参与主体策略的选择与下游地区的生态保护收益L2无关，策略稳定性受上级政府给予的奖惩金额、上游保护成本、下游补偿费用等的共同影响，这与前人研究其他流域得出的结论基本一致［22－23］，说明在流域生态保护过程中各主体间的利益冲突是广泛存在的。此外，奖惩比例α也不会影响演化博弈模型的稳定性，原因可能是随着近年来环保指标被纳入官员政绩考核标准体系，地方政府官员更倾向于加强流域生态治理以获得晋升，此时金钱奖励对上下游政府激励效果不明显。
综上所述，演化博弈模型要实现最优稳定，需满足条件G＋F＞C1＋S1－L1、G＋F＞C2。由于F为上级政府对一方主体采取不合作策略时（“不保护”或“不补偿”）给予的处罚，且处罚金额以一定比例α奖励给合作方，因此G＋F可以视为上下游政府履行“补偿协议”时从上级政府得到的最大奖励金额（奖惩金额之和）。对于上游政府来说，采取“不保护”策略时的收益S1可视为其参与流域生态保护治理的机会成本，此时C1＋S1－L1为上游政府采取“保护”策略时的溢出成本，因此上下游政府参与流域生态保护治理的核心是政府的最大奖励金额是否足以弥补其治理成本。基于此，通过成本分担模型对黄河流域生态补偿的稳定均衡策略进行实证分析，测算均衡条件在黄河流域的适用性，并以此对照河南省、山东省签订的《补偿协议》，为完善当前生态补偿方案提供具象参考。
通过测算黄河流域上游地区的生态建设与保护成本、农业发展机会成本和工业发展机会成本，使用综合成本法估算上游河南省对流域治理的综合投入成本C1。对于下游地区的生态补偿费用，通过建立成本分担模型进行测算。结合下游山东省用水实际情况，选择水量、水质、用水效益3 个指标对山东省向河南省支付的生态补偿费用C2进行测算。
3.1 上游地区生态保护成本估算
3.1.1 生态建设与保护成本
为加强黄河流域生态保护，河南省组织实施大规模生态建设与保护工程。根据河南省“十三五”发展规划和2020 年度各部门预算公开说明，估算河南省生态建设与保护成本，其中：直接成本包括水利工程建设成本、水土保持成本、林业建设成本，分别投入1 270.0万元、1 609.4万元、28 762.6 万元；
间接成本包括水资源节约管理与保护成本、防汛工程建设成本，分别投入5 237.0 万元、2 962.5万元。林业建设包括森林生态效益补偿、生态林营造、森林抚育和湿地恢复等。2020年，河南省造林面积达10.2 万hm2，造林补助标准为1 500～6 000 元／hm2，抚育面积为26.6 万hm2，森林生态效益补偿面积为36.2 万hm2，保护与恢复湿地25 处。
3.1.2 工业发展机会成本
河南省全年出境水量为480.1×108m3，符合Ⅰ～Ⅲ类水质标准的监测断面占比为68.1%，其中黄河流域出境水量为407.8×108m3。假设工业化学需氧量（COD）排放量与工业增加值成正比，则因COD 排放量减少而损失的纳污价值可作为工业发展机会成本转移至下游地区。2017 年河南省COD 年排放量为143.55×104t，期间为完成“十三五”节能减排约束性目标，打好水污染防治攻坚战，全省COD 年排放量控制在105.02×104t，若1 m3水的纳污价值按0.4 元计算［24］，则转移至下游地区的工业发展机会成本约为43.78×104万元。
3.1.3 农业发展机会成本
为改善水土流失状况、实现国土绿化、发挥生态效益，国家林业和草原局下达了2020 年第二批退耕还林还草任务，河南省需要对新一轮退耕还林工程（退耕地面积为1.60 万hm2）进行补助。国家退耕还林政策规定黄河流域退耕地每年补助标准为1 350 元／hm2，还生态林补助期限为8 a，还经济林补助期限为5 a。此外，退耕还林每公顷退耕地补助18 000 元，5 a 内分3 次发放补助，第1 年补助7 500 元，第3 年补助4 500元，第5 年补助6 000 元。河南省单位面积耕地年均经济价值为24 354 元／hm2［25］，因此退耕还林补助期限内每年损失的农业发展机会成本为57.66×102万元。
3.2 下游地区生态补偿费用估算
3.2.1 成本分担模型构建
综上，得到河南省黄河流域生态保护治理期间每年的综合投入成本C1为48.34×104万元，其中：生态建设与保护成本为39.84×103万元，工业发展机会成本为43.78×104万元，农业发展机会成本为57.66×102万元。以水量、水质、用水效益3 个指标作为修正系数，估算山东省的生态补偿费用。成本分担模型为［26］
式中：Ksl为水量分配系数，即流域下游地区用黄河水量占上游地区用黄河水量的比例；
Ksz为水质分配系数；
Kxy为效益分配系数，与各地区的经济利益相关，通过上下游地区万元GDP 的耗水量（分别为HS上游和HS下游）进行计算，公式为
流域上游地区供水质量会对下游地区用水效益产生影响，因此通过水质分配系数Ksz对补偿费用进行修正。根据《补偿协议》，选择Ⅲ类水质标准作为流域跨省生态补偿的目标，若上下游地区河流监测断面的年均水质为Ⅲ类标准，则上下游地区均无需对水质进行补偿；
若供给的年均水质低于Ⅲ类标准，则河南省需要对山东省进行补偿；
若供给的年均水质优于Ⅲ类标准，则山东省需要对河南省进行补偿，补偿费用为上游地区增加或削减的COD 排放量P与削减单位COD 排放量所需的投资金额M之积。水质分配系数Ksz的计算公式如下：
3.2.2 成本分担模型计算
根据《中国水资源公报》，上游河南省黄河流域入境水量为414×108m3，下游山东省黄河流域入境水量为312.2×108m3，计算得出水量分配系数Ksl＝0.75。《补偿协议》自2021 年开始实施，考虑数据的可得性，设Ksz＝1。由《河南统计年鉴》《山东统计年鉴》可知，河南省万元GDP 用水量为32.1 m3，山东省万元GDP用水量为31.7 m3，计算得出Kxy＝0.50。将上述各项数值代入式（13），计算得出山东省需支付的生态补偿费用C2为18.13×104万元。
3.3 演化博弈模型计算结果
要想达到均衡条件，上游地区选择“保护”策略时整个地区获得的综合收益与综合投入成本之和应等于上游地区选择“不保护”策略时整个地区获得的收益［27］，即S1＝L1＋C1。结合上述演化博弈模型的稳定均衡策略可知，当上级政府给予的激励约束机制满足G＋F＞2C1＝96.68×104万元时，即政府的激励约束金额大于上游地区生态保护成本两倍时更有利于黄河流域整体最优策略的实现。
河南省、山东省签订的《补偿协议》规定，两省以Ⅲ类水质为标准进行补偿，补偿金额为6×103万元。考虑到黄河在该河段水质的总体水平，此标准对河南省的实施难度较大，且结合本文实证测算的成本分担费用可以看出，《补偿协议》中的补偿金额对于两省经济体量及黄河生态保护治理的重要性而言相对较少，仍需要加大对黄河流域的生态补偿力度。
4.1 结 论
以黄河流域上下游政府为博弈主体，运用演化博弈模型分析在上级政府的激励约束机制下，上下游主体选择策略的动态演化过程及均衡条件。在理论分析基础上结合成本分担模型，以河南、山东两省为例对演化博弈模型计算结果进行实证测算，得出结论如下。
（1）参与主体策略的选择与下游地区的生态保护收益无关，策略稳定性受上级政府的奖惩金额、上游保护成本、下游补偿费用等的共同影响。
（2）通过分析与核算黄河流域上游地区的生态建设与保护成本、农业发展机会成本和工业发展机会成本，使用综合成本法估算出上游河南省保护治理黄河需投入的成本为48.34×104万元。以水量、水质、用水效益3 个指标作为修正系数，测算出下游山东省为此应承担的生态补偿费用为18.13×104万元，对照《补偿协议》可知，当前补偿金额对于两省经济体量及黄河生态保护治理的重要性而言相对较少。
（3）将实证结果与博弈模型均衡策略综合比较发现，上级政府的激励约束金额大于上游生态保护成本的两倍时更有利于实现整体最优决策，并且增加上级政府的最大奖励金额能够使流域上下游政府更积极参与黄河保护治理。
4.2 建 议
为加快推进黄河流域生态保护和高质量发展、建立流域长效生态补偿机制，提出建议如下。
（1）加大奖惩力度。生态环境治理涉及多个部门，存在跨界性、外部性等特点，需要上级政府进行宏观引导。一方面，上级政府应建立奖励制度，包括正式制度和非正式制度，以激励地方政府的积极性；
另一方面，对不进行生态保护治理的地方政府，应采取动态化、差异化的罚金政策，有效约束地方政府落实治理任务，加大政策执行力度。
（2）探索多元化补偿方式。政府除进行资金补偿外，还应结合当地实际情况灵活制定动态补偿调整机制，以加大对黄河流域的生态补偿力度。同时随着《补偿协议》的逐步实施，可以考虑将水质类别进一步细分，采取更多指标衡量黄河流域生态保护与恢复力度。
（3）推进生态补偿可持续发展。除对部分污染严重河段发布特定政策外，还需建立长期、稳定的流域跨省生态补偿法律规范，保证其长期有效运行。黄河流域的生态发展仅有河南、山东两省努力远远不够，要打破当前生态补偿“碎片化”“项目化”的局限性，还需建立打破行政区界限的、全流域的长效生态保护机制。
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