上下游區(qū)域間環(huán)境保護(hù)與生態(tài)補(bǔ)償?shù)牟┺难芯?/h1>
2023-02-18 11:08:00鄭江麗
水利經(jīng)濟(jì) 2023年1期
鄭江麗，楊 川,3，張 康，王 森，黑 亮
(1.水利部珠江河口治理與保護(hù)重點實驗室，廣東 廣州 510611； 2.珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510611； 3.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098)
由于不同區(qū)域所處的地理位置不同，往往造成區(qū)域間自然環(huán)境的差異，這種差異使得各區(qū)域在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面呈現(xiàn)出不同的特點。流域作為一個完整的自然單元，各要素間緊密相連、不可分割，上下游由于自然條件的差別，使得兩者存在較大的經(jīng)濟(jì)差異[1]，如何統(tǒng)籌兼顧上下游經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)，實現(xiàn)全流域的可持續(xù)發(fā)展，是擺在上下游面前的一道難題。
流域系統(tǒng)不僅具有整體性，還具有地域分異性，同時面臨著上下游不同利益群體之間的利益沖突，傳統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)的理論和方法在解決流域問題時遇到了障礙[2]。生態(tài)補(bǔ)償是以保護(hù)和可持續(xù)利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為目的，以經(jīng)濟(jì)手段為主調(diào)節(jié)相關(guān)者利益關(guān)系的制度安排[3]。流域上下游的生態(tài)補(bǔ)償是在流域形成合理的利益分工條件下，上游地區(qū)用水權(quán)益讓渡后的利益均衡。因此，相關(guān)學(xué)者結(jié)合博弈理論，為我國流域生態(tài)補(bǔ)償制度的順利實施提供研究基礎(chǔ)，實現(xiàn)以生態(tài)補(bǔ)償為紐帶促進(jìn)流域上下游統(tǒng)籌保護(hù)和協(xié)同發(fā)展的目的。馬駿等[4]以微分博弈理論為基礎(chǔ)構(gòu)建多種生態(tài)補(bǔ)償模型，對流域內(nèi)實施協(xié)同生態(tài)補(bǔ)償活動以及中央政府制定補(bǔ)貼政策提供了科學(xué)依據(jù)。劉慧芳等[5]運(yùn)用完全信息動態(tài)博弈、演化博弈理論對東江流域上下游利益相關(guān)方的博弈結(jié)果與得失進(jìn)行研究，表明中央財政的支持和監(jiān)督管理以及政治考評的收益決定了江西和廣東兩省政府對東江治理的意愿和力度。徐大偉等[6]運(yùn)用演化博弈的方法，分析流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)奶攸c和結(jié)果，表明流域生態(tài)補(bǔ)償需要中央政府的適度干預(yù)。曲富國等[7]研究認(rèn)為通過地方政府間有約束力的協(xié)議及中央縱向財政轉(zhuǎn)移支付相結(jié)合的模式可實現(xiàn)生態(tài)補(bǔ)償?shù)淖畲笮в谩⒓恿娴萚8]基于強(qiáng)互惠主體理論，運(yùn)用演化博弈方法分析了中央政府、當(dāng)?shù)卣?、地方企業(yè)三者之間在長江經(jīng)濟(jì)帶水資源生態(tài)開發(fā)利用時的利益訴求以及補(bǔ)償行為的動態(tài)演化過程。
關(guān)于流域生態(tài)補(bǔ)償，前人已取得豐富的研究成果，亦表明政府的干預(yù)是生態(tài)補(bǔ)償政策實施的主要觸發(fā)點之一。事實上，生態(tài)補(bǔ)償還具有經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和公眾參與效應(yīng)，針對上述兩方面效應(yīng)，本文通過系統(tǒng)研究上下游進(jìn)行環(huán)境保護(hù)和生態(tài)補(bǔ)償時的特征，定義影響博弈雙方行為選擇的具體變量，以此建立上下游的環(huán)境保護(hù)與生態(tài)補(bǔ)償成本收益的博弈模型，并解析相關(guān)變量對上下游實施正向措施的影響，以期為流域的生態(tài)補(bǔ)償提供參考。
1 博弈演化模型的構(gòu)建
1.1 模型假設(shè)和支付矩陣
上下游是環(huán)境保護(hù)與生態(tài)補(bǔ)償?shù)闹黧w雙方，各個博弈主體都需要承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任，博弈雙方是否保護(hù)環(huán)境、實施生態(tài)補(bǔ)償，是在特定的條件下存在的?；诖?，本文以博弈論為理論依據(jù)，以“誰受益誰補(bǔ)償”為原則[9-10]，構(gòu)建上下游環(huán)境保護(hù)與生態(tài)補(bǔ)償?shù)难莼┺哪Ｐ?。本文結(jié)合上下游區(qū)域之間的不完全信息動態(tài)博弈過程給出以下4個假設(shè)：
假設(shè)1：博弈雙方有實施和不實施相應(yīng)策略的選擇方式。其中，上游區(qū)域作為博弈參與者，其策略空間為{保護(hù)，不保護(hù)}；下游區(qū)域的策略空間為{補(bǔ)償，不補(bǔ)償}。
假設(shè)2：博弈雙方的決策實施后，能獲得足夠的收益，且不會損害自身的利益。
假設(shè)3：上游區(qū)域有保護(hù)環(huán)境和不保護(hù)環(huán)境的策略。若上游區(qū)域?qū)嵤┍Ｗo(hù)環(huán)境的策略，限制相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為下游經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)提供優(yōu)質(zhì)的水資源，助力下游的經(jīng)濟(jì)發(fā)展；若上游區(qū)域為追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展，選擇不保護(hù)環(huán)境，使下游區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到約束。
假設(shè)4：在生態(tài)補(bǔ)償方面，下游區(qū)域可以選擇實施或不實施該項策略。若下游區(qū)域?qū)嵤┥鷳B(tài)補(bǔ)償，是建立在上游區(qū)域進(jìn)行環(huán)境保護(hù)策略下進(jìn)行；若上游區(qū)域進(jìn)行環(huán)境保護(hù)，而下游區(qū)域未實施生態(tài)補(bǔ)償，則下游區(qū)域會因為社會輿論壓力，在經(jīng)濟(jì)方面遭受損失。
上下游區(qū)域作為共同面臨環(huán)境保護(hù)和生態(tài)補(bǔ)償策略選擇行為的博弈雙方，定義影響博弈雙方行為選擇的具體變量包括：上游經(jīng)濟(jì)初始收益ES；下游經(jīng)濟(jì)初始收益EX；上游保護(hù)環(huán)境，延緩經(jīng)濟(jì)發(fā)展時的經(jīng)濟(jì)減少系數(shù)α；上游保護(hù)環(huán)境，下游經(jīng)濟(jì)發(fā)展的獲益系數(shù)β；上游實施保護(hù)環(huán)境措施且下游實施補(bǔ)償措施時，下游給予上游的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償值B；上游保護(hù)環(huán)境而下游不實施補(bǔ)償措施時，下游受到輿論壓力，在經(jīng)濟(jì)方面遭受的損失系數(shù)ω；當(dāng)上下游實施正向措施(上游保護(hù)環(huán)境，下游進(jìn)行補(bǔ)償)時，由于環(huán)境的改善，上下游獲得的環(huán)境收益值EH；當(dāng)上下游實施負(fù)向措施(上游不保護(hù)環(huán)境，下游不進(jìn)行補(bǔ)償)時，上下游的經(jīng)濟(jì)懲罰系數(shù)ε。根據(jù)上述假設(shè)和變量，構(gòu)建上下游區(qū)域博弈的收益信息如表1所示。
表1 上下游區(qū)域間的收益信息
1.2 博弈演化模型的構(gòu)建
假設(shè)上游區(qū)域?qū)嵤┉h(huán)境保護(hù)的概率為px(0≤px≤1)，則不實施環(huán)境保護(hù)的概率為1-px；設(shè)下游區(qū)域?qū)嵤┥鷳B(tài)補(bǔ)償?shù)母怕蕿閜y(0≤py≤1)，則不實施生態(tài)補(bǔ)償?shù)母怕蕿?-py。根據(jù)博弈演化理論，設(shè)上下游實施正向策略概率px和py的初始值是一定的。由進(jìn)化博弈模型，可得下列賦值動態(tài)方程：
a.對于上游區(qū)域，采取環(huán)境保護(hù)的期望收益S0、不采取環(huán)境保護(hù)的期望收益S1和上游區(qū)域平均期望收益S2分別為
S0=py(ES-αES+B+EH)+(1-py)(ES-αES)
(1)
S1=pyES+(1-py)(ES-εES)
(2)
S2=px[py(ES-αES+B+EH)+(1-py)(ES-
αES)]+(1-px)[pyES+(1-py)(ES-εES)]
(3)
可得上游區(qū)域?qū)嵤┉h(huán)境保護(hù)策略的賦值動態(tài)方程為
f(px)=px(1-px)[(B+EH-εES)py+ES(ε-α)]
(4)
b.對于下游區(qū)域，采取生態(tài)補(bǔ)償?shù)钠谕找鍿3、不采取生態(tài)補(bǔ)償?shù)钠谕找鍿4和下游區(qū)域平均期望收益S5分別為
S3=px(EX+βEX-B+EH)+(1-px)EX
(5)
S4=px(EX+βEX-ωEX)+(1-x)(EX-εEX)
(6)
S5=py[px(EX+βEX-B+EH)+(1-px)EX]+
(1-py)[px(EX+βEX-ωEX)+
(1-px)(EX-εEX)]
(7)
則下游區(qū)域?qū)嵤┥鷳B(tài)補(bǔ)償策略的賦值動態(tài)方程為
f(py)=py(1-py){[EX(ω-ε)-B+EH]px+εEX}
(8)
將上下游的復(fù)制動態(tài)方程聯(lián)立構(gòu)成方程組，得到上下游區(qū)域在生態(tài)補(bǔ)償策略方面的博弈演化模型：
(9)
分別對f(px)和f(py)求偏導(dǎo)，得到博弈演化模型的雅可比矩陣：
(10)
根據(jù)雅克比矩陣得到矩陣的行列式detJ和矩陣的跡trJ分別為
detJ=(1-2px)[(B+EH-εES)py+ES(ε-α)]·
(1-2py){[EX(ω-ε)-B+EH]px+εEX}-px(1-px)·
(B+EH-εES)py(1-py)[EX(ω-ε)-B+EH]
(11)
tr(J)=(1-2px)[(B+EH-εES)py+ES(ε-α)]+
(1-2py){[EX(ω-ε)-B+EH]px+εEX}
(12)
1.3 演化穩(wěn)定策略分析
博弈系統(tǒng)在平面內(nèi)的5個局部均衡點分別為(0，0)、(0，1)、(1，0)、(1，1)和(x*,y*)。由上述5個均衡點得到矩陣行列式detJ和跡trJ的表達(dá)式，如表2所示。
表2 均衡點對應(yīng)的矩陣行列式和跡的表達(dá)式
根據(jù)Friedman[11]提出的方法，行列式detJ>0和矩陣的跡trJ<0時，則該局部平衡點即為上游區(qū)域和下游區(qū)域?qū)嵤┫鄳?yīng)策略的進(jìn)化穩(wěn)定策略[11]。對于(x*,y*)，trJ恒等于0，不符合trJ<0的條件，因此不予討論。依次分析各個局部均衡點對應(yīng)的雅克比矩陣的行列式及其跡，以此得出各個局部平衡點的穩(wěn)定性：①若均衡點(0,0)為演化穩(wěn)定策略，需要滿足條件ε<α，且εEX<0；由于εEX一定大于零，因此均衡點(0,0)不可能成為演化穩(wěn)定策略，即上游區(qū)域和下游區(qū)域不會同時實行否定策略，即上游不進(jìn)行環(huán)境保護(hù)，下游不實施生態(tài)補(bǔ)償策略。②若αES-B-EH>0，則均衡點(0,1)為演化穩(wěn)定策略。③若α<ε且B-EH-ωEX>0，則均衡點(1,0)為演化穩(wěn)定策略。④若αES-B-EH<0且ωEX-B+EH>0，則均衡點(1,1)為演化穩(wěn)定策略。
2 博弈模型仿真分析
前述分析結(jié)果顯示，當(dāng)αES-B-EH>0時，上游實施的策略為環(huán)境保護(hù)策略，導(dǎo)致延緩經(jīng)濟(jì)發(fā)展，由于經(jīng)濟(jì)受損較大且獲得的補(bǔ)償較小，此時上游將不實施環(huán)境保護(hù)策略，均衡演化點為(0，1)；當(dāng)α<ε且B-EH-ωEX>0時，；因上游保護(hù)環(huán)境，下游需要給與的補(bǔ)償較大，因此下游區(qū)域?qū)⒉粚嵤┥鷳B(tài)補(bǔ)償措施，此時的均衡演化點為(1，0)。由于上下游區(qū)域均實施正向策略為最優(yōu)策略，本文將重點解析均衡點(1,1)為演化穩(wěn)定策略時的情形。
分析前述8項參數(shù)在滿足αES-B-EH<0和B-EH-ωEX<0的條件時進(jìn)行演化的過程。為了更好地分析上下游之間的策略選擇變化，本文通過對各參數(shù)賦值的方式進(jìn)行模擬仿真。
a.各參數(shù)取值為：ES=150，EX=300，α=0.3，β=0.2，B=100，ω=0.3，ε=0.4，EH=50，對該假定數(shù)值進(jìn)行模擬，分析上游區(qū)域?qū)嵤┍Ｗo(hù)策略的比例x與下游區(qū)域?qū)嵤┭a(bǔ)償策略的比例y之間的相互關(guān)系，以及兩者隨時間的變化情況，結(jié)果見圖1。
(a) 博弈雙方演化策略
(b) 上游區(qū)域不同時間的演化策略
(c) 下游區(qū)域不同時間的演化策略圖1 均衡演化點為(1，1)的模擬演算結(jié)果
圖1表明，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)滿足αES-B-EH<0且B-EH-ωEX<0時，上下游區(qū)域在該條件下進(jìn)行博弈，最終的博弈結(jié)果為：上游區(qū)域?qū)嵤┉h(huán)境保護(hù)策略，下游區(qū)域?qū)ι嫌螀^(qū)域進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。
進(jìn)一步解析相關(guān)變量對上下游實施正向措施的影響。根據(jù)均衡演化點為(1，1)的條件，影響均衡演化點(1，1)的博弈演化過程的參數(shù)有ES、B、EH、EX、ω和α，本文進(jìn)一步分析ES、EH、B和EX對均衡演化點(1，1)的影響。
b.當(dāng)上游經(jīng)濟(jì)初始收益減少時，即ES由150調(diào)整為50，其他參數(shù)不變(EX=300，α=0.3，β=0.2，B=100，ω=0.3，ε=0.4，EH=50)時，對該假定數(shù)值進(jìn)行模擬，雙方的博弈過程如圖2所示。
(a) 博弈雙方演化策略
(b) 上游區(qū)域不同時間的演化策略
(c) 下游區(qū)域不同時間的演化策略圖2 上游區(qū)域初始經(jīng)濟(jì)狀況較低時的模擬演算結(jié)果
圖2表明，上游區(qū)域經(jīng)濟(jì)狀況的初始水平對上游區(qū)域是否實施環(huán)境保護(hù)策略具有一定的影響。圖2(b)中上游區(qū)域?qū)嵤┭a(bǔ)償策略時收斂到x=1的時間較長，即上游經(jīng)濟(jì)初始狀況較差時進(jìn)行環(huán)境保護(hù)意愿與上游經(jīng)濟(jì)初始狀況較好時進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的意愿相比呈現(xiàn)減小的趨勢，原因是相對于上游區(qū)域初始經(jīng)濟(jì)條件較好的情形，上游區(qū)域初始經(jīng)濟(jì)收益較低時對環(huán)境的影響、污染情況更小，進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的效果難以體現(xiàn)，使得初始經(jīng)濟(jì)條件偏差的上游區(qū)域進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的意愿度弱于初始經(jīng)濟(jì)條件較好的上游區(qū)域。圖2(c)顯示，上游區(qū)域的初始經(jīng)濟(jì)狀況的改變，對于下游區(qū)域?qū)嵤┭a(bǔ)償措施的影響不大。
在圖2演化結(jié)果基礎(chǔ)上，將環(huán)境收益值EH由初始的50增大到200，其他參數(shù)分別為：ES=50，EX=300，α=0.3，β=0.2，B=100，ω=0.3，ε=0.4，對該假定數(shù)值進(jìn)行模擬，所得的上下游間博弈結(jié)果和圖2相比差異不大，即環(huán)境收益的改變對上下游實施正向措施的影響不大，本文未將結(jié)果列出。
c.進(jìn)一步分析下游區(qū)域補(bǔ)償上游區(qū)域?qū)ι舷掠螌嵤┱虼胧┑挠绊?，此時的假定數(shù)值為：B=270，ES=50，EX=300，α=0.3，β=0.2，ω=0.3，ε=0.4，EH=200，分析經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償對上下游區(qū)域采取正向措施意愿度的影響，結(jié)果如圖3所示。
(a) 博弈雙方演化策略
(b) 上游區(qū)域不同時間的演化策略
(c) 下游區(qū)域不同時間的演化策略圖3 下游區(qū)域?qū)ι嫌螀^(qū)域補(bǔ)償值改變時的模擬演算結(jié)果
圖3表明，整體而言，補(bǔ)償值的改變對上游采取環(huán)境保護(hù)措施的意愿度影響不大；對下游采取生態(tài)補(bǔ)償?shù)恼虼胧┯幸欢ǖ挠绊?。具體表現(xiàn)為：圖3(c)中下游區(qū)域?qū)嵤┭a(bǔ)償策略時收斂到y(tǒng)=1的時間較長。由于假定的數(shù)值仍舊滿足條件αES-B-EH<0且B-EH-ωEX<0，因此上下游依舊實施正向措施，即上游采取環(huán)境保護(hù)措施，下游進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。
d.進(jìn)一步分析下游經(jīng)濟(jì)初始收益對上下游實施正向措施的影響。將相關(guān)參數(shù)的數(shù)值設(shè)置為：EX=500，ES=50，α=0.3，β=0.2，B=270，ω=0.3，ε=0.4，EH=200，分析此時的上下游博弈演化過程，結(jié)果如圖4所示。
(a) 博弈雙方演化策略
(b) 上游區(qū)域不同時間的演化策略
(c) 下游區(qū)域不同時間的演化策略圖4 改變下游區(qū)域的經(jīng)濟(jì)初始收益時的模擬演算結(jié)果
由于在圖1～3的上下游博弈演化過程中，EX均為300，此時下游初始經(jīng)濟(jì)條件好，上下游的博弈過程顯示如下：上游采取環(huán)境保護(hù)措施意愿幾乎沒有影響，而對下游采取生態(tài)補(bǔ)償?shù)囊庠付扔酗@著影響，表現(xiàn)為圖4(c)中下游區(qū)域?qū)嵤┭a(bǔ)償策略時收斂到y(tǒng)=1的時間急劇縮短，說明下游經(jīng)濟(jì)條件越好，越希望獲取優(yōu)質(zhì)的水源資源，因此下游區(qū)域采取補(bǔ)償措施的意愿度迅速增加。
3 結(jié) 論
a.若上游區(qū)域?qū)嵤┑沫h(huán)境保護(hù)策略導(dǎo)致延緩經(jīng)濟(jì)發(fā)展，由此帶來上游區(qū)域經(jīng)濟(jì)減少量大于獲得的生態(tài)補(bǔ)償，此時上游將不實施環(huán)境保護(hù)策略；若下游需要給予的補(bǔ)償值較大，綜合效益不高，下游區(qū)域?qū)⒉粚嵤┥鷳B(tài)補(bǔ)償?shù)拇胧簧嫌螀^(qū)域?qū)嵤┉h(huán)境保護(hù)策略且下游區(qū)域采取生態(tài)補(bǔ)償措施，需要建立在一定的條件基礎(chǔ)上。
b.環(huán)境收益值的變化對上下游采取正向措施意愿度的影響較小；上游經(jīng)濟(jì)初始狀況越差，上游區(qū)域傾向于進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的意愿度越低；下游對上游的補(bǔ)償越大，下游區(qū)域采取補(bǔ)償措施的意愿度越低；下游區(qū)域初始經(jīng)濟(jì)狀況越好，下游區(qū)域采取補(bǔ)償措施的意愿度越高。
c.在制定上下游生態(tài)保護(hù)策略和生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制時，應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)?shù)爻跏冀?jīng)濟(jì)狀況，制定適當(dāng)?shù)恼吆椭贫龋e極調(diào)動上游生態(tài)保護(hù)積極性，保證上游經(jīng)濟(jì)收入不低于保護(hù)前的利益獲得；對于下游需要付出的生態(tài)補(bǔ)償，應(yīng)兼顧自身環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使得下游經(jīng)濟(jì)在一定條件限制下充分發(fā)展，對上游進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。由此統(tǒng)籌協(xié)調(diào)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使得環(huán)境和經(jīng)濟(jì)綜合效益最大化。對上下游利益相關(guān)體進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償博弈研究時，必須考慮各利益體的自身發(fā)展?fàn)顩r，當(dāng)生態(tài)補(bǔ)償或環(huán)境保護(hù)損失的利益超過利益體承受邊界時，往往無法取得理想的協(xié)調(diào)效果。
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鄭江麗，楊 川,3，張 康，王 森，黑 亮
(1.水利部珠江河口治理與保護(hù)重點實驗室，廣東 廣州 510611； 2.珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510611； 3.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098)
由于不同區(qū)域所處的地理位置不同，往往造成區(qū)域間自然環(huán)境的差異，這種差異使得各區(qū)域在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面呈現(xiàn)出不同的特點。流域作為一個完整的自然單元，各要素間緊密相連、不可分割，上下游由于自然條件的差別，使得兩者存在較大的經(jīng)濟(jì)差異[1]，如何統(tǒng)籌兼顧上下游經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)，實現(xiàn)全流域的可持續(xù)發(fā)展，是擺在上下游面前的一道難題。
流域系統(tǒng)不僅具有整體性，還具有地域分異性，同時面臨著上下游不同利益群體之間的利益沖突，傳統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)的理論和方法在解決流域問題時遇到了障礙[2]。生態(tài)補(bǔ)償是以保護(hù)和可持續(xù)利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為目的，以經(jīng)濟(jì)手段為主調(diào)節(jié)相關(guān)者利益關(guān)系的制度安排[3]。流域上下游的生態(tài)補(bǔ)償是在流域形成合理的利益分工條件下，上游地區(qū)用水權(quán)益讓渡后的利益均衡。因此，相關(guān)學(xué)者結(jié)合博弈理論，為我國流域生態(tài)補(bǔ)償制度的順利實施提供研究基礎(chǔ)，實現(xiàn)以生態(tài)補(bǔ)償為紐帶促進(jìn)流域上下游統(tǒng)籌保護(hù)和協(xié)同發(fā)展的目的。馬駿等[4]以微分博弈理論為基礎(chǔ)構(gòu)建多種生態(tài)補(bǔ)償模型，對流域內(nèi)實施協(xié)同生態(tài)補(bǔ)償活動以及中央政府制定補(bǔ)貼政策提供了科學(xué)依據(jù)。劉慧芳等[5]運(yùn)用完全信息動態(tài)博弈、演化博弈理論對東江流域上下游利益相關(guān)方的博弈結(jié)果與得失進(jìn)行研究，表明中央財政的支持和監(jiān)督管理以及政治考評的收益決定了江西和廣東兩省政府對東江治理的意愿和力度。徐大偉等[6]運(yùn)用演化博弈的方法，分析流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)奶攸c和結(jié)果，表明流域生態(tài)補(bǔ)償需要中央政府的適度干預(yù)。曲富國等[7]研究認(rèn)為通過地方政府間有約束力的協(xié)議及中央縱向財政轉(zhuǎn)移支付相結(jié)合的模式可實現(xiàn)生態(tài)補(bǔ)償?shù)淖畲笮в谩⒓恿娴萚8]基于強(qiáng)互惠主體理論，運(yùn)用演化博弈方法分析了中央政府、當(dāng)?shù)卣?、地方企業(yè)三者之間在長江經(jīng)濟(jì)帶水資源生態(tài)開發(fā)利用時的利益訴求以及補(bǔ)償行為的動態(tài)演化過程。
關(guān)于流域生態(tài)補(bǔ)償，前人已取得豐富的研究成果，亦表明政府的干預(yù)是生態(tài)補(bǔ)償政策實施的主要觸發(fā)點之一。事實上，生態(tài)補(bǔ)償還具有經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和公眾參與效應(yīng)，針對上述兩方面效應(yīng)，本文通過系統(tǒng)研究上下游進(jìn)行環(huán)境保護(hù)和生態(tài)補(bǔ)償時的特征，定義影響博弈雙方行為選擇的具體變量，以此建立上下游的環(huán)境保護(hù)與生態(tài)補(bǔ)償成本收益的博弈模型，并解析相關(guān)變量對上下游實施正向措施的影響，以期為流域的生態(tài)補(bǔ)償提供參考。
1 博弈演化模型的構(gòu)建
1.1 模型假設(shè)和支付矩陣
上下游是環(huán)境保護(hù)與生態(tài)補(bǔ)償?shù)闹黧w雙方，各個博弈主體都需要承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任，博弈雙方是否保護(hù)環(huán)境、實施生態(tài)補(bǔ)償，是在特定的條件下存在的?；诖?，本文以博弈論為理論依據(jù)，以“誰受益誰補(bǔ)償”為原則[9-10]，構(gòu)建上下游環(huán)境保護(hù)與生態(tài)補(bǔ)償?shù)难莼┺哪Ｐ?。本文結(jié)合上下游區(qū)域之間的不完全信息動態(tài)博弈過程給出以下4個假設(shè)：
假設(shè)1：博弈雙方有實施和不實施相應(yīng)策略的選擇方式。其中，上游區(qū)域作為博弈參與者，其策略空間為{保護(hù)，不保護(hù)}；下游區(qū)域的策略空間為{補(bǔ)償，不補(bǔ)償}。
假設(shè)2：博弈雙方的決策實施后，能獲得足夠的收益，且不會損害自身的利益。
假設(shè)3：上游區(qū)域有保護(hù)環(huán)境和不保護(hù)環(huán)境的策略。若上游區(qū)域?qū)嵤┍Ｗo(hù)環(huán)境的策略，限制相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為下游經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)提供優(yōu)質(zhì)的水資源，助力下游的經(jīng)濟(jì)發(fā)展；若上游區(qū)域為追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展，選擇不保護(hù)環(huán)境，使下游區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到約束。
假設(shè)4：在生態(tài)補(bǔ)償方面，下游區(qū)域可以選擇實施或不實施該項策略。若下游區(qū)域?qū)嵤┥鷳B(tài)補(bǔ)償，是建立在上游區(qū)域進(jìn)行環(huán)境保護(hù)策略下進(jìn)行；若上游區(qū)域進(jìn)行環(huán)境保護(hù)，而下游區(qū)域未實施生態(tài)補(bǔ)償，則下游區(qū)域會因為社會輿論壓力，在經(jīng)濟(jì)方面遭受損失。
上下游區(qū)域作為共同面臨環(huán)境保護(hù)和生態(tài)補(bǔ)償策略選擇行為的博弈雙方，定義影響博弈雙方行為選擇的具體變量包括：上游經(jīng)濟(jì)初始收益ES；下游經(jīng)濟(jì)初始收益EX；上游保護(hù)環(huán)境，延緩經(jīng)濟(jì)發(fā)展時的經(jīng)濟(jì)減少系數(shù)α；上游保護(hù)環(huán)境，下游經(jīng)濟(jì)發(fā)展的獲益系數(shù)β；上游實施保護(hù)環(huán)境措施且下游實施補(bǔ)償措施時，下游給予上游的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償值B；上游保護(hù)環(huán)境而下游不實施補(bǔ)償措施時，下游受到輿論壓力，在經(jīng)濟(jì)方面遭受的損失系數(shù)ω；當(dāng)上下游實施正向措施(上游保護(hù)環(huán)境，下游進(jìn)行補(bǔ)償)時，由于環(huán)境的改善，上下游獲得的環(huán)境收益值EH；當(dāng)上下游實施負(fù)向措施(上游不保護(hù)環(huán)境，下游不進(jìn)行補(bǔ)償)時，上下游的經(jīng)濟(jì)懲罰系數(shù)ε。根據(jù)上述假設(shè)和變量，構(gòu)建上下游區(qū)域博弈的收益信息如表1所示。
表1 上下游區(qū)域間的收益信息
1.2 博弈演化模型的構(gòu)建
假設(shè)上游區(qū)域?qū)嵤┉h(huán)境保護(hù)的概率為px(0≤px≤1)，則不實施環(huán)境保護(hù)的概率為1-px；設(shè)下游區(qū)域?qū)嵤┥鷳B(tài)補(bǔ)償?shù)母怕蕿閜y(0≤py≤1)，則不實施生態(tài)補(bǔ)償?shù)母怕蕿?-py。根據(jù)博弈演化理論，設(shè)上下游實施正向策略概率px和py的初始值是一定的。由進(jìn)化博弈模型，可得下列賦值動態(tài)方程：
a.對于上游區(qū)域，采取環(huán)境保護(hù)的期望收益S0、不采取環(huán)境保護(hù)的期望收益S1和上游區(qū)域平均期望收益S2分別為
S0=py(ES-αES+B+EH)+(1-py)(ES-αES)
(1)
S1=pyES+(1-py)(ES-εES)
(2)
S2=px[py(ES-αES+B+EH)+(1-py)(ES-
αES)]+(1-px)[pyES+(1-py)(ES-εES)]
(3)
可得上游區(qū)域?qū)嵤┉h(huán)境保護(hù)策略的賦值動態(tài)方程為
f(px)=px(1-px)[(B+EH-εES)py+ES(ε-α)]
(4)
b.對于下游區(qū)域，采取生態(tài)補(bǔ)償?shù)钠谕找鍿3、不采取生態(tài)補(bǔ)償?shù)钠谕找鍿4和下游區(qū)域平均期望收益S5分別為
S3=px(EX+βEX-B+EH)+(1-px)EX
(5)
S4=px(EX+βEX-ωEX)+(1-x)(EX-εEX)
(6)
S5=py[px(EX+βEX-B+EH)+(1-px)EX]+
(1-py)[px(EX+βEX-ωEX)+
(1-px)(EX-εEX)]
(7)
則下游區(qū)域?qū)嵤┥鷳B(tài)補(bǔ)償策略的賦值動態(tài)方程為
f(py)=py(1-py){[EX(ω-ε)-B+EH]px+εEX}
(8)
將上下游的復(fù)制動態(tài)方程聯(lián)立構(gòu)成方程組，得到上下游區(qū)域在生態(tài)補(bǔ)償策略方面的博弈演化模型：
(9)
分別對f(px)和f(py)求偏導(dǎo)，得到博弈演化模型的雅可比矩陣：
(10)
根據(jù)雅克比矩陣得到矩陣的行列式detJ和矩陣的跡trJ分別為
detJ=(1-2px)[(B+EH-εES)py+ES(ε-α)]·
(1-2py){[EX(ω-ε)-B+EH]px+εEX}-px(1-px)·
(B+EH-εES)py(1-py)[EX(ω-ε)-B+EH]
(11)
tr(J)=(1-2px)[(B+EH-εES)py+ES(ε-α)]+
(1-2py){[EX(ω-ε)-B+EH]px+εEX}
(12)
1.3 演化穩(wěn)定策略分析
博弈系統(tǒng)在平面內(nèi)的5個局部均衡點分別為(0，0)、(0，1)、(1，0)、(1，1)和(x*,y*)。由上述5個均衡點得到矩陣行列式detJ和跡trJ的表達(dá)式，如表2所示。
表2 均衡點對應(yīng)的矩陣行列式和跡的表達(dá)式
根據(jù)Friedman[11]提出的方法，行列式detJ>0和矩陣的跡trJ<0時，則該局部平衡點即為上游區(qū)域和下游區(qū)域?qū)嵤┫鄳?yīng)策略的進(jìn)化穩(wěn)定策略[11]。對于(x*,y*)，trJ恒等于0，不符合trJ<0的條件，因此不予討論。依次分析各個局部均衡點對應(yīng)的雅克比矩陣的行列式及其跡，以此得出各個局部平衡點的穩(wěn)定性：①若均衡點(0,0)為演化穩(wěn)定策略，需要滿足條件ε<α，且εEX<0；由于εEX一定大于零，因此均衡點(0,0)不可能成為演化穩(wěn)定策略，即上游區(qū)域和下游區(qū)域不會同時實行否定策略，即上游不進(jìn)行環(huán)境保護(hù)，下游不實施生態(tài)補(bǔ)償策略。②若αES-B-EH>0，則均衡點(0,1)為演化穩(wěn)定策略。③若α<ε且B-EH-ωEX>0，則均衡點(1,0)為演化穩(wěn)定策略。④若αES-B-EH<0且ωEX-B+EH>0，則均衡點(1,1)為演化穩(wěn)定策略。
2 博弈模型仿真分析
前述分析結(jié)果顯示，當(dāng)αES-B-EH>0時，上游實施的策略為環(huán)境保護(hù)策略，導(dǎo)致延緩經(jīng)濟(jì)發(fā)展，由于經(jīng)濟(jì)受損較大且獲得的補(bǔ)償較小，此時上游將不實施環(huán)境保護(hù)策略，均衡演化點為(0，1)；當(dāng)α<ε且B-EH-ωEX>0時，；因上游保護(hù)環(huán)境，下游需要給與的補(bǔ)償較大，因此下游區(qū)域?qū)⒉粚嵤┥鷳B(tài)補(bǔ)償措施，此時的均衡演化點為(1，0)。由于上下游區(qū)域均實施正向策略為最優(yōu)策略，本文將重點解析均衡點(1,1)為演化穩(wěn)定策略時的情形。
分析前述8項參數(shù)在滿足αES-B-EH<0和B-EH-ωEX<0的條件時進(jìn)行演化的過程。為了更好地分析上下游之間的策略選擇變化，本文通過對各參數(shù)賦值的方式進(jìn)行模擬仿真。
a.各參數(shù)取值為：ES=150，EX=300，α=0.3，β=0.2，B=100，ω=0.3，ε=0.4，EH=50，對該假定數(shù)值進(jìn)行模擬，分析上游區(qū)域?qū)嵤┍Ｗo(hù)策略的比例x與下游區(qū)域?qū)嵤┭a(bǔ)償策略的比例y之間的相互關(guān)系，以及兩者隨時間的變化情況，結(jié)果見圖1。
(a) 博弈雙方演化策略
(b) 上游區(qū)域不同時間的演化策略
(c) 下游區(qū)域不同時間的演化策略圖1 均衡演化點為(1，1)的模擬演算結(jié)果
圖1表明，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)滿足αES-B-EH<0且B-EH-ωEX<0時，上下游區(qū)域在該條件下進(jìn)行博弈，最終的博弈結(jié)果為：上游區(qū)域?qū)嵤┉h(huán)境保護(hù)策略，下游區(qū)域?qū)ι嫌螀^(qū)域進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。
進(jìn)一步解析相關(guān)變量對上下游實施正向措施的影響。根據(jù)均衡演化點為(1，1)的條件，影響均衡演化點(1，1)的博弈演化過程的參數(shù)有ES、B、EH、EX、ω和α，本文進(jìn)一步分析ES、EH、B和EX對均衡演化點(1，1)的影響。
b.當(dāng)上游經(jīng)濟(jì)初始收益減少時，即ES由150調(diào)整為50，其他參數(shù)不變(EX=300，α=0.3，β=0.2，B=100，ω=0.3，ε=0.4，EH=50)時，對該假定數(shù)值進(jìn)行模擬，雙方的博弈過程如圖2所示。
(a) 博弈雙方演化策略
(b) 上游區(qū)域不同時間的演化策略
(c) 下游區(qū)域不同時間的演化策略圖2 上游區(qū)域初始經(jīng)濟(jì)狀況較低時的模擬演算結(jié)果
圖2表明，上游區(qū)域經(jīng)濟(jì)狀況的初始水平對上游區(qū)域是否實施環(huán)境保護(hù)策略具有一定的影響。圖2(b)中上游區(qū)域?qū)嵤┭a(bǔ)償策略時收斂到x=1的時間較長，即上游經(jīng)濟(jì)初始狀況較差時進(jìn)行環(huán)境保護(hù)意愿與上游經(jīng)濟(jì)初始狀況較好時進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的意愿相比呈現(xiàn)減小的趨勢，原因是相對于上游區(qū)域初始經(jīng)濟(jì)條件較好的情形，上游區(qū)域初始經(jīng)濟(jì)收益較低時對環(huán)境的影響、污染情況更小，進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的效果難以體現(xiàn)，使得初始經(jīng)濟(jì)條件偏差的上游區(qū)域進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的意愿度弱于初始經(jīng)濟(jì)條件較好的上游區(qū)域。圖2(c)顯示，上游區(qū)域的初始經(jīng)濟(jì)狀況的改變，對于下游區(qū)域?qū)嵤┭a(bǔ)償措施的影響不大。
在圖2演化結(jié)果基礎(chǔ)上，將環(huán)境收益值EH由初始的50增大到200，其他參數(shù)分別為：ES=50，EX=300，α=0.3，β=0.2，B=100，ω=0.3，ε=0.4，對該假定數(shù)值進(jìn)行模擬，所得的上下游間博弈結(jié)果和圖2相比差異不大，即環(huán)境收益的改變對上下游實施正向措施的影響不大，本文未將結(jié)果列出。
c.進(jìn)一步分析下游區(qū)域補(bǔ)償上游區(qū)域?qū)ι舷掠螌嵤┱虼胧┑挠绊?，此時的假定數(shù)值為：B=270，ES=50，EX=300，α=0.3，β=0.2，ω=0.3，ε=0.4，EH=200，分析經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償對上下游區(qū)域采取正向措施意愿度的影響，結(jié)果如圖3所示。
(a) 博弈雙方演化策略
(b) 上游區(qū)域不同時間的演化策略
(c) 下游區(qū)域不同時間的演化策略圖3 下游區(qū)域?qū)ι嫌螀^(qū)域補(bǔ)償值改變時的模擬演算結(jié)果
圖3表明，整體而言，補(bǔ)償值的改變對上游采取環(huán)境保護(hù)措施的意愿度影響不大；對下游采取生態(tài)補(bǔ)償?shù)恼虼胧┯幸欢ǖ挠绊?。具體表現(xiàn)為：圖3(c)中下游區(qū)域?qū)嵤┭a(bǔ)償策略時收斂到y(tǒng)=1的時間較長。由于假定的數(shù)值仍舊滿足條件αES-B-EH<0且B-EH-ωEX<0，因此上下游依舊實施正向措施，即上游采取環(huán)境保護(hù)措施，下游進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。
d.進(jìn)一步分析下游經(jīng)濟(jì)初始收益對上下游實施正向措施的影響。將相關(guān)參數(shù)的數(shù)值設(shè)置為：EX=500，ES=50，α=0.3，β=0.2，B=270，ω=0.3，ε=0.4，EH=200，分析此時的上下游博弈演化過程，結(jié)果如圖4所示。
(a) 博弈雙方演化策略
(b) 上游區(qū)域不同時間的演化策略
(c) 下游區(qū)域不同時間的演化策略圖4 改變下游區(qū)域的經(jīng)濟(jì)初始收益時的模擬演算結(jié)果
由于在圖1～3的上下游博弈演化過程中，EX均為300，此時下游初始經(jīng)濟(jì)條件好，上下游的博弈過程顯示如下：上游采取環(huán)境保護(hù)措施意愿幾乎沒有影響，而對下游采取生態(tài)補(bǔ)償?shù)囊庠付扔酗@著影響，表現(xiàn)為圖4(c)中下游區(qū)域?qū)嵤┭a(bǔ)償策略時收斂到y(tǒng)=1的時間急劇縮短，說明下游經(jīng)濟(jì)條件越好，越希望獲取優(yōu)質(zhì)的水源資源，因此下游區(qū)域采取補(bǔ)償措施的意愿度迅速增加。
3 結(jié) 論
a.若上游區(qū)域?qū)嵤┑沫h(huán)境保護(hù)策略導(dǎo)致延緩經(jīng)濟(jì)發(fā)展，由此帶來上游區(qū)域經(jīng)濟(jì)減少量大于獲得的生態(tài)補(bǔ)償，此時上游將不實施環(huán)境保護(hù)策略；若下游需要給予的補(bǔ)償值較大，綜合效益不高，下游區(qū)域?qū)⒉粚嵤┥鷳B(tài)補(bǔ)償?shù)拇胧簧嫌螀^(qū)域?qū)嵤┉h(huán)境保護(hù)策略且下游區(qū)域采取生態(tài)補(bǔ)償措施，需要建立在一定的條件基礎(chǔ)上。
b.環(huán)境收益值的變化對上下游采取正向措施意愿度的影響較小；上游經(jīng)濟(jì)初始狀況越差，上游區(qū)域傾向于進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的意愿度越低；下游對上游的補(bǔ)償越大，下游區(qū)域采取補(bǔ)償措施的意愿度越低；下游區(qū)域初始經(jīng)濟(jì)狀況越好，下游區(qū)域采取補(bǔ)償措施的意愿度越高。
c.在制定上下游生態(tài)保護(hù)策略和生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制時，應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)?shù)爻跏冀?jīng)濟(jì)狀況，制定適當(dāng)?shù)恼吆椭贫龋e極調(diào)動上游生態(tài)保護(hù)積極性，保證上游經(jīng)濟(jì)收入不低于保護(hù)前的利益獲得；對于下游需要付出的生態(tài)補(bǔ)償，應(yīng)兼顧自身環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使得下游經(jīng)濟(jì)在一定條件限制下充分發(fā)展，對上游進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。由此統(tǒng)籌協(xié)調(diào)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使得環(huán)境和經(jīng)濟(jì)綜合效益最大化。對上下游利益相關(guān)體進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償博弈研究時，必須考慮各利益體的自身發(fā)展?fàn)顩r，當(dāng)生態(tài)補(bǔ)償或環(huán)境保護(hù)損失的利益超過利益體承受邊界時，往往無法取得理想的協(xié)調(diào)效果。
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