張麗娜　吳鳳平　王丹

摘要 省區(qū)初始排污權(quán)配置具有多階段性、復(fù)雜性及不確定性特征。面向水功能區(qū)限制納污紅線約束，根據(jù)省區(qū)初始排污權(quán)配置的基本假設(shè)，引入?yún)^(qū)間數(shù)和隨機(jī)數(shù)來(lái)描述不確定性信息，以因省區(qū)初始排污權(quán)配置產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為第1個(gè)階段，以因承擔(dān)減排責(zé)任而可能產(chǎn)生的治污損失為第2個(gè)階段，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)流域經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)，并以配置結(jié)果能夠體現(xiàn)社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展連續(xù)性為約束條件，構(gòu)建基于納污能力控制的省區(qū)初始排污權(quán)區(qū)間兩階段隨機(jī)規(guī)劃（ITSP）配置模型，分水污染物類別確定不同減排情形下的省區(qū)初始排污權(quán)配置方案。在三種減排情形下，2020年太湖流域各省區(qū)的初始排污權(quán)配置結(jié)果表明：①江蘇省、浙江省和上海市的COD初始排污權(quán)配置區(qū)間量沒(méi)有明顯變化，其N(xiāo)H3N和TP初始排污權(quán)配置區(qū)間量總體呈上升或遞增趨勢(shì)；②太湖流域各省區(qū)因初始排污權(quán)的配置產(chǎn)生的總體經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)區(qū)間數(shù)分別為[335.35， 399.75]億元、[336.63， 401.11]億元和[339.08， 402.74]億元，最優(yōu)區(qū)間數(shù)的下限值、上限值及期望值總體呈上升或遞增趨勢(shì)。分類確定不同減排情形下的配置方案，并提出方案實(shí)施的政策建議，為排污權(quán)配置決策提供更為準(zhǔn)確的決策空間。

關(guān)鍵詞 區(qū)間數(shù)；納污能力控制；省區(qū)初始排污權(quán)；區(qū)間兩階段隨機(jī)規(guī)劃

中圖分類號(hào) TV213.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1002-2104（2016）08-0088-09

doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2016.08.013

由于人類對(duì)水資源的無(wú)序開(kāi)發(fā)和受氣候變化的影響，水環(huán)境惡化和水生態(tài)退化等問(wèn)題在世界各地頻繁出現(xiàn)，導(dǎo)致可用的淡水資源的水量繼續(xù)減少，水質(zhì)日益惡化，嚴(yán)重影響和制約著世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)程[1-2]。為了解決我國(guó)日益突出的水問(wèn)題，2011年中共中央1號(hào)文件《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革的決定》和中央水利工作會(huì)議明確提出要實(shí)行水功能區(qū)限制納污制度，嚴(yán)格控制入河湖排污總量，并確立了水功能區(qū)限制納污紅線。《2013年中國(guó)水利發(fā)展報(bào)告》指出，流域水生態(tài)問(wèn)題十分嚴(yán)峻，流域入河湖污染物不斷增加，水體水質(zhì)持續(xù)惡化[3]。因此，如何有效落實(shí)水功能區(qū)限制納污制度，從根本上緩解水污染問(wèn)題，保障21世紀(jì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中的重大課題。

1 文獻(xiàn)綜述

水功能區(qū)限制納污紅線的確定需充分考慮水域納污能力，是對(duì)入河湖排污總量的宏觀總量控制和微觀定額管理，主要用于改善水質(zhì)和維護(hù)河湖生態(tài)健康[4]。在省區(qū)初始排污權(quán)的配置過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)水污染物分類控制，科學(xué)核定水域的納污能力，實(shí)行水體納污能力控制。省區(qū)初始排污權(quán)配置是指政府及其授權(quán)環(huán)境主管部門(mén)，根據(jù)一定規(guī)則，確定各省區(qū)合法合理的水污染物的排放權(quán)利。省區(qū)初始排污權(quán)配置，即省區(qū)初始水權(quán)微觀調(diào)控層面的排污權(quán)配置，作為省區(qū)初始水權(quán)配置的第二個(gè)關(guān)鍵階段和重要內(nèi)容[5]，是實(shí)施排污權(quán)交易的重要前提和關(guān)鍵條件，是排污權(quán)交易中爭(zhēng)議最大和最困難的問(wèn)題[6]，也是落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度的重要技術(shù)支撐之一。同時(shí)，將污染物入河湖限制排污總量合理有效的配置給流域內(nèi)各省區(qū)，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境容量資源的優(yōu)化配置，是確保減排任務(wù)完成的關(guān)鍵所在。

結(jié)合省區(qū)初始排污權(quán)配置的內(nèi)涵，系統(tǒng)梳理國(guó)外與此內(nèi)涵相同或相似的同類研究成果，代表性成果如下：①基于經(jīng)濟(jì)學(xué)最優(yōu)或公平性思想的排污權(quán)配置方法。Mostafavi等[7]指出，水污染物排放量配置問(wèn)題是一個(gè)包含水質(zhì)模擬過(guò)程的，以改善水質(zhì)和污水處理費(fèi)用最小為目標(biāo)的多目標(biāo)規(guī)劃優(yōu)化決策問(wèn)題；Sun等[8]基于兼顧公平效率的思想，選取水資源量、人口、GDP和COD最大允許排放量指標(biāo)，構(gòu)建基于信息熵最大的水污染物排放權(quán)配置模型。②多階段的排污權(quán)配置方法。Wang等[9]提出了基于兩階段的排污權(quán)配置方法，第一階段是通過(guò)分析加權(quán)信息熵來(lái)考察公平性，第二階段是通過(guò)分析單位GDP的排放量和能源消耗量來(lái)考察效率性。

隨著我國(guó)水問(wèn)題的日益凸顯，省區(qū)初始排污權(quán)配置問(wèn)題，即面向區(qū)域的流域或河流初始排污權(quán)配置問(wèn)題，正逐漸成為很多學(xué)者關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)，代表性成果如下：①單目標(biāo)配置模型。高柱和李壽德[10]以通過(guò)減排保護(hù)水體環(huán)境為目標(biāo)，基于太湖流域水功能區(qū)劃，利用等比例削減法對(duì)太湖流域初始排污權(quán)進(jìn)行配置。②多目標(biāo)配置模型。黃顯峰等[11]以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)和水質(zhì)最優(yōu)為目標(biāo)，以污染物濃度控制、排污者臨界排污量、總量控制及公平性為約束條件，構(gòu)建河流排污權(quán)多目標(biāo)優(yōu)化配置模型。③多指標(biāo)決策模型。于術(shù)桐等[12，13]在分析流域排污權(quán)初始配置影響因素及相應(yīng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了流域初始排污權(quán)多目標(biāo)配置模型。④混合配置方法。王慧敏等[14]從多利益相關(guān)者合作的角度，構(gòu)建一種政策型政府主體監(jiān)管、經(jīng)營(yíng)型政府主體主導(dǎo)、多利益相關(guān)者參與、流域工業(yè)初始排污權(quán)政府限額定價(jià)合作配置體系；王潔方[15]提出了總量控制下流域初始排污權(quán)的競(jìng)爭(zhēng)性混合配置方法，即在模擬“排污方”在排污管理者總體控制下，以“自身排污配比最大化”為目標(biāo)，按競(jìng)爭(zhēng)性配置方法進(jìn)行配置。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們主要是以配置結(jié)果體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)性、公平性等為目標(biāo)，以各省區(qū)的政策、水環(huán)境容量等為約束條件，構(gòu)建單目標(biāo)或多目標(biāo)配置模型或多指標(biāo)決策模型。但將不確定方法應(yīng)用于初始排污權(quán)配置，解決流域入河湖主控污染物在各省區(qū)間配置的研究較少。事實(shí)上，省區(qū)初始排污權(quán)的配置對(duì)象可能是多種污染物入河湖限制排污總量，使得設(shè)計(jì)一套共用的配置指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)多種污染物入河湖限制排污總量在省區(qū)間的有效配置變得不切實(shí)際。多種污染物入河湖限制排污總量被產(chǎn)權(quán)界定后產(chǎn)生的多重復(fù)雜屬性，導(dǎo)致省區(qū)初始排污權(quán)配置問(wèn)題具有復(fù)雜性特征[16]。同時(shí)，排污權(quán)權(quán)益配置和減排負(fù)擔(dān)配置是省區(qū)初始排污權(quán)配置的兩個(gè)方面，具有多階段性；且面對(duì)各省區(qū)的多種污染物排放需求水平，決策者很難對(duì)規(guī)劃年減排責(zé)任做出精確的判斷，包含很多的不確定性，且該種不確定性能夠被表述為某種概率水平下的隨機(jī)變量。因此，省區(qū)初始排污權(quán)配置是一個(gè)處理多階段、多種需求水平和多種選擇條件下以概率和區(qū)間數(shù)形式表示的不確定性問(wèn)題，具有多階段性、復(fù)雜性和不確定性特征。

針對(duì)省區(qū)初始排污權(quán)配置的特征，設(shè)計(jì)如下關(guān)鍵步驟予以配置：利用區(qū)間兩階段隨機(jī)規(guī)劃（Inexact TwoStage Stochastic Programming，ITSP）方法在處理多階段、多種需求水平和多種選擇條件下以概率和區(qū)間數(shù)形式表示的不確定性問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)[17-18]，構(gòu)建基于納污能力控制的省區(qū)初始排污權(quán)ITSP配置模型，同時(shí)，基于區(qū)間優(yōu)化的思想將ITSP配置模型轉(zhuǎn)化為目標(biāo)上限值子模型和目標(biāo)下限值子模型，通過(guò)Matlab7.0軟件予以求解。最后，以太湖流域?yàn)槔M(jìn)行實(shí)例分析，驗(yàn)證配置模型的有效性和實(shí)用性。

2 基于納污能力控制的省區(qū)初始排污權(quán)ITSP配置模型的構(gòu)建

2.1 基本假設(shè)

結(jié)合目前我國(guó)環(huán)境監(jiān)管及各省區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)情況及發(fā)展趨勢(shì)，作出如下假設(shè)：

假設(shè)1 利益和負(fù)擔(dān)分配構(gòu)成省區(qū)初始排污權(quán)配置的兩個(gè)方面

省區(qū)初始排污權(quán)配置是對(duì)污染物入河湖限制排污總量的分配，而按照我國(guó)環(huán)境保護(hù)相關(guān)法律或政策規(guī)定，水污染物的入河湖排放總量必須呈現(xiàn)一種逐漸遞減的趨勢(shì)，逐漸遞減的排放總量按照一定比例附隨在待配置的每一具體排放權(quán)份額上面，故流域內(nèi)省區(qū)i在獲得污染物d排放權(quán)利益的過(guò)程，同時(shí)，也是在接受不斷遞增的排放負(fù)擔(dān)的過(guò)程。

假設(shè)2 統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—生態(tài)效益是省區(qū)初始排污權(quán)配置的一般策略

在嚴(yán)核污染物入河湖限制排污總量的前提下，中央政府或環(huán)境主管部門(mén)雖然理論上是為實(shí)現(xiàn)公共利益而存在，但現(xiàn)實(shí)中仍無(wú)法擺脫“經(jīng)濟(jì)人”的利益傾向[19]。為了保證省區(qū)初始排污權(quán)配置結(jié)果能夠體現(xiàn)社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益，保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展連續(xù)性，省區(qū)初始排污權(quán)配置應(yīng)秉持統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—生態(tài)效益的一般策略，即在配置結(jié)果能夠體現(xiàn)社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展連續(xù)性的約束條件下，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)目標(biāo)。

2.2 目標(biāo)函數(shù)及約束條件

2.2.1 目標(biāo)函數(shù)

利用兩階段隨機(jī)規(guī)劃（twostage stochastic programming，TSP）方法[20]，以污染物入河湖限制排污總量（WP）o為配置對(duì)象，根據(jù)基本假設(shè)1，構(gòu)建以因省區(qū)初始排污權(quán)配置而獲得的初始排污權(quán)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為第1個(gè)階段，以因承擔(dān)減排責(zé)任而可能產(chǎn)生的減排損失為第2個(gè)階段，以經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)為目標(biāo)，構(gòu)建基于納污能力控制的省區(qū)初始排污權(quán)TSP配置模型的目標(biāo)函數(shù)。

省區(qū)初始排污權(quán)配置過(guò)程涉及水生態(tài)條件、氣候條件、區(qū)域政策等因素，具有技術(shù)復(fù)雜性和政治敏感性，其中包含很多不確定因素，決策者很難對(duì)流域的污染物入河湖允許排放量WP進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變動(dòng)導(dǎo)致單位排污權(quán)所獲得的收益BWP難以用單一實(shí)值量化；流域內(nèi)各省區(qū)相關(guān)水環(huán)境保護(hù)政策的實(shí)施、水生態(tài)及氣候條件的改變使單位污水減排損失CWP也難以精確量化。為了表示這種不確定性，本文引入?yún)^(qū)間數(shù)的概念，以“+”表示配置參數(shù)及變量的上限值，“–”表示配置參數(shù)及變量的下限值，結(jié)合TSP配置模型的目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建基于納污能力控制的省區(qū)初始排污權(quán)ITSP配置模型的目標(biāo)函數(shù)：

將第2個(gè)階段因承擔(dān)減排責(zé)任而產(chǎn)生的治污損失視為期望損失。其中，EWP±idt可視為規(guī)劃年t省區(qū)i對(duì)污染物d的納污能力控制排污量GWP±idt與初始排污權(quán)量WP±idt之差，受歷年來(lái)水量水平AI、歷年污染物入河湖排放量WPEL、入河湖系數(shù)、科技進(jìn)步等因素的影響而出現(xiàn)不同的情形，較難確定。鑒于研究資料的可獲取性及計(jì)算的可行性，本研究以年來(lái)水量水平和流域歷年污染物d入河湖排放量作為影響排污責(zé)任配置的主要因素，故將流域AI和WPEL按離散函數(shù)處理，綜合流域AI概率分布值ph（AI）和WPEL的概率分布值pdh（WPEL）為不同情形出現(xiàn)的概率pdh。當(dāng)h=1時(shí)，表示規(guī)劃年內(nèi)來(lái)水量最少，排污需求最高，減排責(zé)任最大；當(dāng)h=2時(shí)，表示規(guī)劃年內(nèi)來(lái)水量較少，排污需求較高，減排責(zé)任較大；當(dāng)h=H時(shí)，表示規(guī)劃年內(nèi)來(lái)水量最多，排污需求最少，減排責(zé)任最小。則式（1）可變形為：

2.2.2 約束條件

根據(jù)基本假設(shè)2，設(shè)計(jì)使得配置結(jié)果能夠體現(xiàn)社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展連續(xù)性的約束條件，約束條件的具體量化過(guò)程如下：

（1）體現(xiàn)社會(huì)效益的約束條件。在省區(qū)初始排污權(quán)的配置過(guò)程中，高效和公平是初始排污權(quán)配置公認(rèn)的兩大原則，流域排污權(quán)管理機(jī)構(gòu)除了考慮經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題外，還必須考慮配置的社會(huì)效益問(wèn)題。社會(huì)效益體現(xiàn)在流域內(nèi)各省區(qū)能夠獲得公平排污權(quán)，配置的結(jié)果有助于提高各省區(qū)防污及減排的積極性，促進(jìn)各省區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展。體現(xiàn)社會(huì)效益的約束條件的量化過(guò)程如下：①描述省區(qū)初始排污權(quán)配置公平性的代表性指標(biāo)。借鑒相關(guān)領(lǐng)域表征資源初始權(quán)配置公平的代表性指標(biāo)的選取標(biāo)準(zhǔn)，如Van der Zaag等[21]認(rèn)為以人口數(shù)量作為國(guó)際河流的水資源配置指標(biāo)更能體現(xiàn)配置的公平性。因此，選擇人口數(shù)量指標(biāo)作為表征省區(qū)初始排污權(quán)配置公平性的代表性指標(biāo)。②基于代表性指標(biāo)的污染物排放量基尼系數(shù)不大于現(xiàn)狀值。計(jì)算各省區(qū)人口數(shù)量的累計(jì)百分比和污染物排放量的累計(jì)百分比，采用梯形面積法[22]，計(jì)算出規(guī)劃年t基于人口數(shù)量指標(biāo)的污染物d排放量的基尼系數(shù)G±dt，則其不大于現(xiàn)狀值的約束條件可表示為：

mi=1M±it為規(guī)劃年t流域所轄省區(qū)i人口數(shù)量的累計(jì)百分比，%；M±it為規(guī)劃年t流域所轄省區(qū)i的人口數(shù)量，萬(wàn)人；Y±idt=Y±（i-1）dt+WP±idt/∑mi=1WP±idt為規(guī)劃年t省區(qū)i關(guān)于污染物d的初始排污權(quán)量的累計(jì)百分比，%；WP±idt是規(guī)劃年t省區(qū)i分配到的關(guān)于污染物d的初始排污權(quán)量，t/a；G±dt0為人口數(shù)量指標(biāo)對(duì)應(yīng)污染物d排放量的基尼系數(shù)現(xiàn)狀值；當(dāng)i=1時(shí)，（X±（i-1）t，Y±（i-1）dt）視為（0，0）。

（2）體現(xiàn)生態(tài)環(huán)境效益的約束條件。生態(tài)環(huán)境效益主要體現(xiàn)入河湖排污量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的壓力作用，目的是嚴(yán)格控制流域整體的入河湖排污總量，減緩入河湖排污量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的壓力。為了使省區(qū)初始排污權(quán)的配置結(jié)果能夠體現(xiàn)生態(tài)環(huán)境效益，須要求流域內(nèi)各省區(qū)的主要污染物的排放總量控制在一定的范圍之內(nèi)。規(guī)劃年t中央政府或流域環(huán)境主管部門(mén)根據(jù)水環(huán)境容量，確定主要污染物入河湖允許排放量區(qū)間，由此可以確定規(guī)劃年t流域內(nèi)污染物d的年排污總量限制區(qū)間，記為W～P±dt。則體現(xiàn)生態(tài)環(huán)境效益的約束條件可表述為：

（3）體現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展連續(xù)性的約束條件。省區(qū)初始排污權(quán)配置應(yīng)體現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展連續(xù)性原則，尊重現(xiàn)狀排污情況和歷史排污習(xí)慣，保證各省區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的連續(xù)性。保障措施是使各省區(qū)配置到的初始排污權(quán)與各省區(qū)歷年配置到的平均排污權(quán)相比，變化幅度控制在一定的范圍內(nèi)。即

其中，λ±t 為矯正系數(shù)，0<λ-t≤λ+t<1，它將規(guī)劃年t省區(qū)i理論配置到的污染物d的初始排污權(quán)WP±idt與歷年配置到的平均排污權(quán)WP-±id之間的差異，控制在該省區(qū)基準(zhǔn)年t0污染物d排放量WP～*idt0 的某個(gè)百分比之內(nèi)；λ±t的取值越小，體現(xiàn)省區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展連續(xù)性的效果就越顯著，其取值范圍將根據(jù)流域內(nèi)各個(gè)省區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)、水量大小、河流的自凈能力等具體實(shí)際情況而定。

（4）一般性的約束條件。一般性的約束條件包括各省區(qū)污染物入河湖限制排污總量約束和決策變量的非負(fù)性約束，即規(guī)劃年t省區(qū)i理論配置到的污染物d的初始排污權(quán)WP±idt不大于省區(qū)i關(guān)于污染物d的限制排污總量GWP±idt；以及決策變量WP±idt和EWP±idt的非負(fù)性約束。即

2.2.3 相關(guān)參數(shù)的率定

（1）決策參數(shù)α±it的率定。①采用算術(shù)平均數(shù)公式計(jì)算流域內(nèi)省區(qū)i的歷年GDP平均值GDPi，其中，為了消除價(jià)格因素的影響，GDP應(yīng)按照起始年t=1的不變價(jià)格進(jìn)行調(diào)整；②利用指數(shù)平滑法計(jì)算流域內(nèi)省區(qū)i的歷年GDP加權(quán)平均值GDPt；③規(guī)劃年t中央政府或流域環(huán)境主管部門(mén)對(duì)省區(qū)i的偏好α±it。鑒于我國(guó)各省區(qū)的GDP值在總體上呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，計(jì)算省區(qū)i的歷年GDP平均值時(shí)，倚重的近期數(shù)據(jù)越多，歷年GDP平均值越大，故GDPi≥GDPi，設(shè)定省區(qū)i的歷年GDP平均值占流域GDP總值的比例區(qū)間數(shù)為α±it，即[α-it，α+it]=[GDPi/（GDPi+∑ml≠iGDPl），GDPi/（GDPi+∑ml≠iGDPl）]。

（2）決策參數(shù)BWP±idt的率定。設(shè)規(guī)劃年t流域內(nèi)省區(qū)i的經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)為Qit（WP±it），可用GDP等經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)表示，令省區(qū)i的排污績(jī)效函數(shù)用Vidt（WP±idt）=Vidt（Qit（WP±it）/WP±idt）表示， Qit（WP±it）/WP±idt可利用Matlab7.0軟件的cftool工具箱，通過(guò)指數(shù)函數(shù)擬合法進(jìn)行擬合，BWP±idt值由Vidt（WP±idt）/WP±idt中冪指數(shù)前的系數(shù)表示。

（3）決策參數(shù)CWP±idt的率定。根據(jù)省區(qū)i對(duì)污染物d的歷年單位處理成本，利用Matlab7.0軟件的cftool工具箱，基于“厚近薄遠(yuǎn)”的思想，結(jié)合省區(qū)i對(duì)污染物d的歷年單位處理加權(quán)成本的散點(diǎn)圖，選擇合適的擬合方法予以確定。

（4）減排責(zé)任概率分布值pdh的率定。先對(duì)歷史統(tǒng)計(jì)區(qū)間年的來(lái)水量水平AL和污染物入河湖量WPEL進(jìn)行離散化處理，確定不同減排情形h下，AL出現(xiàn)的概率ph（AL）和WPEL的概率分布值pdh（WPEL）。由于AL對(duì)減排責(zé)任期望值具有負(fù)向影響，而WPEL對(duì)其具有正向影響，為了使ph（AL）和pdh（WPEL）具有可加性，應(yīng)統(tǒng)一兩個(gè)概率分布值的影響方向，故pdh=ξph（AI）+（1-ξ）pd（H+1-h）（WPEL），∑Hh=1pdh=1，其中，0≤ξ≤1，d=1，2，…，D，h=1，2，…，H。ξ的取值將視流域的具體水環(huán)境狀況和水資源稟賦等而定，其值越接近于1，表明pdh受AL的影響越大；若ξ=0.5，表明WPEL和AL對(duì)pdh的影響相近；ξ的取值越接近于0，表明pdh受AL的影響越小。

2.3 配置模型

根據(jù)前文的分析，可知需要求解的基于納污能力控制的省區(qū)初始排污權(quán)ITSP配置模型如下：

3 配置模型的求解

決策變量WP±idt和EWP±idt是以區(qū)間數(shù)的形式表示的不確定數(shù)，很難判斷其取何精確值時(shí)，省區(qū)初始排污權(quán)配置的經(jīng)濟(jì)效益最大，故需要將ITSP模型轉(zhuǎn)化為確定性模型，即基于區(qū)間優(yōu)化的思想，將模型（7）轉(zhuǎn)化為目標(biāo)上限值子模型和目標(biāo)下限值子模型，并利用Matlab7.0軟件的GA求解器予以求解。

3.1 目標(biāo)上限值子模型及其求解

由于構(gòu)建ITSP配置模型的目標(biāo)是最大化省區(qū)初始排污權(quán)配置的經(jīng)濟(jì)效益，因此，將目標(biāo)函數(shù)f+定義為目標(biāo)上限子模型，且可變形為：

鑒于目標(biāo)上限值子模型（8）是一個(gè)含有復(fù)雜約束條件的優(yōu)化問(wèn)題，對(duì)于目標(biāo)上限值子模型，利用通過(guò)Matlab7.0軟件的GA求解器進(jìn)行求解得WP+idtopt，EWP-idthopt，并可據(jù)此計(jì)算得出f +opt。

3.2 目標(biāo)下限值子模型及其求解

同時(shí)，基于以上分析和目標(biāo)上限值子模型的求解結(jié)果，可得到滿足目標(biāo)上限約束的目標(biāo)下限值子模型：

4 案例分析

4.1 數(shù)據(jù)的收集與處理

“十二五”期間，太湖治理初見(jiàn)成效，飲用水安全得到有效保障，水環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)中趨好。2012年太湖流域現(xiàn)狀主要污染物COD入河湖量已經(jīng)控制在其納污能力547 055 t/a之內(nèi)，污染物NH3N入河湖量和TP入河湖量仍大幅度超過(guò)其納污能力（NH3N為37 487 t/a、TP為3 567 t/a）。面對(duì)嚴(yán)格控制入河湖排污總量的要求，太湖流域主要污染物減排的壓力依然很大。

4.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

利用水利部太湖流域管理局委托項(xiàng)目“太湖流域初始水權(quán)配置方法探索”（2009-2010）部分成果資料，通過(guò)《太湖流域及東南諸河水資源公報(bào)》、《太湖健康報(bào)告》、《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案（2013年）》、《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》以及太湖流域各市區(qū)《環(huán)境狀況公報(bào)》，以及水利部太湖流域管理局編《太湖流域水資源及其開(kāi)發(fā)利用》、《太湖流域水資源保護(hù)規(guī)劃及研究》和調(diào)研等方式，得 2000-2012年太湖流域各省區(qū)主要污染物入河湖量，如表1所示。

4.1.2 主要污染物入河湖控制總量的確定

由于《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案（2013 年）》、《太湖流域綜合規(guī)劃（2012-2030年）》、《太湖流域水資源保護(hù)規(guī)劃及研究》等各個(gè)規(guī)劃方案的規(guī)劃范圍與納污能力計(jì)算方法不同，致使規(guī)劃年2020年主要污染物入湖控制目標(biāo)控制總量并不統(tǒng)一。為盡可能真實(shí)的反映水域納污能力，本研究以區(qū)間數(shù)來(lái)表示主要污染物入河湖控制總量，如表2所示。

4.2 太湖流域省區(qū)初始排污權(quán)配置結(jié)果及分析

基于區(qū)間優(yōu)化的思想，將模型（7）轉(zhuǎn)化為目標(biāo)上限值子模型和目標(biāo)下限值子模型2個(gè)子模型，代入相關(guān)決策參數(shù)值，利用Matlab7.0軟件的GA求解器求解。結(jié)合兩個(gè)子模型的求解結(jié)果，得三種減排情形下2020年太湖流域省區(qū)初始排污權(quán)配置方案，具體見(jiàn)表3。

（1）從表3可知：①在h=1，2，3三種減排情形下，江蘇省、浙江省和上海市的COD初始排污權(quán)配置區(qū)間量沒(méi)有明顯變化。原因是現(xiàn)狀年三省區(qū)COD排放量之和為488 939.80 t/a，而根據(jù)《太湖流域綜合規(guī)劃（2012-2030年）》計(jì)算成果，按照1971年降水過(guò)程P=90%作為納污能力計(jì)算的設(shè)計(jì)降雨條件，計(jì)算得流域水功能區(qū)關(guān)于COD納污能力為547 055 t/a，故現(xiàn)狀年的COD排放量已控制在流域水功能區(qū)關(guān)于COD的納污能力之內(nèi)。因此，COD限制排放總量在三省區(qū)之間的配置與減排情形的關(guān)系較小，致使在三種減排情形下，三省區(qū)的COD初始排污權(quán)配置區(qū)間量沒(méi)有明顯變化。②在h=1，2，3三種減排情形下，江蘇省、浙江省和上海市的NH3N初始排污權(quán)配置區(qū)間量總體呈上升或遞增趨勢(shì)。原因如下：一是現(xiàn)狀年三省區(qū)NH3N排放量之和超過(guò)流域水功能區(qū)關(guān)于NH3N納污

能力，即48 379.82 t/a >37 487 t/a，NH3N限制排放總量在三省區(qū)的初始排污權(quán)配置將會(huì)受到減排情形的影響；二是在減排情形h=1時(shí)，即太湖流域在規(guī)劃年2020年內(nèi)來(lái)水量較少，排污需求較高，太湖流域減排責(zé)任較大，為了將流域NH3N入河湖排污總量限制在其納污能力之內(nèi)，會(huì)相應(yīng)的減少NH3N在三省區(qū)的初始排污權(quán)配置區(qū)間量。③在h=1，2，3三種減排情形下，江蘇省、浙江省和上海市的TP初始排污權(quán)配置區(qū)間量總體呈上升或遞增趨勢(shì)。原因如下：現(xiàn)狀年三省區(qū)TP排放量之和超過(guò)流域水功能區(qū)關(guān)于TP納污能力，即8 306.60 t/a >3 567.00 t/a，減排情形將會(huì)影響TP限制排放總量在三省區(qū)的初始排污權(quán)配置；二是在減排情形h=1時(shí)，太湖流域減排責(zé)任較大，為了將流域TP入湖排污總量限制在其納污能力之內(nèi)，會(huì)相應(yīng)的減少TP在三省區(qū)的初始排污權(quán)配置區(qū)間量。

（2）在h=1，2，3三種減排情形下，太湖流域各省區(qū)因初始排污權(quán)的配置產(chǎn)生的總體經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)區(qū)間數(shù)分別為[335.35， 399.75]億元、[336.63， 401.11]億元和[339.08， 402.74]億元。在h=1，2，3三種減排情形下，①太湖流域各省區(qū)因初始排污權(quán)的獲得而產(chǎn)生的總體經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)區(qū)間數(shù)的下限值分別為335.35億元、336.63億元和339.08億元，總體上呈上升或遞增趨勢(shì)；②太湖流域各省區(qū)因初始排污權(quán)的獲得而產(chǎn)生的總體經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)區(qū)間數(shù)的上限值分別為399.75億元、401.11億元和402.74億元，總體呈上升或遞增趨勢(shì)；③太湖流域各省區(qū)因初始排污權(quán)的獲得而產(chǎn)生的總體經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)區(qū)間數(shù)的期望值分別為367.55億元、368.87億元和370.91億元，總體呈上升或遞增趨勢(shì)，這表明若太湖流域在規(guī)劃年2020年來(lái)水量較少，排污需求較高，減排責(zé)任較大時(shí)，其因初始排污權(quán)配置而產(chǎn)生的總體經(jīng)濟(jì)效益較少。

結(jié)合表2和表3數(shù)據(jù)，將配置結(jié)果與2020年水域環(huán)境質(zhì)量控制目標(biāo)進(jìn)行對(duì)照分析，具體見(jiàn)表4。從表4可以看出，規(guī)劃年2020年關(guān)于COD、NH3N和TP的配置量較2012年的消減率，與2020年水域環(huán)境質(zhì)量控制目標(biāo)量較2012年的消減率相比，消減區(qū)間更加符合水環(huán)境質(zhì)量控制要求。如綜合太湖流域水資源保護(hù)相關(guān)規(guī)劃的不同要求，確定2020年COD排放量較2012年消減率為[-2.55， 21.88]%，本文面向最嚴(yán)格水資源管理制度的約束，考慮太湖流域的水環(huán)境狀況及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，計(jì)算出三種減排情形下配置結(jié)果較2012年消減率分別為[10.01， 19.12]%，[10.01，19.45] %和[10.01，19.05] %。

4.3 太湖流域省區(qū)初始排污權(quán)配置方案的實(shí)施建議

結(jié)合太湖流域的自然條件和區(qū)域經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，在最嚴(yán)格水資源管理制度框架下，提出實(shí)施配置方案的相關(guān)政策建議。

（1）基于納污能力分情形嚴(yán)核省區(qū)初始排污權(quán)量，嚴(yán)格控制主控污染物的入河湖排污量。由控制COD為主向控制COD和NH3N、TP并重轉(zhuǎn)變，綜合治理太湖水污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化。結(jié)合2020年來(lái)水量和排污需求，從嚴(yán)核定減排責(zé)任，分減排情形確定三種主控污染物的排污權(quán)量，并以此確定各省區(qū)的控制目標(biāo)。責(zé)任主體可通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)：一是通過(guò)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來(lái)減少污染源，同時(shí)，強(qiáng)化科技支撐作用，通過(guò)城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)、農(nóng)業(yè)面源NH3N及TP攔截生態(tài)工程等措施提高污染物削減能力。二是充分發(fā)揮價(jià)格調(diào)節(jié)機(jī)制的作用，完善環(huán)境價(jià)格體系。在提高COD排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，全面開(kāi)征NH3N和TP排污費(fèi)，依據(jù)“獎(jiǎng)優(yōu)罰劣”原則，建立超標(biāo)倍數(shù)計(jì)收超標(biāo)排污費(fèi)懲罰機(jī)制，以及污染損失補(bǔ)償、治污控源獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。

（2）推行環(huán)境資源有償使用制度，分類建立排污權(quán)交易平臺(tái)。由于2012年COD排放量已控制在流域水功能區(qū)關(guān)于COD的納污能力之內(nèi)，同時(shí)，在三種減排情形下，三省區(qū)的COD初始排污權(quán)配置區(qū)間量沒(méi)有明顯變化。在此基礎(chǔ)上，太湖流域可開(kāi)展COD排放權(quán)初始分配有償試點(diǎn)，開(kāi)展排污權(quán)交易，并逐步擴(kuò)大到NH3N、TP控制指標(biāo)，培育排污權(quán)交易一級(jí)、二級(jí)市場(chǎng)，分類建立排污權(quán)交易平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)排污權(quán)交易，督進(jìn)排污單位加快污染物減排和深度治理。

（3）加強(qiáng)環(huán)境宣傳與教育，提高維護(hù)環(huán)境權(quán)益意識(shí)。當(dāng)太湖流域在2020年減排責(zé)任較大時(shí)，其因初始排污權(quán)配置而產(chǎn)生的總體經(jīng)濟(jì)效益較少。為此，太湖流域應(yīng)加強(qiáng)

環(huán)境宣傳與教育，提高公眾對(duì)太湖“藻情”的科學(xué)認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，保護(hù)環(huán)境具有改善人居環(huán)境、社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等社會(huì)效益，認(rèn)識(shí)到維護(hù)環(huán)境權(quán)益的重要性。如增強(qiáng)全社會(huì)的環(huán)境憂患意識(shí)和責(zé)任意識(shí)，當(dāng)公眾受到水污染威脅或損害時(shí)，擁有通過(guò)民事訴訟等方式提出損失補(bǔ)償?shù)纫蟮囊庾R(shí)。

5 結(jié) 論

根據(jù)省區(qū)初始排污權(quán)配置的基本假設(shè)，引入?yún)^(qū)間數(shù)和隨機(jī)數(shù)描述不確定信息，利用ITSP方法在處理多階段、多種需求水平和多種選擇條件下以概率和區(qū)間數(shù)形式表示的不確定性問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建了基于納污能力控制的省區(qū)初始排污權(quán)ITSP配置模型。以太湖流域?yàn)槔M(jìn)行案例分析，基于區(qū)間優(yōu)化的思想，對(duì)配置模型進(jìn)行求解，獲得3種減排情形下，規(guī)劃年2020年關(guān)于三種主控污染物COD、NH3N和TP的太湖流域省區(qū)初始排污權(quán)配置方案，實(shí)現(xiàn)三種主控污染物入河湖限制排污總量在流域內(nèi)各省區(qū)間的分類配置。分減排情形以區(qū)間數(shù)的形式，計(jì)算出太湖流域各省區(qū)的初始排污權(quán)配置區(qū)間量，并在最嚴(yán)格水資源管理制度框架下，給出實(shí)施ITSP配置方案的相關(guān)政策建議，為排污權(quán)配置決策提供新的研究視角。

（編輯：劉呈慶）

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