省域污染物总量控制指标差异性公平分配与优化算法研究——基于不对称Nash谈判模型

公平合理的污染物排放总量控制指标分配是总量控制制度有效运行的关键环节。本文综合考虑区域差异、行业差异等,研究总量控制指标差异性公平分配模式;设定区域差异情景、行业差异情景、一般耦合情景和综合耦合情景,运用Nash谈判模型建立政府横向公平对比谈判机制,研究区域污染物总量控制指标差异性公平分配的优化算法,并以吉林省的COD总量控制指标分解为例进行实例分析。结果显示,与基准年排放量占比相比,基于区域差异的分配方案变化不大(-15.22%~4.48%),但基于行业差异的分配方案因化学纤维制造业(30.0%)和黑色金属冶炼和压延加工业(27.2%)配额影响而变化很大(-87.83%~154.22%)。考虑传统总量指标配额行政直接分配模式单一,运用Nash谈判模型对分配结果进行谈判优化,结果显示综合耦合情景下的COD配额分配结果因综合区域差异和行业差异而基本得到了所有市的认可,综合满意度为89.02%;而区域差异情景下的COD配额分配结果,因更接近于基准年排放量占比而得到除吉林市和通化市以外的其他7个城市的认可,优化博弈后的满意度最高(89.25%);一般耦合情景和行业差异情景,因部分配额高指标行业集中到吉林市和通化市,存在很大的争议;博弈结果显示各市并不希望配额指标分配结果偏离基准年太多。因此,实现省域总量控制指标差异性公平分配,可引入政府横向公平谈判机制博弈优化差异性配置方案,识别满意度最高或认可度最高的谈判优化方案,实现总量控制指标分配的差异性公平。     

基于基尼系数的江苏省建设用地总量分配研究

土地资源有限性与建设用地需求增长的矛盾加剧,建设用地增量控制亟需向总量管控转变,而合理分配区域间建设用地总量是实现其总量管控的前提。本文从区域社会经济发展需求和资源禀赋供给约束两方面,筛选出常住人口、GDP、建设用地可拓展空间、农村居民点整理潜力等影响建设用地总量分配的主要指标,兼顾效率与公平,构建基于基尼系数的建设用地总量分配模型,以综合基尼系数最小为目标函数,建立多约束的线性规划求解方程,得到2020年江苏省建设用地总量分配方案。研究结果表明:1基于基尼系数的建设用地总量分配兼顾了资源配置的效率和公平需求,提高了分配方案的合理性。基于基尼系数的分配结果与现行规划方案相比,综合基尼系数由0.330降为0.315,各指标的基尼系数都有不同程度的下降。2根据建设用地总量分配结果,结合建设用地现状规模,测算江苏省13个地级市现行扩张趋势下建设用地总量剩余空间的可使用年限,依据可使用年限与现行规划剩余时间的对比关系,将13个地级市划分为3类建设用地管控区域。苏州、盐城和徐州为合理缩减区,应按照"严控总量,盘活存量"的目标,实施建设用地减量化管理;南京、无锡、常州、南通、连云港、淮安和宿迁为优化调整区,应采取"增量递减、存量优化"的调控策略,逐步缩减新增建设用地规模;扬州、镇江和泰州为重点发展区,应适度增加年度新增指标配置,同时强化新增建设用地的供地门槛。     

城市工业COD总量优化分配研究

总量控制是控制污染源发展趋势、改善环境质量、实现经济社会可持续发展的重要途径,如何在适度公平的基础上寻求环境、经济、技术、资源等整体最优是环境科学领域的研究课题。本文以工业城市苏州市为例,研究其工业化学需氧量的排放特征,以基尼系数法分行业对其工业化学需氧量排放量的公平性进行评价,并将总量控制与资源、社会和经济相联系,以行业经济效益最大化和增加治理投资费用最小化为目标,利用多目标行业总量优化分配模型对苏州市的工业化学需氧量排放总量进行优化分配。研究结果表明,纺织业、化学原料及化学制品制造业、能源和水的生产与供应业、造纸及木材加工、医药制造业等行业是苏州市的化学需氧量重点排放行业,经优化分配后,COD排放总量削减了10%,新鲜用水量减少了41.81%,行业年总产值增幅达到214.69%,资源和水环境容量在满足一定的经济增长速度的条件下实现优化配置,总量控制制度在市场经济体制下发挥出尽可能大的环境效益和经济效益。     

丹江口库区及上游COD和氨氮工业污染源解析

利用2010年工业污染源普查更新数据,以COD和氨氮为分析对象,从排放总量、排放经济强度以及石化、冶金等13类工业行业分类来综合解析丹江口库区及上游工业污染源排放特征和行业贡献。结果表明:丹江口库区及上游工业点源COD、氨氮排放量分别为17 919.7t、2 841.3t;十堰、汉中、商洛工业源COD和氨氮贡献率分别为39.7%、22.6%、19.4%和18.8%、35.9%、38.1%,是COD、氨氮排放贡献率最大的3个地级市。制药、食品和石化为丹江口库区及上游COD排放贡献较高的行业,贡献率分别为40%、19%和16%;而石化、采掘和冶金分别为氨氮排放贡献了45%、20%和17%,为丹江口库区及上游高氨氮排放行业。皮革、造纸2个行业的万元工业产值COD及氨氮排放量均位于前列,分别为33.5kgCOD/万元、25.1kgCOD/万元和4.70kg氨氮/万元、2.27kg氨氮/万元。丹江口库区及上游区域污染防治与管理应从流域层面综合考虑,实施"分区管理、重点控制,分期执行,长久监管"措施。     

基于区域差异的污染物削减总量分配研究

随着污染物总量控制手段在我国的不断推进与深化,如何公平合理地在不同区域之间分配污染物削减总量是学术研究和政府决策关注的重要问题。在对现有的污染物（削减）总量分配方法及其体现的不同分配思想进行比较的基础上,充分考虑污染物从产生、削减到排放的全过程影响因素,提出了合情合理的污染削减分配公平准则。以COD削减总量分配为例,构建了相应的公平分配指标体系,重点考虑各地区在污染物结构减排、工程减排和环境质量状况等方面的差异,基于熵权法建立了体现区域差异的“改进的等比例分配方法”,并对我国省际间COD削减总量分配进行了案例研究。结果表明,这种改进的等比例分配方法,在考虑公平的基础上同时兼顾了各省市之间的差异性,为我国在不同区域间进行不同类型污染物的削减总量分配提供了新的思路与方法     

基尼系数法在水污染物总量区域分配中的应用

水污染物总量的区域初始分配是实施污染物总量控制工作的起点。直接影响到排污许可证的发放工作。如何实现水污染物目标总量初始分配的公平性是要解决的关键问题。通过综合考虑待分配区域的经济、自然等客观因素．筛选出既能充分代表地区水环境承载力，又与总量分配密切相关的指标，应用经济学中衡量居民收入分配公平程度的基尼系数的概念．建立以基尼系数最小化为目标的规划模型，通过设定合理的运算规则和约束条件构建优化方程，制定基于公平性的水污染物总量的区域初始分配方案。初始分配后．可以在区域内部建立排污许可证交易制度．通过企业间的交易。实现社会总体治污成本最小化的目标。     

中国省域碳排放总量控制目标分解研究

为确保实现中国CO2排放在2030年左右达到峰值的承诺,在"十三五"期间探索开展省级层面的碳排放总量控制目标分解是关键措施。基于地区差异构建碳排放总量控制目标分解模型,综合考虑公平、效率和可行三类因素,本研究以浙江省为例,将2013-2020年碳排放总量控制目标分解到各个地市。研究结果表明,浙江省11个地市的碳排放总量控制目标在四类不同情景下基本保持一致。不同权重情景下的结果均有效反映出各地市在经济发展、人民生活和技术水平等方面的差异,表明通过该模型分解碳排放总量控制目标基本合理可行。偏重公平的方案在协调区域经济发展差异方面具有较大优势,该方案一定程度上可倒逼传统经济发展模式向低碳经济转型;偏重效率的方案可最大效率地利用碳排放空间,但需给予足够的资金和技术支持;"十三五"期间我国建成统一的碳交易市场后,偏重可行的分配方案可通过碳交易市场手段实现各地市碳减排和经济发展的双赢。此外,充分发挥战略预留碳排放指标的作用可有效保证各省实现碳排放总量控制目标。尽管在选择分配指标项和分解战略预留目标时仍然存有不确定性,但可随着省级应对气候变化统计体系的建立与完善,以及各省"国民经济和社会发展十三五规划"的出台而逐步减小。本研究创新性地为中国经济发达省份开展碳排放总量控制目标的地市分解工作提供兼顾公平、效率和可行的方案。     

基于水功能区纳污能力的攀枝花限制排污总量研究

实施水功能区限制纳污红线管理,控制陆域范围污染物排放总量,是保障水功能区水质达标的根本途径。针对现有水功能区划分及管理偏重考虑水体自然属性和完整性,缺乏与行政区划、陆域污染源分布的衔接,提出以水功能区划分成果为基础,综合考虑自然水系、行政区划、污染源分布情况的陆域控制单元划分方法,在此基础上,利用GIS空间分析建立水功能区与陆域控制单元的响应关系,制定基于水功能区纳污能力的陆域污染物限制排放总量方案。以攀枝花市河段为例,将攀枝花市划分为15个控制单元,19个控制子单元进行限制排污总量计算及分配,攀枝花全市COD、氨氮限制排放总量分别为17 437.6 t/a、1 866.0 t/a,与攀枝花市污染物总量控制规划成果基本一致。     

水污染物总量控制目标分配研究——考虑主体功能区环境约束

随着污染物总量控制手段在我国的不断推进与深化,不同区域间污染物总量控制目标的公平合理分配方法是目前污染物总量管理研究的热点。文章从公平性的角度出发,充分考虑社会经济发展水平、水污染物削减潜力、主体功能区类型环境目标约束、水环境质量及资源禀赋等方面的差异,构建国家水污染物总量控制目标分配指标体系,利用熵值法与改进等比例分配相结合的方法对2015年国家COD和氨氮总量控制目标进行省级行政单元分配。结果显示,COD和氨氮在各省市自治区的削减目标分配特征基本一致,但削减率存在明显的地区差异。削减率较高的地区主要集中在东部的北京、天津、上海、河北、山东、浙江和广东等地以及中西部的山西、陕西、宁夏和青海等部分地区,其COD和氨氮削减率高于全国平均削减率,分别介于9.1%-14.1%和11.0%-21.8%,这主要与其主体功能区的发展要求、经济发展水平、污染治理水平和水环境质量状况等因素有关。削减率较低的地区主要集中在西部的西藏、新疆、甘肃、贵州和云南等地以及东部的福建和江苏等部分发达地区,其COD和氨氮削减率低于全国平均削减率,分别介于4.7%-7.7%和6.6%-9.5%。其中,西部五省区较低的削减率与其较小的水环境压力、较高的主体功能区环境目标约束有关,东部两省因其污染治理水平较高,削减率略低于全国平均削减水平。从COD和氨氮分配结果来看,符合不同主体功能区类型对水环境质量的要求以及污染减排的最终目的。该分配方法体系,在考虑公平的基础上同时兼顾了地区之间的差异性,为我国在不同区域间进行污染物总量控制目标分配提供了新的思路,对于实现不同地区间协同控制以及水环境质量的改善具有重要的指导意义。     

总量控制下流域初始排污权分配的竞争性混合决策方法

中国排污权交易市场尚不完善,若初始排污权的分配结果与现有排污量差异过大,排污方不能及时调整生产方式或结构与之相适应,同时又无法顺利在市场上购买到所必须的排污权量,排污方的经济社会发展将会受到阻碍。基于此,提出了总量控制下流域初始排污权的竞争性混合分配方式:一部分排污权按照现状排污比例进行分配,另一部分排污权实行竞争性分配。重点研究了排污权的竞争性分配决策:提出了由排污管理者制定柔性决策参数,排污方在柔性参数约束下进行自主竞争的初始排污权配置机制;建立了总量控制下初始排污权分配的竞争性决策模型,模拟排污方在排污管理者的总体控制下以"自身排污配比最大化"为目标通过交互评价的方式参与初始排污权的分配过程。柔性决策参数的构建反映了排污权管理者对初始排污权分配的公平性、高效性原则的整体把握;排污方在柔性权重下以"自评"和"它评"为主要形式进行交叉评价,体现了排污方在排污权分配中的"发言权"和"参与权";排污权管理者对排污方交叉评价结果的集结,实质上是对排污方之间的"利益"进行协调。在初始排污权的竞争性混合分配方式中,竞争性分配的排污权比例取决于流域内排污方的经济社会发展对排污量变化的"敏感度",排污方经济社会发展对排污量变化的"敏感度"越高,竞争性分配的比例的取值宜越小,反之越大。同时,可根据排污交易市场的建设进度,逐步提高竞争性分配排污权的比例,分阶段实现流域排污权的动态分配,最终达到对排污权进行高效、公平分配的目标。以北江流域为例进行了分析,给出了排污权分配总量中竞争性分配比例取不同值时,北江流域6个城市排污权分配的动态结果。     

用水总量控制下江苏省工业废水排放绩效及减排潜力研究

工业生产总值增长对国民经济发展起主导性作用。伴随着经济发展,工业化和城镇化水平的不断提高,工业用水总量多、用水效率低下、废水排放带来的环境污染严重等问题已成为制约工业发展的瓶颈。江苏省工业生产总值位居全国各省份前列,为了保障江苏省工业可持续发展,本文在全要素和环境生产技术框架下,利用规模方向距离函数建立工业废水排放绩效测度模型与工业废水减排潜力测度模型,对江苏省13个地级市2006—2015年工业废水排放绩效进行测算,将工业灰水足迹作为非期望产出,分别得出用水总量控制下期望产出和非期望产出的改进方向、改进目标值及其变化率,从而测度江苏省工业废水排放绩效及其减排潜力,并从苏南、苏北和苏中三大区域差异化视角进行综合分析。然后借助Kernel密度估计方法,分析江苏省各地级市全要素框架下工业废水排放绩效的空间分布规律和动态演变趋势。结果表明:江苏省年均工业废水排放绩效为0.772,工业废水减排值为263.5亿m3,占年均工业灰水排放量的24%。就三大区域而言,年均工业废水排放绩效从高到低依次是苏南、苏中和苏北,其值分别为0.911、0.789和0.624。其中,苏北地区工业废水排放绩效增长速度最快,在2006—2015年期间由0.529增长至0.79,增长率为49.5%。在工业灰水减排潜力方面,苏北减排潜力最大,其次是苏中,苏南最小。从空间分布和动态演变上看,江苏省各地区的工业废水排放绩效存在空间分布上的差异,但差异正在逐步减小,并且绩效值向高水平聚拢。     

汉江中游水污染规律与控制方案研究

汉江中游是汉江流域的重要区段和历史文化名城襄樊市所在地 ,其水环境保护意义重大。干流襄樊市区上游水质良好 ,为Ⅱ～Ⅲ类 ;干流宜城段及除清溪河外的所有支流均污染严重。“九五”期间工业COD重于生活COD ,占 6 1.8% (1998)。预测“十五”期间生活COD重于工业COD ,占58.92 % ;污染负荷集中于襄樊市区、枣阳、襄阳三个流域段 ,共占COD总负荷的 75.32 % (1998) ;制浆造纸业COD在工业源中占 4 9.96 % (1998)。治理 6家重点工业源排污大户共需资金 930 0万元 ,削减COD 1772 6t/a。在工业源全面达标排放的基础上 ,“十五”期间安排了治理生活污水含A、B、C三种项目类型的三个工程方案。第一方案突出了襄樊市区、枣阳、老河口三市的生活污水治理 ,“十五”期间投资 4 80 0 0万元 ,削减COD 170 0 0t/a ,实现汉江中游全流域 2 0 0 5年的水质目标 ;第二方案总投资 6 980 0万元 ,削减COD 2 550 0t/a ,保证汉江中游全流域稳定地达水质目标 ;第三方案总投资7580 0万元 ,削减COD 2 910 0t/a ,为汉江中游水质进一步改善提供条件。建议保证第一方案 ,创造条件部分实施第二、第三方案     

汉江中游水污染规律与控制方案研究

汉江中游是汉江流域的重要区段和历史文化名城襄樊市所在地,其水环境保护意义重大。干流襄樊市区上游水质良好,为Ⅱ-Ⅲ类;干流宜城段及除清溪河外的所有支流均污染严惩。“九五”期间工业COD重于生活COD,占61.8%(1998)。预测“十五”期间生活COD重于工业COD,占58.92%;污染负荷集中于襄樊市区、枣阳、襄阳三个流域段,共占COD总负荷的75.32%(1998);制浆造纸业COD在工业源中占49.96%(1998)。治理6家重点工业源排污大户共需资金9300万元,削减COD17726t/a。在工业源全面达标排放的基础上,“十五”期间安排了治理生活污水含A、B、C三种项目类型的三个工程方案。第一方案突出了襄樊市区、枣阳、老河口三市的生活污水治理,“十五”期间投资4．8亿元,削减COD17000t/a,实现汉江中游全流域2005年的水质目标,第二方案总投资6．98亿元,削减COD25500t/a,保证汉江中游全流域稳定地达水质目标;第三方案总投资7．58亿元,削减COD29100t/a,为汉江中游水质进一步改善提供条件。建议保证第一方案,创造条件部分实施第二、第三方案。     

区域经济重心及 COD、SO_2、TSP排放重心演变路径分析——以江苏省为例

运用重心模型,采用1996~2006年江苏省经济和环境数据,计算出各年份GDP、工业产值、COD、SO ₂和TSP排放重心坐标,揭示江苏省经济重心和环境污染排放重心变化轨迹及演变规律,以期为江苏省环境宏观战略决策及生态省建设提供理论参考。研究表明,经济重心总体上向东南方向偏移,GDP重心偏移距离为14.81 km,工业产值重心偏移距离为12.84 km;经济重心在南北方向上的偏移程度大于东西方向的偏移程度。环境污染排放重心也向东南方向偏移,COD和TSP排放重心轨迹呈现较大变化,SO2排放重心轨迹变动较小;COD排放重心偏移距离为79.26 km,SO₂排放重心偏移距离为15.73 km,TSP排放重心偏移距离为42.24 km;各污染排放重心轨迹在不同时段表现出不同特点。COD、SO₂和TSP排放重心相对于经济重心偏向于西北方向,且COD排放重心近年来明显趋向于工业产值重心;COD排放重心和TSP排放重心与经济重心存在着强正相关.     

环境政策的公平与效率分析

本文探讨了费用效益分配中的公平与效率问题，对环境管理、排污标准、环境税（费）、排污权交易等环境政策的公平与效率作了进一步的分析。     

基于环境基尼系数的控制单元水污染负荷分配优化研究

将基尼系数这一福利经济学概念引入松花江流域水污染物负荷分配过程,综合考虑水循环的社会-经济-资源-环境因素,从社会经济发展、科技进步水平、水污染治理水平和资源禀赋差异角度出发,遴选出人均GDP、重污染行业总产值比重、人均水污染物产生强度、工业水污染物去除率、生活水污染物去除率、单位国土面积水资源量、国控劣Ⅴ类断面占比7项指标,以COD及NH_3-N负荷为控制因子,辅以贡献系数这一表征外部不公平性参数,构建了以基尼系数为度量标准的流域水污染负荷优化分配模型,并据此制订了松花江流域33个控制单元基于公平性的水污染负荷分配方案。研究表明,2012年松花江流域基于7项指标的基尼系数值均大于0.4,超过了基尼系数合理警戒线,说明流域控制单元间COD及NH_3-N排放在社会经济和资源环境方面存在不公平现象,其中松花江干流和第二松花江流域是不公平性特征最为突出的两个流域。在Lingo模型优化分配得到的2020年流域各单元COD削减方案中,单元21的年削减量最大,为1.82万t/a,单元10的年均削减率最高,达8%;在相应NH_3-N削减方案中,单元21的年削减量及削减率均为最大,分别达到0.08万t/a及8%。     

新疆地级市CO_2排放空间特征研究

基于中国高空间分辨率网格数据,建立新疆地级市CO_2排放数据集,探讨新疆CO_2排放的空间特征,为新疆低碳发展的空间布局规划提供一定的依据。研究采用"自下而上"的空间化方法建立排放数据集,并用统计学方法分析排放数据统计特征。研究结果:从整体看,CO_2直接排放总体分散,局部集中,基本沿着天山分为南部和北部,北部地区排放高于南部地区。从区域看,天山北坡经济带CO_2排放最高;丝绸之路经济带的中通道、北通道和南通道排放依次递减。从部门看,服务业与城镇生活CO_2排放相关性最高,间接排放与其他部门排放相关性最弱。从类型看,工业型地级市CO_2人均排放最高,总排放均值略低于服务业型地级市,远高于其他类型地级市;人口规模越大的地级市CO_2排放均值越大,但其人均排放越少。结论与讨论:1新疆CO_2排放空间差异显著,其排放较大的地级市整体效率不高,将是减排的重点区。2工业化、城镇化是新疆CO_2排放的重要影响因素,将是减排的着力点。3省际生态补偿和碳排放指标分配时应适度考虑能源输出引致本地较高CO_2排放的特情。     

北方滨海城市内河水环境承载率研究

基于环统企业和污水处理厂的排污情况统计2013年北方滨海城市——威海市的点源污染负荷,并采用输出系数法估算了面源污染负荷。研究采用一维水环境模型核算水环境容量,并评估威海市水环境承载状况。威海市2013年COD和NH3-N的水环境容量分别为10 268和2 374 t/年,总承载率分别为30.9%和10.8%,COD承载在危机状态和警戒状态的有9%和10%,NH3-N在危机状态和警戒状态的有11%和7%。该结果可为威海市"十三五"污染物减排总量分配方案的制定提供一定的决策依据。     

中国“十三五”时期省际碳减排目标的效率分配

首先,将"零和收益"的博弈思想引入到SBM模型中,构建了基于零和收益的碳减排SBM效率分配模型(ZSG-SBM)。然后,基于"十三五"规划中我国整体碳强度降低18%的减排约束,从经济增速和能源消费结构2个维度设置了"十三五"期间我国经济系统的4种发展情景,应用上述ZSG-SBM模型对碳减排目标进行了省际层面的效率分配。并通过对比各省经济发展现状和碳减排目标的分配结果,分析了各省的低碳经济发展路径。结果表明:采用ZSG-SBM模型对碳排放量进行效率分配后,30个省份的投入、产出指标实现了有效配置,碳排放效率到达效率前沿。政府基于"公平"导向的行政分配方案会造成一定程度的效率损失,基于ZSG-SBM模型的效率分配方案更符合低碳经济的长远发展要求。在碳强度约束的基础上,能源强度的再约束将迫使各省优化能源消费结构,从而提升我国整体碳排放效率。"十三五"时期,我国有16个省份的碳减排目标分配结果大于18%的平均标准,各省应根据自身资源禀赋、经济水平、产业结构和能源消费结构的现状选择差异的低碳经济发展道路。     

汉江中下游流域工业污染源解析

选用2010年污染源普查更新数据对汉江中下游流域工业污染源的废水、COD及氨氮排放量按不同行政区划级别进行分类统计和归纳,描述流域工业污染源的地域分布及各行政区划内工业源排污力度。同时结合流域各企业工业经济生产总值及国民经济行业分类标准,对工业污染源排放强度特征与行业贡献进行分析。结果表明:襄阳市废水、COD、氨氮排放量贡献最大,贡献率分别为53%、45%、25%;工业源行业解析显示石化行业对废水、COD、氨氮排放贡献突出,相应的贡献率分别为49%、34%、81%;造纸、纺织和石化行业分别为万元工业产值废水、COD及氨氮排放最高的行业,其值分别为72.1t废水/万元、13.2kgCOD/万元和0.79kg氨氮/万元。