绿色基础设施经济收益评估的综合成本收益分析法研究:以美国费城为例

张善峰 \/ ZHANG Shan-feng  董丽 \/ DONG Li  黄初冬 \/ HUANG Chu-dong   2016-11-24 22:15:11

张善峰 / ZHANG Shan-feng董丽 / DONG Li黄初冬 / HUANG Chu-dong

摘要:绿色基础设施(Green Infrastructure,GI)具有经济、环境与社会三方面的综合价值。在当前市场经济主导的大环境下,定量化与货币化的综合价值对于城乡土地规划、建设与管理具有切实意义。首先对美国GI经济收益评估的8种方法进行概述。其次重点研究GI经济收益评估的综合成本收益分析法(Comprehensive Benefit-Cost Analysis, CBCA)的理论基础与测算方法。再次以美国费城解决合流制排水系统溢流(Combined Sewer Overflows,CSOs)问题的GI项目——绿色城市·清洁水体(“Green City·Clean Waters”,GCCW)为例,简明解读GCCW的规划缘由与方案,重点解析GCCW的CBCA评估。最后说明GCCW评估的结论及使用CBCA的建议。

  关键词:风景园林;合流制排水系统;绿色雨水基础设施;雨水水量管理;经济评估;综合成本收益分析法

文章编号:1000-6664(2016)09-0116-06

中图分类号:TU 986 文献标志码:A

收稿日期:2015-08-10; 修回日期:2016-04-09

基金项目:国家自然科学基金青年项目(编号41301176)、浙江省自然科学基金一般项目(编号LY14D010003)和浙江工业大学人文社会科学研究中心重大研究项目(编号106002553)共同资助

Abstract: Green Infrastructure has social, environmental and financial values. Facing with the market economy environment, quantified and monetized benefits and costs has practical significance on urban and rural land planning, construction and management. First, the paper introduces the eight kinds of economic evaluation methods of GI which is applied in America. Second, it explains the theoretical foundation, applying method of Comprehensive Benefit-Cost Analysis (CBCA) of GI integrated economic values. Third, taking GI program of Green City Clean Water program (GCCW) which was applied in Philadelphia in America and used for solving the serious Combined Sewer Overflows (CSOs) as an example, it interprets the planning program briefly and analyzes the CBCA of GCCW. At last, it discusses the evaluation result and usage advice for CBCA.

Key words: landscape architecture; combined sewer system; green stormwater infrastructure; stormwater quantity management; economic evaluation; comprehensive cost-benefit analysis

绿色基础设施(Green Infrastructure,GI)具有维系城乡环境弹性、促进城乡经济发展与提供社会福利的作用,但GI在我国当前的城乡土地规划、开发与管理中普遍处于明显的弱势地位。导致这种状况的一个重要原因就是在当前市场经济主导的大环境下,GI具有的经济、环境与社会收益的全面定量成果的缺失。即缺少测算与评估GI综合价值的简单、全面、可复制方法,进而获取明确、直接、有说服力的货币化数据,辅助政府相关的管理与决策者、利益相关方进行“客观”的价值判定与博弈。因此,开展GI涵盖的经济、环境、社会收益的定量化测算方法与实践应用研究具有切实意义。

1 GI综合成本收益分析法简述1.1 相关研究概况

在我国,当前对GI经济、环境与社会收益进行全部或单项全面收益研究的方法与实例成果未见于文献,相关研究主要包括以下内容。1)绿地经济收益测算方法方面,主要对国外4类测算方法进行研究与介述[1-6]:(1)显示偏好法,主要利用旅行费用法、享乐价格法估算绿地价值;(2)表达偏好法,主要利用假设评价法和选择试验法估算绿地价值;(3)常规市场评估技术法,以直接测量或统计数据为基础,采用人力资本法、机会成本法、替代价值法、影子价值法等估算绿地价值;(4)3S技术与专业计算模型结合的方法。2)绿地经济收益测算的实例研究方面,主要成果集中于3类[7-11]:(1)绿地系统或某一绿地单个或多个生态因子的价值测算;(2)某一绿地对房产增值效应的测算;(3)某一绿地或植物景观的游憩价值或非使用价值的测算。3)绿地经济收益测算的实例研究尺度方面,主要为针对某一类型具体绿地;少量学者对城市绿地系统与城市经济发展的相关性进行了研究[12-13]。比较而言,以美国为代表的国外相关专家或机构对GI全面经济收益进行研究的方法与实践成果较多。通过文献解读归纳出其GI经济收益评估模型及方法主要有8种(表1)[14-22];其中,美国宾夕法尼亚州费城水务部(Philadelphia Water Department,PWD)采用CBCA实现了对其实施的GI进行包括经济、环境、社会收益的全面的货币化测算,因此本文将重点研究CBCA,并且分析PWD使用CBCA评估其解决CSOs(Combined Sewer Overflows,合流制排水系统溢流)问题时选用的GI方案可能获得的经济绩效的案例。

1.2 综合成本收益分析法的理论基础

CBCA也称为“基于三重底线模型的成本收益分析”方法(Triple Bottom Line-oriented Benefit-Cost Analysis,TBL-BCA)。TBL——“三重底线”模型(经济底线、环境底线和社会底线)最初提出时用于企业可持续发展的研究,即一个企业要实现持续发展,最重要的不是只想着实现企业盈利的最大化,而是要始终坚持三重底线原则,即企业盈利、环境责任、社会责任的统一[23]。BCA理论是指在市场经济条件下,经济主体在进行经济活动前对投入与产出进行估算和衡量,以最小成本取得最大收益的理念。BCA通过评估计划项目/工程的净收益,可以判定计划项目/工程是否是一个稳妥的投资;也可以评估计划项目/工程与其他可选项目/工程相比较的投资与收益情况,以辅助决策[24]。

在通常情况下,BCA往往只包括容易被市场化价值的收益与成本。但是实际上,社会的企业与机构(如为公共利益服务的企业或机构)为服务对象提供产品/物品的总体价值通常会超过标准账务分析包括的经济底线(财务底线/盈亏)的内容,因为标准财务分析仅仅表现为对现金流的关注;而服务于公共利益的产品/物品还需要考虑其他责任,这些责任常常不能简单地以财务盈亏的形式体现。因此一个最优公共产品/物品价值评估方法要能够识别、测算一个或一系列项目/工程对于经济、环境、社会三方面的作用。TBL与BCA结合即CBCA,提供了一个对项目/工程的全部成本与收益,即对可能的净成本或净收益进行评估的方法。

1.3 GI综合成本收益的测算方法

1.3.1 GI成本与收益测算指标的确定

根据GI规划设计与建设目标确定GI可能包括的全部成本与收益指标是对GI最终净收益或净成本进行测算的第一步。例如,城市GI建设具有降低城市环境高温胁迫、降低局部洪灾带来的公众环境安全风险等社会正收益,具有创造就业、减少贫困等经济正收益,具有改善空气、水环境质量等环境正收益;但是GI建设也存在交通干扰、环境污染等负效益(成本);GI实施可能包括的部分经济、环境、社会的成本与收益指标如图1所示。

图1 GI可能的经济、环境、社会的成本与收益(作者绘)

图2 费城天然水系变化对比(作者改绘自http://www.phillywatersheds.org/your_watershed/history)

图3 SSS工作示意(作者绘)

图4 CSS工作示意(作者绘)1.3.2 GI每个成本与收益指标的测算

GI所有的成本与收益都要进行定量统计与货币化测算。首先,需要对每个成本与收益进行定量化统计或测算,测算的基础数据主要使用文献法、调查法获取。然后,在进行每个定量的成本与收益的货币化测算时,同样有一系列既有的测算工具可以使用,例如旅行费用法、享乐价格法、假设评价法、选择试验法、市场统计法、人力资本法、机会成本法、替代价值法、影子价值法等。此外,另一个可以使用的测算工具是收益转移法(Benefit Transfer,BT)。BT的核心即将其他研究项目中获取的数据用于新项目研究。由于BT可以更加快速、低成本地实现研究目的而不用重复全部基础数据研究,BT的使用越来越普遍[25]。此时,需要注意的是,由于GI建成并持续发挥作用具有时间维度(项目规划周期或项目生命周期),因此在进行GI每个成本与收益指标的定量化、货币化测算时需要加上相应的时间维度,最终取得GI设定目标实现下每个指标的总成本或总收益。据此,构建GI单个成本或收益指标测算周期内的总成本或总收益测算公式为:

式中,TBi为GI测算周期内第i个成本或收益指标的总成本或总收益,t为测算周期;Bi为第i个收益指标,Ci为第i个成本指标;i的取值范围为[1,n],n为GI全部的成本与收益指标数。

1.3.3 GI净成本或净收益现值的测算

GI的每个指标货币化的总成本或总收益是项目测算周期末的“未来”总成本或总收益。要对正在实施或将要实施的GI项目的净收益或净成本进行评估,需要将GI的每个测算指标货币化的“未来”总成本或总收益进行现值(Present value,PV)折算。PV即指将资金折算至设定基准年的数值(也称折现值),是对未来现金流以适当折现率折现后的值。由于需要考虑折现率(Discount Rate,DR)与可能的通货膨胀率(Inflation Rate,IR)等存在的影响,构建GI项目测算周期内净收益或净成本现值计算公式如下:

式中,TPV为GI测算周期内的净收益或净成本的现值,i取值范围为[1,n ],n为GI全部的成本与收益指标数;PVi为第i个成本或收益指标的测算周期内总成本或总收益的货币现值,DR为折现率,IR为通货膨胀率,t为测算周期。

1.3.4 GI实施绩效评估

GI绩效评估可以分为2种类型。1)确定性GI绩效评估,即对确定实施的GI评估其成本与收益的关系,这种盈亏比较可以在GI可行性研究阶段、执行过程中或执行周期末进行,以评价GI的可行性或整体投资绩效。2)选择性GI绩效评估,这种绩效评估在GI可行性研究阶段实施,即针对设定目标下可能采用的GI方案间与或其他类型方案间进行成本与收益的比较研究,以辅助确定或选择最适合的解决方案。

2 费城CSOs问题解决的GI案例介述2.1 费城CSOs问题的显现

费城的大规模城市开发与工业化进程开始于19世纪中叶,当时城市雨水径流、工业废水与生活污水直接排放到城内自然分布的水体中;最后,混合的污废水逐次汇集到城内的2个最大水体——特拉华河(Delaware River)与斯库基尔河(Schuylkill River)。日积月累,受到严重污染的地表水体带来的负效应开始显现并且愈发严重。费城政府部门于是开始填平天然河道,沿河床与溪床大量修建低成本的重力流地下排水系统。20世纪初,费城已建成2套独立的排水管网,即分流制排水系统(Separate Sewer System,SSS)与合流制排水系统(Combined Sewer System,CSS),城市水环境借此得到改善;但其境内的天然地形与水文系统却被剧烈改变(图2)。

在SSS区,一套雨水管网负责将不透水面层生成、汇集的雨水径流输送到城市河流水系,另一套污水管网负责将污水/废水输送到污水处理厂。因此,直接排入城市河流水系中的雨水径流没有与污水/废水混合,对于城市河流水系水质的污染相对较小(图3)。在CSS区,排水管网则需要将雨水径流、生活污水与工业废水混合输送到污水处理厂。在没有降雨时(或降雨强度小),CSS与污水处理厂能够收集、输送与处理全部混合污废水;然而,当降雨强度大(或降雨时间长)时,过量雨水径流短时迅速或持续注入会造成CSS过载,为防止过载造成的局部洪水威胁市民健康或人身安全,过量的、未经处理的混合污废水就会通过CSS的溢流口直接注入城市河流水系中,CSOs问题开始出现(图4)。伴随着费城建设带来的不透水面层持续增多而导致的雨水径流生成量的持续增加,CSOs污染水环境的事件开始更加频繁地出现,情况越加严重;费城水生态系统再次受到极大破坏。根据费城PWD监测,分布在其境内的特拉华河、斯库基尔河等5条河流水系沿岸、CSS区内的164个CSOs点已成为费城境内河流水质恶化的首要原因。

2.2 解决费城CSOs问题的GI方案

为解决严重的CSOs问题,PWD面临3个选择方案:1)灰色基础设施方法;2)GI方法;3)灰色基础设施与GI结合的方法。最终,PWD通过对绿色与灰色CSOs解决方案的可行性绩效评估研究(见后文),决定实施GI项目——“绿色城市·清洁水体”:费城合流制排水系统溢流控制计划("Green City·Clean Waters" : the City of Philadelphia's Program for Combined Sewer Overflow Control, GCCW)。为实施GCCW,PWD提出了“土地-水-基础设施”(Land-Water-Infrastructure)协同的技术策略。以GI核心,以GI“师法自然,让自然做功”的雨水管理理念为基础,以景观学知识为主体构建涵盖“径流生成源头—径流路径—径流末端”的雨水管治思路。其中,针对雨水径流的“源头”与“路径”管治,PWD根据费城不透水面层的实际情况,分类规划了诸如绿色街道计划等8个绿色雨水基础设施(Green Stormwater Infrastructure,GSI)项目[15-16];这8个GSI主要通过减少、控制雨水径流的“源头”生成量,以及切断雨水径流不透水“路径”来减少雨水径流向CSS汇集与注入,实现减轻或杜绝CSOs问题的发生;与此同时,PWD还设计、推荐了诸如雨水花园等8种GSI工具支撑GSI项目的实施。对于雨水径流的“末端”管治,PWD针对仍旧可能出现的CSS过载造成的CSOs问题,同时能够恢复费城境内已经严重退化、丧失生态功能的各种水系。PWD进一步制定、实施了CSOs末端受体——地表的各种河流与溪水的水道保护与恢复规划(图5);建立了退化水道恢复的自然河道景观设计模型(图6)。最后,为获得最佳CSOs管治效果,GCCW全部项目的实施过程中都保持与原有灰色雨水基础设施——CSS进行协同配合,其中也包括对CSS区内3个末端污水处理厂的利用(增强其雨水/污水处理能力)。

图5 费城水道恢复与保护规划(作者改绘自参考文献[15])

图6 退化水道恢复模型(作者改绘自http://www.phillywatersheds.org/what_were_doing/waterways_ restoration/tools)3 费城CSOs问题GI解决方案的收益评估3.1 成本与收益测算指标确定

PWD为选择费城CSOs问题的解决方案,开展了传统灰色基础设施方案与GI方案可能带来的全部收益(成本)的定量研究,即实施项目可行性研究阶段的选择性绩效评估。依据CBCA,PWD结合费城实际情况确定了9个关键的收益与成本测算指标(表2)。

3.2 净收益或净成本现值测算

为实现CSOs问题解决可选方案经济收益的定量评估,PWD利用美国环境保护署开发的暴雨水管理模型(Storm Water Management Model,SWMM)4.0版本中的雨水径流模块(RUNOFF),针对2种CSOs问题解决方案的设定目标建模运算。其中,灰色基础设施方案目标为实现CSS区内不透水面层生成雨水径流的全部管理,方法为建设直径30英尺(9.1m)的隧道管网系统(隧道情境);GI方案目标为实现CSS区内不透水面层生成雨水径流的50%管理,方法为GCCW项目(GI情境)。据此,实现对费城CSS区在地表覆被构成、土壤类型与构成、地形流域条件、降雨事件等一致的条件下,获取定量测算2个方案设定目标实现下的各个成本与收益指标的基础数据;进而PWD测算出2个方案的每个指标的定量化数据,完成每个指标PV测算,结果分别如表3、4所示;其中每个指标的总收益或总成本的测算周期t为40年(2010—2049年),IR设定为4%、DI设定为4.875%。

4 结论与建议

由测算结果可以看出,在仅用GI解决费城CSS区内不透水面层生成的50%雨水径流的情境下,测算周期内GI已经可以获得28.464亿美元的净收益;而使用灰色基础设施方案实现对CSS区内不透水面层生成的全部雨水径流管理,在同样的测算周期内仅获得1.22亿美元的净收益;两者相差超过23.3倍。由单项测算结果对比更是可以明显看出,CSOs的GI解决方案创造了诸多CSOs灰色基础设施解决方案完全不能提供的经济、环境、社会收益,尤其在创造娱乐机会、房产物业增值、空气与水体质量改善、节约能源等方面。PWD也正是根据这个评估结果进行决策,并说服利益相关方同意实施解决CSOs问题的GI方案。

实例研究表明,CBCA是一个出色的向政府决策者与利益相关方展示GI项目全面、真实的价值的工具。但是,应用CBCA时需要注意以下2点。1)对GI综合经济收益评估目标、GI相关的成本与收益因子要有清晰的认识与界定。因为当更多GI“收益”因子被包括进来时,获得的数据可能就会更加正向与积极;相反当更多“成本”因子被考虑进来时,GI成本很可能就会变得不可接受。2)GI综合经济收益评估使用的相关数据的准确性与说服力,如使用CBCA进行GI成本与收益的定量化与货币化测算时使用了多种方法获取相关测算数据;因此必须进行数据约束性条件与假设性条件的解释说明,以保证评估结果易于理解,进而被接受。

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(编辑/李旻)

作者简介:

张善峰/1978年生/男/吉林辽源人/博士/浙江工业大学城市规划系、小城镇城市化协同创新中心副教授,硕士生导师/研究方向为风景园林规划设计与理论、城乡土地利用生态绩效评价(杭州 310014)

董 丽/1985年生/女/辽宁大连人/大连理工大学建筑学在站博士后/大连理工大学建筑与艺术学院讲师,硕士生导师/研究方向为风景园林规划设计与理论(大连 116024)

黄初冬/1980年生/男/浙江临安人/博士/浙江工业大学城市规划系副教授,硕士生导师/研究方向为城乡绿地遥感与效益评估(杭州 310014)

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