流域水資源保護補償標準計算模型

禹雪中，楊桐鶴，駱輝煌

（1．中國水利水電科學研究院，北京 100038；2．中央民族大學，北京 100081）

流域水資源保護補償標準計算模型

禹雪中1，楊桐鶴2，駱輝煌1

（1．中國水利水電科學研究院，北京 100038；2．中央民族大學，北京 100081）

綜合考慮了水量和水質2個方面的因素，首先利用環境水力學方法對上下游水環境影響關系進行描述，然后結合下游地區的引水量，對上游地區水環境保護效果影響下游地區的范圍和程度進行量化，反映了水環境影響的自然過程。另一方面，采用環境經濟學方法對水環境保護成本進行描述，對上游地區水環境保護的直接成本和間接成本進行量化。最后，將上游地區水環境保護影響的自然過程描述與保護成本的經濟量化結合起來，建立了流域水資源保護補償標準的計算模型。采用建立的計算模型，以新安江水庫的生態補償問題作為實例，進行了生態補償標準的計算和分析。該模型能夠更加客觀和精細地反映水環境影響和經濟補償關系，能夠為我國流域生態保護機制的完善提供理論技術支撐。

水資源保護；生態補償；補償標準；環境水力學

1 概 述

為了對特定地區的水環境質量進行保護，需要對上游地區的污染物排放量進行嚴格地限制，從而在一定程度上影響上游地區的經濟社會發展。為了在水資源保護方面實現公平性的原則，需要建立生態補償機制，對上游地區的生態保護行為進行經濟補償，這種補償形式可以稱為水資源保護補償。水資源保護補償能夠促進水資源保護的受益主體對水資源保護主體所投入的成本進行分擔，從而保證了不同主體公平共享水資源的權利。

補償標準的確定是建立補償機制的關鍵內容之一，是生態補償研究領域活躍的研究方向。水資源保護補償標準包括受益地區對保護地區的補償總量及其在受益地區之間的分配兩個方面的內容。目前的研究工作大多關注補償總量的確定方法，例如劉玉龍等進行了新安江流域生態保護與建設補償標準的研究，主要計算了上游地區生態保護和建設的投入，作為下游地區支付補償量的依據［1］。徐琳瑜等以生態系統服務價值作為水資源保護補償標準的計算依據，具體考慮了自然價值、社會價值和經濟價值3項內容［2］。其他研究者也都是采用各種方法確定上下游之間的補償總量［3，4］。根據污染物在水體中的輸移轉化規律，河流污染物的超標排放或減排，其環境影響具有一定的影響范圍，并且不同區域受到影響的程度也具有差異［5］。對于水資源保護補償，從上游地區水資源保護行為中各地區的受益程度是不同的，需要根據受益程度的差異確定各個地區對于補償總量的分配關系。目前的研究工作基本沒有考慮這個因素，大多是確定上下游之間的補償量作為補償標準，對于下游地區之間各區域受益差異和補償總量分配沒有涉及。

本文以水資源保護受益地區在水質和水量2個方面的受益程度為依據，對水資源保護的成本進行分攤，研究工作把環境水力學方法與環境經濟學方法有效結合起來，對于完善流域水資源生態補償標準的計算方法具有一定價值。

2 水環境保護補償標準計算模型

為了對水資源保護的成本進行合理分攤，需要首先基于環境水力學方法對上下游水環境影響關系進行描述，量化上游地區水資源保護對下游地區影響的范圍和程度，在此基礎上進一步考慮取水量的影響，從而綜合反映上游地區水資源保護效果對下游地區影響的自然過程。在此基礎上，采用環境經濟學方法對水資源保護的成本進行描述，對水資源保護的直接成本和間接成本中的各項內容進行量化。最后，將以上兩方面的內容結合起來，建立水資源保護補償標準的計算模型。

2．1 水資源保護影響的計算方法

2．1．1 計算方法的建立條件

（1）為了保證水源區的水環境質量，上游區域污染物排放量要低于一定水平，使得下游地區獲得了更多的環境容量，這是下游水環境受益的基礎。

（2）污染物排放低于一定水平的地區是水污染受益補償的客體（受償方），下游受到影響的區域是補償的主體（補償方），補償方按照受益的程度確定經濟補償量。

（3）上游地區水資源保護的影響表現在水量和水質2個方面，因此水資源保護補償方的受益程度需要考慮水量和水質2個方面的因素。

2．1．2 水質影響程度

本研究涉及的水體為水庫下游河道，因此可以采用一維數學模型。水質計算采用一維均勻流水質模型的基本方程，假定污染物符合一級衰減反應：

式中：C為污染物濃度（mg／L）；K為污染物綜合衰減系數（1／s）；Dx為縱向離散系數（m2／s）；u為流速（m／s）。該方程可以求得解析解：

式中：Q為河流流量（m3／s）；W為單位時間污染物排放量（g／s）；x為到排污口的距離（m）。

水源區現狀水污染負荷量為W1，如果不對水源區污染負荷進行特別治理和限制發展，其排放的負荷量為W2，兩種負荷條件下對下游水質的影響分別為：

式（3）的兩式相減后得到

式（4）表示上游區域低于一定水平的污染物排放量對下游河道水質的響應，下游河段受到的影響程度隨著距離增大而降低。如果把下游區域分為n個河段，那么采用以上方法可以計算得到每個河段受到的影響。

對于河流匯流的作用，可以通過考慮匯流前后流量的比例確定匯流后河流受到的影響。設水源區下游河道流量為Q1，水源區污染負荷變化量對匯流前河道水質的影響為ΔC1，入匯河道流量為Q2，那么匯流后河流水質濃度變化值為

通過以上方法計算得到水源保護區下游各個河段受到的影響后，可以進一步得到某個河段所受影響占整體影響的比例為

式中：Ai為第i個河段在水質方面的受益比例；ΔCi為第i個河段污染物濃度的變化值（mg／L）；Li為第i個河段的長度（m）。

2．1．3 水量影響程度

按照下游地區取水量占總取水量的比例，可以確定受益區在水量方面的受益程度為

式中：Bi為第i個河段在水量方面的受益比例；Vi

為第i個河段的取水流量（m3／s）。

2．1．4 綜合影響程度

為了綜合考慮水量和水質2個因素的影響，可以給兩者賦予一定的權重，從而得到下游各個河段的受益程度：

式中：Ei為第i個河段在水量和水質2個方面的受益比例；α為水質比例的權重（α＜1．0）。

在實際應用中，可以把某個行政區范圍內的河段作為計算單元，這樣就可以得到各個行政區受到影響的程度。在此基礎上，結合水資源保護補償總量的量化結果，就可以得到下游各個地區應該分攤的補償量。

2．2 水資源保護受益補償量

流域水環境和水生態保護的成本包括直接成本與間接成本2個方面。直接成本是指進行水源涵養與生態保護所開展的各項措施，包括在林業建設、水土流失治理和污染防治方面的人力、物力、財力的直接投入；間接成本則是為保護水源涵養與生態維護功能，當地限制部分行業發展導致的潛在發展損失，還包括水源涵養與生態保護所涉及的移民安置費用［1］。

2．2．1 水環境保護的直接成本

水環境保護的直接成本計算式為

本次研究的82名手術患者中，共有32名患在心率失常方面出現了不同的狀況，其中包括了5名竇性心動過緩、竇性停搏患者，8名Ⅲ°房室傳導阻滯患者，10名頻發室早、短陣室速患者，9名心室顫動患者。另外還有29名患者出現了血壓下降的情況，25名患者出現了惡心嘔吐的狀況，30名患者出現了胸痛加劇的狀況，通過使用藥物治療，電擊除顫，臨時起搏器安置，主動脈球囊反搏等緊急處理之后，手術成功并且送回病房。

式中：DC為流域水環境保護的直接成本；DC1為水源涵養區提高森林覆蓋率的投入；DC2為水土流失治理投入；DC3為污染防治投入。

2．2．2 水環境保護的間接成本

水環境保護的間接成本計算式為

式中：IC為流域水環境保護的間接成本；IC1為水源涵養區發展節水的投入；IC2為生態移民安置投入；IC3為水源涵養區限制產業發展而遭受的經濟損失量。

2．3 區域間水資源保護受益補償模式

按照“誰受益，誰補償”的原則，下游地區可以按照分配比例分擔上游地區水環境生態保護的成本。另一方面，對于上游地區的保護行為而言，下游地區獲得的收益一般大于上游地區的成本，如果下游地區僅僅支付上游地區的成本，從經濟學的角度難以形成對上游地區保護行為的激勵，從而難以保證生態環境保護效果的可持續性。因此，對于基于成本得到的補償量，可以通過一個修正系數進行調整，該系數可以根據具體情況取一個大于1．0的數值。

式中：Mi為下游某個地區的補償量；k為修正系數；Ei為水環境模型得到的該地區的補償比例；DC和IC分別為上游地區進行生態環境保護的直接和間接成本。

3 實例計算及分析

3．1 新安江水庫及供水范圍

地處錢塘江流域上游的新安江水庫集水面積10 441 km2，多年平均入庫徑流量97．2億m3，水庫設計正常蓄水位108 m，相應庫容178．4億m3。水庫具有多年調節性能，供水保證率高，水庫水質為Ⅰ類，是下游城鄉供水尤其是生活供水的理想水源。

新安江水庫的供水區包括水庫下游的新安江、富春江和錢塘江的沿線城鎮，主要包括建德、桐廬、富陽和杭州市。該區域范圍內的水系圖見圖1，相應的水功能區劃見表1。新安江水庫下游至錢塘江河段均為開發利用區，水體功能主要包括飲用、景觀娛樂、工業、農業和漁業等，新安江水庫下泄的優質水源對于這些功能的發揮具有重要作用。

圖1 新安江水庫下游水系圖Fig．1 Sketch map of the downstream river system of the Xinanjiang Reservoir

表1 新安江水庫下游水功能區基本信息Table 1 General information of the water function regions of the Xinanjiang Reservoir downstream

水庫庫區地跨浙江和安徽兩省，包括安徽省黃山市的歙縣、屯溪區、徽州區、休寧縣、祁門縣、黟縣和宣城地區的績溪縣部分地區，這些地區為新安江水庫水環境的保護進行了一定的直接和間接投入，并且在一定程度上限制了經濟社會發展。這些地區屬于庫區水環境保護的承擔者，應該從下游受益地區得到經濟補償。下游地區是庫區水環境保護的受益者，需要按照受益程度對上游地區的保護成本進行分攤。

3．2 下游地區受益程度

新安江水庫下泄水流現狀水質為Ⅱ類，如果不進行特殊的水環境保護，下泄水流水質將出現一定程度的降低，本文假定下泄水質為Ⅲ類，并且以CODMn為代表性指標。參照相關研究成果，新安江下游、富春江河段屬于山區性河流，CODMn的綜合衰減系數為0．2／d，錢塘江河段為感潮河道，CODMn的綜合衰減系數為0．1／d［6］。河流流量采用水功能區劃中的枯水期設計流量。采用環境水力學模型，可以計算得到建德、桐廬、富陽和杭州市4個行政區河段在上游地區污染物減排作用下水體污染物濃度下降的值，進一步考慮各個區域的河長后，可以得到水環境的受益比例，計算結果見表2。

新安江水庫下游的新安江、富春江和錢塘江是沿線區縣重要的飲用水水源地，建德、桐廬和富陽生活和生產用水基本取自這些水源地，杭州市市區80%的供水來自錢塘江，根據2008年這些地區的供水量，可以得到各個區縣飲用水取水的比例（表2）。

由于飲用水對于社會經濟社會發展的作用十分重要，因此在綜合考慮水量和水質2個方面的因素確定各個區縣的受益比例時，水量的權重系數取為0．6，由此可以得到新安江水庫下游受益區的受益比例（表2）。

表2 新安江水庫受益區水量、水質和綜合受益比例Table 2 Beneficial ratios of the downstream areas of the Xinanjiang Reservoir

3．3 水資源保護成本

劉玉龍等調查了新安江水庫上游地區的屯溪、徽州、歙縣、休寧、黟縣、績溪6個區縣在生態保護與建設方面的投入，調查的內容包括林業建設與保護、水土流失治理、污染防治等直接投入，此外還包括發展節水、移民安置、限制產業發展等間接投入或損失。表3為調查得到的1997－2004年總投入數據［1］。

表3 上游地區1997－2004年生態保護與建設總投入Table 3 Total investment used for ecosystem protection and construction of reservoir upstream areas during 1997－2004

本研究對總投入歷史數據的變化趨勢進行了分析，結果顯示1997－2004年上游地區總投入與時間具有較好的線性相關性（圖2），兩者的關系可以用計算公式表示為y＝3 256．4x－6 492．2×103，r2＝0．952 7。

圖2 上游地區總投入與時間的相關性分析Fig．2 Correlation analysis between the total cost and tim e of the upstream regions

本研究以2008年作為水資源保護補償標準計算的水平年，根據以上關系式計算得到2008年上游地區生態保護與建設的總投入為46 650萬元，以此作為新安江水庫水資源保護補償標準計算的依據。

3．4 受益補償標準

為了鼓勵上游地區的水資源保護行為，新安江水庫下游地區的補償總量取為上游地區保護成本的1．2倍，根據下游區縣的受益比例，計算得到建德、桐廬、富陽和杭州市區應該承擔的補償量分別為1．10，0．40，0．90，2．26億元。

計算結果表明，如果僅僅考慮水質或者水量的因素，都難以得到符合實際的結果。在水質變化方面，靠近水源保護區的建德受益程度明顯大于杭州市，但是取水量相對較?。辉谌∷糠矫?，杭州市取水量明顯大于其他地區，但是水質受益程度相對較低。全面考慮水質和水量2個方面的因素后，下游地區對于上游水資源保護成本分攤的方案更加合理。

4 結 論

水資源保護受益區的補償標準的分析需要考慮水質和水量2個方面的因素，水質模型可以描述各個區域在水質方面的受益程度，在此基礎上進一步考慮取水量的比例，從而形成綜合受益比例，結合下游受益區補償的總量，可以得到各個受益區應該支付的經濟補償量。本文提出的水資源保護補償標準計算模型把環境水力學方法引入生態補償研究領域，適應了水資源生態補償標準量化的特點，計算結果有助于提高水資源保護補償標準制定的客觀性與合理性。

［1］ 劉玉龍．生態補償與流域生態共建共享［M］．北京：中國水利水電出版社，2007．（LIU Yu-long．Ecological In-ter-construction and Sharing of River Basins［M］．Bei-jing：ChinaWater Power Press，2007．（in Chinese））

［2］ 徐琳瑜，楊志峰，帥 磊，等．基于生態服務功能價值的水庫工程生態補償研究［J］．中國人口·資源與環境，2006，16（4）：125－128．（XU Lin-yu，YANG Zhi-feng，SHUAI Lei，et al．Eco-compensation of reservoir project based on ecosystem service function value［J］．China Population Resources and Environment，2006，16（4）：125－128．（in Chinese））

［3］ 沈滿洪．在千島湖引水工程中試行生態補償機制的建議［J］．杭州科技，2004，（2）：12－15．（SHEN Man-hong．Suggestions to establish the eco-compensation mechanism in the diversion project of the Qiandao Lake［J］．Hangzhou Science and Technology，2004，（2）：12－15．（in Chinese））

［4］ 張春玲，阮本清．水源保護林效益評價與補償機制［J］．水資源保護，2004，20（2）：27－30．（ZHANG Chun-ling，RUAN Ben-qing．Benefit evaluation of water source protection forest and mechanism of its economic compensation［J］．Water Resources Protection，2004，20（2）：27－30．（in Chinese））

［5］ 禹雪中，李錦秀，駱輝煌，等．河流水污染損失補償模型研究［J］．長江流域資源與環境，2007，16（1）：57－61．（YU Xue-zhong，LI Jin-xiu，LUO Hui-huang．Theo-retical model for water pollution compensation of rivers［J］．Resources and Environment in the Yangtze Basin，2007，16（1）：57－61．（in Chinese））

［6］ 田旭東，汪 泉．錢塘江流域污染負荷及水環境容量研究［J］．環境污染與防治，2008，30（7）：74－77．（TIAN Xu-dong，WANG Quan．Study of pollution load-ing and water environmental capacity of Qiantang River［J］．Environmental Pollution＆Control，2008，30（7）：74－77．（in Chinese））

［7］ 杭州市統計局，國家統計局杭州調查隊．杭州市統計年鑒2009［M］．北京：中國統計出版社，2009．（Hang-zhou Bureau of Statistics，Hangzhou Investigation Team of the National Bureau of Statistics．Statistical Yearbook of Hangzhou［M］．Beijing：China Statistical Press，2009．（in Chinese））

（編輯：周曉雁）

Ecological Compensation Standard M odel of W ater Resources Protection

YU Xue-zhong1，YANG Tong-he2，LUO Hui-huang1
（1．China Institute ofWater Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2．Minzu University of China，Beijing 100081，China）

The water pollutant loads of the upstream regions should be strictly controlled in order to protect the wa-ter quality of the water source in the downstream areas．In this way，the economic and social development in up-stream regions will be adversely influenced．So the ecological compensation mechanism should be established to compensate the protection behavior of the upstream regions．The water quality and water quantity are synthetically considered in this paper to develop the ecological compensation standardmodel ofwater resources protection．First-ly，the environmental hydraulicsmethod is employed to describe the influence relationship of the water environment between the upstream and downstream regions．Then thewater quantity factor is also considered to reflect the scope and degree of the water environment protection in the upstream region．On the other hand，the direct and indirect costs of the water environment protection are calculated with themethod of environmental economics．At last，the environmental and economicmethods are combined to establish the compensation standard model ofwater resources protection．Themodel is applied to calculate and analyze the compensation standard of the Xinanjiang River basin as a case study．Themodel developed in this paper can flexibly and objectively describe the environmental and eco-nomic relationship of the ecological compensation，so it is helpful to provide support for the establishment of ecolog-ical compensation mechanism in China．

water resources protection；ecological compensation；compensation standard；environmental hydraulics

TV213．4

A

1001－5485（2010）10－0010－05

2010-08-19

國家自然科學基金資助項目（50779076）

禹雪中（1971-），男，河南開封人，教授級高級工程師，博士，主要從事水環境模擬研究，（電話）010-68781619（電子信箱）xzyu＠iwhr．com。