極端干旱條件下河道生態(tài)基流間接價值計算

周　洋，周　強

(1.成都大學建筑與土木工程學院，成都 610106；2.成都大學信息科學與工程學院，成都 610106)

0　引　言

極端氣候事件是對人類社會危害最為嚴重的自然災害之一。近些年來，全球氣候變暖問題越來越突出，而且降水的年際變化也比較反常，從而導致極端天氣事件經(jīng)常發(fā)生。因此，在極端干旱條件下，在充分利用水資源時，還要預留一定的生態(tài)用水。生態(tài)用水量研究的一個重要方面是河道的生態(tài)基流研究，在枯水期，河道中生產(chǎn)用水與生態(tài)基流之間的用水矛盾比較尖銳，傳統(tǒng)觀點中，人們主要是為了保證一定的生產(chǎn)用水，而忽略了河道的生態(tài)基流量，這樣就會造成河道斷流甚至河道功能退化，對河流生態(tài)系統(tǒng)帶來不可逆轉(zhuǎn)的影響。因此為了保障枯水期的河道生態(tài)基流，定量評價生態(tài)基流的生態(tài)系統(tǒng)服務功能，有助于人們?nèi)嬉庾R到生態(tài)基流的生態(tài)系統(tǒng)價值，進而科學合理的利用水資源，將水資源的利用達到產(chǎn)品效益和生態(tài)效益最優(yōu)化。20世紀70年代初，國外許多生態(tài)學家與經(jīng)濟學家將生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值分為直接價值的提供產(chǎn)品功能和間接價值的調(diào)節(jié)功能、文化功能和支持功能。并分別計算了每種服務的功能量和價值量，最后分析和評價了生態(tài)系統(tǒng)服務功能總價值，發(fā)展了針對不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能與生物資源的評價方法。國外學者Young[1]等首先就對水的娛樂價值進行了評價,之后許多學者針對[2-4]不同河流的生態(tài)和娛樂價值開展了評價。

20世紀80年代初，國內(nèi)學者開始針對水資源價值、水生態(tài)環(huán)境價值進行了研究。從大量文獻可以看出，國內(nèi)外的學者[5-9]對水資源價值研究已經(jīng)取得了長足的進展，但在水資源匱乏的地區(qū)，生態(tài)基流作為一類特殊的水資源，在開發(fā)利用時，生態(tài)基流量沒有得以保證，生態(tài)基流的價值不為人所知。李懷恩[10]等以渭河寶雞段為例，針對河道生態(tài)基流的功能，得到了2010年渭河寶雞段生態(tài)基流總價值為95 179萬元。水資源價值的評價體系已比較完善，但目前生態(tài)基流價值的研究剛剛起步，尤其是在極端干旱條件下的生態(tài)基流的價值還未見報道，本文根據(jù)河道生態(tài)基流功能的價值，以黃河的最大支流渭河寶雞段為例，以2015年為評價基準年份，運用資源經(jīng)濟學的方法，得到在極端干旱年份下的生態(tài)基流價值量，該研究將為河流生態(tài)修復和水資源配置提供科學依據(jù)。為缺水地區(qū)生態(tài)基流長效保障與生態(tài)補償機制的建立等提供理論支撐與科學依據(jù)。

1　研究區(qū)域概況

渭河是黃河的一級支流，起源于甘肅省渭源縣，渭河寶雞段全長430 km，屬于黃土丘陵區(qū)，位于渭河的上游河段。由于河道的生活生產(chǎn)用水，導致枯水期的河道生態(tài)基流缺失程度逐漸加大，尤其在這種極端干旱條件下，引水導致渭河寶雞段斷流，喪失生命力，造成生態(tài)系統(tǒng)的嚴重退化。為了讓生態(tài)基流得到足夠重視及建立一套完善的生態(tài)基流的補償機制，首要的就是計算生態(tài)基流的價值量。那么計算價值量的前提，首先要確定生態(tài)基流量。極端干旱條件下的生態(tài)基流量，根據(jù)周洋前期的研究成果[11]，運用濕周法、最小日平均流量和Tennant法對極端干旱條件下渭河寶雞段的生態(tài)基流進行計算，參考渭河寶雞林家村斷面特大干旱年1929年的逐日流量分析，最終得到渭河寶雞林家村斷面的生態(tài)基流量為2.51 m3/s。依據(jù)此生態(tài)基流量，進一步開展生態(tài)基流間接價值的評價工作。

2　數(shù)據(jù)來源

利用寶雞市2015年統(tǒng)計資料和相關地方部門(農(nóng)業(yè)局、水利局、旅游局、水文站和環(huán)保局等)的調(diào)查統(tǒng)計資料, 對研究河段2015年的生態(tài)基流服務功能價值進行計算。

3　生態(tài)基流功能及其價值評估方法

水是人類社會經(jīng)濟發(fā)展的基礎資源之一，同時還維持了人類賴以生存與發(fā)展的生態(tài)環(huán)境。河道生態(tài)基流的存在，使河道中常年有流動之水，生態(tài)基流量是支持河流生態(tài)系統(tǒng)健康的重要因素之一，對維持生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展起著關鍵作用。根據(jù)水生態(tài)系統(tǒng)提供的服務機制、類型和效用，河道生態(tài)基流的間接服務功能包括水生態(tài)調(diào)節(jié)功能，水生態(tài)文化功能和水生態(tài)支持功能三類。生態(tài)服務功能價值評估方法包括替代成本法 、機會成本法、資產(chǎn)價值法、旅行費用法、恢復和防護費用法、影子工程法 、享樂價格法等。

3.1　調(diào)節(jié)功能

生態(tài)基流的調(diào)節(jié)功能主要包括水質(zhì)凈化、營養(yǎng)物質(zhì)輸移、地表水調(diào)蓄等方面。

3.1.1水質(zhì)凈化

由于存在一定的生態(tài)基流量，使得水體對污染物的降解能力有一定程度的提高,改善河流的水體自凈功能。水質(zhì)凈化能力的提高，這樣就可以大大的減輕污水的處理量和降低污水處理成本。水質(zhì)凈化功能價值可利用影子工程法進行計算，需綜合考慮處理成本與河流的納污能力。計算公式為：

V1=P1Q1

(1)

式中：V1為水質(zhì)凈化功能的價值；P1為單位污水的處理成本；Q1為減少的污水處理量。

3.1.2營養(yǎng)物質(zhì)輸移價值

生態(tài)基流的存在保證河流的連通性，使得河流生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)物質(zhì)保持良性健康循環(huán)，為各類水生生物提供生長所需的營養(yǎng)。即為營養(yǎng)物質(zhì)輸移價值：

V2=CiQ基流Pi

(2)

式中：V2為營養(yǎng)物質(zhì)輸移的價值，元；Ci分別對應N,P,K的濃度，mg/L；Pi分別為N,P,K的市場價格；Q基為極端干旱條件下的生態(tài)基流量。

3.1.3地表水調(diào)蓄價值

V3=Q3P3

(3)

式中：V3為地表水調(diào)蓄總價值，元；P3為生態(tài)基流量單位調(diào)蓄價格；Q3為生態(tài)基流調(diào)蓄量。

3.2　支持功能

生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性維持功能的價值，由于數(shù)據(jù)的局限性，生物多樣價值的估算用其生物棲息地面積與生態(tài)系統(tǒng)單位面積生物多樣性維持的價值相乘而得到。計算公式為：

V4=S4P4

(4)

式中：V4為維持生物多樣性價值，元；S4為水生態(tài)系統(tǒng)服務面積；P4為單位面積維持生物多樣性價值。

3.3　文化功能

生態(tài)基流提供的文化審美功能主要表現(xiàn)在休閑娛樂方面，河道生態(tài)基流的這部分價值可通過河流的休閑娛樂景觀價值與生態(tài)基流部分所產(chǎn)生的價值，按照比例折算的方式計算，那么河流的休閑娛樂景觀價值可按旅行費用法進行計算。

V5=γVc

(5)

式中：V5為休閑娛樂價值，元；r為旅游收入中水景觀所占的比例；Vc區(qū)域內(nèi)全年旅游收入。

4　生態(tài)基流間接價值計算成果

4.1　調(diào)節(jié)功能價值

(1)水質(zhì)凈化價值。2015年，寶雞市的污水處理廠的處理能力為41.20 萬m3/d。寶雞地區(qū)的污水排放都基本進入渭河，如果生態(tài)基流得到有效保障，污水處理廠處理率可按照80%～90%計算，由于是極端干旱條件，取污水處理廠處理率90%計算。采用行業(yè)治污成本計算方法對寶雞市生活污水處理廠的治污成本進行計算，按照COD 的處理成本1.50 元/kg。代入公式(1)，得到水質(zhì)凈化價值為20 301.3 萬元/a。

(2)營養(yǎng)物質(zhì)輸移價值。根據(jù)寶雞市環(huán)境質(zhì)量公報，環(huán)境監(jiān)測站提供的數(shù)據(jù)，渭河寶雞段多個斷面面的TN平均值為0.613 mg/L；TP 平均值為0.115 mg/L。

2015年市場化肥尿素參考價格為1 700 元/t，P肥為900 元/t，生態(tài)基流量為2.51 m3/s,代入公式(2),得到營養(yǎng)物質(zhì)輸移的價值為0.29萬元。

(3)地表水調(diào)蓄價值。地表水資源單位調(diào)蓄價格采用寶雞市居民用水價格代替，為2.2 元/m3，生態(tài)基流全部參與了地表水調(diào)蓄，參與的調(diào)蓄總量為按照每個月生態(tài)基流量進行估算，每個月流量不足2.51 m3/s的，按照2.51 m3/s計算，大于2.51 m3/s的，按照2.51 m3/s計算，年總量計算為2.40×107m3,代入公式(3)，得到地表水調(diào)蓄價值為5 280 萬元。

4.2　支持功能價值(生物多樣性價值)

我國生態(tài)系統(tǒng)各項生態(tài)服務中水體生態(tài)系統(tǒng)單位面積的生物多樣性維持價值為2 203 元/(hm2·a), 寶雞段只要存在生態(tài)基流，就可維持生物的多樣性，按照水生態(tài)系統(tǒng)的面積為1 000 hm2來計算，代入公式(4)，由此估算的渭河寶雞段生物多樣性維持價值為220.3 萬元/a。

4.3　文化功能價值

生態(tài)基流與河道年徑流量比值為0.05，假設旅游景點在旅游效益中的分攤系數(shù)為0.2，寶雞市共旅游綜合收入125 億元，代入公式(5)，得到文化功能價值為12 500萬元。

綜合以上計算，2015年，渭河寶雞段生態(tài)基流間接價值總量為上述各項價值量之后，為38 301.9 萬元/a。

5　結　語

在極端干旱年份的條件下，渭河寶雞段2015年的生態(tài)基流間接價值為38 301.9 萬元，2015年寶雞市國民收入1 788 億元，占國民收入的0.2%，單方水的價值為1.59 元/m3，居民用水的價值為2.2 元/m3，說明在特種特殊的水文條件下，保持一定的生態(tài)基流，還是發(fā)揮了不容忽視的生態(tài)服務功能價值。該計算單方水的價值結果低于參考文獻[12]得到的3.01 元/m3，造成計算結果的差異主要原因，首先本文考慮極端的水文條件下的生態(tài)基流間接價值。未考慮提供水產(chǎn)品的直接價值。所以計算結果一定是低于文獻[12]。另外不同的計算方法可能導致結果的差異性，所以本文的計算結果吻合度較好。在計算的各項功能中，營養(yǎng)物質(zhì)輸移價值最低，原因在于，由于生態(tài)基流量比較少，水中的營養(yǎng)物質(zhì)濃度較低，所以價值低。水質(zhì)凈化的價值最高，保持一定的生態(tài)基流量，相當于虛擬設置了一座人工濕地，那么污水的自然凈化占有了相當大的一部分比重。該部分價值比較高。本文的不足之處在于，河道生態(tài)基流的一部分功能還是難以用貨幣價格定量化計算的，那么得到的計算結果是小于實際價值的。例如，為人類提供生活質(zhì)量、給城市帶來活力等，但是這部分功能在科學研究、陶冶情操等方面的價值是不可忽略的。在下一步研究中，提高生活質(zhì)量等的這部分價值需要定量計算出來，使得結果更趨于實際。此外該研究還具有一定的局限性，不同的學者、采取的計算方法、參數(shù)的選擇對于研究的結果都有較大的影響。在后續(xù)的研究中，應盡量完善生態(tài)基流價值的計算體系。

生態(tài)基流的生態(tài)服務功能價值顯著，這也是保障生態(tài)基流的意義所在。在人們的眼中，可以貨幣化的價值才叫價值，尤其在這種極端水文條件下，那么生態(tài)基流隱含的價值更要很好地被挖掘出來。因此在這種特殊的水文條件下，水資源短缺時，要權衡好生態(tài)利益與其他各類利益之間的關系，以防過分取水使得河道生態(tài)系統(tǒng)服務功能受損，造成不可恢復的生態(tài)環(huán)境問題。

參考文獻：

[1]Young R A, Gray S L. Economic value of water: concepts and empirical estimates[R]. National Water Commission Report, NO. SBS 72-047, 1972.

[2]Word F A, Economics of water allocati on to instream uses in a fully appropriat ed river basin: evidence from a New Mexico Wild River[J]. Water Resou rces Research, 1987,23(3):381-392.

[3]Hansen L T, Hallam A J. Single-stage and two-stage decision modeling of recreati on demand for water[J]. Journal Agricultural Economic Research, 1990,42(1):16-26.

[4]Bowker J M, English D B, Donovan J A. Toward a value for guided rafting on southern rivers[J]. Journal of A gricultural and Applied Economics, 1996,28(2):423-432.

[5]歐陽志云,趙同謙,王效科，等.水生態(tài)服務功能分析及其間接價值評價[J].生態(tài)學報，2004，24(10)：209-2 099.

[6]梁鴻，潘曉峰，余欣繁，等.深圳市水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估[J].自然資源學報，2016，31(9)：1 474-1 487.

[7]周德成,羅格平,許文強，等.1960-2008年阿克蘇河流域生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)[J].應用生態(tài)學報，2010，21(2)：399-408.

[8]王斌，張彪，王建鋒，等太湖流域水生態(tài)系統(tǒng)服務及其空間差異[J].水土保持通報，2011，31(2):215-221．

[9]張振明, 劉俊國, 申碧峰，等. 永定河(北京段)河流生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估[J]. 環(huán)境科學學報, 2011, 31(9):1 851-1 857.

[10]李懷恩，岳思羽.河道生態(tài)基流的功能及價值研究-以渭河寶雞段為例[J]. 水力發(fā)電學報，2016，35(11)：64-73.

[11]周洋，周強，李玫.極端干旱條件下河道生態(tài)基流研究[J]. 節(jié)水灌溉，2017，(8)：77-79.

[12]李懷恩, 黃文菁, 岳思羽. 基于模糊數(shù)學模型的河道生態(tài)基流價值計算[J]. 生態(tài)經(jīng)濟, 2016,32(5):186-190.