觀音閣水庫生態供水效益量化與價值評估研究

杜宏宇

(遼寧穆家水庫發電有限責任公司，遼寧 撫順 113215)

0 前 言

水庫生態供水是保障流域生態平衡和可持續發展的重要供水來源。生態供水量是流域水生態保護的重要基礎條件之一。而對于水庫而言，作為興利效益，如何定量化生態供水的效益和價值一直是國內學者關注的熱點和難點[1-3]。王莉在2015年通過生態成本方法對地表供水工程的環境效益進行了測算，為早期對供水效益量化提供了一種測算思路，但只局限于對環境的效益分析，而對生態效益分析還不夠全面[4]。在此后于2016年宋紅霞對黃河流域的供水效益進行了系統分析，其中也包含對生態供水效益的分析，但未能將生態效益從總效益中進行單獨劃分[5]。隨著對生態供水效益研究的深入，尤其是水利經濟學者研究開展，對于生態供水效益量化方法取得較大程度的突破。黃顯峰于2019年提出基于能值分析的方法進行生態供水效益的量化，并將生態供水中生產系統的投入和產出轉化為同一量綱，彌補了傳統方法效益考慮不全面的局限，而后一些研究成果表明，能值分析原理可較全面定量評估生態供水效益[6-8]。觀音閣水庫作為遼寧地區重要的供水水庫，近些年來，觀音閣水庫作為太子河干流生態供水主要水源之一，為太子河干流水質改善提供了重要的保障。量化觀音閣水庫的生態供水效益是水庫優化調度的重要依據，為提高觀音閣水庫生態供水的保障度，文章從能值分析角度出發，對觀音閣水庫生態供水效益及價值進行定量評估。研究成果對于其他供水工程的生態效益量化也具有參考價值。

1 能量值分析原理

能量值分析首先對不同效益的能量值進行轉換，轉換方程為：

E=τB

(1)

式中：E為能量值；τ為轉換系數；B為不同效益對應的供水價格，元。在效益能值轉換基礎上，對其效益系數進行測算：

(2)

式中：ε為效益測算系數；E1W為生態供水產出效益能值，sej；E1T為生態供水投入成本能值，sej。在效益系數測算基礎上，對生態供水效益總能值進行計算：

S=εE1Y

(3)

式中：S為生態供水效益總值。sej；E1y為生態供水產出能值，sej。在能值分析基礎上采用能量/貨幣轉換系數進行價值評估：

(4)

式中：M為生態供水總效益的貨幣形式，萬元；Ep為能量/貨幣轉換系數。從生態效益的水分調節、生物多樣化程度、環境改善度、氣候調節度以及污水處理能力等5個方面進行生態供水價值的測算：

EM生物多樣性=τ物種×N×R

(5)

EM水分調節=W×τ水體

(6)

EM凈化=EM1-EM2=M1τ1-M2τ2

(7)

EM氣候調節=E×τ蒸汽

(8)

EM污水=(τ污染后-τ污染前×W污水)

(9)

式中：EM生物多樣性、EM水分調節、EM凈化、EM氣候調節、EM污水分別表示為不同類比生態供水價值的量化值；τ物種、τ水體、τ1、τ1、τ蒸汽、τ污染前、τ汽染后為不同類別生態供水價值的能值轉化系數；N為生物種類，個；R為生物種類所占比例，%；W為水庫蓄水量年值，104m3；M1、M2為河道上下監測斷面水質濃度，mg/l；E為水面蒸發能值，sej；W污水為排污量，104m3。

2 研究結果

2.1 水庫概況

觀音閣水庫位于太子河干流，主要以防洪、供水為主的大型水庫。水庫總庫容為21.68億m3，多年凈調節庫容為6.83億m3。水庫設計日供水能力為125萬m3/d，生產、生活、環境供水比例分別為：35%、45%、20%。水庫供水首先滿足生產、生活用水需求.。供水保障率為90%時水庫設計最大供水能力為4.15億m3，供水保障率為95%時設計最大供水能力為4.09億m3，供水保障率為97%時設計最大供水能力為4.08億m3。觀音閣水庫在最低運行水位232m時可滿足供水保障率分別為90%、95%以及97%的用水需求。近些年來，由于太子河流域綜合治理工程的逐步設施，觀音閣水庫環境供水保證率已由95%提高到97%，為保障太子河流域生態用水保障力度，急需要對當前水庫生態供水效益和價值進行定量評估，從而制定符合當前實際的供水調度計劃。

2.2 不同類別資源能值轉換

結合觀音閣所在本溪市2009年-2016年社會經濟統計以及水資源公報數據，對不同資源的能值進行轉換計算，結果見表1。

表1 觀音閣水庫供水區域2009年-2016年不同資源能值轉換結果

從能值轉換結果可看出，觀音閣供水區域不可更新資源的產出能值占總能值的比例最高。在可更新資源中生態供水能值轉換率較高，表明在可更新資源中生態供水產生的效益轉換較快。從區域系統能值產出分析結果可看出，需要對區域產業結構進行優化，從而提高觀音閣水庫生態供水效益的能值產出比例。

2.3 各資源供水能值計算

在對不同類別資源能值轉換計算基礎上，結合能值分析方法，對不同資源進行供水能值的計算，結果見表2。

表2 觀音閣水庫供水區域2009年-2016年能值計算結果

不同年份各類資源供水能值呈現較為顯著的地則變化，可更新資源能值低于不可更新資源的能值，原因在于可更新資源能值轉換率低于不可更新資源。反饋輸入由于能值轉換率低于系統輸入能值轉換率，因此其各年份供水能值低于系統輸入的能值，系統輸入是供水生態系統的主要來源。當地水資源量能值高于外來水資源量，但其各年份能值增加幅度要低于外來水資源量的能值遞增變幅。能值/貨幣率各年份能值變幅呈現先遞減后遞增的變化趨勢，這主要是因為近些年來，隨著觀音閣水庫2014年開始加大生態供水量，其能值轉換率也逐步增加，使得能值/貨幣率能值變化先減少后遞增變化。

2.4 生態供水效益系數計算

在不同資源指標供水能值計算的基礎上，對不同年份生態供水效益系數進行計算，計算結果如表3所示。

表3 觀音閣水庫2009年-2016年不同生態供水效益計算結果

觀音閣水庫生態供水效益系數及能值隨著供水年份的遞增變化不顯著，生態供水效益比例年遞增變幅達到0.10%，生態供水效益系數的增加顯示出生態供水效益量化值的增加。從計算結果還可看出，觀音閣水庫2009年-2016年生態供水效益轉換率也在逐步增加，遞增幅度可達到3.23×1018sej/a，其增加的原因在于生態供水效益中能值/貨幣率轉化率的增加，使得其生態供水效益轉換率逐年增加。此外生態供水效益的能值/貨幣率轉化率的增加也逐步提升了水庫單方生態供水價值。基于2016年觀音閣生態供水數據，水庫生態供水水庫生態供水效益比例以及單方價值分別為4.91%和為3.83元/m3。

2.5 生態供水價值量化分析

在生態供水效益定量計算的基礎上，對觀音閣水庫2009年-2016年生態供水下單方水能及單方水貨幣價值進行量化分析，如表4所示。

表4 觀音閣水庫2009年-2016年各類生態供水價值量化分析結果

從各年份觀音閣水庫生態供水單方水能下各類價值量化結果可看出，污水單方水能量化價值最高，這主要是因為在生態供水條件下污水能值轉換率高于其他類型指標，因此其單方水能量化值最高。調蓄水分因為能值轉換率最低，使得其單方水能量化價值均低于其他指標。各年份觀音閣水庫生態供水條件下單方水能價值逐步增加，年平均遞增幅度為1.75sej/m3。生態供水單方水貨幣也逐年增加，且和單方水能價值變化具有同步變化的特征，其年平均遞增幅度2.09元/m3。

3 主要結論

1)觀音閣水庫生態供水效益系數及能值隨著供水年份的遞增變化不顯著，生態供水效益比例年遞增變幅達到0.10%，水庫生態供水效益轉換率逐年遞增，變化幅度可達到+3.23×1018sej/年，其增加的原因在于生態供水效益中能值/貨幣率轉化率的增加。

2)觀音閣水庫生態供水條件下單方水能價值逐年提升，年平均遞增幅度為1.75sej/m3。生態供水單方水貨幣和單方水能價值變化具有同步性，其年平均遞增幅度可達到2.09元/m3。