南水北調(diào)中線工程沿線水庫生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值演變解析

張先起，路曉斌

（1.華北水利水電大學水利學院，河南 鄭州 450046；2.黃河流域水資源高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450046）

南水北調(diào)中線工程通水以來，先后向沿線40多條河流進行補水，補水總量達69億m3，緩解了受水區(qū)水資源短缺問題，恢復(fù)了部分河湖的健康生命，使其生態(tài)環(huán)境得到改善[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程中所形成及維持人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[2-4]。受人類活動的干預(yù)和破壞，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)常常受到威脅，地球上的自然生態(tài)系統(tǒng)中，接近60%的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)生了退化或者不可持續(xù)利用[5]。因而，運用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（ESV）科學評估、評價南水北調(diào)中線相關(guān)水庫生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，分析人類活動對自然環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)的影響，對于南水北調(diào)中線工程水資源調(diào)配、生態(tài)補水和生態(tài)環(huán)境保護等工作十分重要。

1970年，《人類活動對全球環(huán)境的影響》研究報告中首次使用了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念，列舉了自然生態(tài)系統(tǒng)對人類的服務(wù)[6]。自此概念提出以來，相關(guān)方面的研究不斷加深。有些學者致力于指標體系的構(gòu)建，具有代表性的有Costanza等構(gòu)建的指標體系[7]、千年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的指標體系[8]和傅伯杰等[9]構(gòu)建的指標體系，其中MA理論應(yīng)用最為廣泛。

評價方法主要包括能值分析法[10]、物質(zhì)量評價法[11]以及價值量評價法[12]，國際上研究較多的方法是價值量評價法。而今，對價值評估方法可以大致分為兩類，一是基于單位服務(wù)功能價格的方法即功能價值法[13-15]，二是基于單位面積價值當量因子的方法即當量因子法[16-19]。灰色關(guān)聯(lián)分析適應(yīng)性強，適用于時間序列演變趨勢的研究，將其與功能價值法相結(jié)合，可充分體現(xiàn)水庫生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性與動態(tài)性[20]。

本文基于MA理論，針對水庫生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特征，構(gòu)建了更為精準的指標體系，同時通過功能價值法估算了南水北調(diào)中線17個水庫2008—2019年的水庫生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，運用灰色關(guān)聯(lián)分析計算了各指標的重要程度，選擇對水庫生態(tài)系統(tǒng)影響較為顯著的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，以期為南水北調(diào)中線工程水資源調(diào)配、生態(tài)補水和生態(tài)環(huán)境保護等工作提供理論依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究范圍

湖泊/水庫研究范圍選取湖泊/水庫劃定的保護區(qū)范圍，包括水面面積以及保護區(qū)面積。

1.2 研究對象

湖泊/水庫研究對象為南水北調(diào)中線干線補水或調(diào)蓄的湖泊/水庫，包括補償調(diào)節(jié)和充蓄調(diào)節(jié)水庫，南水北調(diào)中線一期工程涉及相關(guān)湖泊/水庫（17座）詳見表1。

表1 南水北調(diào)中線涉及水庫

1.3 水庫生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價指標體系

本文主要通過重點評估水庫生態(tài)系統(tǒng)中的淡水資源、水土保持、降解污染物、休閑娛樂等各類具有實際市場價值且易以貨幣量化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，結(jié)合水庫生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能特征，選取了供給、調(diào)節(jié)、支持、文化4個方面、11個指標構(gòu)建指標體系計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[21-24]，指標體系如圖1所示。

圖1 指標體系

1.4 指標計算方法

本文通過費用-效益分析方法，利用實際市場法、替代市場法以及假想市場法3種評估技術(shù)[25]，對11個指標進行計算，指標計算方法和公式詳見表2。

表2 指標計算方法

對具有實際市場價值的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品或功能，如供水、水產(chǎn)品、水力發(fā)電，以市場價格作為其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟價值，使用直接市場法進行計算。

對不能在市場上直接獲得其價值貨幣表現(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)，包括水資源貯存、水質(zhì)凈化、洪水調(diào)蓄、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性、旅游休閑、科研教育，尋找等效替代物，利用替代物的市場價格或其影子價格，作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟價值，評估方法有替代市場法、影子價格法、替代工程法、機會成本法和旅行費用法等。

對于不可以商品形式出現(xiàn)在市場的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，如文化傳承，采取直接詢問人們對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的支付意愿，以此作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟價值，評估方法為支付意愿法。

1.5 灰色關(guān)聯(lián)分析（GRA）

灰色關(guān)聯(lián)分析的具體步驟為：使用初值化方法或均值化方法無量綱化處理原始數(shù)據(jù)，計算關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度并根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小對各指標進行排序，數(shù)值越大相關(guān)程度越高[26]。

2 南水北調(diào)中線工程沿線水庫生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算

2.1 研究區(qū)域概況

南水北調(diào)中線工程（見圖2）自丹江口水庫陶岔渠首開始，經(jīng)過長江、淮河、黃河、海河四大流域，最終輸水至北京和天津。至2020年6月3日，南水北調(diào)中線工程已安全運行2 000 d，累計向北調(diào)水300億m3，惠及沿線6 000萬人口。

圖2 區(qū)域概況

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算

2.2.1 數(shù)據(jù)來源

選取2008—2019年數(shù)據(jù)進行研究，水面面積的相關(guān)數(shù)據(jù)來源于中國地理空間數(shù)據(jù)云Landsat系列中Landsat5 TM遙感數(shù)據(jù)圖提取分析成果，社會經(jīng)濟 數(shù)據(jù)來源于各省市統(tǒng)計年鑒和問卷調(diào)查，水文氣象數(shù)據(jù)來源于各省市水資源公報。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估

利用2008—2019年河南、河北、北京、天津四省市的統(tǒng)計資料并采取問卷調(diào)查、考察等方法，收集整理數(shù)據(jù)，通過費用-效益分析方法，估算2008—2019年歷年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，歷年總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化趨勢如圖3所示。由圖3可知，2008—2014年，南水北調(diào)中線工程沿線庫區(qū)總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在940.74億～1 076.56億元之間波動，較為穩(wěn)定；2015—2019年總價值呈上升趨勢，由1 033.41億元上升至1 415.72億元，年均增長率為9.25%；2008—2019年年均總價值為1 130.92億元。

圖3 總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化趨勢

供給、調(diào)節(jié)、支持、文化4個方面指標變化，如圖4所示。由圖4可以看出，供水、氣候調(diào)節(jié)、水資源貯存、生物多樣性上升趨勢明顯，且在2014年南水北調(diào)中線工程通水后上升趨勢明顯增強，而水產(chǎn)品、水力發(fā)電、洪水調(diào)蓄、旅游休閑、文化傳承在2008—2019年間無突變，整體呈穩(wěn)定上升趨勢，水質(zhì)凈化、教育科研2個指標波動較大、不穩(wěn)定。

圖4 2008—2019年指標變化趨勢

供給方面的多年平均價值為90.67億元，調(diào)節(jié)方面的多年平均價值為928.14億元，生物多樣性的多年平均價值為1.42億元，文化方面的多年平均價值為110.69億元。

各項指標按多年平均價值量從大到小的排序為：氣候調(diào)節(jié)（467.35億元）、水資源貯存（301.13億元）、洪水調(diào)蓄（144.16億元）、文化傳承（85.33億元）、供水（76.46億元）、旅游休閑（25.25億元）、水質(zhì)凈化（15.50億元）、水產(chǎn)品（9.63億元）、水力發(fā)電（4.58億元）、生物多樣性（1.42億元）、科研教育（0.12億元）。

2.2.3 灰色關(guān)聯(lián)分析

將2008—2019年的總價值序列作為參考序列、各指標序列作為比較序列，使用初值化方法對各項數(shù)據(jù)進行標準化處理，計算各指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度。各指標關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果，如圖5所示。

圖5 指標關(guān)聯(lián)度

由圖5可知，對總價值影響最大的為氣候調(diào)節(jié)（0.935 9）、影響最小的為水產(chǎn)品（0.614 8）。

3 結(jié)論

（1）南水北調(diào)中線工程沿線各水庫總生態(tài)服務(wù)價值在2008—2014年總體呈現(xiàn)小范圍波動、2015—2019年呈現(xiàn)顯著增加的趨勢，表明南水北調(diào)中線工程通水后對沿線水生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境進行了改善。

（2）南水北調(diào)中線工程通水對各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能有不同的影響，其中的氣候調(diào)節(jié)、水資源貯存、洪水調(diào)蓄功能受輸水的影響顯著。

（3）通過價值量分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析，可確定水庫生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值體系中水庫生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由調(diào)節(jié)效益為主導(dǎo)，核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為氣候調(diào)節(jié)、水資源貯存、洪水調(diào)蓄。