河道生態(tài)基流價值的估算與比較

徐梅梅,李懷恩,成　波

(西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點實驗室培育基地,陜西 西安 710048)

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河道生態(tài)基流價值的估算與比較

徐梅梅,李懷恩,成波

(西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點實驗室培育基地,陜西 西安 710048)

為解決目前對河道生態(tài)基流價值的認(rèn)識不足、計算方法缺乏的問題,以渭河寶雞段生態(tài)基流價值為研究對象,借鑒資源環(huán)境經(jīng)濟學(xué)理論,應(yīng)用機會成本法、分析綜合法、影子工程法分別估算河道生態(tài)基流的機會價值、功能價值以及生態(tài)基流得不到保障時所造成的最小經(jīng)濟損失。結(jié)果表明:渭河寶雞段生態(tài)基流的機會價值約為7.06億元/a,功能價值約為11.72億元/a,河道生態(tài)基流得不到保障時所造成的最小經(jīng)濟損失約為10.27億元/a。因此在水資源開發(fā)利用時,應(yīng)對生態(tài)基流予以重視。

渭河寶雞段; 生態(tài)基流價值; 機會成本法; 影子工程法; 分析綜合法

在水資源短缺地區(qū)的枯水期,人類過量取水不僅擠占了河道徑流量,也使得河道基礎(chǔ)流量難以保障,造成河道生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化。生態(tài)基流是河流生態(tài)系統(tǒng)價值得以體現(xiàn)的前提,這就是生態(tài)基流的價值所在,它對維持河流健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。保護水資源、實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用,是現(xiàn)代水利的一項重要內(nèi)容[1]。目前,生態(tài)基流被人們所關(guān)注,如國家水專項對渭河關(guān)中段生態(tài)基流的保障及調(diào)控技術(shù)進行了一定的分析研究,并取得了相應(yīng)的研究成果。但在生態(tài)基流價值方面,國內(nèi)外主要集中于水資源價值、水生態(tài)環(huán)境價值等方面的研究。如Hanse等[2]采用支付意愿法估算了美國河流的旅游價值;Costanza等[3]首次給出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值;Wilson等[4]總結(jié)了美國淡水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟價值,并重點研究了河流生態(tài)系統(tǒng)的娛樂功能價值;Rogers等[5]針對印度Tamil Nadu邦的水危機,計算了水在各個產(chǎn)業(yè)部門中的經(jīng)濟價值;Tesfaye等[6]應(yīng)用余值理論對埃塞俄比亞藍(lán)尼羅河流域所提供的主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行了經(jīng)濟量化。國內(nèi)如1998年姜文來[7]對水資源價值進行了比較系統(tǒng)的研究,闡述了與水資源價值相關(guān)的多方面理論;雷毅[8]對河流健康生命及其價值和權(quán)利進行了研究,定性分析了河流的價值、河流的生存與健康權(quán)利以及人對河流的責(zé)任與義務(wù)等;陳陽[9]分析了三江平原北部地區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值隨時空變化的特點。

針對生態(tài)基流價值的研究相對缺乏[10],林啟才[11]將生態(tài)基流的價值歸納為四大類,并對渭河寶雞段生態(tài)基流的價值進行了計算;黃文菁[12]對河道生態(tài)基流價值及其影響因素進行了定性分析,并應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)模型計算了渭河關(guān)中段4個斷面的生態(tài)基流價值。目前,人們對河道生態(tài)基流價值的認(rèn)識不足,計算方法仍缺乏,基于此,本文借鑒資源環(huán)境經(jīng)濟學(xué)中相關(guān)方法,以渭河寶雞段進行實例研究,通過估算該段河流的生態(tài)基流價值,來探討放棄水資源的經(jīng)濟收益來保障生態(tài)基流是否值得。對生態(tài)基流價值的研究也可以為河流健康發(fā)展及水資源的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1　生態(tài)基流價值估算的方法

生態(tài)基流是用以維持或恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與功能所需的最小流量,對其價值的分析研究能夠使公眾及有關(guān)決策者直觀地認(rèn)識到生態(tài)基流的重要性。但是由于生態(tài)基流價值的研究處于初級階段,計算方法相對缺乏,因此本文借鑒資源環(huán)境經(jīng)濟學(xué)中的相關(guān)方法,分析了機會成本法、影子工程法、分析綜合法在生態(tài)基流價值估算中的應(yīng)用。

1.1機會成本法

從水資源用途考慮,除河道生態(tài)用水之外,河流水資源的用途主要分為三大類:生活用水、農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水。在枯水期,水資源短缺,如果河道內(nèi)留有足夠的水作為生態(tài)基流以維持生態(tài)系統(tǒng)功能,就意味著水資源的其他用途將會受到影響,部分效益將會放棄。在這種情況下就可以用機會成本法估算生態(tài)基流價值,即這三種用途下,總效益最大者為河流生態(tài)基流的機會價值。本文近似以經(jīng)濟效益代替。三種用途下的用水經(jīng)濟效益具體計算如下。

1) 農(nóng)業(yè)用水經(jīng)濟效益

農(nóng)業(yè)用水經(jīng)濟效益采用分?jǐn)傁禂?shù)法[13]計算,計算式為:

(1)

式中:Wu為農(nóng)業(yè)用水經(jīng)濟效益;Pu為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟利潤;ηu為農(nóng)業(yè)用水經(jīng)濟效益分?jǐn)傁禂?shù),ηu=(Fu1+Fu2)/Fu,其中Fu1為農(nóng)業(yè)水費成本,Fu2為農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)凈值,Fu為全要素農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本;Qu為凈農(nóng)業(yè)用水量(不包括渠系滲漏水量),Qu=Qε,其中Q為農(nóng)業(yè)用水量,ε為渠系水利用系數(shù)。

2) 工業(yè)用水經(jīng)濟效益

工業(yè)用水經(jīng)濟效益同樣采用分?jǐn)傁禂?shù)法[14]。用全市綜合供水效益分?jǐn)傁禂?shù)乘以全市工業(yè)總凈產(chǎn)值或總利稅額表示,計算式為:

(2)

式中:Wi為工業(yè)用水經(jīng)濟效益;Bi為工業(yè)企業(yè)利稅總額;ηi為工業(yè)用水經(jīng)濟效益分?jǐn)傁禂?shù),ηi=Fi1/Fi0,其中,Fi1為工業(yè)供水投資;Fi0為供水范圍內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)投資;Qi為工業(yè)用水量。

3) 生活用水經(jīng)濟效益

生活用水經(jīng)濟效益采用市場價值法計算。用供水量與該地區(qū)生活用水價格的乘積表示供水效益,計算式為:

Ws=PsQs

(3)

式中:Ws為生活用水年經(jīng)濟效益;Ps為生活用水價格;Qs為供水量。

1.2影子工程法

影子工程法也叫替代工程法,是恢復(fù)費用的一種特殊形式,主要用于環(huán)境的經(jīng)濟價值難以直接估算時的環(huán)境估價。當(dāng)環(huán)境遭到破壞后,人工建造一個具有類似環(huán)境功能的替代工程,并用該替代工程的費用表示該環(huán)境價值的一種估價方法。影子工程法計算環(huán)境資源價值的公式為:

(4)

式中:V為需評估的環(huán)境資源價值;x1,x2,…,xn為替代工程中各項目的建設(shè)費用。

當(dāng)生態(tài)基流得不到保障時,河流環(huán)境功能將不能維持。為了使河流環(huán)境功能正常發(fā)揮,必須采取一定的措施來保障生態(tài)基流量。由于水庫具有調(diào)節(jié)性能,可作為保障河道生態(tài)基流的可行措施,因此,以水庫作為替代工程,采用影子工程法來計算河道生態(tài)基流的價值。本文在具體計算中采用單位庫容年投入成本與生態(tài)基流量的乘積作為生態(tài)基流的價值。

1.3分析綜合法

分析綜合法的思路是將環(huán)境的功能價值分別加以計算,并將其累加構(gòu)成總的環(huán)境價值。渭河寶雞段生態(tài)基流(或枯水期的河流)所具有的功能主要有:凈化、生物多樣性維持、調(diào)節(jié)、娛樂休閑、提供生境功能。計算方法參考周林飛[15]等的研究成果。

1) 凈化功能

采用恢復(fù)費用法,用污染物(主要是氨氮與COD)的污染當(dāng)量數(shù)(QC)與污染當(dāng)量征收標(biāo)準(zhǔn)(PC)的乘積表示,即：

VC=PCQC

(5)

式中污染當(dāng)量數(shù)(QC)為各污染物的排放量與污染當(dāng)量值的比值之和。

2) 生物多樣性維持功能

采用中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值表進行計算,用水生態(tài)系統(tǒng)維持生物多樣性單位面積的價值(Pcr)與流域水生態(tài)系統(tǒng)面積(S)的乘積表示,即：

(6)

3) 調(diào)節(jié)功能

主要是水文調(diào)節(jié)功能,用水生態(tài)系統(tǒng)單位面積調(diào)節(jié)價值(Pct)與流域水生態(tài)系統(tǒng)面積(S)之積表示,即：

(7)

4) 娛樂休閑功能

娛樂休閑功能的價值可以根據(jù)研究區(qū)域水資源總量占全國水資源總量的比例(γ),以及全國水資源生態(tài)系統(tǒng)的估計價值(Pcu)之積計算,即：

(8)

5) 提供生境功能

各種水體與濕地是地球上最重要的野生生物的棲息地或避難所,河流也是濕地的一種,其提供生境功能的價值可用提供生境的面積即流域水生態(tài)系統(tǒng)面積(S)與單位面積提供價值(Pcs)的乘積表示,即：

(9)

將上述六項功能價值累加即可得到河流的生態(tài)功能價值。生態(tài)基流是河流生態(tài)系統(tǒng)價值得以體現(xiàn)的前提,因此它的價值在某種程度上是相當(dāng)大的,但是生態(tài)基流作為河流的一部分,它對河流生態(tài)功能的貢獻卻是可以計算的,可以用河流的生態(tài)功能價值乘以基流量占徑流量的比例來表示。

2　渭河寶雞段河道生態(tài)基流價值的計算

渭河干流寶雞段(林家村—常興橋)全長224 km,處于渭河中下游。近年來該河段生態(tài)環(huán)境脆弱,水環(huán)境不斷惡化,河道流量銳減甚至斷流,河道生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化。造成這種生態(tài)問題的主要原因是人類過量開發(fā)水資源,嚴(yán)重擠占了河道的生態(tài)基流量,使得需要滿足的最小生態(tài)基流量難以得到保障。合理估算生態(tài)基流的價值對渭河寶雞段水資源配置以及河道生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)具有重要意義。渭河水專項研究課題組綜合考慮研究現(xiàn)狀,給出渭河林家村斷面的最小生態(tài)基流推薦值為4 m3/s,本文根據(jù)寶雞市統(tǒng)計局統(tǒng)計數(shù)據(jù)、水利年鑒數(shù)據(jù)、《排污費征收使用管理條例》數(shù)據(jù)以及前人研究成果等,就以上方法對渭河寶雞段生態(tài)基流的價值進行實例計算。

2.1機會成本法計算

1) 農(nóng)業(yè)用水經(jīng)濟效益

應(yīng)用式(1)計算。受資料限制,本文主要以寶雞市平均農(nóng)業(yè)用水經(jīng)濟效益近似代替渭河寶雞段農(nóng)業(yè)用水經(jīng)濟效益。根據(jù)2013年寶雞市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報,寶雞市農(nóng)業(yè)利潤(Pu)為76.31億元,農(nóng)業(yè)用水總量(Q)為4.93億m3,農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)值為48.98億元,農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值263.99億元;根據(jù)陜西省水利廳公布的數(shù)據(jù),寶雞峽渠系水利用系數(shù)(ε)約為0.65;農(nóng)業(yè)水費成本(Fu1)為水資源費(根據(jù)寶雞市統(tǒng)計局統(tǒng)計數(shù)據(jù),水資源費為0.3元/m3)與農(nóng)業(yè)用水總量(Q)的乘積,即Fu1=0.3×4.93=1.48(億元);農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)凈值(Fu2)為農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)值(48.98億元)與累積折舊后的差值,灌排渠(河)道每年基本折舊率取2%,農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)折舊按照15年的使用期限處理,則農(nóng)業(yè)固定資產(chǎn)凈值Fu2=48.98×(1-2%)15=36.18(億元),全要素農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本(Fu)為農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值與農(nóng)業(yè)利潤的差值,即Fu=263.99-76.31=187.68(億元)。

則分?jǐn)傁禂?shù)ηu=(Fu1+Fu2)/Fu=0.2;經(jīng)濟效益Wu=Puηu/(Qε)=4.8(元/m3);年經(jīng)濟效益為4.8×4×86 400×365=6.05億元。

2) 工業(yè)用水經(jīng)濟效益

應(yīng)用式(2)計算。以寶雞市平均工業(yè)用水經(jīng)濟效益近似代替渭河寶雞段工業(yè)用水經(jīng)濟效益。根據(jù)寶雞市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報,寶雞市2013年工業(yè)利稅總額(Bi)為153.88億元,工業(yè)用水總量(Qi)為0.89億m3,工業(yè)供水投資(Fi1)為17.38億元,工業(yè)生產(chǎn)投資(Fi0)為538.20億元。則工業(yè)用水分?jǐn)傁禂?shù)ηi=Fi1/Fi0=3.23%,工業(yè)用水效益Wi=Biηi/Qi=5.6(元/m3), 年經(jīng)濟效益為5.6×4×86 400×365=7.06億元。

3) 生活用水經(jīng)濟效益

用式(3)計算。生活用水價格取寶雞市平均價格。根據(jù)寶雞市物價局?jǐn)?shù)據(jù),2013年寶雞市生活用水價格Ps為2.75元/m3;最小生態(tài)基流量即供水量Qs為4 m3/s,則生活用水經(jīng)濟效益Ws=2.75×4×86 400×365=3.46(億元)。

由機會成本法定義,經(jīng)濟效益最大者即為河流生態(tài)基流的機會價值。工業(yè)用水效益最大,因此渭河寶雞段生態(tài)基流的價值為5.6元/m3,折合為7.06億元/a。

2.2影子工程法計算

利用我國每方水庫庫容所需要的年投入成本作為供水的替代工程。根據(jù)《中國水利年鑒》及國家林業(yè)局頒布的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721—2008),1993—1999年平均水庫庫容造價為2.17元/t,2005年價格指數(shù)為2.816。利用2005年價格指數(shù),結(jié)合陜西省歷年固定資產(chǎn)投資的環(huán)比價格指數(shù),可計算得陜西省2013年的價格指數(shù)為3.751(對環(huán)比價格指數(shù)進行累積計算),則每方水庫庫容年投入成本為:

2.17×3.751=8.14 元/m3

生態(tài)基流的價值為:

8.14×4×86 400×365=10.27億元/a

2.3分析綜合法計算

1) 凈化功能價值

應(yīng)用式(5)計算。經(jīng)查閱《排污費征收使用管理條例》,每一污染當(dāng)量征收標(biāo)準(zhǔn)(PC)為0.7元。氨氮的污染當(dāng)量值為0.8 kg,COD的污染當(dāng)量值為1 kg;寶雞市氨氮排放量為0.511 4萬噸,COD排放量4.81萬噸,則污染當(dāng)量數(shù)(QC)=(0.511 4/0.8+4.81/1)×107=5.45×107(kg),于是,凈化功能價值VC=PCQC≈0.38(億元)。

2) 生物多樣性維持功能價值

應(yīng)用式(6)計算。參照謝高地[16]等人成果,我國河流生態(tài)系統(tǒng)年生物多樣性維持功能價值(Pcr)為1 540.41元/hm2;渭河寶雞段流域面積(S)為1.329萬km2,則生物多樣性維持功能價值Vcr=SPcr=20.5(億元)。

3) 調(diào)節(jié)功能價值

應(yīng)用式(7)計算。同樣根據(jù)謝高地[16]等人成果,我國河流生態(tài)系統(tǒng)年水文調(diào)節(jié)功能價值(Pct)為8 429.61元/hm2;渭河寶雞段流域面積(S)為1.329萬km2;則調(diào)節(jié)功能價值Vct=SPct=112.03(億元)。

4) 娛樂休閑功能價值

應(yīng)用式(8)計算。根據(jù)渭河水專項課題三中的專題一(渭河關(guān)中段河道生態(tài)基礎(chǔ)流量研究報告),我國水資源生態(tài)系統(tǒng)在娛樂休閑功能方面的估計價值量(Pcu)為1 204億元,渭河寶雞段林家村站多年平均徑流量為18.31億m3;全國水資源總量為27 957.9億m3,則寶雞林家村站所測徑流量占全國水資源總量比例γ=18.31/27 957.9=6.55×10-4;則娛樂休閑功能價值Vcu=γPcu=0.79(億元)。

5) 提供生境功能

應(yīng)用式(9)計算。根據(jù)Costanza[3]等人的研究成果,沼澤或泛濫平原提供棲息地或避難所這一服務(wù)功能的年生態(tài)效益(Pcs)為439美元/hm2[2],折合人民幣2 721.8元/hm2(以1美元兌換人民幣6.2元計);渭河寶雞段流域面積(S)為1.329萬km2,則Vcs=SPcs=36.17(億元)。

根據(jù)分析綜合法,渭河寶雞段的生態(tài)服務(wù)功能價值為169.87億元/a。渭河寶雞段林家村站實測多年平均徑流量為18.31億m3,基流量占徑流量的比例約為6.9%,則生態(tài)基流價值為11.72億元/a,即9.3元/m3。

2.4分析與討論

本文采用機會成本法計算得結(jié)果為5.6元/m3,影子工程法為8.14元/m3,分析綜合法為9.3元/m3。分別折合為7.06億元/a、10.27億元/a、11.72億元/a。三種方法所得結(jié)果各不相同,但差異較小,因此結(jié)果有一定合理性。楊小剛等[17]估算得渭河陜西段生態(tài)服務(wù)功能價值為876.83億元(不包含供水功能價值),本文計算得渭河寶雞段生態(tài)服務(wù)功能價值為169.87億元,約占陜西段的1/5,而渭河寶雞段林家村斷面多年平均徑流量(18.31億m3)占渭河陜西段(潼關(guān)斷面)多年平均徑流量(97.11億m3)的比例也接近1/5,因此該計算結(jié)果也具有一定的合理性;林啟才[11]計算得2010年渭河寶雞段生態(tài)基流價值的置信區(qū)間為2～9億元/a,本文三種方法所計算的結(jié)果比該值略大,主要是因為在計算過程中選取的功能有所差異,選取的年限資料也不相同。根據(jù)“趨同論”,本文認(rèn)為水資源的價值具有唯一性,盡管不同方法所得結(jié)果有所差異,但本質(zhì)上是從不同角度對同一對象(河道生態(tài)基流)的價值進行量化,因此評估結(jié)果應(yīng)是一致的,不同方法評估的結(jié)果也具有可比性。本文分析綜合法反映的是生態(tài)基流的生態(tài)服務(wù)功能價值,機會成本法反映的是生態(tài)基流的機會價值,影子工程法反映的是生態(tài)基流得不到保障時造成的最低經(jīng)濟損失,對比結(jié)果表明生態(tài)基流的生態(tài)服務(wù)功能價值最大,機會價值最小,因此保障生態(tài)基流是值得的。

3　結(jié)　論

針對目前人們對河道生態(tài)基流的價值認(rèn)識不足,且計算方法缺少,本文借鑒資源環(huán)境經(jīng)濟學(xué)中相關(guān)理論方法,分別應(yīng)用機會成本法、影子工程法、分析綜合法對渭河寶雞段進行了實例計算。結(jié)論如下。

1) 研究表明,機會成本法、影子工程法、分析綜合法用于河道生態(tài)基流價值的定量估算是可行的。

2) 三種方法的出發(fā)點與思路有所不同,因此計算結(jié)果也存在差異,應(yīng)用中可根據(jù)不同需要選取適當(dāng)?shù)挠嬎惴椒ā?/p>

3) 生態(tài)基流的生態(tài)功能價值顯著,因此在水資源短缺時期,要權(quán)衡好生態(tài)功能與經(jīng)濟收益之間的關(guān)系,以防過分取水使得河道生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受損,造成得不償失的后果。

生態(tài)基流等河流生態(tài)環(huán)境流量的價值定量計算問題屬于前沿課題,本文的研究還是初步的,今后還需要進一步深化和完善。

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(責(zé)任編輯王衛(wèi)勛)

Estimation and comparison of ecological basic flow value

XU Meimei,LI Huaien,CHENG Bo

(State Key Lab Cultivation Base of Northwest Arid Ecology and Hydraulic Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China)

In order to resolve the insufficient understanding and the lack of methods for studying river ecological base flow value, taking Baoji Weihe River section as the study area and referencing resources and environment economics theory, using opportunity cost method, analysis synthesis method and shadow engineering method to estimate the opportunity value, functional value and the minimum economic losses caused by ecological base flow not guaranteed separately. The results show that the opportunity value of Baoji Weihe River section is about 0.706 billion yuan/a, that function value is about 1.172 billion yuan/a and that the minimum economic losses caused by ecological base flow unguaranteed is about 1.027 billion yuan/a. So what is needed is to attach importance to ecological base flow when water resources are exploited.

Baoji Weihe River section; ecological base flow value; opportunity cost method; shadow project method; comprehensive analysis method

10.19322/j.cnki.issn.1006-4710.2016.03.019

2015-12-10

國家自然科學(xué)基金資助項目(51479162)

徐梅梅,女,碩士生,研究方向為水資源保護。E-mail:335804027@qq.com

李懷恩,男,教授,博導(dǎo),研究方向為水資源保護與環(huán)境經(jīng)濟。E-mail:25283105@qq.com

X196

A

1006-4710(2016)03-0359-05