基于水足跡的引江濟(jì)淮調(diào)水生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)研究

孫賢斌，孫良萍，劉乾坤，王升堂

（1.皖西學(xué)院 環(huán)境與旅游學(xué)院，安徽 六安 237012；2.合肥工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，安徽 合肥 230009）

水是區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性資源。我國(guó)水資源時(shí)空分布極不均勻，供需矛盾越來越突出，引江濟(jì)淮工程是緩解皖北及中原局部區(qū)域水資源短缺的有效途徑。生態(tài)補(bǔ)償不僅是平衡水源地與受水區(qū)之間協(xié)調(diào)發(fā)展的手段，也是保障跨流域調(diào)水能否持續(xù)長(zhǎng)久運(yùn)作的重要因素?？缌饔蛘{(diào)水生態(tài)補(bǔ)償?shù)难芯恐黝}十分豐富，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的確定也一直是此領(lǐng)域研究的核心問題[1]。常用的水資源生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算方法有資源價(jià)值法、費(fèi)用分析法、機(jī)會(huì)成本法、支付意愿法和水質(zhì)修正系數(shù)法等。近年來，數(shù)據(jù)包絡(luò)分析分?jǐn)偰Ｐ停聪鄬?duì)效率評(píng)價(jià)應(yīng)用決策，DEA）[2]、雙重差分（DID）和多主體協(xié)商[3]、生態(tài)足跡[4-7]、等定量模型等方法被引入到水資源生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)定量化研究中[2-7]。在跨流域調(diào)水前，多采用水量分配、水源地生態(tài)服務(wù)價(jià)值分擔(dān)、用水區(qū)支付能力或水資源效益產(chǎn)出、離差平方、生態(tài)足跡等方法開展研究[5-8]。水足跡是指在一定時(shí)間范圍內(nèi)，區(qū)域生產(chǎn)一定數(shù)量產(chǎn)品所消耗的或生活服務(wù)所耗費(fèi)的水資源量。生態(tài)足跡方法是基于區(qū)域水資源供給與需求總量間的關(guān)系出發(fā)，更加適合流域間調(diào)水補(bǔ)償需要，通過補(bǔ)償手段實(shí)現(xiàn)受益區(qū)域外部性的“內(nèi)部化”，是對(duì)調(diào)水水源地的有效保護(hù)，體現(xiàn)了“保護(hù)者接受受益，受益者提供補(bǔ)償”[4,9]。生態(tài)足跡法是通過人類對(duì)土地和水域的利用量來評(píng)估對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，而水足跡法則是定量測(cè)算人類生產(chǎn)和服務(wù)過程中水資源的消耗量。水足跡法能夠?qū)㈦[含在產(chǎn)品和服務(wù)中的水消耗量顯化，有助于合理地建立區(qū)域水資源的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，為引江濟(jì)淮調(diào)水的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制提供參考。

1 引江濟(jì)淮工程概況

引江濟(jì)淮工程可溝通長(zhǎng)江和淮河兩大水系，是以城鄉(xiāng)供水、江淮航運(yùn)、農(nóng)業(yè)灌溉、皖北水生態(tài)環(huán)境改善為目的的大型跨流域調(diào)水工程。此工程于2016 年12 月開工，計(jì)劃于2022 年底完工，總投資912.71 億元。工程直接供水范圍主要有安徽省的合肥、淮南、滁州、蚌埠、宿州、阜陽(yáng)、淮北、亳州8 個(gè)市41 個(gè)縣區(qū)，河南省的商丘、周口2 個(gè)市9個(gè)縣區(qū)，總面積7.06×104km2，輸水通道總長(zhǎng)度723 km。計(jì)劃2030 年和2040 年的調(diào)水量分別為33.03 億立方和43.00 億立方。工程實(shí)施后，受水區(qū)的工業(yè)用水和生活用水等供水率達(dá)95%，其中淮北與沿淮受水區(qū)的農(nóng)田灌溉率達(dá)75%，有效解決了受水區(qū)的缺水問題。作為一項(xiàng)重大水資源配置綜合利用工程，其可以促進(jìn)安徽省區(qū)域協(xié)調(diào)與合作，對(duì)支持皖北、河南部分市域可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

圖1 引江濟(jì)淮調(diào)水線路、受水區(qū)及水源地范圍

2 研究方法與數(shù)據(jù)

2.1 水生態(tài)足跡模型

本研究統(tǒng)計(jì)了區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)消費(fèi)和生活服務(wù)消費(fèi)的水資源量（自下而上的方法）。通常，區(qū)域生態(tài)足跡總量（T）包括內(nèi)部水足跡（I）和外部水足跡（E）。區(qū)域內(nèi)部水足跡主要有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡（A）、工業(yè)生產(chǎn)水足跡（K）、生活生產(chǎn)水足跡（C）、生態(tài)用水足跡（F）以及出口產(chǎn)品虛擬水足跡（D），而外部水足跡主要是進(jìn)口產(chǎn)品虛擬水足跡（E），具體表達(dá)式為[5,10]

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡通常由農(nóng)作物生產(chǎn)用水量和動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)用水量組成。本研究結(jié)合安徽省已有的水生態(tài)足跡相關(guān)研究成果[10-12]，選用2016年主要單位農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量和動(dòng)物產(chǎn)品虛擬水含量，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品、動(dòng)物產(chǎn)品總量，獲得了主要農(nóng)產(chǎn)品、動(dòng)物產(chǎn)品水足跡總量。工業(yè)生產(chǎn)水足跡、生活生產(chǎn)水足跡、生態(tài)用水足跡直接采用安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒和水資源公報(bào)中的實(shí)際耗水量相關(guān)數(shù)據(jù)。出口產(chǎn)品虛擬水足跡（D）由出口貿(mào)易值（Si）對(duì)生產(chǎn)總值（Ni）的占比再乘以總生產(chǎn)耗水量（P）獲得，進(jìn)口產(chǎn)品虛擬水足跡（E）由進(jìn)口貿(mào)易值（Mi）對(duì)生產(chǎn)總值（Ni）的占比再乘以P獲得，具體計(jì)算式分別為。

2.2 水足跡生態(tài)補(bǔ)償模型

引江濟(jì)淮調(diào)水工程的水源地生態(tài)環(huán)境保護(hù)成本是生態(tài)受償標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，具體包括直接成本（環(huán)境污染治理費(fèi)用、水土流失治理與人工造林投入）和間接成本（水源地各市居民人均可支配收入與省人均值差值為限制產(chǎn)業(yè)發(fā)展損失）[5-6]，它們的關(guān)系式為

式中B為受水區(qū)環(huán)?？偼度氤杀荆琔為環(huán)保直接投入，V為間接機(jī)會(huì)成本損失，其中，U包括大氣、水體污染治理費(fèi)用、水土流失治理費(fèi)用、人工造林投資費(fèi)用。H、G分別為受水區(qū)第i市的城鎮(zhèn)居民、農(nóng)村居民機(jī)會(huì)成本損失；ai、bi分別為受水區(qū)第i市的城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、農(nóng)村居民人均純收入；c、d分別為全省城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、農(nóng)村居民人均純收入；xi、yi分別為受水區(qū)第i市的城鎮(zhèn)居民人口、農(nóng)村居民人口。然而，并非水源地所有產(chǎn)業(yè)均受到水環(huán)境保護(hù)限制影響，故均衡因子r取0.01。

以各水源地水盈余量（或水足跡量占流域提供的水資源總量）占整個(gè)水源地區(qū)域水盈余量的比例，及各水源地生態(tài)環(huán)保投入作為依據(jù)，構(gòu)建水源地受償補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)模型[5-6]，公式為

其中，R、T分別為第i個(gè)水源地虛擬環(huán)保投入、實(shí)際環(huán)保投入，m為第i個(gè)水源地的水足跡，n為所有水源地的供水量，Z為第i個(gè)水源地的受償標(biāo)準(zhǔn)。

水源地水資源生態(tài)補(bǔ)償量大小也與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān)，故引入?yún)^(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段系數(shù)給予修正。皮爾曲線能夠較好地反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段（恩格爾系數(shù)）對(duì)環(huán)境生態(tài)價(jià)值的影響，其表達(dá)式為[4,8]

其中，R為經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平分配系數(shù)，L為補(bǔ)償能力系數(shù)，ti為恩格爾系數(shù)的倒數(shù)，e為自然常數(shù)，ui為第i個(gè)受水區(qū)2019年GDP，v為2019年全省GDP。

若流域人類活動(dòng)對(duì)水資源的使用量或需求量超過水資源的供給量，則需要占用其他地區(qū)或其他流域的水資源量，也就是說要為其他地區(qū)提供分擔(dān)的環(huán)保投入（即虛擬環(huán)保投入），各用水區(qū)的虛擬環(huán)保投入可采用如下公式計(jì)算[5-6]：

其中，X為第i個(gè)用水區(qū)的虛擬環(huán)保投入，R為經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平分配系數(shù)，Y為所有用水區(qū)的虛擬環(huán)保投入總和，M、N分別為第i用水區(qū)的水足跡、供水量，S、T分別為用水區(qū)的水足跡總量、供水總量，C為第i用水區(qū)的生態(tài)補(bǔ)償量。

2.3 數(shù)據(jù)來源與處理

各城市用水量和水資源容量、GDP、人口、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、播種面積、城鎮(zhèn)人均可支配收入、農(nóng)村居民純收入、大氣和水環(huán)境治理費(fèi)用等數(shù)據(jù)來源于安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒、河南省統(tǒng)計(jì)年鑒、中國(guó)城市年鑒、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、水資源公報(bào)等。相關(guān)數(shù)據(jù)用Excel進(jìn)行計(jì)算和處理。

3 結(jié)果分析

3.1 調(diào)水水源地和受水區(qū)水足跡

表1為2019年引江濟(jì)淮工程受水區(qū)和水源地的虛擬水足跡。受水區(qū)各城市的水足跡以周口市最大（116.87億立方），商丘市（106.33億立方）、宿州市（107.62億立方）、阜陽(yáng)市（106.33億立方）次之，這三個(gè)城市水足跡總量大，主要是農(nóng)業(yè)水足跡，分別占84.33%、93.06%、95.28%，且都位于北方，降水相對(duì)較少（水資源容量也小）、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（農(nóng)作物種植）耗水量大。其次是滁州市（97.24億立方）、合肥市（87.72億立方）、亳州市（81.81億立方）、蚌埠市（74.40億立方），其中，滁州市農(nóng)業(yè)用水量大，合肥市工業(yè)用水量和生活用水量較大，亳州市和蚌埠市地處北方，農(nóng)業(yè)用水量較大。其他城市的水足跡相對(duì)較小。

表1 2019年引江濟(jì)淮工程受水區(qū)及水源地虛擬水足跡（單位/億立方）

從水資源容量來看，北方城市（如淮北、周口、商丘、蚌埠、阜陽(yáng)、宿州）都很小，南方城市相對(duì)較大。受水區(qū)的各城市水量盈余都為負(fù)值，即為缺水區(qū)，是引江濟(jì)淮調(diào)水服務(wù)區(qū)域，其中北方城市普遍嚴(yán)重缺水（如周口、商丘、阜陽(yáng)、宿州）。從水足跡構(gòu)成來看，農(nóng)業(yè)（或農(nóng)產(chǎn)品）水足跡最大，占全部總用水量的80%以上，其次是工業(yè)（或工業(yè)產(chǎn)品）水足跡，而生態(tài)用水（主要包括景觀生態(tài)、綠地用水等）、進(jìn)口產(chǎn)品水足跡、出口產(chǎn)品水足跡這三類都相對(duì)較小。引江濟(jì)淮工程主要為河南的周口市和商丘市、安徽皖北區(qū)域提供農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)和生活等用水，為保障以上區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活發(fā)揮了重要作用。池州市、六安市、安慶市和宣城市為引江濟(jì)淮工程調(diào)水的水源地，水資源容量大，有盈余，虛擬水足跡高于實(shí)際水資源擁有量，可以為用水區(qū)提供水資源，是水資源生態(tài)受償區(qū)。

3.2 水源地環(huán)保成本

表2為2019年引江濟(jì)淮工程調(diào)水的水源地生態(tài)環(huán)境保護(hù)投入。直接投資（市場(chǎng)價(jià)值法估算）包括造林投資和保護(hù)成本、廢水和廢氣治理、水土流失治理等。據(jù)計(jì)算，水源地4市的直接投資總值為21.35億元，其中宣城市、池州市和安慶市相差不大，均約6億元。間接成本（機(jī)會(huì)成本法估算）主要是水源地產(chǎn)業(yè)限制發(fā)展造成的損失。水源地產(chǎn)業(yè)發(fā)展損失的機(jī)會(huì)成本不可能為負(fù)值，故而宣城市和池州市的負(fù)間接成本以0值表示。4市的間接成本總值為8.70億元，其中安慶市的間接成本最大（4.721億元），其次是六安市（3.98億元）。因水源地生態(tài)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生的投入，同時(shí)限制一些污染工業(yè)進(jìn)入，均會(huì)產(chǎn)生機(jī)會(huì)成本損失。作為受水區(qū)（或用水區(qū)）應(yīng)給予一定生態(tài)補(bǔ)償，以保障調(diào)水水質(zhì)和水量，從而促進(jìn)工程調(diào)水的可持續(xù)性。故而，可以生態(tài)環(huán)境保護(hù)投入為依據(jù)，結(jié)合受水區(qū)的水足跡來確定生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。

表2 2019年引江濟(jì)淮工程調(diào)水的水源地生態(tài)環(huán)境保護(hù)投入

3.3 水源地受償標(biāo)準(zhǔn)及受償分配

水源地受償標(biāo)準(zhǔn)主要考慮水源地區(qū)域的實(shí)際環(huán)保投入與虛擬環(huán)保投入的差值、盈余水量占區(qū)域盈余總量的比值（即提供調(diào)水量的比例）兩個(gè)因素。結(jié)果表明，六安和安慶2 市的水足跡較大，分別是74.33 億立方和71.96 億立方，而水量盈余最多的是宣城市（58.71 億立方），水源地的總水量盈余為127.61 億立方。4市共接受了25.07億元的生態(tài)補(bǔ)償，其中以安慶市最多（8.458億元），六安、池州和宣城3市的生態(tài)補(bǔ)償費(fèi)用為（5.378～5.795）億元，相差不大，具體如表3所示。

表3 2019年引江濟(jì)淮工程調(diào)水水源地各市的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

3.4 用水區(qū)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

表4為引江濟(jì)淮工程受水區(qū)的各市虛擬環(huán)保投入與生態(tài)補(bǔ)償分擔(dān)情況。考慮各受水城市的用水量、供水量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及環(huán)保投入成本等因素，確定各城市的虛擬環(huán)保投入，并參考與實(shí)際環(huán)保投入的差距，進(jìn)而確定水資源的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。其中，合肥、蚌埠2市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高于全省平均水平，所以其間接成本（產(chǎn)業(yè)發(fā)展損失值）為0。環(huán)保直接投資（環(huán)境污染治理等費(fèi)用）以淮南、合肥2市較大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較高，所以應(yīng)該承擔(dān)較大的補(bǔ)償量。

表4 2019年引江濟(jì)淮工程受水區(qū)各市的虛擬環(huán)保投入與生態(tài)補(bǔ)償分擔(dān)

在2019年受水區(qū)各城市中，合肥市的生態(tài)補(bǔ)償分擔(dān)最大（8.550億元），其次是淮南市（8.416億元），而亳州市最?。?.586億元）。各城市間差異顯著，其中，合肥、淮南2市工業(yè)較發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，虛擬水足跡大，所以承擔(dān)的補(bǔ)償量大；其次是周口、商丘、滁州、宿州、淮北、阜陽(yáng)6市的農(nóng)業(yè)虛擬水足跡較大，用水量大，水資源緊缺，需要承擔(dān)較大的補(bǔ)償量。其他各市分擔(dān)的較少。引江濟(jì)淮工程調(diào)水的受水區(qū)總共需要提供50.531億元的水資源生態(tài)補(bǔ)償。

4 結(jié)論與討論

綜上所述，本文在分析引江濟(jì)淮工程調(diào)水的水源地和受水區(qū)水足跡基礎(chǔ)上，通過水足跡生態(tài)補(bǔ)償模型來測(cè)算生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，得出以下結(jié)論。（1）受水區(qū)的水生態(tài)足跡總量為874.55億立方，其中農(nóng)業(yè)用水足跡占90.63%，且各市均以農(nóng)業(yè)用水足跡占主導(dǎo)（多數(shù)市超過80%），其次是工業(yè)用水足跡，而生活、生態(tài)、進(jìn)出口類型水足跡較小。受水區(qū)用量盈余為-734.06億立方（即用水赤字）。周口、商丘、宿州和阜陽(yáng)4市的生態(tài)足跡總量較大，均超過100 億立方；其中，周口市最大（116.87 億立方），淮北市最?。?9.00 億立方），各市之間水足跡差異顯著。水源地4 市提供的水資源量為331.24 億立方，其中，用水足跡總量為203.63 億立方，水量盈余為127.61 億立方。水源地的生態(tài)環(huán)保直接和間接投資成本為30.047億元。（2）受水區(qū)提供的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)總量為50.531億元，以合肥、淮南2市最大，分別是8.550億元、8.416億元，其次是商丘、周口2市，分別是6.384億元、6.005億元。其他各市差異顯著。水源地4市接受的生態(tài)補(bǔ)償總量為25.070億元，六安、宣城、池州、安慶獲得的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)分別為5.438億元、5.378億元、5.795億元、8.458 億元。（3）到2030 年，引江濟(jì)淮工程調(diào)水預(yù)計(jì)使皖北、河南省凈增供水量增幅分別是20.8%和24.6%，在工程建成使用后，受水區(qū)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水確保率將得到較大提高（超過95%），能夠解決受水區(qū)水資源緊缺問題，也將提高淮河干支流水環(huán)境容量。一方面，從水足跡構(gòu)成的角度講，需要節(jié)約用水，提高效率，減少農(nóng)業(yè)用水量；另一方面，以水足跡模型估算的標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)安徽省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏，從而促進(jìn)受水區(qū)和水源地的協(xié)調(diào)發(fā)展，保障調(diào)水的可持續(xù)性。

各城市虛擬水足跡核算考慮了農(nóng)業(yè)、工業(yè)等生產(chǎn)過程中消耗的水資源，但實(shí)際過程中存在水資源循環(huán)或重復(fù)利用、凈化再利用等，所以實(shí)際用水量要低于虛擬足跡量，進(jìn)而影響了生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。將虛擬足跡和實(shí)際用水量之間的比例系數(shù)，作為修正參數(shù)引入補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)模型，提高了模型核算的準(zhǔn)確性?；谒阚E的引江濟(jì)淮水資源生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)估算，涉及的影響因素較多，本研究所構(gòu)建的補(bǔ)償模型考慮了水量盈余、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、環(huán)保投入和機(jī)會(huì)損失等因素，但是水資源的水質(zhì)、受水區(qū)的產(chǎn)業(yè)、人口等因素涉及較少，后期有必要進(jìn)一步探討。安徽省不同區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異較大，而且多以農(nóng)業(yè)水足跡占主導(dǎo)，為更好地促進(jìn)安徽省高質(zhì)量發(fā)展，將受水區(qū)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)與萬(wàn)元GDP水足跡指標(biāo)或每萬(wàn)立方水資源經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出掛鉤，建立各市區(qū)的生態(tài)補(bǔ)差異性等級(jí)，以減少農(nóng)業(yè)水足跡，將粗放、耗水量大的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向節(jié)水高效農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，有利于皖北等區(qū)域生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用。