基于能值理論的青藏高原水電站生態(tài)影響研究

賢雯　張士鋒　邱桃

摘要：綜合定量評價水電工程建設(shè)及運營過程中產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)，是合理開發(fā)和運營水電站的重要前提。為了探究青藏高原水能資源開發(fā)對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的影響，運用能值分析法，以西藏雅魯藏布江加查水電站為例，將水電站建設(shè)、運行過程中的各項資源投入以及因水電站建設(shè)造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失納入能值核算體系中，對水電站的生態(tài)效應(yīng)進行綜合定量評估。結(jié)果顯示：（1）加查水電站平均每年運行需要的能值投入為1.18×1021 sej，其中河流勢能提供了3.30×1020 sej，占能值總投入的27.79%；（2）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)年能值損失為8.40×1018 sej，主要包括泥沙淤積、水庫淹沒和氣候調(diào)節(jié)等，其中泥沙淤積年能值損失占比89%，是生態(tài)服務(wù)年能值損失的主要組成部分；（3）環(huán)境負(fù)載率（ELR）為0.85，能值可持續(xù)指標(biāo)（ESI）為3.60，說明加查水電站對青藏高原的生態(tài)影響較小且有較好的可持續(xù)能力。研究表明，在青藏高原建設(shè)水電站是可行的，但其開發(fā)規(guī)劃必須遵循適度開發(fā)、生態(tài)為先的原則。

關(guān)鍵詞：能值理論；生態(tài)效應(yīng)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能；青藏高原；加查水電站

中圖分類號：Q143? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號：1674-3075（2023）06-0001-09

水電是一種清潔可再生能源（Bilgili et al， 2018;Zhang et al， 2019）。近年來，全球水電消耗迅速增長，2018年全球產(chǎn)量為4 205 TW·h，約占世界電能總產(chǎn)量的15.8%。水電工程通過對水文過程調(diào)節(jié)，能夠發(fā)揮供水、發(fā)電、防洪、航運與娛樂等多種作用與功能（Yüksel，2010）。近幾年，我國水電站建設(shè)快速增長，有效緩解了區(qū)域能源短缺難題（Zhang et al，2014）。然而，水電站在帶來經(jīng)濟效益的同時，也會對生態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響。埃及阿斯旺大壩嚴(yán)重擾亂了尼羅河的水文原狀，造成當(dāng)?shù)厣扯◆~絕跡，同時使得河谷和三角洲的土地鹽堿化，肥力喪失殆盡，是水電工程對生態(tài)造成影響的標(biāo)志性事件（朱鐵蓉等，2008）。自此，水電工程建設(shè)的爭議性開始增大（Abbasi & Abbasi，2011）。大型水利水電工程會改變河流的天然形態(tài)，這是因為大壩的阻塞作用導(dǎo)致泥沙、營養(yǎng)物質(zhì)等淤積在上游水庫，使得清水下泄，下游河流泥沙含量顯著降低，河岸沖刷加劇，水土流失嚴(yán)重（郭文獻等，2018）；水電工程建設(shè)還可能阻斷洄游魚類的溯游通道，改變和破壞了生物賴以生存的自然環(huán)境，從而影響生物多樣性（黃亮，2006；薛聯(lián)芳等，2007）。目前，我國已經(jīng)形成13個大型水電基地，在全國大力發(fā)展水電的高潮中，如何兼顧生態(tài)環(huán)境已經(jīng)成為重中之重。

青藏高原平均海拔4 000 m，被譽為“世界屋脊”，高海拔使得青藏高原成為除極地之外冰川最為豐富且集中的地區(qū)，多種因素決定了青藏高原是亞洲許多河流的發(fā)源地，因此又被稱為“亞洲水塔”（Wang，2009）；豐富的水資源使得該地區(qū)水力發(fā)電潛力巨大，可開發(fā)水電資源約為110 GW，是我國主要的水電開發(fā)基地（Pang et al，2018）。青藏高原生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，水電建設(shè)和運營帶來的生態(tài)效應(yīng)需要進行合理評估并給出相關(guān)解決方案。

20世紀(jì)80年代，生態(tài)學(xué)家Odum創(chuàng)立了能值分析法，其核心是將貯存和流動于生態(tài)系統(tǒng)中不同類型的物質(zhì)能量通過一定的換算，轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)的能值，綜合分析系統(tǒng)中的能量流、物質(zhì)流等生態(tài)流，計算出一系列能值綜合指標(biāo)，從而對系統(tǒng)的生態(tài)效應(yīng)進行綜合定量分析（藍盛芳和欽佩，2001）。能值分析不僅已被廣泛應(yīng)用到自然保護區(qū)、農(nóng)田、城市、海洋等生態(tài)系統(tǒng)（王楠楠等，2013；楊燦等，2014；毛德華等，2014；馬程等，2017；韓增林等，2017），還被應(yīng)用于國內(nèi)外多座水電站系統(tǒng)的生態(tài)效應(yīng)分析（Brown & Mcclanahan，1996; Chen et al，2020; Kang & Park，2002）。本文選取青藏高原地區(qū)加查水電站為研究對象，將水電站建設(shè)和運營過程中各種資源的投入產(chǎn)出納入能值核算體系，利用能值指標(biāo)對水電站的生態(tài)影響進行定量分析，旨在為加查水電站的運營管理和生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展提供定量化的科學(xué)依據(jù)。

1? ?材料與方法

1.1? ?水電站概況

加查水電站是雅魯藏布江干流中游桑日至加查峽谷段水電規(guī)劃的第5級電站，位于雅魯藏布江干流桑日至加查峽谷出口段，大壩類型為混凝土重力壩；電站采用河床式廠房，首臺機組已于2020年8月投產(chǎn)發(fā)電，2020年底全部3臺機組投產(chǎn)發(fā)電。研究數(shù)據(jù)來源于加查水電站環(huán)境影響評價報告、項目可行性報告以及課題組實地調(diào)查。水電站地理位置見圖1，設(shè)計運行基本參數(shù)見表1。

[項目 指標(biāo)值 裝機容量/MW 360 總投資/元 7.83×109 設(shè)計年發(fā)電量/GW·h 1710 建設(shè)期/月 84 集水面積/萬km? 15.80 年均流量/m?·s-1 1020 年均氣溫/℃ 9.2 懸移質(zhì)年輸沙量/t 1.61×107 年均含沙量/g·m-3 531 灌溉面積/km2 1.67 工程占地面積/km2 0.18 水庫正常蓄水位/m 3246 庫容/m? 2.66×107 ]

1.2? ?能值分析

能值就是物質(zhì)或者能量中所包含的另一種類別能量的數(shù)量，稱為此物質(zhì)或能量的能值，常以太陽能為計算基準(zhǔn)（Odum， 1996）；本文涉及到的任何資源、能量或勞務(wù)均通過能值轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換為太陽能值，單位為太陽能焦耳（solar emjoules，sej）。

1.2.1? ?能值計算? ?首先收集研究區(qū)的自然環(huán)境、社會經(jīng)濟和生產(chǎn)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要來源工程環(huán)境影響報告、項目可行性分析報告、相關(guān)統(tǒng)計年鑒以及實地調(diào)查等方式。將收集到的數(shù)據(jù)進行分類，一般分為本地免費可再生資源（R）、本地免費不可再生資源（N）、購入資源（F）及產(chǎn)出（Y）。

根據(jù)能量語言繪制能量系統(tǒng)圖，描述水電站系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)能量流動以及相互作用關(guān)系（Odum， 1996）。先將所有物質(zhì)、能量、貨幣流轉(zhuǎn)化為能值，作為能值分析表中的原始數(shù)據(jù)，再將原始數(shù)據(jù)乘以相應(yīng)的單位能值（UEV），計算公式如下：

式中：U代表研究系統(tǒng)的能值總和，n代表系統(tǒng)中能量輸入的種類，i = 1，2，[…]，n，fi為系統(tǒng)中第i個輸入的能量流，UEVi代表第i個輸入流的能值轉(zhuǎn)換率。

本研究假設(shè)加查水電站運行時間為50 a，分析過程基于1 a的靜態(tài)數(shù)據(jù)，因此能值分析表中一次性投入的物質(zhì)能量均折算為年度流量，再將原始數(shù)據(jù)乘以能值轉(zhuǎn)換率（UEV）轉(zhuǎn)換為能值。

1.2.2? ?地理生物圈能值基準(zhǔn)確定? ?地理生物圈能值基準(zhǔn)是能值核算的重要基礎(chǔ)，也是能值轉(zhuǎn)換率計算的依據(jù)（李雙成等，2014；黃永斌等，2015）。20世紀(jì)70年代初，該基準(zhǔn)的初始形態(tài)僅包含用于驅(qū)動地球生態(tài)系統(tǒng)的太陽能；90年代Odum（1996）將潮汐動力和地?zé)崮芗尤氲胶怂泱w系當(dāng)中，并將之轉(zhuǎn)化為等量的太陽能值，計算得到地理生物圈的基準(zhǔn)值為9.44×1024 sej/a，2000年修正為15.83×1024 sej/a。2010年Brown & Ulgiati（1997）采用衛(wèi)星測繪等更為先進的手段，考慮了來源于地?zé)岬啬艿牟淮_定性，得出能值基準(zhǔn)約為15.20×1024 sej/a；Brown等（2016）和Campbell（2016）均發(fā)表了最新的能值基準(zhǔn)，分別為12.1×1024 sej/a和11.6×1024 sej/a，平均值為11.9×1024 sej/a。綜合多位學(xué)者的研究方法和成果，若考慮可接受程度的不確定性，則定為12.0×1024 sej/a（劉耕源，2018），本文使用該值作為能值基準(zhǔn)進行計算。

1.2.3? ?能值指標(biāo)? ?在使用能值分析水電站系統(tǒng)的生態(tài)影響過程中，需要建立一系列能值指標(biāo)對水電站系統(tǒng)進行定量評價（Zhong et al， 2018）。水電站系統(tǒng)的主要能值指標(biāo)見表2。

（1）可更新資源能值比：

REN = R/U? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?②

可更新資源能值比（REN）表示本地免費可再生資源（R）與總的能值投入（U）的比值，是表示本地自然資源對于整個水電系統(tǒng)支持能力的重要指標(biāo)（Pang et al，2015）。REN越大，表示水電系統(tǒng)對環(huán)境造成的壓力越小，系統(tǒng)的可持續(xù)性越好。

（2）能值產(chǎn)出比：

EYR = Y/F? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?③

能值產(chǎn)出比（EYR）表示能值總產(chǎn)出（Y）與購入能值（F）的比值，EYR值越高，表面從人類經(jīng)濟社會輸入的物質(zhì)能量對于整個系統(tǒng)生產(chǎn)過程的貢獻越大，系統(tǒng)整體的生產(chǎn)效率越高。

（3）環(huán)境負(fù)載率：

環(huán)境負(fù)載率（ELR）反映水電系統(tǒng)在建設(shè)和運行的過程中，外部購入資源以及內(nèi)部不可再生資源的開發(fā)對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成的壓力；環(huán)境負(fù)載率越大，反映水電系統(tǒng)造成的生態(tài)壓力越大。若系統(tǒng)長期處于較高的環(huán)境負(fù)荷狀態(tài)中，會對系統(tǒng)功能造成重大損失甚至退化（Chen et al， 2020）。

（4）能值可持續(xù)指標(biāo)：

能值產(chǎn)出比（EYR）與環(huán)境負(fù)載率（ELR）的比值即為能值可持續(xù)指標(biāo)（ESI），反映了水電站生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力。如果系統(tǒng)的ESI較高，ELR較低，則說明系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力較強（Ulgiati & Brown， 1998）。通常，ESI<1，說明系統(tǒng)為消費性系統(tǒng)，是不可持續(xù)的；110，說明該系統(tǒng)發(fā)展水平較低（Brown & Ulgiati，1997）。

（5）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能值損失核算。氣候調(diào)節(jié)功能能值損失（ELC）、泥沙淤積能值損失（ELS）、水庫淹沒能值損失（ER）以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)損失能值總計（ECT）計算公式如下：

式中：A為水庫淹沒面積（km2）；VCO[2]為CO2年固存量[26.23 g/（m2·a）]；VO[2]為年氧氣釋放量[19.08 g/（m2·a）]（Wu et al，2013）; UEVCO[2]為CO2的能值轉(zhuǎn)換率（2.12×107 sej/g），UEVO[2]為O2的能值轉(zhuǎn)換率（1.22×106 sej/g）（Campbell et al， 2016）。

式中：SL為年均輸沙量；O為土壤有機質(zhì)百分比，O = 0.01（Brown & McClanahan， 1996）;Ce = 5.4 kcal/g × 4 186 J/kcal （Yang，2016）；UEVS為泥沙能值轉(zhuǎn)化率8.01×104 sej/J（Zhang et al， 2016）。

式中：C為水庫淹沒面積，UEVR為水庫淹沒的能值轉(zhuǎn)換率（3.66×1011 sej/m2）（Brown & Bardi， 2001）。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?能量流動

水電系統(tǒng)能量物質(zhì)流動圖的繪制，需要明確該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、內(nèi)外能量物質(zhì)的作用關(guān)系以及內(nèi)部生態(tài)流的方向。基本步驟如下：

（1）確定系統(tǒng)邊界。水電工程系統(tǒng)為自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)的聯(lián)合，把區(qū)域的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，將其從中獨立出來從而確定邊界。

（2）確定系統(tǒng)的主要能量來源。主要能量一般源自系統(tǒng)外部，將其繪制于系統(tǒng)邊界的外圍。

（3）確定系統(tǒng)的主要成分。系統(tǒng)內(nèi)部主要成分構(gòu)成內(nèi)部子系統(tǒng)，相互聯(lián)系和作用。

（4）得出系統(tǒng)中不同組分的過程及關(guān)系。主要包括物質(zhì)能量流、貨幣流等生態(tài)流。

（5）繪制物質(zhì)能量流動圖。

根據(jù)加查水電站的基本資料，確定能值分析的邊界，將收集到的能量物質(zhì)數(shù)據(jù)歸類、分析，以O(shè)dum（1996）構(gòu)建的能值語言符號體系為基礎(chǔ)，顯示加查水電站能量物質(zhì)流動（圖2），反映了水電站建設(shè)和運行的主要物質(zhì)能量輸入、內(nèi)部各組分之間的能量交換過程以及效益輸出。

本研究設(shè)計水電站設(shè)計運行年限為50 a，所有物質(zhì)能量均基于1 a的靜態(tài)研究，因此能值核算中包含的建設(shè)石材、建設(shè)用電等一次性投入項目均折算為年度的流動量（表3）。河流作為當(dāng)?shù)氐目稍偕匀毁Y源，為水電站提供了3.30×1020 sej的河流勢能；免費本地非可更新資源（N）主要包括建設(shè)石材和天然草地?fù)p失，二者能值之和為3.01×1020 sej；購入資源（F）可分為購入可更新資源（FR）和購入不可更新資源（FN），二者的能值分別為3.05×1020 sej和2.39×1020 sej；此外，產(chǎn)出（Y）主要由水電、水域生產(chǎn)力、農(nóng)田灌溉組成，3項產(chǎn)出能值之和為1.67×1021 sej。

加查水電站能值輸入結(jié)構(gòu)見圖3。能值投入中，河流勢能成為加查水電站第一大能量輸入項，為3.30×1020 sej，占比最大，占總投入的27.79%；建設(shè)石材、運營和維護、混凝土、建設(shè)用電都是能值輸入的主要組成部分，其他要素貢獻較小。產(chǎn)出效益中水電為最大的能值產(chǎn)出，達到1.36×1021 sej，占總產(chǎn)出的81.44%，可見加查水電站基本以發(fā)電為主。加查水電站的能量流動分析中，能值投入小于產(chǎn)出效益，主要原因是一部分投入在計算時沒有考慮在內(nèi)，如部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失、勞動力與服務(wù)等。

2.2? ?生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是通過生態(tài)系統(tǒng)的功能直接或間接得到的產(chǎn)品或服務(wù)（Pang et al，2015）。根據(jù)聯(lián)合國SEEA的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)、文化服務(wù)四大類。其中，供給服務(wù)包括食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、水資源供給；調(diào)節(jié)服務(wù)包含氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié)；支持服務(wù)包含土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、維持生物多樣性；文化服務(wù)包含提供美學(xué)景觀（謝高地等，2015）。水電工程建設(shè)和運營造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失主要表現(xiàn)在氣候調(diào)節(jié)功能、土壤侵蝕、魚類多樣性和廢物及污水的排放等（李雙成等，2014;Tassinari et al， 2016;Chen et al， 2020）。本次調(diào)研發(fā)現(xiàn)，加查水電站當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)狀況良好，水電站建設(shè)對于生態(tài)擾動較小。水電站在庫區(qū)設(shè)置魚類洄游通道保證河流的連通性，從而保護魚類重要棲息地；水流清澈，岸上植被生長狀況良好；加查水電站修建了沉淀池來處理施工拌合系統(tǒng)等產(chǎn)生的廢水，達到污水零排放。綜合加查水電站及周邊環(huán)境實況，本研究考慮了氣候調(diào)節(jié)功能能值損失、輸沙能值損失及水庫淹沒造成的能值損失。

加查水電工程建設(shè)在一定程度上改變了河流的自然水文過程，大壩的阻塞作用導(dǎo)致泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)在上游水庫淤積，從而降低了含沙量，增加了河岸侵蝕程度。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能值損失核算見表4。加查水電站的泥沙淤積能值損失為7.50×1018 sej/a。水庫淹沒是指由于水庫被淹沒而造成的耕地、森林、草原和道路等的廢棄與拆除，加查水電站的水庫淹沒能值損失為9.05×1017 sej/a。大壩的建設(shè)會造成水電站局部水面積增加，這個過程可能會伴隨著植被淹沒等狀況，從而影響光合作用固定二氧化碳及產(chǎn)生有機物的過程。氣候調(diào)節(jié)損失主要就是考慮碳匯和氧氣釋放過程，加查水電站的氣候調(diào)節(jié)功能能值損失為1.43×1013 sej/a。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)損失中，泥沙淤積能值損失占比為89%，水庫淹沒能值損失占比11%，氣候調(diào)節(jié)功能能值損失占比幾乎為0，可以發(fā)現(xiàn)加查水電站的建設(shè)在短期內(nèi)對局地氣候影響較小，而泥沙淤積以及水庫淹沒帶來的損失影響相對較大。

2.3? ?水電站生態(tài)影響對比

基于能值分析方法，選取4項能值指標(biāo)來評估加查水電站的生態(tài)效應(yīng)，分別為可更新資源能值比、能值產(chǎn)出比、環(huán)境負(fù)載率、能值可持續(xù)指標(biāo)。拉薩河的旁多水電站（Chen et al，2020）、雅魯藏布江的大古水電站（Chen et al，2020）以及韓國多功能大壩水電站（Kang & Park， 2002）的能值投入產(chǎn)出結(jié)構(gòu)與本研究中的加查水電站較為相似，為方便分析以及更深入了解加查水電站的生態(tài)效應(yīng)，選取加查水電站的能值分析指標(biāo)與這3個水電站進行比較分析（表5）。

由表5可見，加查水電站的可更新資源能值比大于旁多和大古水電站，說明其建設(shè)過程中依賴外部資源的投入較小，對于河流勢能等可更新資源的利用程度較高，是一個可再生能源系統(tǒng)；加查水電站的能值產(chǎn)出比為3.06，高于對照組的3個水電站，表明加查水電站從人類經(jīng)濟社會輸入的物質(zhì)能量對于整個系統(tǒng)生產(chǎn)過程的貢獻較大，系統(tǒng)整體的生產(chǎn)效率較高；環(huán)境負(fù)載率為0.85，小于對比的3個水電站，同時也小于中國平均水平2.35（龐博慧，2014），表明加查水電站對環(huán)境的干擾程度較??；加查水電站的能值可持續(xù)指標(biāo)為3.60，在1～10區(qū)間，說明該水電站系統(tǒng)既有較好的發(fā)展?jié)摿?，又有很好的持續(xù)能力，優(yōu)于其他3座水電站。

在能值評價各指標(biāo)中，能值可持續(xù)性指標(biāo)是一個綜合性指標(biāo)。相關(guān)研究顯示，雅魯藏布江中游水電站的生態(tài)環(huán)境影響具有一定的負(fù)面作用，大古水電站的能值可持續(xù)指標(biāo)為0.49，而本研究結(jié)果中加查水電站的可持續(xù)性指標(biāo)為3.60，可認(rèn)為生態(tài)影響較小，具有較好的可持續(xù)性。大古水電站與加查水電站同屬于雅魯藏布江中部峽谷地帶，但相距較近的2個水電站ESI相差較大，根據(jù)公式⑤可知，可持續(xù)性指標(biāo)的差異來源于能值產(chǎn)出比和環(huán)境負(fù)載率的計算方法。首先，水電站的能值產(chǎn)出比為能值總產(chǎn)出與購入部分能值之比，本研究中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損失定義為狹義的氣候調(diào)節(jié)、泥沙淤積和水庫淹沒；而大古水電站在計算時，則采用廣義的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損失與社會擾動作為購入部分考慮在內(nèi)，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損失量除了以上定義的氣候調(diào)節(jié)、泥沙淤積和水庫淹沒外，還包括固沙損失量、土壤侵蝕、廢渣和污水等，這使得加查水電站的能值產(chǎn)投比為大古水電站的2倍左右；其次，環(huán)境負(fù)載率為水電站不可更新資源與可更新資源的比值，本研究中的不可更新資源定義為狹義的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，也沒有將社會擾動計入在內(nèi)，同時可更新資源部分還計入了購入資源的可更新部分，因此本研究得到的環(huán)境負(fù)載率較小，更加符合雅江中游峽谷地帶生態(tài)環(huán)境負(fù)荷的實際情況，即水電站的建設(shè)運行對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)造成的壓力不大。

綜上，本研究得到的加查水電站可持續(xù)性指標(biāo)大于大古水電站，主要是由于生態(tài)服務(wù)價值損失的定義不同，而本研究的結(jié)果更為合理。

3? ?討論

青藏高原具有海拔高、氣溫低、降水少、生態(tài)類型結(jié)構(gòu)簡單等特殊性，因而該地區(qū)生態(tài)脆弱性較高（邵妍，2016；劉云龍，2020）。大型水電工程建設(shè)在造福人類的同時，也會給生態(tài)帶來負(fù)面影響，這種負(fù)面影響在青藏高原將被放大，因此在青藏高原建設(shè)水電站一直存在不同的觀點（Chen et al，2020）。本研究通過能值理論定量分析，認(rèn)為加查水電站的生態(tài)影響較小。

3.1? ?能值分析法的水電建設(shè)生態(tài)效應(yīng)評價適用性

傳統(tǒng)的水電工程生態(tài)評價方法如基礎(chǔ)生態(tài)調(diào)查與觀測法、模糊綜合評價法、綜合評價法等均存在指標(biāo)體系不完善、量綱不同、評價結(jié)果沒有可比性，且受人為主觀因素影響較大等缺陷（常本春等，2006；尚淑麗等，2014）。水電生態(tài)影響具有累積性、復(fù)雜性、系統(tǒng)性和不確定性，傳統(tǒng)生態(tài)影響評價方法存在的諸多缺陷，往往會造成人們對生態(tài)影響評估不足或過高，可能導(dǎo)致某些決策失誤（黃金鳳等，2015）。

能值分析法相比于傳統(tǒng)的生態(tài)影響評價方法，具有客觀、真實、可對比性等優(yōu)勢，能夠全面、定量地評價水電站的生態(tài)影響（龐明月等，2014；龐明月等，2015；Fang et al， 2015；Chen et al， 2020；Kang & Park， 2002）。從能值流動的視角研究水電站建設(shè)和運行過程中的能值投入與產(chǎn)出，分析整個系統(tǒng)的可更新資源和非可更新資源投入、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失以及環(huán)境負(fù)載特征、可持續(xù)性指標(biāo)等，為水電站的規(guī)劃、建設(shè)、運營以及生態(tài)適應(yīng)性管理提供服務(wù)；同時，這也為水電工程生態(tài)影響評價提供了新思路，能最大程度減少水電工程的生態(tài)負(fù)面效應(yīng)，協(xié)調(diào)水電站與生態(tài)問題，為地區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平提供科學(xué)決策。

3.2? ?生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失評估框架建立與完善

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化是應(yīng)用能值理論對水電生態(tài)影響評價的重要環(huán)節(jié)。水電工程建設(shè)導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失是多方面的。因此，在對水電系統(tǒng)進行能值分析時，要全面考慮到所有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失是不現(xiàn)實的（Chen et al， 2020）。

實際上，有關(guān)研究對生物多樣性的喪失也是生態(tài)服務(wù)功能損失評估的一個重要組成部分（Tassinari et al，2016;Pang et al，2018）。由于加查水電站屬于徑流式水電站，水庫調(diào)節(jié)能力弱，對生物多樣性影響較小，因此本研究沒有考慮水生動植物的多樣性喪失造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失。然而，在具有較強調(diào)節(jié)功能的水庫大壩建設(shè)中，由于蓄水和水庫淹沒的影響，河流生態(tài)系統(tǒng)將部分被湖泊生態(tài)系統(tǒng)所取代，導(dǎo)致流域內(nèi)各種水生生物的食物鏈被破壞，造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失。

3.3? ?水電站建設(shè)生態(tài)影響的關(guān)鍵指標(biāo)與相關(guān)要素

加查水電站基于能值核算得出的4個能值指標(biāo)（可更新資源能值比、能值產(chǎn)出比、環(huán)境負(fù)載率，能值可持續(xù)指標(biāo)）均優(yōu)于旁多、大古、韓國多功能大壩水電站（Kang & Park，2002；Chen et al，2020）。可知加查水電站在建設(shè)過程中對于河流勢能等可更新資源的利用程度較高，是一個可再生能源系統(tǒng)，該水電站系統(tǒng)在擁有較好可持續(xù)能力的同時，對生態(tài)造成的影響不大。

此外，摸清系統(tǒng)的能量物質(zhì)流動過程及建立能值核算表是水電站生態(tài)效應(yīng)分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)（Brown & Mcclanahan，1996）。能值核算表明，水電站建設(shè)能值投入要素眾多，主要能值投入項為河流勢能、建設(shè)石材、運營和維護、混凝土和建設(shè)用電等，其中河流勢能為免費可更新資源，占能量投入比重為27.79%，而建設(shè)石材、運營和維護、混凝土和建設(shè)用電等非可更新資源和購入資源等投入項的總投入比重為67.38%，其余的鋼材、燃油、環(huán)保等各項投入僅為4.81%。因此，要提高水電站的可持續(xù)性指標(biāo)，減少生態(tài)環(huán)境影響，就需要從建設(shè)石材、運營和維護、混凝土和建設(shè)用電這4個主要因子著手，調(diào)節(jié)建設(shè)石材用量、降低運營維護成本、減少混凝土使用量和建設(shè)用電，這些都是降低生態(tài)環(huán)境影響的直接方法。

3.4? ?未來青藏高原水電開發(fā)的相關(guān)建議

青藏高原水電資源豐富，是我國重要的水電基地（劉云龍，2020）。加查水電站位于雅魯藏布江中游峽谷中部，其成功建設(shè)和安全運行為青藏高原水能資源系統(tǒng)開發(fā)和全國綠色能源開發(fā)有重要指導(dǎo)意義。在未來的開發(fā)中，有以下建議：（1）修建水電站需要先小型、后中大型水電的開發(fā)順序，積累經(jīng)驗，逐步推廣；（2）青藏高原水電工程建設(shè)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)劃環(huán)評制度，落實規(guī)劃前期環(huán)評、工程建設(shè)過程和運行過程的動態(tài)監(jiān)測以及運行周期后的項目后評估等系列評估制度；（3）對于國際河流水電開發(fā)實現(xiàn)上下游信息溝通，水文、氣象資料的定期交流。只有建立科學(xué)有效的利益分享機制和公正合理的生態(tài)補償機制，保障合理的生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水，才能較好地維護國際河流沿岸每個國家的利益，實現(xiàn)公平公正。

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（責(zé)任編輯? ?萬月華）

Emergy Evaluation of the Ecological Impacts of Hydropower Stations

on the Tibetan Plateau

XIAN Wen1，2， ZHANG Shi‐feng 1， QIU Tao1，2

（1. Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Process， Institute of Geographic Science

and Natural Resources Research， Chinese Academy of Sciences， Beijing? ?100101， P.R. China;

2. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing? ?100049， P.R. China）

Abstract：A systematic and quantitative evaluation of the ecological effects due to construction and operation of hydropower projects is important for the rational development and operation of hydropower stations. In this study， the Jiacha Hydropower Station on the Yarlung Zangbo River on the Tibetan Plateau was selected for research. The overall ecological impacts during construction and operation of the station were analyzed based on emergy （embodied energy） analysis， a method for ecological energy accounting. Our aim was to provide quantitative evidence for operational management of the Jiacha Hydropower Station and balanced ecological development in the study area. Resource investment as well as the loss of ecosystem services caused by the constructing and operating the hydropower station were used as input data in the emergy analysis， and four emergy indices were selected for evaluating the ecological impact of Jiacha Hydropower Station： （1） The emergy ratio of renewable resources （REN）， （2） the emergy yield ratio （EYR）， （3） the environmental load rate （ELR）， and （4） the emergy sustainability index （ESI）. Results indicate： （1） The average annual emergy input required for the operation of the Jiacha Hydropower Station was 1.18×1021 seJ， of which the river potential energy provided 3.30×1020 sej， accounting for 27.79% of the total emergy input. （2） The annual emergy loss due to reduced ecosystem services was 8.40×1018 sej， primarily attributed to sedimentation， reservoir inundation and climate regulation. The annual emergy loss of sedimentation accounted for 89%， being the primary annual emergy loss of the ecological services component. （3） The environmental load rate of the investigated area was 0.85， and the emergy sustainability index （ESI） was 3.60， indicating that construction and operation of Jiacha Hydropower Station produced a small ecological impact on the Tibetan Plateau and that ecological sustainability in the research area is good. In conclusion， it is feasible to construct hydropower stations on the Tibetan Plateau， but principles of appropriate development and ecology must be followed.

Key words：hydropower station; emergy analysis; ecological effect; ecosystem service function; Tibetan Plateau; Jiacha Hydropower Station

收稿日期：2021-07-12? ? ? 修回日期：2023-09-27

基金項目：第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究。

作者簡介：賢雯，1995年生，女，碩士研究生，研究方向為自然地理學(xué)水文與水資源。E-mail：xianw.19s@igsnrr.ac.cn

通信作者：張士鋒，1965年生，男，副研究員，主要從事水文與水資源研究。E-mail：zhangsf@igsnrr.ac.cn