梁 珂，徐志俠，褚 敏，張金鳳，馬思超，闞光遠(yuǎn)

(1.流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100038；2.北京中水科工程總公司，北京100048)

0 引 言

作為金山銀山的根本來源，綠水青山是人類賴以可持續(xù)生存發(fā)展的基礎(chǔ)，必須堅(jiān)決守護(hù)，堅(jiān)守底線和環(huán)境保護(hù)不動(dòng)搖[1]。一旦經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)發(fā)生沖突矛盾時(shí)，必須毫不猶豫地把保護(hù)生態(tài)放在首位，而絕不可再走用綠水青山去換金山銀山的老路。建設(shè)生態(tài)文明，既不是要回到原始的生產(chǎn)生活方式，也不是繼續(xù)工業(yè)文明追求利潤(rùn)最大化的發(fā)展模式，是要達(dá)到包括生態(tài)價(jià)值在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)價(jià)值的最大化，要遵循自然規(guī)律，尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然，以資源環(huán)境承載能力為基礎(chǔ)[2]，建設(shè)生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明社會(huì)，謀求可持續(xù)發(fā)展。

孫棟元等人[3]在基于生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的疏勒河中游綠洲生態(tài)環(huán)境需水研究中，結(jié)合疏勒河中游綠洲區(qū)1990年、2000年和2013年不同類型土地利用面積, 確定疏勒河中游綠洲區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)和水域生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)。徐海量[4]等人在塔里木河下游生態(tài)保護(hù)目標(biāo)和措施研究中，根據(jù)2000-2009年塔里木河下游10次生態(tài)輸水后生態(tài)環(huán)境的變化情況,提出新的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)：以河道為中線，平行河道劃分出了重點(diǎn)保護(hù)帶、基本保護(hù)帶、一般保護(hù)帶。王秀英等人[5]在基于水生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的河道內(nèi)生態(tài)需水量研究中，通過分析中國(guó)瀕危動(dòng)物香魚在不同生命史階段對(duì)棲息環(huán)境的要求，確定該河段的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。崔愛菊等人[6]在日照國(guó)家海洋公園生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的探討研究中，根據(jù)對(duì)日照國(guó)家海洋公園的選劃研究和日照市相關(guān)規(guī)劃，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，提出了日照國(guó)家海洋公園3個(gè)功能區(qū)的11個(gè)重點(diǎn)區(qū)域的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。鞏琳琳等人[7]在基于生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的烏梁素海生態(tài)需水研究中，針對(duì)烏梁素海的生態(tài)環(huán)境問題和實(shí)際情況,提出了烏梁素海的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)為烏梁素海調(diào)蓄庫(kù)容在2.4～9.43 億m3,相應(yīng)的水位目標(biāo)為1 018.35～1 020 m,水質(zhì)生態(tài)保護(hù)目標(biāo)為Ⅳ類。黃昌碩等人[8]在基于生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的黃河河口濕地生態(tài)需水計(jì)算研究中，從保護(hù)濕地的合理規(guī)模和維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的正常功能定性地提出了濕地生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。

現(xiàn)有的參考文獻(xiàn)中，主要由決策者決定整個(gè)社會(huì)所期望的生態(tài)狀態(tài)，這種方法受人的主觀因素影響較大，難以客觀地確定生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。本文以水的生態(tài)價(jià)值、社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值之和最大為原則，確定社會(huì)期望的生態(tài)狀態(tài)，即為生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。本文所提出的方法理論，源自于社會(huì)主義能最大限度地遵循人和自然、社會(huì)之間的和諧發(fā)展規(guī)律。

1 構(gòu)建生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的方法的理論依據(jù)

區(qū)域內(nèi)的用水包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水和生態(tài)用水，這兩種用水之和為區(qū)域總水量。水的價(jià)值包括生態(tài)價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值兩部分，社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水與生態(tài)系統(tǒng)用水之間為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。水的生態(tài)價(jià)值、社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值與生態(tài)用水量之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 水的生態(tài)價(jià)值、社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值與生態(tài)用水量關(guān)系示意圖Fig.1 The relationship between ecological value, social economic value of water and ecological water consumption

圖1中，Vs為水的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值；Ve為水的生態(tài)價(jià)值；Qe為生態(tài)用水量；Qm為總水量。

當(dāng)生態(tài)用水趨向于零時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)由于缺水而崩潰，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能趨向于零。因此，由生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、人工資本及人力資本共同構(gòu)成的價(jià)值趨向于最小，即水的總價(jià)值也趨向于最小。隨著生態(tài)用水的增加，其生態(tài)價(jià)值逐漸增加，當(dāng)生態(tài)用水趨向于最大，即趨向于水資源總水量時(shí)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水趨向于零。在現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水趨向于零，意味著人工資本無法運(yùn)轉(zhuǎn)，人力資本趨于消亡，因此，盡管生態(tài)系統(tǒng)提供了很好的服務(wù)流，但是，由生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、人工資本及人力資本共同構(gòu)成的價(jià)值仍趨向于最小，即水的總價(jià)值也趨向于最小。當(dāng)生態(tài)用水為某一中間值時(shí)，由于生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)均獲得了適量的水，從而使水的總價(jià)值達(dá)到最大。水的總價(jià)值的最大值相應(yīng)的生態(tài)狀態(tài)即為我們所希望的生態(tài)狀態(tài)。生態(tài)用水和水的總價(jià)值關(guān)系如圖2所示。

圖2 水的總價(jià)值與生態(tài)用水量關(guān)系示意圖Fig.2 The relationship between total value of water and ecological water consumption

圖2中，V為水的總價(jià)值；Vm為水的總價(jià)值的最大值；Qe為生態(tài)用水；Qee為期望生態(tài)用水；Qm為總水量。

在現(xiàn)有的參考文獻(xiàn)中，沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)期望生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的概念和計(jì)算方法。本文提出了一種通過價(jià)值最大化來確定期望生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的方法。如果僅考慮水量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響，生態(tài)保護(hù)目標(biāo)下對(duì)應(yīng)的用水價(jià)值表示如下：

W=We+Wes

(1)

Q=Qe+Qes

(2)

We=f(Qe)

(3)

Wes=f(Qes)

(4)

(5)

式中：W為水的總價(jià)值；We為水的生態(tài)價(jià)值；Wes為水的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值；Q為總徑流量；Qe為生態(tài)用水量；Qes為社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水量。

式(1)為水的總價(jià)值與分項(xiàng)價(jià)值之間的關(guān)系式，式(2)為水量平衡式，式(3)為水的生態(tài)價(jià)值與生態(tài)用水量的關(guān)系式，式(4)為水的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水關(guān)系式，式(5)為水的總價(jià)值最大化方程。聯(lián)合求解式(1)～式(5)，可以獲得水的總價(jià)值最大時(shí)的生態(tài)狀況，即生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。

2 實(shí)例應(yīng)用

本示例以奎屯河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，獲取奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的河道總徑流、生態(tài)耗水率以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率；計(jì)算奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值、社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值；根據(jù)奎屯河流域多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值之和，確定奎屯河流域的總價(jià)值與生態(tài)耗水率之間的第一曲線關(guān)系，或總價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率之間的第二曲線關(guān)系。

根據(jù)上述第一或第二曲線關(guān)系確定當(dāng)總價(jià)值最大時(shí)，將對(duì)應(yīng)的生態(tài)耗水率或社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率，確定為目標(biāo)生態(tài)耗水率或目標(biāo)社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率，即確定為奎屯河的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。需要說明的是，河道總徑流為生態(tài)耗水量與社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水量之和；生態(tài)耗水率與社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率之和為1；生態(tài)保護(hù)對(duì)象的總價(jià)值為生態(tài)價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值之和。

2.1 生態(tài)價(jià)值的計(jì)算

生態(tài)價(jià)值是指：生態(tài)保護(hù)對(duì)象在其包括的至少一種生態(tài)系統(tǒng)中的各個(gè)生態(tài)服務(wù)功能下所產(chǎn)生的價(jià)值。

根據(jù)謝高地等人的研究[9]，針對(duì)奎屯河流域涵蓋的所有生態(tài)系統(tǒng)，獲取每種生態(tài)系統(tǒng)在多種生態(tài)服務(wù)功能下分別對(duì)應(yīng)的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的值，見表1。

表1 單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子Tab.1 Ecosystem service equivalent value per unit area

本文中，根據(jù)胡瑞法和冷燕的研究[10],依此計(jì)算2005年單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的值為1時(shí)對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量取為449.1 元/hm2。根據(jù)上述當(dāng)量因子對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量，得到各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值，見表2。

表2 各生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值 元/hm2

獲取各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的面積，見表3，根據(jù)各類生態(tài)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值，計(jì)算得出奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值，見表4。

表3 各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的面積 萬hm2

表4 奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值 億元

2.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的計(jì)算

本文實(shí)例采用GDP指標(biāo)來表征奎屯河流域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，利用GDP平減指數(shù)法對(duì)GDP的通貨膨脹因素進(jìn)行處理。GDP平減指數(shù)是指現(xiàn)價(jià)GDP與不變價(jià)GDP之商(也可是名義GDP與真實(shí)GDP之比)。由于各生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算基準(zhǔn)年為2005年，因此取2005年的GDP平減指數(shù)為100，然后根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得出各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的GDP平減指數(shù)。

計(jì)算各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的GDP平減指數(shù)，獲取各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的不變GDP價(jià)格。將各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的不變GDP價(jià)格，作為奎屯河流域在各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，表5為奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的價(jià)值計(jì)算結(jié)果。

表5 奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的總價(jià)值 億元

2.3 生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的確定

對(duì)奎屯河流域的資料進(jìn)行整理分析，得出了1990-2014年奎屯河流域的生態(tài)耗水率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率過程線圖，如圖3。

圖3 1990-2014年奎屯河流域的生態(tài)耗水率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率過程線Fig.3 The hydrograph of ecological water consumption rate and social economic water consumption rate in kuitun river basin from 1990 to 2014

使用最小二乘法，對(duì)奎屯河流域的總價(jià)值與生態(tài)耗水率進(jìn)行曲線擬合[11]，將擬合得到的曲線作為第一曲線關(guān)系；類似地，對(duì)奎屯河流域的總價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率進(jìn)行曲線擬合，將擬合得到的曲線作為第二曲線關(guān)系，分別如圖4和圖5所示。

圖4 奎屯河流域的總價(jià)值與生態(tài)耗水率第一曲線關(guān)系Fig.4 The relationship between total value of water and ecological water consumption rate in kuitun river basin

圖5 奎屯河流域的總價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率第二曲線關(guān)系Fig.5 The relationship between total value of water and social economic water consumption in kuitun river basin

由圖4可知，奎屯河流域的總價(jià)值隨著生態(tài)耗水率呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)，圖4中曲線上拐點(diǎn)出現(xiàn)在生態(tài)耗水率為47%處，此時(shí)奎屯河流域的總價(jià)值為最大，由此確定奎屯河流域的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)為目標(biāo)生態(tài)耗水率為47%。

由圖5可知，奎屯河流域的總價(jià)值隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)，圖5中曲線上拐點(diǎn)出現(xiàn)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率為53%處，此時(shí)奎屯河流域的總價(jià)值為最大，由此確定奎屯河流域的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)為目標(biāo)社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率為53%。

從圖4、圖5中可以看出，因?yàn)樯鷳B(tài)耗水率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率相加為1，因此兩幅圖呈軸對(duì)稱關(guān)系。一般情況下，只需要得到總價(jià)值隨生態(tài)耗水率的曲線關(guān)系或總價(jià)值隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率的曲線關(guān)系其中的一個(gè)就可以得到目標(biāo)生態(tài)耗水率和目標(biāo)社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率，但為了能夠得到更加精確的結(jié)果，可以獲取兩個(gè)曲線，得到兩組結(jié)果，每組結(jié)果中都包括一個(gè)目標(biāo)生態(tài)耗水率和一個(gè)目標(biāo)社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率。當(dāng)兩組結(jié)果不一致時(shí)，可以將兩組結(jié)果中的目標(biāo)生態(tài)耗水率的平均值作為目標(biāo)生態(tài)耗水率，從而得到目標(biāo)社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率，或?qū)山M結(jié)果中的目標(biāo)社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率的平均值作為目標(biāo)社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率，從而得到目標(biāo)生態(tài)耗水率。

3 結(jié) 語

本文提出的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)確定方法，首先獲取生態(tài)保護(hù)對(duì)象在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值、社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值、河道總徑流、生態(tài)耗水量以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水量；然后根據(jù)生態(tài)保護(hù)對(duì)象在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值、社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值、河道總徑流、生態(tài)耗水量以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水量，確定生態(tài)保護(hù)對(duì)象的總價(jià)值與生態(tài)耗水率之間的第一曲線關(guān)系，或總價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率之間的第二曲線關(guān)系；最后根據(jù)第一曲線關(guān)系確定當(dāng)總價(jià)值最大時(shí)，對(duì)應(yīng)的目標(biāo)生態(tài)耗水率，并將確定的目標(biāo)生態(tài)耗水率，確定為生態(tài)保護(hù)對(duì)象的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)；或根據(jù)第二曲線關(guān)系確定當(dāng)總價(jià)值最大時(shí)，對(duì)應(yīng)的目標(biāo)社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率；并將確定的目標(biāo)社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水率，確定為生態(tài)保護(hù)對(duì)象的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。本文的實(shí)例能夠解決目前在確定生態(tài)保護(hù)目標(biāo)時(shí)，主要靠人的主觀因素來確定生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，導(dǎo)致確定的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)受人的主觀因素影響較大，存在誤差較大的問題，提高確定生態(tài)保護(hù)目標(biāo)時(shí)的客觀性和準(zhǔn)確性。