郭向東

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

生態(tài)供水是保證區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良好發(fā)展、人們在水資源開發(fā)時(shí)保證區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡所需要的水量[1]。生態(tài)供水是當(dāng)前將生態(tài)系統(tǒng)與水資源進(jìn)行內(nèi)在聯(lián)系的重要基礎(chǔ)和條件[2]。近些年來，對(duì)于生態(tài)供水研究也逐步成為熱點(diǎn)[3- 5]，但是這些研究大都針對(duì)生態(tài)供水量進(jìn)行，而當(dāng)前水資源矛盾日益緊張，水資源效益和價(jià)值評(píng)估也逐步得到社會(huì)群眾的廣泛關(guān)注，特別是對(duì)供水部門而言，如何量化生態(tài)供水效益并對(duì)其價(jià)值進(jìn)行定量評(píng)估，對(duì)于其水資源優(yōu)化配置和利用具有重要的價(jià)值[6- 7]。有學(xué)者采用不同方法對(duì)區(qū)域生態(tài)供水效益進(jìn)行量化[8- 9]，但是對(duì)于旱區(qū)生態(tài)供水效益量化的研究還較少，為此本文結(jié)合影子價(jià)格分析方法，通過建立生態(tài)供水能值分析表，量化生態(tài)供水的相應(yīng)分?jǐn)傁禂?shù)，對(duì)旱區(qū)生態(tài)供水效益與價(jià)值進(jìn)行定量評(píng)估。研究成果對(duì)于旱區(qū)生態(tài)供水效益分析具有重要的參考價(jià)值。

1 影子價(jià)格分析方法

影子價(jià)格分析方法首先通過計(jì)算各種資源的能量值，并進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換分析，得到各資源的能量值分析結(jié)果，計(jì)算方程為：

E=τB

(1)

式中，E—能值；τ—能值轉(zhuǎn)換效率；B—能量或者貨幣物質(zhì)所代表的價(jià)格。

在能量值分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算各種資源的效益分?jǐn)傁禂?shù)，其計(jì)算方程為：

(2)

式中，ε—生態(tài)供水的效益分?jǐn)傁禂?shù)；E1W—生態(tài)供水的能量總值；E1T—生態(tài)供水能值總的投入值。在生態(tài)供水效益分?jǐn)傁禂?shù)確定的基礎(chǔ)上，計(jì)算生態(tài)供水效益，這里的生態(tài)供水效益就轉(zhuǎn)換成能量值，計(jì)算方程為：

S=εE1Y

(3)

式中，S—生態(tài)供水總效益值；E1y—生態(tài)供水能量總產(chǎn)出；在生態(tài)供水總效益計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合能量/貨幣轉(zhuǎn)換率來實(shí)現(xiàn)生態(tài)供水效益的價(jià)值計(jì)算，計(jì)算方程為：

(4)

式中，M—生態(tài)供水以貨幣形式表現(xiàn)的總效益，萬元；Ep—能量/貨幣轉(zhuǎn)換率。

對(duì)于生態(tài)供水價(jià)值計(jì)算主要從生物多樣性、調(diào)蓄水分、凈化環(huán)境、氣候調(diào)節(jié)、污水處理以及生態(tài)環(huán)境方面出發(fā)，進(jìn)行其生態(tài)供水價(jià)值的量化，其中對(duì)項(xiàng)目生態(tài)供水價(jià)值計(jì)算的方程為：

EM生物多樣性=τ物種×N×R

(5)

EM水分調(diào)節(jié)=W×τ水體

(6)

EM凈化=EM1-EM2=M1τ1-M2τ2

(7)

EM氣候調(diào)節(jié)=E×τ蒸汽

(8)

EM污水=(τ污染后-τ污染前)×W污水

(9)

式中，EM生物多樣性、EM水分調(diào)節(jié)、EM凈化、EM氣候調(diào)節(jié)、EM污水—生態(tài)供水價(jià)值的量化值；τ物種、τ水體、τ1、τ2、τ蒸汽、τ污染前、τ污染后—各項(xiàng)的能值轉(zhuǎn)化率，%；N—區(qū)域生物物種的個(gè)數(shù)，個(gè)；R—生物占比的比例，%；W—區(qū)域年蓄水量，104m3；M1、M2—斷面上下游的污染物含量，mg/L；E—蒸發(fā)能，sej；W污水—污水量，104m3。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 實(shí)例概況

以遼寧某輸水工程為研究實(shí)例，該輸水工程日供水量為30000m3/d，主要供水用途為生活和農(nóng)業(yè)用水，二項(xiàng)占比為80%，近些年來，隨著生態(tài)保護(hù)措施力度的加大，為加強(qiáng)旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)力度，供水工程向遼寧西部旱區(qū)的生態(tài)供水量逐年增加，從2016年開始，輸水工程生態(tài)供水比例已經(jīng)增加到25%，生活、農(nóng)業(yè)用水效益量化和價(jià)值評(píng)估都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，供水效益量化計(jì)算較為方便，但在生態(tài)供水上還沒有較好的效益量化和價(jià)值評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合影子價(jià)格分析方法，對(duì)該輸水工程生態(tài)供水的效益和價(jià)值進(jìn)行量化評(píng)估。

2.2 各資源能值流量指標(biāo)的確定

結(jié)合區(qū)域水資源公報(bào)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)各資源能量值流量指標(biāo)多年均值進(jìn)行確定，確定結(jié)果見表1。

由表1中可看出，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)主要分為3類，第一類是可以更新的資源，主要為各種能源變化，第二類為不可更新的資源類型，第三類主要為區(qū)域生態(tài)農(nóng)林業(yè)產(chǎn)品的總能值產(chǎn)出項(xiàng)。通過能量轉(zhuǎn)換方式，得到各種能源年平均能值轉(zhuǎn)換結(jié)果，從各指標(biāo)能值轉(zhuǎn)換結(jié)果可以看出，研究區(qū)域不可更新的資源占系統(tǒng)總能值輸出的比例較高，平均值可以達(dá)到65%，生態(tài)供水的綜合效益較低，生態(tài)環(huán)境壓力較大，需要對(duì)區(qū)域生態(tài)供水的主要產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及資源進(jìn)行有效優(yōu)化，提高區(qū)域生態(tài)供水的水資源綜合利用的效率值。

2.3 區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)能值評(píng)估指標(biāo)計(jì)算

在區(qū)域生態(tài)供水系統(tǒng)指標(biāo)確定的基礎(chǔ)上，對(duì)各能值指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，區(qū)域各年份能值評(píng)估計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 區(qū)域2010—2018年能值流量指標(biāo)均值確定結(jié)果

注：數(shù)據(jù)來源于區(qū)域水資源公報(bào)、統(tǒng)計(jì)年鑒以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展公報(bào)

從表2中可看出，各年份可更新資源和不可更新資源的計(jì)算能值都呈現(xiàn)較為明顯的遞增變化趨勢。不可更新資源能值遞增幅度要高于可更新資源的能值，主要是因?yàn)椴豢筛沦Y源能值轉(zhuǎn)換率要高于可更新資源。從系統(tǒng)輸入能值和反饋輸入能值可看出，系統(tǒng)輸入能值遠(yuǎn)高于反饋輸入能值，從能值轉(zhuǎn)換的角度而言，反饋輸入能值的轉(zhuǎn)換率較低，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)主要靠系統(tǒng)輸入。從區(qū)域水資源利用效能轉(zhuǎn)換結(jié)果可看出，外來水資源量能值要低于當(dāng)?shù)厮Y源量的能值，但是外來水資源能量值的遞增幅度要高于當(dāng)?shù)厮Y源能量能值。從能值/貨幣率的變幅可看出，區(qū)域從2016年開始，其能值/貨幣率的遞增幅度逐步較大，這主要是因?yàn)閺?016年開始，區(qū)域生態(tài)供水的力度逐步加大。從各能量指標(biāo)的能值年變幅情況可看出，其總體呈現(xiàn)明顯的遞增變化，可看出，區(qū)域生態(tài)供水的能值轉(zhuǎn)換率逐步加大。

表2 區(qū)域各年份能值評(píng)估計(jì)算結(jié)果

表3 生態(tài)供水效益分析結(jié)果

2.4 生態(tài)供水效益分析計(jì)算

在各能值確定的基礎(chǔ)上，結(jié)合各能值指標(biāo)生態(tài)供水效益分析的方法，對(duì)各年份能值指標(biāo)的生態(tài)供水效益進(jìn)行量化計(jì)算，并對(duì)其生態(tài)供水能值和效益能值的變化年過程進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表3，如圖1所示。

圖1 生態(tài)供水能值分析結(jié)果

從表3中可看出，隨著生態(tài)供水量的逐年增加，其生態(tài)供水能值和生態(tài)效益分?jǐn)傁禂?shù)呈現(xiàn)較為明顯的遞增變幅。生態(tài)效益分?jǐn)傁禂?shù)的遞增幅度均值達(dá)到0.11%，而生態(tài)效益分?jǐn)傁禂?shù)越大，表明其生態(tài)用水效益量化值越大。從生態(tài)供水總效益變化可看出，隨著生態(tài)效益分?jǐn)傁禂?shù)遞增幅度的增加，生態(tài)供水總效益能值轉(zhuǎn)換率也增加。2010—2018年，其生態(tài)供水總效益能值遞增3.46×1018sej，而生態(tài)供水總效益能值轉(zhuǎn)換率的增加，使得區(qū)域生態(tài)供水下期能值/貨幣率的轉(zhuǎn)化值也逐年增加，其平均遞增幅度到0.51×1011sej/元，隨著能值/貨幣率的轉(zhuǎn)化值的增加，其生態(tài)供水效益和單方水生態(tài)效益總體呈現(xiàn)遞增變幅，單方生態(tài)供水價(jià)值為4.25元/m3。

2.5 生態(tài)供水價(jià)值定量評(píng)估

在區(qū)域生態(tài)供水效益量化的基礎(chǔ)上，對(duì)其生態(tài)供水的價(jià)值進(jìn)行定量評(píng)估，評(píng)估結(jié)果見表4。

表4 生態(tài)供水價(jià)值定量評(píng)估結(jié)果

針對(duì)各項(xiàng)類型的生態(tài)供水價(jià)值進(jìn)行定量評(píng)估，從評(píng)估的生態(tài)供水單方水能價(jià)值分析結(jié)果可看出，污水生態(tài)供水單方水能價(jià)值最大，均高于其他類型項(xiàng)目的單方水能價(jià)值。污水類型下生態(tài)供水的能值轉(zhuǎn)換率較大，因此其單方水能價(jià)值較大，而調(diào)蓄水分的單方水能價(jià)值在各項(xiàng)目類型中最低，主要是因?yàn)檎{(diào)蓄水分的能值轉(zhuǎn)換率要低于其他項(xiàng)目的能值轉(zhuǎn)換率，因此其單方水能價(jià)值最低，生態(tài)環(huán)境下的單方水能價(jià)值是其他項(xiàng)目單方水能價(jià)值的綜合，從表4中可看出，各年份期生態(tài)環(huán)境下單方水能價(jià)值呈現(xiàn)遞增變化趨勢，從2010年的1.95sej/m3遞增到2018年的3.81sej/m3。從單方生態(tài)供水貨幣價(jià)值可看出，和單方水能價(jià)值轉(zhuǎn)換具有較大的相關(guān)性，各項(xiàng)目單方水貨幣價(jià)值的年變幅和其單方生態(tài)供水的水能價(jià)值變化具有一致性。生態(tài)供水其單方供水貨幣價(jià)值從2010年的2.09元/m33遞增到2018年的4.25元/m3。

3 結(jié)語

相比于傳統(tǒng)考慮單一指標(biāo)的量化方法，本文的方法通過能值分析確定生態(tài)供水投入和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)出的能值轉(zhuǎn)化關(guān)系，方法更為客觀，充分反映生態(tài)供水的效益轉(zhuǎn)化率，在生態(tài)供水量化中具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

隨著氣候變化和人類活動(dòng)綜合影響，對(duì)區(qū)域生態(tài)供水影響的因素也會(huì)越來越復(fù)雜，在以后的研究中還需要對(duì)區(qū)域生態(tài)供水系統(tǒng)能值指標(biāo)進(jìn)行逐步完善，才能實(shí)現(xiàn)變化環(huán)境下生態(tài)供水效益和價(jià)值的精準(zhǔn)評(píng)估。