南水北調(diào)中線工程沿線水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值演變解析

張先起，路曉斌

（1.華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，河南 鄭州 450046；2.黃河流域水資源高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450046）

南水北調(diào)中線工程通水以來(lái)，先后向沿線40多條河流進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)水總量達(dá)69億m3，緩解了受水區(qū)水資源短缺問(wèn)題，恢復(fù)了部分河湖的健康生命，使其生態(tài)環(huán)境得到改善[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程中所形成及維持人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[2-4]。受人類活動(dòng)的干預(yù)和破壞，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)常常受到威脅，地球上的自然生態(tài)系統(tǒng)中，接近60%的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)生了退化或者不可持續(xù)利用[5]。因而，運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（ESV）科學(xué)評(píng)估、評(píng)價(jià)南水北調(diào)中線相關(guān)水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，分析人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)的影響，對(duì)于南水北調(diào)中線工程水資源調(diào)配、生態(tài)補(bǔ)水和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等工作十分重要。

1970年，《人類活動(dòng)對(duì)全球環(huán)境的影響》研究報(bào)告中首次使用了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念，列舉了自然生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類的服務(wù)[6]。自此概念提出以來(lái)，相關(guān)方面的研究不斷加深。有些學(xué)者致力于指標(biāo)體系的構(gòu)建，具有代表性的有Costanza等構(gòu)建的指標(biāo)體系[7]、千年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的指標(biāo)體系[8]和傅伯杰等[9]構(gòu)建的指標(biāo)體系，其中MA理論應(yīng)用最為廣泛。

評(píng)價(jià)方法主要包括能值分析法[10]、物質(zhì)量評(píng)價(jià)法[11]以及價(jià)值量評(píng)價(jià)法[12]，國(guó)際上研究較多的方法是價(jià)值量評(píng)價(jià)法。而今，對(duì)價(jià)值評(píng)估方法可以大致分為兩類，一是基于單位服務(wù)功能價(jià)格的方法即功能價(jià)值法[13-15]，二是基于單位面積價(jià)值當(dāng)量因子的方法即當(dāng)量因子法[16-19]?；疑P(guān)聯(lián)分析適應(yīng)性強(qiáng)，適用于時(shí)間序列演變趨勢(shì)的研究，將其與功能價(jià)值法相結(jié)合，可充分體現(xiàn)水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性與動(dòng)態(tài)性[20]。

本文基于MA理論，針對(duì)水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特征，構(gòu)建了更為精準(zhǔn)的指標(biāo)體系，同時(shí)通過(guò)功能價(jià)值法估算了南水北調(diào)中線17個(gè)水庫(kù)2008—2019年的水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析計(jì)算了各指標(biāo)的重要程度，選擇對(duì)水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)影響較為顯著的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，以期為南水北調(diào)中線工程水資源調(diào)配、生態(tài)補(bǔ)水和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等工作提供理論依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究范圍

湖泊/水庫(kù)研究范圍選取湖泊/水庫(kù)劃定的保護(hù)區(qū)范圍，包括水面面積以及保護(hù)區(qū)面積。

1.2 研究對(duì)象

湖泊/水庫(kù)研究對(duì)象為南水北調(diào)中線干線補(bǔ)水或調(diào)蓄的湖泊/水庫(kù)，包括補(bǔ)償調(diào)節(jié)和充蓄調(diào)節(jié)水庫(kù)，南水北調(diào)中線一期工程涉及相關(guān)湖泊/水庫(kù)（17座）詳見(jiàn)表1。

表1 南水北調(diào)中線涉及水庫(kù)

1.3 水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本文主要通過(guò)重點(diǎn)評(píng)估水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)中的淡水資源、水土保持、降解污染物、休閑娛樂(lè)等各類具有實(shí)際市場(chǎng)價(jià)值且易以貨幣量化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，結(jié)合水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能特征，選取了供給、調(diào)節(jié)、支持、文化4個(gè)方面、11個(gè)指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[21-24]，指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 指標(biāo)體系

1.4 指標(biāo)計(jì)算方法

本文通過(guò)費(fèi)用-效益分析方法，利用實(shí)際市場(chǎng)法、替代市場(chǎng)法以及假想市場(chǎng)法3種評(píng)估技術(shù)[25]，對(duì)11個(gè)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，指標(biāo)計(jì)算方法和公式詳見(jiàn)表2。

表2 指標(biāo)計(jì)算方法

對(duì)具有實(shí)際市場(chǎng)價(jià)值的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品或功能，如供水、水產(chǎn)品、水力發(fā)電，以市場(chǎng)價(jià)格作為其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，使用直接市場(chǎng)法進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)不能在市場(chǎng)上直接獲得其價(jià)值貨幣表現(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)，包括水資源貯存、水質(zhì)凈化、洪水調(diào)蓄、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性、旅游休閑、科研教育，尋找等效替代物，利用替代物的市場(chǎng)價(jià)格或其影子價(jià)格，作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，評(píng)估方法有替代市場(chǎng)法、影子價(jià)格法、替代工程法、機(jī)會(huì)成本法和旅行費(fèi)用法等。

對(duì)于不可以商品形式出現(xiàn)在市場(chǎng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，如文化傳承，采取直接詢問(wèn)人們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的支付意愿，以此作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，評(píng)估方法為支付意愿法。

1.5 灰色關(guān)聯(lián)分析（GRA）

灰色關(guān)聯(lián)分析的具體步驟為：使用初值化方法或均值化方法無(wú)量綱化處理原始數(shù)據(jù)，計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度并根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行排序，數(shù)值越大相關(guān)程度越高[26]。

2 南水北調(diào)中線工程沿線水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

2.1 研究區(qū)域概況

南水北調(diào)中線工程（見(jiàn)圖2）自丹江口水庫(kù)陶岔渠首開(kāi)始，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)江、淮河、黃河、海河四大流域，最終輸水至北京和天津。至2020年6月3日，南水北調(diào)中線工程已安全運(yùn)行2 000 d，累計(jì)向北調(diào)水300億m3，惠及沿線6 000萬(wàn)人口。

圖2 區(qū)域概況

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算

2.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

選取2008—2019年數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，水面面積的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)地理空間數(shù)據(jù)云Landsat系列中Landsat5 TM遙感數(shù)據(jù)圖提取分析成果，社會(huì)經(jīng)濟(jì) 數(shù)據(jù)來(lái)源于各省市統(tǒng)計(jì)年鑒和問(wèn)卷調(diào)查，水文氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于各省市水資源公報(bào)。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

利用2008—2019年河南、河北、北京、天津四省市的統(tǒng)計(jì)資料并采取問(wèn)卷調(diào)查、考察等方法，收集整理數(shù)據(jù)，通過(guò)費(fèi)用-效益分析方法，估算2008—2019年歷年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，歷年總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)如圖3所示。由圖3可知，2008—2014年，南水北調(diào)中線工程沿線庫(kù)區(qū)總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在940.74億～1 076.56億元之間波動(dòng)，較為穩(wěn)定；2015—2019年總價(jià)值呈上升趨勢(shì)，由1 033.41億元上升至1 415.72億元，年均增長(zhǎng)率為9.25%；2008—2019年年均總價(jià)值為1 130.92億元。

圖3 總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)

供給、調(diào)節(jié)、支持、文化4個(gè)方面指標(biāo)變化，如圖4所示。由圖4可以看出，供水、氣候調(diào)節(jié)、水資源貯存、生物多樣性上升趨勢(shì)明顯，且在2014年南水北調(diào)中線工程通水后上升趨勢(shì)明顯增強(qiáng)，而水產(chǎn)品、水力發(fā)電、洪水調(diào)蓄、旅游休閑、文化傳承在2008—2019年間無(wú)突變，整體呈穩(wěn)定上升趨勢(shì)，水質(zhì)凈化、教育科研2個(gè)指標(biāo)波動(dòng)較大、不穩(wěn)定。

圖4 2008—2019年指標(biāo)變化趨勢(shì)

供給方面的多年平均價(jià)值為90.67億元，調(diào)節(jié)方面的多年平均價(jià)值為928.14億元，生物多樣性的多年平均價(jià)值為1.42億元，文化方面的多年平均價(jià)值為110.69億元。

各項(xiàng)指標(biāo)按多年平均價(jià)值量從大到小的排序?yàn)椋簹夂蛘{(diào)節(jié)（467.35億元）、水資源貯存（301.13億元）、洪水調(diào)蓄（144.16億元）、文化傳承（85.33億元）、供水（76.46億元）、旅游休閑（25.25億元）、水質(zhì)凈化（15.50億元）、水產(chǎn)品（9.63億元）、水力發(fā)電（4.58億元）、生物多樣性（1.42億元）、科研教育（0.12億元）。

2.2.3 灰色關(guān)聯(lián)分析

將2008—2019年的總價(jià)值序列作為參考序列、各指標(biāo)序列作為比較序列，使用初值化方法對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度。各指標(biāo)關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果，如圖5所示。

圖5 指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

由圖5可知，對(duì)總價(jià)值影響最大的為氣候調(diào)節(jié)（0.935 9）、影響最小的為水產(chǎn)品（0.614 8）。

3 結(jié)論

（1）南水北調(diào)中線工程沿線各水庫(kù)總生態(tài)服務(wù)價(jià)值在2008—2014年總體呈現(xiàn)小范圍波動(dòng)、2015—2019年呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)，表明南水北調(diào)中線工程通水后對(duì)沿線水生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行了改善。

（2）南水北調(diào)中線工程通水對(duì)各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能有不同的影響，其中的氣候調(diào)節(jié)、水資源貯存、洪水調(diào)蓄功能受輸水的影響顯著。

（3）通過(guò)價(jià)值量分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析，可確定水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值體系中水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值由調(diào)節(jié)效益為主導(dǎo)，核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為氣候調(diào)節(jié)、水資源貯存、洪水調(diào)蓄。