水资源生态经济价值能值分析框架

吕翠美 吴泽宁

(1.三峡大学土木水电学院,湖北宜昌 443002;2.郑州大学水利与环境学院,郑州450002)

水资源价值是一个复杂的体系[1],它是自然系统、社会系统、经济系统各因素相互影响、相互作用、相互耦合的产物,是经济价值、社会价值和生态环境价值的统一体.水资源生态经济价值的准确描述与定量评价有助于全面认识水资源的价值,实现水资源利用的生态效益、经济效益、社会效益最优化,为科学合理地利用水资源、水利建设和开发等宏观决策提供基础.鉴于水资源的经济价值、社会价值和生态环境价值的表现形式和量纲各异,实践中遇到了水资源各类价值不便统一分析和比较的难题.针对水资源价值问题,国内外学者进行了大量的研究,在理论、方法、实践方面都取得了丰硕的成果[2].目前水资源价值评估都是尝试把水资源和人类经济活动加以币值化,以货币衡量一切财富,但货币只是一种衡量经济活动中人的作用与贡献的工具,不能衡量自然的作用与贡献[3],因为人类经济社会的货币流通并不经过自然界.水资源是自然资源,对自然资源的价值不能用货币进行全部衡量.因此,如何客观计算水资源的生态经济价值并用统一的标准进行度量是亟待解决的重要科学课题.

以生态经济学为依据,从水的资源特性出发探究了水资源价值的根源和形成,以水资源生态经济系统为基础,结合水资源生态经济功能,界定了水资源生态经济价值的内涵和构成;克服传统水资源价值评估中经济学方法为主的缺陷,运用能值分析原理,研究建立了水资源生态经济价值的能值分析框架,以实现水资源经济价值、社会价值和生态环境价值的统一度量,为水资源生态经济价值的核算提供了新的分析思路.

1 水资源生态经济价值及其构成

1.1 水资源生态经济价值的内涵

水资源是生物生存不可替代的物质,是经济活动难以缺少的投入物,是构成自然环境的基本要素之一[4],水资源的多功能性决定了它的多价值性,如,提供人类生产过程所必需的生产资料使水具有经济价值;改善江、河、湖泊,维持天然河流、湖库等水体所需要的正常生态环境,维护自然生态平衡,防止生态系统遭到破坏,使水具有生态环境价值;美化、绿化、净化生态环境,减少疾病,提高人们健康水平,使水具有社会价值[5].水资源的经济属性、社会属性、自然属性决定了水资源价值的实质是经济、社会、生态环境价值的统一,即生态经济价值.水资源生态经济价值的内涵,应该是质与量的统一,自然资源价值与环境资源价值的统一,自然属性与经济社会属性的统一[6].

根据上述分析,将水资源的生态经济价值定义为:水资源在支持、维护生态经济复合系统的存在和运行过程中所体现出的功能和效用,它伴随着水在水资源生态经济系统中的循环和流动,通过产品、劳务、提供环境、生境、维系生态平衡、改善社会福利和净化污水废物等生态经济功能表现出来,包括经济价值、社会价值和生态环境价值3方面.

在水资源生态经济系统内,水由生态系统进入经济系统,经过生产过程,产生污染又返回水生态系统,水资源经济、社会、生态环境价值既因价值体现系统的不同而相互独立、自成一体,又因水循环流动而相互影响、相互制约,如图1所示.水资源经济、社会、生态环境价值3部分是紧密联系,不可分割的.

1.2 水资源生态经济价值的构成

(1)经济价值.水是最基本的生产资料,在工农业生产中发挥着重要功能,水资源的经济功能使其具有经济价值.将经济系统中,水资源对经济社会发展需求的满足程度和效益称为水资源的经济价值,水资源经济价值是随着人类文明的进步而产生的,经济价值也是水资源生态经济价值的主要表现形式[7].根据水体经济功能的不同,水资源的经济价值可划分为生产价值、发电航运价值、水产品价值3类.

图1 水资源生态经济价值结构示意图

(2)社会价值.“水是生命之源”,水,特别是淡水是人类生存和发展的宝贵资源.它为人类和其它动物(家畜、家禽及野生动物)提供饮用水,维持着社会的健康发展.另外,水域生态系统的文化和美学功能,带给人类巨大的文化、美学及教育功益[8].随着人类社会的进步和发展,以及人们物质生活水平的提高,人们对精神生活的需求不断增加,要求也越来越迫切.将社会系统中,水资源对维持生命健康和社会精神需求的满足程度和效益称之为水资源的社会价值,根据水体社会功能的不同,水资源的社会价值可分为生活用水价值、休闲娱乐价值、科学研究价值3类.

(3)生态环境价值.水资源在生态系统内部及各类生态过程中发挥着重要功能,形成并维持着人类赖以生存的环境和生命支持系统.将水对生态环境系统正常运转需求的满足程度与效用称之为水资源的生态环境价值,根据水生态环境功能的不同,可划分为生物多样性保护价值、调蓄水分价值、净化环境价值、气候调节价值、输送价值、污水价值几类.

2 能值理论及其分析方法

能值理论与分析方法是由以美国著名生态学家Odum为首的科学家于20世纪80年代后期提出和发展起来的新的科学理论体系[9].一种流动或储存的能量中所包含的另一种类别能量的数量,称之为该能量的能值.能值的实质是包含能量或者说体现能.任何形式的能量均来源于太阳能,故以太阳能为基准来衡量各种能量的能值,任何资源、产品或劳务形成所需直接和间接应用的太阳能之量,就是其所具有的太阳能值(Solar energy),单位为太阳能焦耳(Solar emjourles,sej)[3].

能值分析是以能值为基准,把生态经济系统的各种生态流,如能流、物流、货币流、信息流等,在能值尺度上统一起来,定量分析系统的结构和功能.能量、物质等与能值之间的转换计算公式如下[10]:

式中,EM表示能值(sej);τ表示能值转换率(sej/J或sej/g);B代表能量或物质的质量(J或g).

能值分析解决了能量分析忽视能量品质特征的缺陷,以及经济分析的货币不能衡量自然界对人类经济社会发展贡献的缺陷.能值分析方法使得原本难以统一度量的各种生态系统或生态经济系统的能流、物流和其他生态经济流能够进行比较和分析,不论是可更新资源、不可更新资源,还是商品、劳务,甚至信息和教育,都可以用能值来评价[3].

3 水资源生态经济价值能值分析的基本框架

以前的水资源价值评估研究多侧重于水的经济属性,对其自然属性考虑不多,常常缺乏与水文循环和天然水资源特性的联系.根据能值理论,太阳能是地球上最主要的能量来源,各种能量都直接或间接地来源于太阳能,能量的价值由能量形成过程中的其他能量消耗决定,不论是生物物理过程还是人类劳动过程,对其投入越多,其价值就越大.水循环过程遵循质量守恒和能量守恒原理,对一个流域或区域的天然水资源价值可通过对自然水循环的基本能量转化系统的概化进行计算;天然水经过人工措施拦蓄和控制转变为产品水,则需综合考虑系统中各种能值的投入和产出情况,采用能值综合分析的方法进行计算[11].

水资源生态经济价值能值分析就是以能值为量纲,综合分析水资源生态经济系统的能量流、物质流与货币流的动态过程以及它们相互之间的数量关系,结合水资源生态经济价值的内涵和构成,通过一系列反映生态与经济性能的能值综合指标,分类核算水资源的经济价值、社会价值、生态环境价值,最后汇总得到水资源的生态经济价值,如图2所示.

图2 水资源生态经济价值能值分析框架图

3.1 收集数据资料

数据资料是水资源生态经济价值能值核算的基础,一个地区或区域的水资源生态经济系统中包含着多种自然资源,如阳光、雨水、风、潮水等,以及本地储藏资源,如矿藏、土地、森林、渔业资源等,另外,系统还接受从外部输入的经济资源用于发展生产.水资源生态经济价值能值核算需要收集水资源生态经济系统及各子系统自然环境、地理及经济社会等各种资料数据,并整理分类,具体包括工业生产子系统、农业生产子系统、生活子系统、生态-社会复合子系统.

3.2 编制系统能值分析表

编制能值分析表主要是为了将收集到的水资源生态经济系统及各子系统的不同度量单位(J、G或＄)的生态流或经济流数据资料转换为能值单位(sej),以便进行水资源生态经济价值的能值核算.

根据能值分析的一般方法,水资源生态经济系统能值分析表有多种,但基本格式一般包括5个题头,表内从左到右5个题头如下:①项目编号,亦即该项目计算和来源的注释编号;②项目名称,与系统内的名称对应;③原始数据,其单位根据原始资料来源通过计算所得值而定,一般为能量(J)、物质(g)或货币(＄/¥)单位;④太阳能值转换率,单位为sej/J(或g、＄、¥);⑤太阳能值,其量由第3与第4项相乘而得.能值分析表的编制步骤如下:

(1)列出水资源生态经济系统或子系统的主要能量来源(输入)和输出项目,一般可根据上面各系统数据资料的类别排列,如可更新资源、不可更新资源、货币流、系统产出等;

(2)计算各类别资源的能流量(原始数据),一般以J为单位表示.

(3)根据公式(1)及各类物质、能源的能值转换率将水资源生态经济系统及其子系统中的能量、物质转换成共同的能值单位,分类汇总列表,就得到水资源生态经济系统能值分析表.

3.3 构建系统能量和能值网络

能量和能值网络的构建是水资源生态经济价值能值核算的基础,水资源生态经济系统及其子系统能量和能值网络标明了系统中各类能量流动与应用、物质循环与储存的方向,以及能量或物质的储存对相互作用过程的影响关系,可以明确系统的基本结构,系统内外的相互关系,认清水资源及其他生态经济流的流动、转化过程.

结合水资源经济、社会、生态环境价值的内涵,水资源生态经济价值能值核算需要构建的能量和能值网络包括:水资源生态经济系统能量和能值网络、工业生产子系统能量和能值网络、农业生产子系统能量和能值网络、生活子系统能量和能值网络、生态-社会复合系统能量和能值网络.

3.4 计算水体的太阳能值转换率

能值分析的最大难点是各种能量、物质乃至信息和劳务的能值转换率的分析计算.迄今,国际能值研究已取得大量成果,H.T.Odum和各国研究人员经过大量研究实践,换算出了自然界和人类经济社会主要能量、物质类型的太阳能值转换率.利用这些能值转换率可进行一般性的系统能值分析,但是要对某些专业系统进行分析时,这些能值转换率就满足不了要求,需要根据专业系统计算更细类别的资源、物质的能值转换率.

由于水资源自身的特点,伴随着水资源流动循环过程中能量(物质)的转换迁移,水体的能值转换率也在不断变化,因此,需要根据能值转换率的基本计算原理分析计算不同储存条件、不同循环阶段、不同水质水体的能值转换率.如对地表水来说,不同汇流过程形成不同水体类型及水体太阳能值转换率,如河水、湖水等.河水的能值转换率计算时只需考虑降水的汇流到河流中的过程即可,而湖水除了要考虑降水的汇流还要考虑河流、溪流汇流到湖泊的过程.水体太阳能值转换率计算方法可依据水体类别的不同分为自然水体、工程水体和污染水体3大类.

3.5 水资源生态经济价值的分类计算与汇总

根据前面水资源生态经济价值的内涵和构成的论述,结合水资源价值的形成和体现特点及核算的方便性,在进行水资源生态经济价值的能值核算时,可概括分为3大类,第1类是工农业生产系统水资源价值和生活用水价值,这类价值在核算时主要考虑到水资源只有通过和其它资源、劳务等共同投入,才能生产出工、农业产品或维持人类正常生活,从而产生价值,这部分价值是多种物质、资源以及科技、信息、劳务等共同作用的结果,水资源贡献的价值必须通过提取才能得到,在此试图通过“水资源能值贡献率”表征生产生活过程中水资源的贡献份额,从而提取计算水资源的生产生活价值,具体计算方法见表1.

表1 水资源生产和生活价值计算表

第二类价值是指通过水资源不同形式的能量体现或转化而产生的价值,包括发电航运价值、调蓄水分价值、净化环境价值、气候调节价值、输送价值及污水价值.这部分价值可通过水资源能量与相应能值转换率的乘积来计算,以发电价值为例,水资源因地形地貌的落差产生并储蓄了丰富的势能,水力发电是该功能的有效转换形式,所以发电系统水资源价值可通过区域水体的势能与水体能值转换率的乘积计算,公式如下:

第三类则是无法直接通过能值计算的价值,包括休闲娱乐价值、科研价值、生物多样性保护价值,只能通过其他途径间接核算.其中休闲娱乐价值以旅游收入计算.据国家旅游局调查数据分析,在众多旅游资源中,水体在旅游收入中约占12.3%的份额[12],休闲娱乐价值可通过下式计算:

式中,I为旅游收入,EDR为地区的能值货币比率.

科学研究价值,参照Meillaud等学者的方法计算[13].以研究区研究时段内发表的相关学术论文的总能值计量,公式如下:

式中,T为研究时段内发表的学术论文数量.

生物多样性保护价值,以物种演变过程积累的能值计量,计算公式如下:式中,τ物种为物种能值转换率,N为计算区域内水生生物物种总数,R为生物活动面积占全球面积的比例.

将上述计算得到的经济价值、社会价值、生态环境价值汇总就得到水资源的生态经济价值.由于水资源本身的资源特性,汇总时必须注意并不是所有环节上的价值都是正价值,因为,人类劳动在经济系统产生商品(包括劳务)过程中,投入一定量的劳动创造商品价值的同时,也会创造生态价值,还会产生生态环境的负价值,如进入经济生产和人类生活环节的水资源会转化成污水,它不仅会对生态系统造成破坏,而且可能对人类健康造成影响,对整个生态经济系统而言,这些是负价值.

4 结 语

水资源既是基础性的自然资源和战略性的经济资源,又是生态与环境的控制性要素.水资源不仅具有经济价值,而且具有社会价值和生态环境价值,如何准确描述并实现水资源经济价值、社会价值、生态环境价值的统一度量,是不可回避的问题.目前常用的经济学方法评估水资源价值的最大难点在于无法实现水资源经济、社会、生态环境价值的统一度量.能值是系统生态学和生态经济学的新科学概念和度量尺度,能值分析方法是生态经济学全新的定量研究方法,水资源生态经济价值与能值理论的结合,是水资源价值研究的新领域,水资源生态经济价值能值研究具有重要理论和现实意义.

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