基于水足迹的大樟溪流域生态补偿研究

马 骏,王薇薇

(河海大学商学院,江苏南京 211100)

基于水足迹的大樟溪流域生态补偿研究

马 骏,王薇薇

(河海大学商学院,江苏南京 211100)

水足迹理论与方法在流域生态补偿中的应用是当前生态补偿领域研究的热点与前沿问题。在已有水足迹理论的研究成果的基础上,引入水资源相关评价指标对原有模型进行修正,构建符合流域生态补偿情况的水足迹模型。以根据大樟溪流域生态补偿为例,核算大樟溪上游水源区以及下游受水区的水足迹,同时运用机会成本法对流域上游地区的水生态环境保护的直接投入和限制当地发展而损失的间接投入进行核算。结果表明,水足迹的生态补偿模型可以将流域水资源的利用情况与水生态保护的经济活动联系起来,可为流域生态补偿标准的核算提供客观的方法。

水足迹;生态补偿;水资源压力指标;补偿标准

随着经济的快速发展,属于公共物品的水资源被过度开发,水污染日益严重,导致了水资源可利用量不断减少、生态环境日益恶化,这样的“公共地悲剧”正在不断上演。要实现水资源与国民经济的协调发展,水资源的保护迫在眉睫。而以水资源保护为核心的生态补偿是当前生态补偿领域理论研究的热点。

水足迹理论将水资源相关问题与社会经济紧密联系,它反映了水资源生态系统与人类生产、生活的社会活动之间的相互关系。该理论是 2002年Hoekstra在Allan虚拟水研究的基础上提出的[1],它可以反映水资源的利用情况。大多数学者将水足迹定义为在某个已知人口的国家或地区在特定时间内所消耗的所有产品与服务所含的水资源总量[2]。国外学者对水足迹理论的研究要先于我国,他们从不同角度对影响水足迹的因素进行了分析、比较和评价[3-6],Chapagain等[2]核算了棉花产品的水足迹,而且还完成了国家内部水足迹与外部水足迹的核算,希望能解决不同区域的粮食安全和水资源短缺等问题,也为区域的产业结构调整提供了参考依据。目前我国学者对水足迹的研究还处于探索阶段,主要是对水足迹的概念与计算方法的基础研究[7],现有研究包括:对某区域的水足迹进行核算研究[8-9];利用水足迹和虚拟水的概念,计算我国及各区域主要农产品的虚拟水含量分析农产品的生产和消费关系[10-12];将水足迹理论用于区域水资源的生态承载力研究及水资源利用评价研究[13-15]。

本文引入区域水资源生态盈亏指标和水资源压力指标对水足迹生态补偿标准模型[15]进行修正,构建符合流域生态补偿情况的水足迹模型,以大樟溪流域生态补偿为例,通过厘清各区域水资源生态系统的相互关系,进而验证水足迹生态补偿标准模型,为流域生态补偿发展提供参考。

1 流域生态补偿的水足迹模型构建

1.1 模型构建的流程

要完成流域生态补偿的水足迹模型构建,首先必须对流域内各区域的水足迹进行测算,然后计算区域内水资源可利用量,并通过水资源相关评价指标对区域内水资源生态系统的均衡性进行评价,在此基础上确定水足迹生态补偿模型,结合流域内生态保护与建设的总投入计算出流域上下游生态补偿标准。基于水足迹的流域生态补偿标准模型核算流程如图1所示。

1.2 模型的相关指标

根据评价指标选取的综合性原则、区域特殊性原则和可操作性原则三大原则,从经济学和生态学的角度出发,选取水资源生态盈亏指标和水资源压力指标作为流域区域水资源生态系统的均衡性评价指标,为水足迹模型构建与选择提供依据。

图1 流域生态补偿标准核算流程

1.2.1 水资源生态盈亏指标(Wdr)

通过计算流域内各区域水足迹Twf与水资源可利用量Rwc之差来反映区域水资源生态系统的均衡性,将两者之差称为水资源生态盈亏指标Wdr,即Wdr=Rwc-Twf。通过Wdr的正负性可以评价出该区域内人们的生产、生活及生态耗水量是否处在该区域水资源供给量的承受范围。当Wdr＞0时,该区域的水资源处于生态盈余状态,水资源的耗损量小于供应量;当Wdr＜0时,该区域的水资处于生态赤字状态,水资源的耗损量大于供应量。

1.2.2 水资源压力指标(Wp)

流域内的水足迹总和Twf与可利用水资源量Rwc的比值即为水资源压力指标 Wp,即 Wp=Twf/Rwc。该指标反映区域生产的产品和服务耗水量与可用水资源量之间的压力关系,Wp越大说明该区域水资源承载压力越大。当Wp＞1时,说明该地区水资源需求大于供给量,水生态系统处于超载状态;当Wp=1时,表明该地区水资源需求与水资源可利用量持平,水资源利用达到最大;当Wp＜1时,表示该地区生产需水量在可用水资源承载能力范围内。

1.3 模型构建

在构建流域生态补偿水足迹模型时,将流域划分为上游子区域和下游子区域,并通过对区域内的水资源生态系统的均衡性进行评价,根据各区域水资源生态系不同的均衡性,构建不同情况下的流域生态补偿模型,主要有3种情况:流域上下游2个子区域的水资源系统处于不同的生态盈亏状态;2个子区域都处于水资源生态盈余状态;2个子区域都处于水资源生态赤字状态。

1.3.1 流域子区域处于不同的水资源生态盈亏状态

当流域上下游的2个子区域呈现不同的水资源生态盈亏状态时,即一个区域的水资源压力指标Wp＞1该区域为水生态赤字,另一个区域的水资源压力指标Wp＜1该区域为水生态盈余。也就是说,此时可能存在 Wdr1＜0,Wdr2＞0的情况,也可能存在Wdr1＞0,Wdr2＜0的情况。此时,水资源生态盈余区域应该从生态环保工作中获得补偿,因为它为其他区域提供了更多的水资源可利用量;而水资源生态赤字区域因占有水资源生态盈余区域的水资源可利用量,而理应分摊水资源生态盈余区为保护水资源进行的生态建设投入。因此,构建2个区域处于不同的水资源生态盈亏状态下的水足迹模型如下:

式中:Ecd为水资源生态赤字区域应支付给水资源生态盈余区域的补偿额度;I′s为水资源生态盈余区域的虚拟生态环保投入;Is为水生态盈余区域的实际环保投入;Wps为水资源生态盈余区域的水足迹占流域水资源可利用量的比值。Ecd=(1-Wps)Is为修正后的水足迹生态补偿模型。

在涉及引水工程的流域生态补偿问题时,通常处于流域上游区域为水源区而下游区域为受水区,因此上游水源区和下游受水区的水资源生态盈亏状态通常为水源区水资源处于生态盈余状态即Wdr＞0,水资源的耗损量小于供应量,而受水区的水资源处于生态赤字状态即Wdr＜0,水资源的耗损量大于供应量。

1.3.2 2个区域都处于水资源生态盈余状态

当流域2个区域的水足迹均小于水资源可利用量即该2个区域水资源处于生态盈余状态Wdr1＞0,Wdr2＞0且Wdr1≠Wdr2,即2个区域水资源生态盈余量不同。当区域水资源生态盈余量所占比重越大,其生态环保投入可以分摊相对较少,也就是说子区域水资源生态盈余量与生态环境保护投入成反向关联。根据流域各区域生态盈余与整个流域生态环保投入总和,建立2个区域都处于水资源生态盈余状态下的水足迹模型如下:

1.3.3 2个区域都处于水资源生态赤字状态

当流域每个子区域水足迹均大于水资源可供给量即该2个区域水资源处于生态赤字状态Wdr1＜0,Wdr2＜0且Wdr1≠Wdr2,2个区域水资源生态盈余量不同。当区域水资源生态赤字量所占比重越大,其生态环保投入可以分摊相对较多,也就是说子区域水资源生态盈余量与生态环境保护投入成正向关联。根据流域各区域生态赤字与整个流域生态环保投入总和,建立2个区域都处于水资源生态赤字状态下的水足迹模型如下:

2 大樟溪的生态补偿分析

位于福建省的大樟溪发源于福建德化县境内的戴云山脉,自西南向东北流经德化、永泰至闽侯的江口注入闽江,是闽江右岸最下游的靠近沿海地区的一条支流。大樟溪流域流经永泰、德化、尤溪、仙游、莆田、福清、闽侯7个县市,流域面积4843 km2,河道总长234km。大樟溪流域引水工程起于永泰龙湘水库,沿线涉及永泰县沿线各个乡镇、永泰县城,最终由莒口水闸三段引水线分别供水至福州、长乐和平潭。此次核算的大樟溪流域的生态补偿主要涉及永泰县、福州市辖区、长乐市和平潭县4个区域,为了方便后续建模核算,将大樟溪流域分为上游地区和下游地区2个子区域,上游地区为水源区永泰县,下游地区为受水区福州市辖区(计算中简称福州)、长乐市和平潭县三区。

2.1 水足迹与水资源利用量核算

根据流域2个子区域内的生产生活用水状况,核算其水足迹;再计算2个子区域的水资源可利用量,据此判断2个子区域的水足迹与水资源可利用量之间的关系,确定相应的水足迹生态补偿模型,核算出生态补偿的标准。区域水足迹的主要核算内容:①农业产品的水足迹,包括4个地区农作物产品的水足迹和动物产品的水足迹;②工业生产过程中的水足迹,包括工业生产、建筑等用水量,可以用单位产品虚拟水量乘以生产总量来计算;③各地区居民生活及服务的水足迹,参见水资源公报里的相关用水量;④生态环境用水量。生态环境用水量采用区域人口占比全市人口为系数乘以全市的生态环境用水量得到。

通过对2013永泰县统计年鉴、2013福州市统计年鉴、2013福建省水资源公报、2013福州市水资源公报、大樟溪流域引水工程资料以及相关已发表文献数据的收集及整理可以得到2012年永泰、福州、长乐和平潭4个地区的农业生产品的虚拟水含量,并统计出上下游的农业水足迹以及工业生产、居民生活与生态环境的水足迹,见表1。

由表1可知,2012年大樟溪流域上游供水区水足迹为5.380亿m3,下游受水区福州、长乐和平潭三地区的水足迹含量为46.818亿m3;其中大樟溪流域上游区域永泰境内的农业生产的虚拟水总量为5.050亿m3,下游区域福州、长乐及平潭的农业生产虚拟水总量为35.353亿m3,上游地区的工业、生活及生态水足迹为0.330亿m3,下游地区工业、生活及生态水足迹为11.465亿m3。

表1 2012年大樟溪流域的水足迹计算结果

大樟溪流域的水资源可利用量采用地表水资源量和地下水资源量的不重复计算方法核算。经核算该流域两地区的总水资源利用量为30.360亿m3,其中上游子区域的水资源可利用量为 17.920亿m3,下游地区的水资源可利用量为12.440亿m3。

通过上述计算可以看出,大樟溪上游地区水足迹小于水资源可利用量,呈年均水生态盈余,Wdr1= 17.920-5.380=12.540亿m3,这主要是由于上游是主要水源供应区;而下游地区的水足迹大于水资源可利用量,处于严重水生态危机中,水生态赤字Wdr2=46.818-12.440=34.378亿m3,这与当地的水资源短缺现状相符。

2.2 大樟溪流域生态补偿的总投入核算

根据大樟溪流域生态环境保护工作的实际情况,采用机会成本法估算永泰县为大樟溪流域生态环境所付出的生态环境保护投入。针对大樟溪流域的生态保护,永泰县主要在工业、农业、采矿业以及水土治理,水环境监测等方面做了大量投入,这些投入不仅包括直接投入成本也应包含因生态保护限制经济发展带来的损失即机会成本。经核算,上游地区永泰县生态保护总投入约为28028.4296万元,见表2。

表2 大樟溪流域的生态环境保护总投入 万元

2.3 生态补偿标准模型选择及计算结果

综上所述,大樟溪上游地区水足迹小于水资源可利用量呈年均水生态盈余,Wdr1=12.540亿m3,而下游地区的水足迹大于水资源可利用量,处于严重水生态危机中,水生态赤字Wdr2=34.378亿m3。根据大樟溪流域的水资源生态盈亏状态,选择第一种水足迹生态补偿模型即Ecd=(1-Wps)Is对流域上下游的生态补偿标准进行核算。大樟溪上游地区为水资源生态盈余区,因此,下游水生态赤字地区应对上游水生态盈余地区进行生态补偿,补偿标准为EC=(1-5.38/30.36)×28028.4296≈23061.6万元。

3 结 语

通过构建水足迹的流域生态补偿模型,可以将人类社会活动对水资源的利用情况与水资源的生态服务功能结合起来,并且将生产、生活中的虚拟水纳入到生态补偿范围,为流域的生态补偿标准核算提供客观的方法。而在选择构建水足迹生态补偿模型时,往往要对流域内的水资源生态系统的均衡性进行评价,根据各区域水资源生态系不同的盈亏状态,构建不同情况下的流域生态补偿模型。而流域生态补偿金额如何在受水区之间进行分摊,生态补偿的框架体系如何构建,仍是后续要开展的工作。

[1]邓晓军,谢世友,秦婷,等.基于水足迹分析方法的四川省水资源利用评价[J].人民长江,2007,38(2): 61-63.

[2]CHAPAGAIN A K,HOEKSTRA A Y.Water footprints of nations.Volume 1:Main Report[C]//Value of Water Research Report Series No.16.Delft:UNESCO-IHE Institute forWater Education,2004:1-80.

[3]KAMPMAN D A,HOEKSTRA A Y,KROLM S.Thewater footprint of India[C]//Value of Water Research Report Series No.32.Delft:UNESCO-IHE Institute forWater Education,2008:1-152.

[4]HOEKSTRA A Y,CHAPAGAIN A K.Thewater footprints of Morocco and the Netherlands[C]//Value ofWater Research Report Series No.21.Delft:UNESCO-IHE Institute forWater Education,2006:1-30.

[5]HOEKSTRA A Y,CHAPAGAIN A K.Water footprints of nations:water use by people as a function of their consumption pattern[J].Water Resources Management, 2007,21(1):35-48.

[6]VAN OEL P R,KROL M S,HOEKSTRA A Y.A river basin as a common-pool resource:a case study for the Jaguaribe basin in Brazil[C]//Value of Water Research Report Series No.24.Delft:UNESCO-IHE Institute for Water Education,2007:1-36.

[7]王艳阳,王会肖,蔡燕.北京市水足迹计算与分析[J].中国生态农业学报,2011,19(4):954-960.

[8]龙爱华,徐中民,张志强,等.甘肃省2000年水资源足迹的初步估算[J].资源科学,2005,27(3):123-129.

[9]王新华,徐中民,龙爱华.中国2000年水足迹的初步计算分析[J].冰川冻土,2005(10):774-779.

[10]邓晓军,谢世友.南疆棉花消费水足迹及其对生态环境影响研究[J].水土保持研究,2009,16(2):176-180.

[11]盖力强,谢高地.华北平原小麦、玉米作物生产水足迹的研究[J].资源科学,2010,32(11):2066-2071.

[12]何浩,黄晶.湖南省水稻水足迹计算及其变化特征分析[J].中国农学通报,2010,26(14):294-298.

[13]方国华,罗乾,黄显峰,等.基于生态足迹模型的区域水资源生态承载力研究[J].水电能源科学,2011,29 (10):12-14.

[14]戚瑞,耿涌,朱庆华.基于水足迹理论的区域水资源利用评价[J].自然资源学报,2011,26(3):486-495.

[15]耿涌,戚瑞,张攀.基于水足迹的流域生态补偿标准模型研究[J].中国人口·资源与环境,2009,19(6):11-16.

F407.9

A

1003 -9511(2015)03 -0028 -04

2015-03 -22 编辑:张志琴)

10.3880/j.issn.1003 -9511.2015.03.007

江苏省社会科学基金(12EYB008);江苏省博士后基金(1202087C)

马骏(1970—),男,江苏金湖人,副教授,博士,从事国民经济与水利经济研究。E-mail:majun@hhu.edu.cn