河道生态基流价值研究进展

李怀恩,岳思羽,2,赵 宇

(1.西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地,陕西西安 710048; 2.陕西理工学院化学与环境科学学院,陕西汉中 723001)

河道生态基流价值研究进展

李怀恩1,岳思羽1,2,赵 宇1

(1.西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地,陕西西安 710048; 2.陕西理工学院化学与环境科学学院,陕西汉中 723001)

分别从水资源价值、水生态环境价值与生态基流价值以及保障补偿等方面,评述了国内外河道生态基流的研究进展与存在问题。认为应将河道生态基流价值的定量计算和保障补偿作为后续研究的重点,以便为缺水地区生态基流长效保障机制的建立与枯水期有限水资源的科学管理等提供理论支撑与科学依据。

生态基流;价值;保障补偿;河道

我国是世界上最缺水的国家之一,人均水资源拥有量仅为世界平均水平的1/4[1]。我国水资源不仅总量缺乏,还具有以下特点:①时间分布不均匀;②空间分布南北差异较大,南方水多、北方水少;③水资源分布与需求极端不一致[2-3]。这些特点造成我国北方地区主要为资源型缺水[4]。

随着社会的发展,我国北方地区的水资源开发利用程度不断提高。根据中国工程院的研究[5],海河流域水资源利用率已近90%,黄河近67%,淮河为59%,整个北方地区的水资源利用率平均已经接近50%。与此同时,这些地区相继出现了严重的生态环境问题,如黄、淮、海、辽四大流域的水污染问题十分突出,江河断流、湖泊萎缩、水生物种减少、生态环境退化等问题日益明显,淡水生态系统功能呈现“局部改善、整体退化”的态势[6]。究其根源,是没有处理好水资源与生态环境的相互作用与关系。水资源是生态环境系统中最重要、最活跃的因子,可以说,水资源数量的多少和质量的优劣直接影响生态环境系统的质量。要使生态环境朝着良性循环的方向发展,必须改变当前的用水结构,充分合理地考虑生态环境对水的需求,并适当给河流配置一定的生态基流,使河道在满足自身需求的前提下再为河道外供水,这对于促进河流生态环境的改善和健康发展十分重要。笔者拟分别从水资源价值、水生态环境价值与生态基流价值,以及保障补偿等方面,评述国内外生态基流的研究进展与存在问题,为缺水地区生态基流长效保障机制的建立与枯水期有限水资源的科学管理等提供理论支撑与科学依据。

1 生态基流的概念及其价值

1.1 生态基流的概念

流动水量充盈是维系河流生态环境功能最基本的条件。对于非季节性河流,河道断流将对原有水生态环境造成灭顶之灾[7-8]。河流的水量也许能在短时间恢复,但原有水生态环境的恢复将是一个漫长的过程,且不可能完全恢复到断流前的状态,部分特有物种也极有可能在河流断流中彻底灭绝,同时,周边的生态系统也会受到河流断流的影响而不断恶化[6]。为了维持河流的基本生态环境功能,河道中常年、特别是枯水期都应保持一定的基础流量,防止出现断流或萎缩,该基础流量被定义为生态基流[9-10]。

尽管近年来人们逐步认识到生态基流的重要性,也采取了一些措施试图保障河道生态基流,但实施效果差强人意。造成这种结果的原因很多,但重要原因之一是生态基流的价值较难定量化和货币化,使社会公众和有关决策者无法直观地认识到生态基流的重要性。这样,当河道生态基流保障与当地生产用水之间出现矛盾时,有限的水资源常常更多地分配给直观经济效益明显的生产用水,导致河道生态基流长期受到挤占而得不到有效保障。

1.2 生态基流价值

目前国内外没有关于生态基流价值的公认定义,考虑到生态基流属于一类特殊的水资源,也是河流的重要组成部分,因此,结合生态基流的相关研究,从水资源价值、水环境价值和河流价值出发,将生态基流价值分为3个层次:对人类的服务价值、对生物生存的价值以及对流域生态系统的价值[11]。

我国近年来才开始重视与研究河道生态基流及其保障问题,取得了一批成果,主要集中在生态基流量的计算方法与调控措施方面,而对生态基流价值及由生态基流保障产生的代价与相关补偿问题的研究还鲜见报道。在水资源短缺地区,枯水期为河道生态基流保障的关键期,这时河道生态基流保障与当地农业、工业生产用水之间的矛盾非常尖锐。所以,开展水资源短缺地区河道生态基流价值与保障补偿机制研究,可以促进生态基流、水生态环境价值和流域生态补偿研究的交叉渗透,不仅在完善生态基流价值的计算方法与保障补偿机制方面具有理论价值,而且对缺水地区生态基流的保障决策与枯水期有限水资源的科学管理等方面具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

2 生态基流价值的研究进展

2.1 水资源价值

长期以来,国外学者对水资源价值的计算方法进行了大量研究,取得了很多成果。20世纪80年代后期,随着水资源危机加剧,许多学者考虑通过经济杠杆调节水资源在经济社会中的供需矛盾。20世纪90年代,水市场的研究与建立为水资源价值的实现开辟了新的空间。Hanse等[12]采用支付意愿法评估了美国河流的旅游价值,间接反映了水资源价值。21世纪以来,国外对水资源价值及其影响进行了多方面的研究:如Rogers等[13]针对印度Tamil Nadu邦的水危机,计算了水在各个产业部门中的经济价值;Johansson等[14]研究了农业用水的定价理论和方法,并在Grande流域进行了实践应用;Mogno等[15]分析了欧盟的城市污水政策,并指出该政策对法国的水经济问题和废水管理具有重要影响;Young等[16]系统阐述了水经济价值的评价方法;Mesa-Jurado等[17]研究了农业水权价值,指出在水资源稀缺时,水资源经济价值除了包括供水价值外,还应包括相关的非市场价值。

我国在水资源价值、水价等方面也进行了大量的研究,成果丰硕。如姜文来[18]对水资源价值进行了系统研究;王浩等[19]建立了水价模型及其计算方法,并研究了水价调整对水资源供需的影响,等。近年来研究有所拓展,如吕翠美等[20]分析了水资源价值的构成和内涵,并将能值价值理论引入水资源价值的研究;唐立杰等[21]对水资源价值组成的分类方法进行了归纳,并对水资源价值的影子价格模型、模糊数学模型和残值模型进行了剖析;郭瑞丽等[22]应用能值价值理论计算了城市居民生活用水的水价;秦长海等[23-24]对水资源价值的内涵进行了辨析,在此基础上研究水资源的定价方法与实践问题。

显然,国内外在水资源价值的定量计算方法与模型研究方面取得了长足的进展,考虑到河道生态基流属于一类特殊而重要的水资源(组成部分),所以,相关计算方法与模型可以作为生态基流价值研究的重要参考与借鉴。

2.2 水生态环境价值与生态基流价值

国内外对水生态环境价值的研究以水体的生态系统服务功能价值为主。自20世纪70年代以来,生态系统服务功能开始成为生态学与生态经济学的研究分支。在众多研究中,1997年Costanza等[25]首次给出了全球生态系统每年的服务价值为16×1012～54×1012美元,平均为33×1012美元,在学术界引起了震动和争议,极大地促进了全球范围内生态系统服务功能及其价值的评估与应用。水生态环境价值方面的有关研究成果较多,如:Wilson等[26]总结了美国淡水生态系统服务的经济价值,并重点研究了河流生态系统的娱乐功能价值;Loomis等[27]用条件价值评估法对恢复美国普拉特河生态系统服务(水质净化、侵蚀控制、鱼和野生生物生态环境、休闲旅游功能)的总经济价值进行了研究;Aylward等[28]研究了农业、城市和工业用水的经济价值;Riegels等[29]建立了市政、农业、工业、畜牧业和旅游业用水的生态价值计算方法;Comino等[30]应用空间多准则分析方法探讨了意大利都灵Pellice河流域生态系统服务的环境价值。

我国早期的生态系统服务功能及其价值评估研究为20世纪80年代初开始的森林资源价值核算工作。在水生态环境价值及其评估方面有关学者也开展了一些研究,如雷毅[31]对河流健康生命及其价值和权利进行了研究,定性分析了河流的价值、河流的生存与健康权利,以及人对河流的责任与义务等。潘文斌等[32]以湖北保安湖为例,运用生态系统与生态经济学方法开展了湖泊生态系统服务功能的评估研究。王浩等[33]综合研究了水生态系统服务功能价值、地表地下水环境污染与破坏的经济损失、水土流失经济损失,以及水生态环境保护的效益评估等,是国内水生态环境价值研究方面的代表。张大鹏[34]对石羊河流域的河流生态系统服务价值、以农业节水为主要措施的流域综合治理和修复的生态价值、农业节水单方水的生态价值等进行了评估。段锦等[35]对东江流域的生态系统服务价值进行了评估,并分析了其时空变化特征。陈美球等[36]基于RS和GIS手段处理土地利用数据,分析了土地利用变化引起的生态系统服务价值的变化。王飞[37]运用SWAT模型和生态系统服务功能及价值理论,模拟并分析了渭河流域产流和生态系统服务价值对土地利用变化的响应。王大尚等[38]利用InVEST模型和空间制图对密云水库上游流域的水生态系统服务及居民福祉进行了定量评估,并探讨了二者之间的关系模式。贾芳芳[39]也采用InVEST模型对赣江流域的功能重要区进行分级,并确定出优先保护区域。赖敏等[40]以青海三江源区为例,探讨了基于生态系统服务价值的生态补偿额度测算方法。陈阳等[41]分析了三江平原北部地区土地生态系统服务价值随时空变化的特点。

有关生态基流价值的研究尚处于起步阶段,研究成果较少。2013年黄文菁[42]应用模糊数学模型,得到渭河关中段4个断面,即临潼、魏家堡、咸阳和华县断面的生态基流价值分别为2.011元/m3,3.006元/m3, 3.302元/m3和2.105元/m3。林启才[43]估算渭河宝鸡段的生态基流价值为26 978.56万元/年,渭河关中段的生态基流价值为71 424万元/年,相当于生态基流量保障效益为13.78元/m3。

可见,国内外对水生态环境价值,特别是水生态系统服务功能价值的定量化方法进行了较多的研究,但对生态环境流量的价值,尤其是河道生态基流价值方面的研究却鲜见报道。缺乏生态基流价值的估算方法与定量结果,就无法科学衡量生态基流保障的效益,不利于河道生态基流保障的决策与河流健康的实现。

2.3 生态基流的保障补偿方面

近年来,随着生态基流研究的快速发展,结合经济分析手段协调生态用水和生产、生活用水的研究逐步引起重视。Qureshi等[44]在澳大利亚Murray流域水资源管理中,研究了保障生态用水产生的农业机会成本。Jones等[45]考虑到多因素的影响,通过构建随机动力过程模型,分析了农业灌溉用水转移到生态用水产生的农业经济损失。Sisto[46]计算了保障莫斯科北部Rio Conchos流域下游Chihuahua沙漠生态需水造成的农业损失补偿标准。Malano等[47]以印度Krishna流域和澳大利亚Murray-Darling流域为例,建立农业用水和生态用水的权衡分析框架,并采用残差法研究了农业用水不足的经济损失。

近年来,我国的一些学者也开始探讨应用环境经济手段解决生产用水与生态需水矛盾。如王浩等[48]针对我国水资源利用方面的矛盾,提出按现状用水固化农业水权,通过水权转让发展高效节水农业,使农民得到补偿的思路。郑垂勇等[49]采用模糊综合评价法测算水资源价值,分析各产业用水比重的变化,测算被挤占的农业用水量,并应用补偿额度测算模型对广州市农业水权补偿额度进行了测算。庞爱萍等[50-51]根据流域农业需水和生态需水间的矛盾和协调发展的要求,提出了基于生态需水保障的农业生态补偿标准的计算方法,并以黄河流域为例,计算了为保障黄河河口生态流量而对农业灌溉造成损失的经济补偿标准。黄文菁[42]根据渭河关中段生态基流的价值,制定了保障生态基流时各受损用水户的补偿标准,并计算不同水资源配置方案时的补偿额。

可见,国内外有关生态基流补偿方面的研究尚处于起步阶段,主要研究保障生态需水对农业灌溉的影响与农作物经济损失的补偿标准。考虑到生产用水与河道生态基流保障之间的矛盾复杂,缺水地区的影响因素更多,现有的初步研究远远满足不了生态基流保障决策的需要。

3 结 语

分析表明,国内外已经在生态基流方面开展了大量研究,特别是在河道生态基流的计算方法与模型方面取得了不少有价值的成果。近几年,我国在国家重大科技水专项中对生态基流进行了一些研究,取得了一批成果,主要集中在生态基流量的计算方法、调控模型与保障措施方面。然而,从理论与实践两方面来看,均需要进一步开展系统深入的研究,如:对河道生态基流价值的研究;水资源短缺地区的枯水期,保障河道生态基流损失与代价的定量估算问题;在枯水期,适当保障河道生态基流但不致于造成农业、工业等用水户损失过大问题的研究;确定河道生态基流合理保障水平的研究;河道生态基流保障对现有用水户造成一定损失的补偿方法与补偿标准的研究,等。

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李怀恩(1960—),男,陕西商南人,教授,博士,主要从事水资源保护与环境经济研究。E-mail:25283105@qq.com