城市生态水系生态经济价值的能值评估

田桂桂，杨亚婷，吕智雅，张记钢

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

城市生态水系生态经济价值的能值评估

田桂桂，杨亚婷，吕智雅，张记钢

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

从经济增长、社会安定和生态系统保护的角度，将城市生态水系生态经济价值分为经济价值、社会价值和生态环境价值3类，根据能值分析理论，分析了城市生态水系3类生态经济价值的评估方法，并用该方法计算了河南省中牟县生态水系2015年、2020年、2030年3个规划水平年的生态经济价值。

城市生态水系；生态经济价值；能值评估；评估方法

0 引言

水是生命之源、生产之要、生态之基［1］。城市生态水系一般由河流、湖泊、水库等组成，承担了防洪、排涝、供水、涵养生态等重要作用。在城市的发展过程中，一些城市为了追求经济效益，忽视了水环境保护，导致其城市水系出现水面萎缩、水质恶化、生物多样性遭到破坏等现象。而通过对水系进行生态性改造，可以完善水系的生态经济功能。水系的生态经济功能所表现出来的生态经济价值对人类生产、生活以及生态系统的保护起着重要作用［2］。定量评估城市生态水系的生态经济价值，对水系的建设和保护具有重要意义。

传统的生态水系价值评价主要侧重于对水系经济价值的评价，对于其社会价值和生态环境价值，多采用定性分析方法，有时也采用外部效果内部化的经济替代思路，用货币来衡量［3～6］。由于没有从生态经济系统整体出发，这些做法难以反映自然的本质和规律［7］。笔者试根据生态水系生态经济功能的特点，应用能值分析方法将生态经济系统内流动和储存的不同类别的能量和物质转换为同一标准的能值，来定量分析城市生态水系的生态经济价值。

1 城市生态水系生态经济价值分类及能值评估方法

1．1 城市生态水系的界定

城市生态水系是集排涝、供水、水质保护、亲水景观、水生态于一体，融合水安全、水环境、水景观、水文化、水经济等多种功能的城市水利综合性基础设施［8］。它以实现人水和谐和社会经济可持续发展为目标，以水资源高效配置、水生态修复与水生态环境建设为核心，水量、水质、水生态并重，防洪、排涝、供水、河道治理、环境改善统筹兼顾，为城市居民提供良好的生产和生活环境。

1．2 城市生态水系生态经济价值的分类

城市生态水系的多功能性决定了它具有多重价值。由于各个功能的表现形式不同，城市生态水系的价值也具有多种表现形式。本研究分别从经济增长、社会安定、生态系统保护的角度来分析城市生态水系生态经济价值的构成。

（1）经济价值。水系中的水作为一种生产要素，参与到工农业生产过程中，从而产生经济价值，如工农业生产价值。另一方面，城市水系的防洪工程降低了城市的洪涝灾害，减少了洪涝灾害带来的财产损失。因此，城市生态水系兼有工业供水价值、农业灌溉价值、防洪价值等经济价值。

（2）社会价值。从维持生命健康、满足精神需求的角度分析，城市水系可以为居民提供安全可靠的饮水水源，营造水清景美、适于居住的滨水环境。这些功能决定了它具有劳动力恢复价值、景观娱乐价值等社会价值。

（3）生态环境价值。从保护生态环境的角度分析，城市生态水系可以为生物提供栖息地、调节气候、净化环境，保障生态系统的正常运转。这些生态服务功能决定了水系具有生物多样性保护价值、水质净化价值、气候调节价值等生态环境价值［8］。

1．3 城市生态水系生态经济价值能值的评估方法

“能值”一词由 H．T．Odum 提出，是指一种流动或储存的能量所包含另一种类别能量的数量［9］。不同品质的能量之间存在一种转换关系，这种转换关系可用能值转换率来衡量。它表示形成每单位物质或能量所含有的另一种能量的量［10］。由于不同形式、不同种类的能量均直接或间接地来源于太阳能，因此常用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 emergy），单位为太阳能焦耳（solar emjourles，简称sej）。在水资源领域，一些学者将能值应用在水资源系统生态经济评价等方面，取得了丰富的成果［11～12］。根据能值分析理论和生态水系生态经济价值的特点，可用能值表示生态水系的生态经济价值。1．3．1 经济价值的能值评估方法

（1）工业供水价值。城市生态水系可以为工业生产提供经济、可靠的水源。城市生态水系的工业供水价值由水系的工业供水价值分摊系数与工业生产系统产出总能值相乘得到，其表达式如式（1）和式（2）所示［13］。

式中：EM1为工业供水能值价值，sej；ε1为工业供水分摊系数，%；EMIY为工业系统总产出能值，sej；EMIW为工业供水量能值，sej；EMIT为工业系统总投入能值，sej。

工业供水货币价值的计算式如式（3）所示。

式中：MI为工业供水货币价值，元；EMP为能值货币比率，sej／元。

（2）农业灌溉价值。水是农作物生长、发育必不可少的条件，对作物的生理活动、生长环境有重要的影响。城市生态水系的农业灌溉价值应按向农、林、牧等提供灌溉用水可获得的价值计算［14］，可以用灌溉价值分摊系数与农业生产系统产出总能值相乘得到，其表达式如式（4）和式（5）所示。

式中：EMA为农业灌溉能值价值，sej；εA为灌溉价值分摊系数，%；EMAY为农业系统总产出能值，sej；EMAW为农业灌溉投入总能值，包括农业灌溉用水量能值和灌溉设施投入能值，sej；EMAT为农业系统总投入能值，sej。

农业灌溉货币价值的计算式如式（6）所示。

式中：MA为农业灌溉货币价值，元；EMP为能值货币比率。

（3）防洪经济价值。城市生态水系的防洪经济价值主要是指防洪工程所能减免的洪灾损失。防洪价值具有随机性，在年际之间变化很大。在一般水文年份，几乎没有价值，而当遇到大洪水年份时会体现出很大的价值。因此，防洪价值的大小不能仅按年来计算，需计算其多年平均防洪价值。多年平均防洪价值的计算方法主要有实际典型年系列法、频率法、等效替代法等。在实际计算中，需要根据区域的具体情况，选择适当的方法。本文采用实际典型年系列法来计算多年平均防洪价值。计算时，先选取一段比较完整、代表性较好，并具有一定长度的实际典型年系列的洪水资料，分别求出各年在有、无防洪工程情况下的洪灾损失值。然后，采用算术平均法求得在有、无防洪工程情况下的多年平均损失值，其差值即为防洪工程的多年平均防洪价值。最后，用防洪价值乘以能值／货币比率，将其转换为统一的能值单位。

1．3．2 社会价值的能值评估方法

（1）劳动力恢复价值。劳动力恢复价值体现了水资源对人类生命和健康的维持作用。劳动力恢复能值价值可以采用式（7）和式（8）进行计算，劳动力恢复货币价值可采用式（9）进行计算。

式中：EML为劳动力恢复能值价值，sej；εL为水对劳动力恢复的贡献率，%；EMLY为人均可支配收入能值，EMLY＝人均可支配收入MLY×能值货币比率EMP，sej；E为恩格尔系数 （表示食品支出总额占个人消费支出总额的比重），%；EMLW为年人均用水能值，sej；EMLT为人均生活投入总能值，sej。

式中：ML为劳动力恢复货币价值，元。

（2）景观娱乐价值。城市生态水系各色的水景观、生态廊道为居民提供了健身、休闲的场所，满足了居民欣赏自然、感受自然、回归自然的多重需求。清洁的空气、清洁的水使得人们肺腑俱净、身心愉悦，发挥着景观娱乐功能，其价值难以用货币来衡量。不过，水娱乐行业的收入可以作为一个基本衡量标准，它反映了人们对水系景观娱乐功能的认可度。水体娱乐系数是反映水体娱乐收入占旅游行业总收入比重的系数，取水体娱乐系数为12．3%［12］，景观娱乐价值的计算公式如式（10）所示。

式中：EM娱乐为景观娱乐能值价值，sej；I为旅游行业总收入，元；EMP为能值货币比率，sej／元。

1．3．3 生态环境价值能值评估方法

（1）生物多样性保护价值的计算。城市生态水系对于维护物种多样性、遗传多样性以及生态系统的多样性起着重要作用，其价值的计算公式如式（11）所示［12］。

式中：EM生物多样性为生物多样性保护能值价值，sej；N为计算区域内水生生物物种总数；τ物种为物种能值转换率， 取 τ物种＝1．26×1025sej／种；R 为生物活动面积占全球面积 （全球面积按5．21×1014m2计的比例，%。

（2）水质净化价值的计算。水体自身的净化功能可以将水中溶解的污染物在其物理、生物、化学作用下被稀释、吸附或降解，使水中污染物浓度降低。水质净化价值的计算公式如式（12）所示［12］。

式中：EM净化为水质净化价值，sej；EM上为上游水体能值，sej；EM下为下游水体能值，sej；M上、τ上分别为上游断面污染物浓度和能值转换率；M下τ下分别为下游断面污染物浓度和能值转换率。

（3）气候调节价值。城市生态水系的气候调节功能主要源于水体蒸发对大气温度、湿度的影响。因此，可以认为水体蒸发能量即为水体的气候调节能量。同理，水体蒸发的能值即为气候调节价值，其计算公式如式（13）所示［15］。

式中：EM气候调节为气候调节价值，sej；τ蒸汽为蒸汽能值转换率，sej／J；E 为水体蒸发能量，J， 用式（14）计算。

式 中 ：G 为 蒸 发 量 ，g；L 为 蒸 发 潜 热 ，J／g，L=2507.4-2.39T，T为计算区域平均气温，℃。

2 案例分析

2．1 研究区域概况

中牟县位于河南省中部偏北，境内水系主要由七里河、堤里小清河、运粮河、小清河、丈八沟、绿博湖群、中央湖、杨湖、甘地、柳湖、雁鸣湖湿地、后孙湿地、庙后马湿地等组成。由于以往对水系保护和规划的重视不足，造成了水面萎缩、水生生物种类减少、水体自净功能丧失等一系列问题［16］。为解决这些问题，该县组织编制了《中牟都市区现代水城水系总体规划》（以下简称《规划》），制订了规划年水系治理目标。

2．2 计算结果

由于缺乏研究区域在有、无防洪工程情况下的洪灾损失数据资料，无法计算该区的防洪价值。防洪价值通常以多年平均防洪价值来衡量，因此，防洪价值不会影响生态经济价值在年际之间的趋势走向。

（1）工业供水价值计算结果。根据《规划》，在获取工业供水量等基础数据的基础上，取能值货币比率 为7．44×1011sej／元［12］、 工 业 供 水 分 摊 系 数 为3．65%［12］，来计算工业供水价值，结果如表1所示。

表1 中牟县不同水平年工业供水价值能值计算表Tab.1 Industry water supply value emery calculation of different target years of Zhongmou County

（2）农业灌溉价值计算结果。在获取农业用水量等基础数据的基础上，取能值货币比率为7．44×1011sej／元［12］，农业灌溉价值分摊系数为8．58%［12］，根据《规划》，计算农业灌溉价值，计算结果如表2所示。

表2 中牟县不同水平年农业灌溉价值能值计算表Tab.2 Agricultural irrigation value emery calculation of different target years of Zhongmou County

（3）劳动力恢复价值计算结果。根据《规划》，可推算出不同水平年居民人均可支配收入，从而计算出劳动力恢复价值。取能值货币比率为7．44×1011sej／元［12］，恩格尔系数为34．59%［12］，水对劳动力恢复的贡献率为34．36%［12］， 计算结果如表3所示。

表3 中牟县不同水平年劳动力恢复价值能值计算表Tab.3 Labor force recovery value emery calculation of different target years of Zhongmou County

（4）景观娱乐价值计算结果。据资料统计，中牟县旅游收入占第三产业总收入的40．6%［16］。 由 《规划》可得不同水平年第三产业总产值，由此计算出景观娱乐价值（结果如表4所示）。

表4 中牟县不同水平年景观娱乐价值能值计算表Tab.4 Landscape entertainment value emery calculation of different target years of Zhongmou County

（5）生物多样性保护价值计算结果。根据公式（11），结合中牟县水系不同水平年的生物多样性保护规划目标，计算生物多样性保护价值，结果如表5所示。

表5 中牟县水系不同水平年生物多样性保护价值计算表Tab.5 Biodiversity protection value calculation of different target years of Zhongmou County water system

（6）水质净化价值计算结果。根据《规划》可得各水平年的水环境容量和污染物消减量，取氨氮的能值转换率为2．8×109sej／g［12］，磷的能值转换率为3．9×109sej／g［12］，根据公式（12）计算水质净化价值，结果如表6所示。

表6 中牟县规划区水系不同水平年水质净化价值计算表Tab.6Water quality purification value calculation of different target years of Zhongmou County planning area water system

（7）气候调节价值计算结果。中牟县年平均气温为14．5℃，根据公式（13）可计算出3个规划水平年的蒸发潜热 L＝2472．7J／g，因此，其气候调节价值相同。 取蒸汽的能值转换率为12．20sej／J［12］，计算气候调节价值，结果如表7所示。

表7 中牟县规划年主要河流、湖库气候调节价值能值计算表Tab.7 Regulation value emery calculation of main rivers,lakes and reservoirs of Zhongmou County planning years

2．3 结果分析

2．3．1 计算结果汇总

将中牟县生态水系不同水平年的经济价值、社会价值、生态环境价值进行汇总，即可得到生态经济价值，结果如表8所示。

表8 中牟县生态水系规划年生态经济价值汇总表单位：×1020sejTab.8 Summary of ecological economic value of Zhongmou County ecological water system planning years （Unit: ×1020sej）

2．3．2 分析与讨论

规划期中牟县生态水系的生态经济价值变化趋势如下图1所示。

图1 规划期中牟县生态水系生态经济价值变化趋势图Fig.1 Ecological economic value variation tendency of Zhongmou County ecological water system

从图1中可以得出：（1）在规划期2015～2030年内，中牟县生态水系所产生的生态经济价值总体呈增长趋势。这说明，随着中牟县水系规划的实施，水系功能有较大改善。（2）中牟县水系的社会价值占总体价值的份额最大，其次是经济价值，生态环境价值最小。经济价值明显低于社会价值的原因是经济价值核算中忽略了防洪经济价值。（3）就生态环境价值增长率而言，近期大于远期，而经济价值和社会价值增长率，则为远期大于近期。这主要是因为，现状年水系破坏严重，近期主要以修复水系为主，其生态环境价值将会显著提高；中期，水系改造基本完善，其生态环境价值将逐步发挥至出来，同时也为后期经济价值和社会价值的加速增长奠定基础。这也说明，生态水系的经济价值、社会价值、生态环境价值相辅相成、相互促进。

3 结语

运用能值分析技术，能够实现城市生态水系各类生态经济价值的定量分析和统一度量。对中牟县生态水系近期、中期、远期生态经济价值的计算结果表明，能值评估方法是生态水系生态经济价值评估的一种有效方法。水系生态经济价值的研究是一项涉及多学科的复杂性问题，本文主要从宏观角度分析了经济、社会、生态环境价值。从物质循环和能量流动的机理出发对生态水系生态经济价值进行研究，将是今后这一课题研究的重点。

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Assessment of Ecological Economic Value Emergy of Urban Ecological Water System

Tian Guigui， Yang Yating， Lv Zhiya， Zhang Jigang（Yellow River Conservancy Technical Institute， Kaifeng475004， Henan， China）

From the economic growth， social stability and ecosystem protection， it divides the urban ecological water system ecological economic value into economic value，social value and ecological environment value．According to the emergy analysis theory， it analyzes the assessment methods of urban ecological water system ecological economic value，and uses this method to calculate the ecological economic value of Zhongmou County in Henan Province of2015，2020and2030．

Urban ecological water system； ecological economic value； emergy assessment

［TV-9］

A

10．13681／j．cnki．cn41－1282／tv．2017．04．007

2017-04-13

田桂桂（1990－），女，河南济源人，助教，硕士，主要从事高校水文学及水资源等方面的教学与研究工作。

[责任编辑 杨明庆]

黄河水院喜获世界机器人大赛一等奖

2017年8月23日—27日，世界机器人大赛在北京举行。本次大赛共设中国无人机公开赛、BCI脑控机器人大赛、格斗机器人大赛、青少年设计竞赛、第一届(中国)无人船公开赛5项赛事，共有来自全球10个国家和地区的1017支参赛队4500余名选手参赛。黄河水院机械工程学院代表队参加了格斗机器人擂台赛—仿人1V1格斗赛,获得一等奖1项、三等奖1项，实现了黄河水院在国际技能大赛中获得一等奖的零的突破。（修池）