大凌河流域生态补偿效果评价

滕凡全

(辽宁省河库管理服务中心(辽宁省水文局)，辽宁 沈阳 110003)

水资源的大量开发利用使得水生态和水环境保护问题日趋突出，对水生态文明建设和经济社会可持续发展已构成潜在威胁。生态环境保护中流域生态补偿机制的实施发挥着重要作用，能够促进资源的有效配置以及自然环境与社会经济的协调发展，最大程度地发挥流域的综合成效。通过对生态补偿反馈效果的量化分析可检验生态补偿政策的实施效果和实用性，对完善水资源管理制度、促进资源优化配置及提升生态补偿资金使用效率发挥积极作用，为生态补偿项目的实施提供指导依据[1]。

当前，有学者运用对比分析法和实地调查法研究了生态补偿效果，定性评价生态补偿政策实施成效及流域生态服务付费情况。然而，人为主观因素对定性评价生态补偿的影响较为显著，且评估涉及的范围较窄，所以定量评估生态补偿效果仍为大势所趋。从政策实施后产生的间接或直接成效及影响定量评价生态补偿效果，综合考虑各方面影响要素建立生态补偿评估体系，然后采用合适的方法评价生态保护的有效性。生态补偿效果评估的难点和关键是构建系统、完善的评估体系，其中生态环境与经济社会受生态补偿措施的影响为研究者主要考虑的内容。然而，生态补偿政策在我国许多河流的体系还不够完善、实施期限不长，针对生态补偿政策实施的效果尚无法及时的调查和统计。我国建设的水质监测系统有效解决了水环境生态补偿问题，水环境生态补偿效果依据水环境和经济社会发展长系列监测统计数据间接反映[2- 5]。

本文从污染处理、污染排放及社会经济发展3个方面，考虑生态补偿影响作用和流域自然环境实际情况建立较为系统全面的评估体系，然后将主观AHP法和客观熵权法相耦合构建综合评价模型，以一个典型的综合指数替代评估体系中的多个参数，选取大凌河流域为例评价分析了其生态补偿实施成效。

1 材料与方法

1.1 流域概况

大凌河有北、西、南三源，三源汇合后自西南向东北径流朝阳、北漂、锦州、凌海等市县，主脉贯穿辽西、东南汇入渤海，河流全长398km，总面积2.35万km2，年均径流量16.67亿m3，河床比降0.25%，含沙量57kg/m3。流域内景观变化剧烈且经济发展迅速，主要有牤牛河、老虎山河凉水河、清河、细河、李二河、红台子河、小沙河等主干支流，建设有白石水库、龙潭水库、阎王鼻子水库、水泉鸽子洞水利枢纽及瓦房店水库等水利工程，对于保障沿途居民生产生活用水、生态环境保护和工农业发展等发挥着重要作用。流域内地貌形态以低山丘陵为主，极少数地区为平原区，水源涵养能力差，地下水以大气降水补给为主，属于温带季风气候，年降水量450～600mm，特殊的气候条件和地势特征使得降水量年度分配极不均衡。近年来，在多重经济发展模式和不同生活方式下河流水污染问题日趋突出，其中超过60%的地区为严重或极度缺水，地下水利用率较高且水污染日趋严重，许多河段的BOD5、COD和挥发酚等污染物浓度超过Ⅲ类标准，水环境污染严重威胁着河流水生态系统平衡和水资源可持续利用。为了能够有效解决大凌河存在的水污染问题，辽宁省相继实施了一系列的水环境综合治理项目，并取得了较好的治理成效[6- 17]。流域生态补偿效果评价相关数据来源于2010—2017年辽宁省水资源公报、统计年鉴等资料。

1.2 生态补偿效果评估体系

综合考虑数据支撑情况和专家意见，在遵循全面性、可获取性、系统性和科学性等原则的情况下，从水污染处理、水污染排放与监管、社会经济发展3个方面选择和小凌河流域生态补偿效果密切相关的要素。经济社会发展为体现城镇化建设的重要内容，而经济的发展势必会造成各行业用水量与污水排放的急剧增加，其中解决城镇生产、生活引起的水环境问题为现阶段大凌河实施的生态补偿政策的主要目的。研究期内的水污染强度可利用监测数据和污染排放量直观的反映，而当前的治污技术直接决定了污染处理水平。依据大凌河水环境特点和生态治理状况，经多次论证和反复筛选最终确定10项典型指标构建评估体系，见表1。

1.3 基于组合赋权的综合评估模型

流域生态补偿效果综合评估的准确性在很大程度上取决于指标权重的科学合理性，当前权重计算的常用方法总体分为主观、客观赋权两大类，其中前者体现了评判着的个人偏好与知识经验，这也是引起评价结果存在偏差的主要原因；后者具有系统、完善的理论体系和计算流程，且以客观实际为载体提取参数的初始信息，但该方法未考虑决策者的主观评判使得评价结果往往存在较大误差。为了能够综合反映客观的数据信息和主观的经验判断，本文综合集成主客观赋权法有效解决单一赋权法存在的不足，该方法具有客观性强、精准度高、运算量少、理论清晰等优点。各项评估指标组合权重利用典型的熵权法、AHP法计算，运用公式(1)、(2)标准化处理参评指标的初始数据，从而构造隶属度矩阵R=(rij)m×n，其中m、n为参评对象和指标数，i=1-m，j=1-n。各参评对象的综合指数利用组合权重计算，依据指数值大小评判生态补偿效果的优劣程度。针对参数值越大则生态补偿效果越优型指标，其标准化公式为：

rij=(xij-xmin)/(xmax-xmin)

(1)

对于参数值越小则生态补偿效果越优型参数，利用下式处理：

rij=(xmax-xij)/(xmax-xmin)

(2)

式中，xmin、xmax—不同评价对象中同一指标的最小值和最大值；rij—参评对象i针对指标j的隶属度。

1.3.1AHP层次分析法

AHP层次分析法可实现定性与定量指标的综合处理，通过将复杂的多目标问题按照实现程度和问题性质分解为若干个层次，对比分析某一层次两两元素间的相对重要性构造梯阶层次结构，然后对各层级要素之间的相对重要次序利用数学方法进行计算，从而给出评价体系中所有元素的总排序及其权重。针对多要素难以量化分析的复杂问题，AHP法可实现系统化、数学化简单的计算，且该方法不考虑参评对象而只分析各要素间的作用关系，其基

表1 大凌河生态补偿效果综合评估体系

本流程如下：

步骤一：根据河流生态补偿实际情况构建结构体系分明的评估体系，两两比较同一层次中的各要素，结合专家意见和标度准则建立判断矩阵A为：

(3)

步骤二：各项指标权重w(AHP)j利用下述公式计算，即：

(4)

根据多位专家意见构造的判断矩阵很难做到完全的一致，为保证生态补偿效果评估的合理性有必要检验矩阵的一致性，其中最大特征值λmax、CI值和一致性比率CR计算公式分别如下：

(5)

CI=(λmax-n)/(n-1)

(6)

CR=CI/RI

(7)

矩阵满足一致性检验的条件为一致性比率CR值小于0.1，针对不同层次阶数的矩阵CR取值不同，详细取值标准见文献。

1.3.2熵权法

熵是以系统的离散化程度为基础将各指标无序化状态赋予相应数值，数据的离散程度越高则提供的信息量越大，该指标对评价结果的贡献率就越大，因此所赋予的指标权值越高；反之，各指标值差异性越小则提供的信息量越少，该指标对评价结果的贡献率越小，由此赋予的权值越低。熵权法可以定量评价多要素复杂评判体系，能够显著降低人为因素对计算结果的主观影响，同时减少了可能出现特殊或极端数据的概率。

采用标准化公式(1)、(2)处理各参数的初始数据，然后利用下述公式确定其熵值，数学表达式为：

(8)

(9)

式中，fij—参评要素j针对对象i的比重；Hj—参评要素j的熵值。生态补偿效果评价指标的客观权重利用下式确定，即：

(10)

1.3.3组合赋权综合指数

采用拉格朗日乘子法和最小信息熵原理，优化处理客观权重w(E)j和主观权重w(AHP)j，其计算式如下：

(11)

根据公式(12)和标准化处理后的各参评指标数值rij，经合成运算获取河流生态补偿效果综合评价指数Zi，即：

(12)

2 结果分析

2.1 组合权重

针对流域生态补偿效果各参评要素的主观、客观权重利用AHP层次分析法和熵权法确定，各要素组合权重利用公式(11)求解，见表2。从主观的角度认为，区域排污受经济社会发展的影响最为显著，水资源分级保护目标主要依据社会经济需求与区域水资源属性划分，并以此确定水功能区，而考核水环境质量状况的重要参数为其达标河长比；从客观的层面分析，参评要素客观权重较大的有水功能区达标占比、检测断面三类水占比和理念数据结构特征，可见在空间与时间上数据序列存在较大差异，随着生态补偿政策的普及和生态保护意识的增强，在水环境监测和污染排放监控方面的成效显著。

表2 生态补偿效果评估指标组合权重

2.2 大凌河流域生态补偿效果评估

大凌河流域2010—2017年葫芦岛、朝阳、锦州、盘锦地区的生态补偿效果各参评要素评分见表3，然后利用文中所述公式(12)和各参评指标的组合权重计算综合指数值，结果见表4和如图1所示。

表3 生态补偿效果各参评要素初始值

表4 大凌河生态补偿效果评价综合指数值

图1 大凌河流域生态补偿效果时间变化趋势

从图1可知，从时间角度上大凌河流域生态补偿效果越来越好，总体呈不断上升的变化特征。依据生态补偿评估综合指数值将大凌河流域生态补偿政策分为3个时期，其中2010—2011年属于未实施阶段，从国家层面省提出的补偿政策还未实施于实际的流域内，不同地区的补偿效果评估在该阶段内总体偏小，以促进经济发展为主，部分地区甚至以破坏环境来满足发展需求，从而导致生态系统破坏、退化以及水环境质量的下降等。2012—2013年为补偿政策实施初期，2012年辽宁省相关部门正式颁布实施了水环境生态补偿办法，大凌河流域生态补偿开始试运行。为了奖励能够达到水环境质量标准的地区以及建设河流水质与水量检测系统、改进水污染防治技术等，当地政府投入了大量资金，然而在实际推行管理过程中仍具有较大困难，生态补偿综合指数增长缓慢且流域总体补偿效果不显著。2014—2017年为补偿政策实施中期，辽宁省水利厅、财政厅和环保厅联合提出阶梯式生态补偿标准，发型补充通知。结合地区水质保护目标和地表水水质浓度标准，选取考核指标氨氮和COD制定不同的补偿级别，为提升补偿效率设立了相应的补偿资金。所以，大凌河流域各地区补偿效果自2014年逐渐得到稳步的提升。

从空间分布的角度，补偿政策未实施期盘锦地区的补偿效果最好为0.426，其次为朝阳的0.290和锦州地区的0.240，而葫芦岛地区最差为0.114。盘锦地区位于大凌河下游，其水质较好且水资源量丰富，补偿政策的实施能够显著改善该地区的水环境质量；另外，盘锦地区在财政上受到辽宁省财政上的支持，其资金投入相对较高；而葫芦岛地区较为特殊，该地区在补偿政策实施前以发展社会经济为主，且年均GDP增长率保持较高的水平，这在一定程度上给生态环境带来压力；另外，该地区受附近其它排污的影响较为明显。相邻城市之间的管理方法和补偿标准因处于探索阶段还不够完善，仍需要进一步加强补偿资金落实情况和补偿力度。可见，制定合理的省、市、县级之间的管理制度和补偿标准以及完善不同空间尺度的生态补偿政策，为生态补偿全面落实的根本途径。后期阶段，葫芦岛和朝阳地区补偿效果得到显著提升，并处于较高的水平。因此，生态补偿政策实施后有效防止了上游排污可能引起下游生态损坏的问题，兼顾生态保护与经济发展以及上下游之间的联动治理等情况，在很大程度上降低了不同地区的水质差异程度。

3 结语

复补偿方式和标准的复杂性特征，决定了生态补偿实施时可能会发生预料之外的问题，而生态补偿政策实施效果可通过效果评估较好的范围，为改进和完善补偿政策提供科学依据。本文从污染处理水平、污染检测与排放、经济社会发展3个方面选取10项典型要素，遵循层次性、系统性和可获取性等原则构建评估体系。评估体系中各参数组合权重利用AHP法和熵权组合法进行计算，以典型的综合指数替代多个要素。结果发现，大凌河流域生态补偿效果综合指数随着生态补偿增产的完善与实施呈不断上升趋势，由于当前处于探索阶段，在很大程度上仍可改进污水处理技术和排放管理方法，进一步协调生态保护与经济发展之间的关系。