观音阁水库生态供水效益量化与价值评估研究

杜宏宇

(辽宁穆家水库发电有限责任公司，辽宁 抚顺 113215)

0 前 言

水库生态供水是保障流域生态平衡和可持续发展的重要供水来源。生态供水量是流域水生态保护的重要基础条件之一。而对于水库而言，作为兴利效益，如何定量化生态供水的效益和价值一直是国内学者关注的热点和难点[1-3]。王莉在2015年通过生态成本方法对地表供水工程的环境效益进行了测算，为早期对供水效益量化提供了一种测算思路，但只局限于对环境的效益分析，而对生态效益分析还不够全面[4]。在此后于2016年宋红霞对黄河流域的供水效益进行了系统分析，其中也包含对生态供水效益的分析，但未能将生态效益从总效益中进行单独划分[5]。随着对生态供水效益研究的深入，尤其是水利经济学者研究开展，对于生态供水效益量化方法取得较大程度的突破。黄显峰于2019年提出基于能值分析的方法进行生态供水效益的量化，并将生态供水中生产系统的投入和产出转化为同一量纲，弥补了传统方法效益考虑不全面的局限，而后一些研究成果表明，能值分析原理可较全面定量评估生态供水效益[6-8]。观音阁水库作为辽宁地区重要的供水水库，近些年来，观音阁水库作为太子河干流生态供水主要水源之一，为太子河干流水质改善提供了重要的保障。量化观音阁水库的生态供水效益是水库优化调度的重要依据，为提高观音阁水库生态供水的保障度，文章从能值分析角度出发，对观音阁水库生态供水效益及价值进行定量评估。研究成果对于其他供水工程的生态效益量化也具有参考价值。

1 能量值分析原理

能量值分析首先对不同效益的能量值进行转换，转换方程为：

E=τB

(1)

式中：E为能量值；τ为转换系数；B为不同效益对应的供水价格，元。在效益能值转换基础上，对其效益系数进行测算：

(2)

式中：ε为效益测算系数；E1W为生态供水产出效益能值，sej；E1T为生态供水投入成本能值，sej。在效益系数测算基础上，对生态供水效益总能值进行计算：

S=εE1Y

(3)

式中：S为生态供水效益总值。sej；E1y为生态供水产出能值，sej。在能值分析基础上采用能量/货币转换系数进行价值评估：

(4)

式中：M为生态供水总效益的货币形式，万元；Ep为能量/货币转换系数。从生态效益的水分调节、生物多样化程度、环境改善度、气候调节度以及污水处理能力等5个方面进行生态供水价值的测算：

EM生物多样性=τ物种×N×R

(5)

EM水分调节=W×τ水体

(6)

EM净化=EM1-EM2=M1τ1-M2τ2

(7)

EM气候调节=E×τ蒸汽

(8)

EM污水=(τ污染后-τ污染前×W污水)

(9)

式中：EM生物多样性、EM水分调节、EM净化、EM气候调节、EM污水分别表示为不同类比生态供水价值的量化值；τ物种、τ水体、τ1、τ1、τ蒸汽、τ污染前、τ汽染后为不同类别生态供水价值的能值转化系数；N为生物种类，个；R为生物种类所占比例，%；W为水库蓄水量年值，104m3；M1、M2为河道上下监测断面水质浓度，mg/l；E为水面蒸发能值，sej；W污水为排污量，104m3。

2 研究结果

2.1 水库概况

观音阁水库位于太子河干流，主要以防洪、供水为主的大型水库。水库总库容为21.68亿m3，多年净调节库容为6.83亿m3。水库设计日供水能力为125万m3/d，生产、生活、环境供水比例分别为：35%、45%、20%。水库供水首先满足生产、生活用水需求.。供水保障率为90%时水库设计最大供水能力为4.15亿m3，供水保障率为95%时设计最大供水能力为4.09亿m3，供水保障率为97%时设计最大供水能力为4.08亿m3。观音阁水库在最低运行水位232m时可满足供水保障率分别为90%、95%以及97%的用水需求。近些年来，由于太子河流域综合治理工程的逐步设施，观音阁水库环境供水保证率已由95%提高到97%，为保障太子河流域生态用水保障力度，急需要对当前水库生态供水效益和价值进行定量评估，从而制定符合当前实际的供水调度计划。

2.2 不同类别资源能值转换

结合观音阁所在本溪市2009年-2016年社会经济统计以及水资源公报数据，对不同资源的能值进行转换计算，结果见表1。

表1 观音阁水库供水区域2009年-2016年不同资源能值转换结果

从能值转换结果可看出，观音阁供水区域不可更新资源的产出能值占总能值的比例最高。在可更新资源中生态供水能值转换率较高，表明在可更新资源中生态供水产生的效益转换较快。从区域系统能值产出分析结果可看出，需要对区域产业结构进行优化，从而提高观音阁水库生态供水效益的能值产出比例。

2.3 各资源供水能值计算

在对不同类别资源能值转换计算基础上，结合能值分析方法，对不同资源进行供水能值的计算，结果见表2。

表2 观音阁水库供水区域2009年-2016年能值计算结果

不同年份各类资源供水能值呈现较为显著的地则变化，可更新资源能值低于不可更新资源的能值，原因在于可更新资源能值转换率低于不可更新资源。反馈输入由于能值转换率低于系统输入能值转换率，因此其各年份供水能值低于系统输入的能值，系统输入是供水生态系统的主要来源。当地水资源量能值高于外来水资源量，但其各年份能值增加幅度要低于外来水资源量的能值递增变幅。能值/货币率各年份能值变幅呈现先递减后递增的变化趋势，这主要是因为近些年来，随着观音阁水库2014年开始加大生态供水量，其能值转换率也逐步增加，使得能值/货币率能值变化先减少后递增变化。

2.4 生态供水效益系数计算

在不同资源指标供水能值计算的基础上，对不同年份生态供水效益系数进行计算，计算结果如表3所示。

表3 观音阁水库2009年-2016年不同生态供水效益计算结果

观音阁水库生态供水效益系数及能值随着供水年份的递增变化不显著，生态供水效益比例年递增变幅达到0.10%，生态供水效益系数的增加显示出生态供水效益量化值的增加。从计算结果还可看出，观音阁水库2009年-2016年生态供水效益转换率也在逐步增加，递增幅度可达到3.23×1018sej/a，其增加的原因在于生态供水效益中能值/货币率转化率的增加，使得其生态供水效益转换率逐年增加。此外生态供水效益的能值/货币率转化率的增加也逐步提升了水库单方生态供水价值。基于2016年观音阁生态供水数据，水库生态供水水库生态供水效益比例以及单方价值分别为4.91%和为3.83元/m3。

2.5 生态供水价值量化分析

在生态供水效益定量计算的基础上，对观音阁水库2009年-2016年生态供水下单方水能及单方水货币价值进行量化分析，如表4所示。

表4 观音阁水库2009年-2016年各类生态供水价值量化分析结果

从各年份观音阁水库生态供水单方水能下各类价值量化结果可看出，污水单方水能量化价值最高，这主要是因为在生态供水条件下污水能值转换率高于其他类型指标，因此其单方水能量化值最高。调蓄水分因为能值转换率最低，使得其单方水能量化价值均低于其他指标。各年份观音阁水库生态供水条件下单方水能价值逐步增加，年平均递增幅度为1.75sej/m3。生态供水单方水货币也逐年增加，且和单方水能价值变化具有同步变化的特征，其年平均递增幅度2.09元/m3。

3 主要结论

1)观音阁水库生态供水效益系数及能值随着供水年份的递增变化不显著，生态供水效益比例年递增变幅达到0.10%，水库生态供水效益转换率逐年递增，变化幅度可达到+3.23×1018sej/年，其增加的原因在于生态供水效益中能值/货币率转化率的增加。

2)观音阁水库生态供水条件下单方水能价值逐年提升，年平均递增幅度为1.75sej/m3。生态供水单方水货币和单方水能价值变化具有同步性，其年平均递增幅度可达到2.09元/m3。