基于水生态系统服务价值分析的舟山市海绵城市建设研究

张怡卉杨帆 贺义雄王恺宁

(1.浙江海洋大学经济与管理学院 舟山 316022;2.河海大学地球科学与工程学院 南京 210024;3.南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海 519000)

0 引言

水资源是支撑整个地球生命系统的基础。水生态系统作为主要生态系统类型,不仅为人类提供赖以生存和发展的物质基础和自然条件,而且具有维持生态系统结构、生态过程和生态环境的功能。随着我国经济社会的发展和城镇化进程的加快,水资源过度开发利用现象日益突出,人类活动对水生态系统的影响不断加深。面对水资源短缺和水环境恶化等问题,协调水资源的有效开发利用和提高水生态系统的服务功能成为解决问题的关键。开展水生态系统服务价值评价,有助于全面认识水资源的价值以及实现水资源的可持续发展,对水资源的科学开发利用和保护具有重要意义。目前国内外对水生态系统服务价值及其影响因素的研究越来越广泛,研究方法也趋于多样化,主要基于联合国千年生态系统评价(MA)分类体系,运用成本替代法、市场法、旅行费用法、影子价格法、恢复费用法、条件价值法和环境选择模型等方法,对水生态系统服务价值进行评价。

海绵城市是我国立足于水情特征和水资源问题,针对城市雨水利用和水资源管理提出的综合解决方案,其核心在于从生态系统服务出发,结合多类具体技术,跨尺度构建水生态基础设施。国外通常称之为“低影响开发(LID)”,虽然表述不同,但强调的渗、滞、蓄、净、用和排等理念与海绵城市相似。作为海岛型城市,舟山市已将建设海绵城市示范区提上日程,2018年《舟山市新城海绵城市示范区控制性专项规划》获市政府批复。提高生态系统服务价值是城市生态基础设施建设的核心和关键[1],而水生态系统又与海绵城市密切相关[2],因此提升水生态系统服务价值将是舟山市建设海绵城市的最终目标。

本研究利用2000—2017年舟山市的数据,在计算各年度水生态系统服务价值的基础上,通过Pearson相关性和灰色关联的综合分析,研究水生态系统服务价值的影响因素,据此提出舟山市建设海绵城市的建议。本研究试图探究舟山市水生态系统服务价值的主要影响因素以及舟山市海绵城市建设的重点关注领域,突破该领域目前采取的传统研究视角和研究方法,可丰富海绵城市建设的研究理论,并为海岛地区的海绵城市建设提供思路参考。

1 研究区域

舟山市(舟山群岛)位于浙江省东北部,东临我国东海,西靠杭州湾,北界上海市,踞我国南北沿海航线与长江水道交汇枢纽,是长江流域和长江三角洲对外开放的海上门户和通道。区域海岛众多,主要包括舟山岛、金塘岛、朱家尖岛、六横岛、岱山岛和大衢岛,分属定海区、普陀区、岱山县和嵊泗县4个行政区。区域地势由西南向东北倾斜:南部大岛较多,海拔高且分布密集;北部以小岛为主,海拔低且分布稀疏。区域属海洋特征明显的亚热带季风气候,冬暖夏凉,温和湿润,多年平均降水量为1 108.85 mm,多年平均相对湿度为78.5%。

舟山岛是舟山群岛中面积最大的海岛,也是我国第四大岛。2018年《舟山市新城海绵城市示范区控制性专项规划》是舟山市首个海绵城市建设规划,根据该规划,舟山岛内的舟山新城将打造3.19 km2的海绵城市示范区。

2 研究方法

2.1 评价指标体系

目前很多学者已对生态系统服务进行系统分类,其中被引用较多和较权威的是MA 分类体系,其将生态系统服务分为供给、调节、文化和支持4个大类,每个大类中又包含不同的小类[3]。目前MA分类体系获得较高程度的认可,后续绝大部分研究均以其为基本依据划分生态系统服务,而仅对相关定义和具体分类有所调整。例如:在由联合国环境规划署(UNEP)主持的生态系统与生物多样性经济学(TEEB)研究中,有学者认为支持服务应属于生态过程,因此使用生境服务(有些文献翻译成“栖息地服务”)替代,从而形成新的生态系统服务分类体系。

本研究借鉴Costanza等[4]和MA 的生态系统服务分类方法,构建舟山市水生态系统服务评价指标体系,将舟山市水生态系统服务划分为社会经济服务和自然生态服务2个大类。考虑到舟山市水生态系统的实际特点以及数据的可量化性、可获取性和客观性,进一步将其细化为7 项指标(表1)。

表1 舟山市水生态系统服务评价指标体系

2.2 评价方法

2.2.1 社会经济服务

(1)淡水产品供给。采用市场法[5]计算,计算公式为:

式中:V1为淡水产品供给价值(产值);qf为淡水产品的产量,数据来源于《舟山统计年鉴》;pf为淡水产品的平均单价,取15.36元/kg。

(2)水资源供给。采用市场法[6]计算,计算公式为:

式中:V2为水资源供给价值;wi为农业用水、工业用水、生活用水和生态环境用水的用水量,数据来源于《浙江自然资源与环境统计年鉴》;pi为各类型用水的单价,其中农业用水和生态环境用水取0.50元/m3,工 业 用 水 取3.68 元/m3,生 活 用 水取1.90元/m3。

(3)文化服务。采用市场法,以旅游总收入表征旅游服务价值[7],并采用分摊法计算水生态系统贡献的价值,计算公式为:

式中:V3为文化服务价值;r为旅游总收入中水景观收入的占比,取12.3%;Vt为旅游总收入,数据来源于《舟山统计年鉴》。

2.2.2 自然生态服务

(1)地表水调蓄。采用替代工程法[8]计算,计算公式为:

式中:V4为地表水调蓄价值;qs为地表水资源量,数据来源于《浙江省水资源公报》;ps为水库的单位库容造价,取6.11元/m3。

(2)地下水补给。采用市场法[9]计算,计算公式为:

式中:V5为地下水补给价值;qn为地下水资源量,数据来源于《浙江省水资源公报》;pn为生活用水单价,取1.90元/m3。

(3)水质净化。采用替代工程法[10]计算,计算公式为:

式中:V6为水质净化价值;qCOD和qNH3-N分别为水生态系统中的COD 和NH3-N 排放量,数据来源于《浙江自然资源与环境统计年鉴》;pCOD和pNH3-N分别为参考污水处理工程的COD 和NH3-N 处理成本,分别取15 161元/t和24 497元/t。

(4)气候调节。采用市场法[11]计算,计算公式为:

式中:V7为气候调节价值;qh为年蒸发损失量;ph为舟山市标准电价,取0.515 元/(k W·h);α为空调能效比,取3;γ为1 个标准大气压下的汽化热量,取2.26×106 J/kg;β为将1 m3的水转化为蒸汽的耗电量,取125 k W·h;ET 为年蒸发量,数据来源于《舟山统计年鉴》;S为湿地面积,数据来源于《浙江自然资源与环境统计年鉴》。

2.3 影响因素

参考已有研究成果[11]和数据可获得性,选取城镇化率、废水排放量、供水量、地面硬化率(1-城市绿化率)、年均温度、年降水量、产水系数(水资源总量/年降水量,反映地表径流量)以及水利、环境和公共设施投资额8个因素,体现《海绵城市建设评价标准》(GB/T 51345-2018)等规范以及相关研究和实践反映的海绵城市建设所应涉及的领域,并据此分析舟山市水生态系统服务价值的影响因素。数据来源于《舟山市国民经济和社会发展统计公报》《舟山统计年鉴》和《浙江自然资源与环境统计年鉴》;对个别年份缺失的水利、环境和公共设施投资额数据,以舟山市GDP/浙江省GDP折算获得[12]。

目前分析生态系统服务价值影响因素所采用的方法主要包括敏感性指数法[13-14]、Pearson相关性分析法[15-16]和灰色关联分析法[17]。受数据条件的限制,舟山市水生态系统服务价值的数据具有小样本性和不确定性的特征,因此采用灰色关联分析法可更精准地描述。但该方法只能比较关联度的强弱,而无法体现各影响因素的作用方向。因此,本研究先采用Pearson相关性分析法确定各影响因素的作用方向,再采用灰色关联分析法确定各影响因素的作用程度。

3 结果与分析

3.1 水生态系统服务价值

以2000—2017年为时间序列,对舟山市水生态系统服务价值进行趋势分析(图1)。

图1 2000—2017年舟山市水生态系统服务价值

2000—2017年舟山市水生态系统服务价值的平均值为102.81亿元,呈现波动增长趋势,年均增长率达5.65%。其中,社会经济服务价值逐年递增,由6.82 亿元增至104.64 亿元,年均增长率达17.42%。由此可见,舟山市水生态系统对社会经济发展的支撑作用不断增强。

2000—2017年舟山市各类水生态系统服务价值及其占比如表2所示。

表2 2000—2017年舟山市各类水生态系统服务价值及其占比

舟山市水生态系统服务价值以地表水调蓄价值和文化服务价值为主,二者的历年平均值分别为45.39亿元和28.86 亿元,占比分别为44.15%与28.07%。其中,文化服务价值的增长趋势最显著且增幅最大,主要得益于城市旅游经济的快速发展;地表水调蓄价值呈波动增长趋势,主要原因是地表水资源量的年际变化。淡水产品供给价值、水资源供给价值、地下水补给价值和水质净化价值占比较小,其中水资源供给价值呈先减少后增长的趋势,这与舟山市各类型用水的年际变化密切相关;其他3类水生态系统服务价值呈轻微波动增长趋势,但由于海岛的地理条件限制等原因增量不高。气候调节价值占比仅次于地表水调蓄价值和文化服务价值,平均值占比为17.88%,且呈先增长后减少的趋势,结合计算方法,主要与年蒸发量的变化有关(图2)。

图2 2000—2017年舟山市年蒸发量

3.2 水生态系统服务价值的影响因素

对各影响因素与水生态系统服务价值之间的关系进行分析检验,是研究二者关系的重要步骤。以Pearson相关系数为指标,采用双尾t检验进行相关系数的显著性检验,得到水生态系统服务价值与8个影响因素的相关关系(表3)。

表3 舟山市水生态系统服务价值与影响因素的Pearson相关性

由表3可以看出,舟山市水生态系统服务价值与城镇化率、废水排放量、供水量、年降水量、产水系数以及水利、环境和公共设施投资额呈显著正相关,与地面硬化率呈显著负相关,与年均温度的相关关系不强。

舟山市水生态系统服务价值与8个影响因素的灰色关联分析结果如表4所示。

表4 舟山市水生态系统服务价值与影响因素的灰色关联度

由表4可以看出,除年均温度外,其他7个影响因素与舟山市水生态系统服务价值的关联度均为强或极强,这与Pearson相关分析的结果一致。

城镇化率提高会促进区域景观开发以及产业结构和生活方式改变,从而刺激城市旅游业的发展和用水量的增加,最终对水生态系统服务价值产生显著的正向影响;供水量和年降水量增加使水资源供给量增加(与大陆相比,海岛降水对于水资源供给更加重要),因此二者对水生态系统服务价值产生显著的正向影响;地表径流量增加使水资源供给量增加,因此产水系数对水生态系统服务价值产生显著的正向影响;水利、环境和公共设施投资额增加会改善水生态环境,有利于保障并增强水资源供给、地下水补给和地表水调蓄等功能;地面硬化率越高,表明地表至地下水资源交换关系的改变程度越大,水的自然渗透效果越不理想,使海岛本就不利的蓄水条件更加恶劣,同时不利于控制雨洪径流,最终影响水生态系统服务的持续提供,因此地面硬化率对水生态系统服务价值产生显著的负向影响;对于年均温度,可能由于舟山市的地理条件导致年均温度不高(研究期内保持在约17℃),对蒸发量等的影响不大,因此对水生态系统服务的影响不显著。

值得一提的是,根据水质净化价值的计算方法,废水排放量的显著正向结果实际上包含其对水生态系统的不利影响,因此舟山市仍须继续改善水生态环境。

4 对舟山市海绵城市建设的建议

4.1 进一步发挥水生态系统文化服务的作用

随着经济社会的发展,公众的旅游活动日益增多,舟山市拥有的海岛风光和普陀山佛教文化等自然和社会旅游资源吸引大量游客。因此,应充分利用区域资源特点,加快建设生态健康、环境优美和特色鲜明的旅游目的地;采用多种途径加大宣传力度,进一步提升旅游吸引力,从而增加水生态系统服务价值。

由于新冠肺炎疫情对旅游业的影响显著,且该影响可能在今后一段时期内持续存在,应针对旅游业就业不足和产出缺口等问题,在《舟山市人民政府关于应对疫情支持小微企业渡过难关的意见》等政策的基础上,对受创严重的旅游业企业和从业人员进一步加大扶持和援助力度,同时设立系统性的冲击应急项目,建立相关企业和从业人员的长期恢复机制,保障舟山市旅游业的稳定发展。

4.2 加强对水生态系统服务新类型的认知和开发

作为海岛城市,舟山市水生态环境受外部条件的制约较大。因此,应完善相关政策,进一步加大投入,通过组建产、学、研、用联盟等方式,突破水生态环境开发利用的相关技术,依靠技术进步等非自然要素扩展对水生态系统服务新类型的认知和开发,促进舟山市水生态系统服务价值的进一步增长。

4.3 精准做好海绵城市建设工作,改善区域水生态环境整体状况

城镇化率、废水排放量、供水量、地面硬化率、年降水量、产水系数以及水利、环境和公共设施投资额是影响舟山市水生态系统服务价值的主要因素。因此,舟山市海绵城市建设应着重从这些领域入手,并加强水生态环境整体状况的改善。①做好环境保护工作,维护脆弱的海岛生态系统。②进一步加大海岛农(渔)村的发展力度,提升城市化整体建设水平。③注重水利设施和工程建设,如《舟山市海岛保护规划(2017—2022 年)》等部署的引调水工程、水库工程、海水淡化工程、河网翻水入库和库库联网工程,进一步增加水资源总量和供水量;考虑海岛水资源紧缺的特点,尤其提高雨水调蓄功能,加强对雨水资源的有效开发利用;协调各岛之间的差异,提升区域总量水平。④注重透水设施建设和原有设施的更新改造,降低地面硬化率;针对区域降水特点做好降水控制工作,实现降水量的最优化。⑤进一步加强公共设施建设,如改造和完善老城区和非城镇地区的排水管网系统,针对废水排放制定并实施管理制度和标准规范,减少废水排放量,提高水质。

5 结语

本研究计算2000—2017年舟山市水生态系统服务价值,并运用Pearson相关性分析法和灰色关联分析法分析舟山市水生态系统服务价值的影响因素。本研究仍存在一定的局限性,须在未来研究中加以解决,主要表现在3个方面。①计算水生态系统服务价值的模型较为简单,考虑的因素较少(如基本没有考虑非使用价值),此外同一种生态系统服务在不同的社会和经济环境中会表现不同的价值,因此最终计算结果不能反映水生态系统服务全部和真实的价值水平;②受限于数据的可获得性,对水生态系统服务价值影响因素的分析选取的指标数量有限,没有考虑海绵城市建设涉及的全部领域;③各影响因素对水生态系统服务价值的具体影响机制和过程仍须细化,从而从细分种类和细分区域方面进一步辨识不同影响因素对水生态系统服务的深入影响,为海绵城市建设提供更加科学的理论依据。