梁 珂，徐志俠，褚 敏，張金鳳，馬思超，闞光遠

(1.流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室中國水利水電科學(xué)研究院，北京100038；2.北京中水科工程總公司，北京100048)

0 引 言

作為金山銀山的根本來源，綠水青山是人類賴以可持續(xù)生存發(fā)展的基礎(chǔ)，必須堅決守護，堅守底線和環(huán)境保護不動搖[1]。一旦經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護發(fā)生沖突矛盾時，必須毫不猶豫地把保護生態(tài)放在首位，而絕不可再走用綠水青山去換金山銀山的老路。建設(shè)生態(tài)文明，既不是要回到原始的生產(chǎn)生活方式，也不是繼續(xù)工業(yè)文明追求利潤最大化的發(fā)展模式，是要達到包括生態(tài)價值在內(nèi)的經(jīng)濟、生態(tài)、社會價值的最大化，要遵循自然規(guī)律，尊重自然、順應(yīng)自然、保護自然，以資源環(huán)境承載能力為基礎(chǔ)[2]，建設(shè)生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明社會，謀求可持續(xù)發(fā)展。

孫棟元等人[3]在基于生態(tài)保護目標的疏勒河中游綠洲生態(tài)環(huán)境需水研究中，結(jié)合疏勒河中游綠洲區(qū)1990年、2000年和2013年不同類型土地利用面積, 確定疏勒河中游綠洲區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)和水域生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)目標。徐海量[4]等人在塔里木河下游生態(tài)保護目標和措施研究中，根據(jù)2000-2009年塔里木河下游10次生態(tài)輸水后生態(tài)環(huán)境的變化情況,提出新的生態(tài)保護目標：以河道為中線，平行河道劃分出了重點保護帶、基本保護帶、一般保護帶。王秀英等人[5]在基于水生態(tài)保護目標的河道內(nèi)生態(tài)需水量研究中，通過分析中國瀕危動物香魚在不同生命史階段對棲息環(huán)境的要求，確定該河段的生態(tài)保護目標。崔愛菊等人[6]在日照國家海洋公園生態(tài)保護目標的探討研究中，根據(jù)對日照國家海洋公園的選劃研究和日照市相關(guān)規(guī)劃，結(jié)合當?shù)貙嶋H情況，提出了日照國家海洋公園3個功能區(qū)的11個重點區(qū)域的生態(tài)保護目標。鞏琳琳等人[7]在基于生態(tài)保護目標的烏梁素海生態(tài)需水研究中，針對烏梁素海的生態(tài)環(huán)境問題和實際情況,提出了烏梁素海的生態(tài)保護目標為烏梁素海調(diào)蓄庫容在2.4～9.43 億m3,相應(yīng)的水位目標為1 018.35～1 020 m,水質(zhì)生態(tài)保護目標為Ⅳ類。黃昌碩等人[8]在基于生態(tài)保護目標的黃河河口濕地生態(tài)需水計算研究中，從保護濕地的合理規(guī)模和維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的正常功能定性地提出了濕地生態(tài)保護目標。

現(xiàn)有的參考文獻中，主要由決策者決定整個社會所期望的生態(tài)狀態(tài)，這種方法受人的主觀因素影響較大，難以客觀地確定生態(tài)保護目標。本文以水的生態(tài)價值、社會經(jīng)濟價值之和最大為原則，確定社會期望的生態(tài)狀態(tài)，即為生態(tài)保護目標。本文所提出的方法理論，源自于社會主義能最大限度地遵循人和自然、社會之間的和諧發(fā)展規(guī)律。

1 構(gòu)建生態(tài)保護目標的方法的理論依據(jù)

區(qū)域內(nèi)的用水包括社會經(jīng)濟用水和生態(tài)用水，這兩種用水之和為區(qū)域總水量。水的價值包括生態(tài)價值和社會經(jīng)濟價值兩部分，社會經(jīng)濟用水與生態(tài)系統(tǒng)用水之間為競爭關(guān)系。水的生態(tài)價值、社會經(jīng)濟價值與生態(tài)用水量之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 水的生態(tài)價值、社會經(jīng)濟價值與生態(tài)用水量關(guān)系示意圖Fig.1 The relationship between ecological value, social economic value of water and ecological water consumption

圖1中，Vs為水的社會經(jīng)濟價值；Ve為水的生態(tài)價值；Qe為生態(tài)用水量；Qm為總水量。

當生態(tài)用水趨向于零時，生態(tài)系統(tǒng)由于缺水而崩潰，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能趨向于零。因此，由生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、人工資本及人力資本共同構(gòu)成的價值趨向于最小，即水的總價值也趨向于最小。隨著生態(tài)用水的增加，其生態(tài)價值逐漸增加，當生態(tài)用水趨向于最大，即趨向于水資源總水量時，社會經(jīng)濟用水趨向于零。在現(xiàn)狀經(jīng)濟技術(shù)條件下，社會經(jīng)濟用水趨向于零，意味著人工資本無法運轉(zhuǎn)，人力資本趨于消亡，因此，盡管生態(tài)系統(tǒng)提供了很好的服務(wù)流，但是，由生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、人工資本及人力資本共同構(gòu)成的價值仍趨向于最小，即水的總價值也趨向于最小。當生態(tài)用水為某一中間值時，由于生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)均獲得了適量的水，從而使水的總價值達到最大。水的總價值的最大值相應(yīng)的生態(tài)狀態(tài)即為我們所希望的生態(tài)狀態(tài)。生態(tài)用水和水的總價值關(guān)系如圖2所示。

圖2 水的總價值與生態(tài)用水量關(guān)系示意圖Fig.2 The relationship between total value of water and ecological water consumption

圖2中，V為水的總價值；Vm為水的總價值的最大值；Qe為生態(tài)用水；Qee為期望生態(tài)用水；Qm為總水量。

在現(xiàn)有的參考文獻中，沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)期望生態(tài)保護目標的概念和計算方法。本文提出了一種通過價值最大化來確定期望生態(tài)保護目標的方法。如果僅考慮水量對生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟的影響，生態(tài)保護目標下對應(yīng)的用水價值表示如下：

W=We+Wes

(1)

Q=Qe+Qes

(2)

We=f(Qe)

(3)

Wes=f(Qes)

(4)

(5)

式中：W為水的總價值；We為水的生態(tài)價值；Wes為水的社會和經(jīng)濟價值；Q為總徑流量；Qe為生態(tài)用水量；Qes為社會經(jīng)濟用水量。

式(1)為水的總價值與分項價值之間的關(guān)系式，式(2)為水量平衡式，式(3)為水的生態(tài)價值與生態(tài)用水量的關(guān)系式，式(4)為水的社會經(jīng)濟價值與社會經(jīng)濟用水關(guān)系式，式(5)為水的總價值最大化方程。聯(lián)合求解式(1)～式(5)，可以獲得水的總價值最大時的生態(tài)狀況，即生態(tài)保護目標。

2 實例應(yīng)用

本示例以奎屯河流域為研究對象，獲取奎屯河流域在多個歷史時間點的河道總徑流、生態(tài)耗水率以及社會經(jīng)濟耗水率；計算奎屯河流域在多個歷史時間點的生態(tài)價值、社會經(jīng)濟價值；根據(jù)奎屯河流域多個歷史時間點的生態(tài)價值與社會經(jīng)濟價值之和，確定奎屯河流域的總價值與生態(tài)耗水率之間的第一曲線關(guān)系，或總價值與社會經(jīng)濟耗水率之間的第二曲線關(guān)系。

根據(jù)上述第一或第二曲線關(guān)系確定當總價值最大時，將對應(yīng)的生態(tài)耗水率或社會經(jīng)濟耗水率，確定為目標生態(tài)耗水率或目標社會經(jīng)濟耗水率，即確定為奎屯河的生態(tài)保護目標。需要說明的是，河道總徑流為生態(tài)耗水量與社會經(jīng)濟耗水量之和；生態(tài)耗水率與社會經(jīng)濟耗水率之和為1；生態(tài)保護對象的總價值為生態(tài)價值與社會經(jīng)濟價值之和。

2.1 生態(tài)價值的計算

生態(tài)價值是指：生態(tài)保護對象在其包括的至少一種生態(tài)系統(tǒng)中的各個生態(tài)服務(wù)功能下所產(chǎn)生的價值。

根據(jù)謝高地等人的研究[9]，針對奎屯河流域涵蓋的所有生態(tài)系統(tǒng)，獲取每種生態(tài)系統(tǒng)在多種生態(tài)服務(wù)功能下分別對應(yīng)的單位面積生態(tài)服務(wù)價值當量因子的值，見表1。

表1 單位面積生態(tài)服務(wù)價值當量因子Tab.1 Ecosystem service equivalent value per unit area

本文中，根據(jù)胡瑞法和冷燕的研究[10],依此計算2005年單位面積生態(tài)服務(wù)價值當量因子的值為1時對應(yīng)的經(jīng)濟價值量取為449.1 元/hm2。根據(jù)上述當量因子對應(yīng)的經(jīng)濟價值量，得到各個生態(tài)系統(tǒng)對應(yīng)的單位面積生態(tài)服務(wù)價值，見表2。

表2 各生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值 元/hm2

獲取各個生態(tài)系統(tǒng)在各個歷史時間點的面積，見表3，根據(jù)各類生態(tài)系統(tǒng)對應(yīng)的單位面積生態(tài)服務(wù)價值，計算得出奎屯河流域在多個歷史時間點的生態(tài)價值，見表4。

表3 各個生態(tài)系統(tǒng)在各個歷史時間點的面積 萬hm2

表4 奎屯河流域在多個歷史時間點的生態(tài)價值 億元

2.2 社會經(jīng)濟價值的計算

本文實例采用GDP指標來表征奎屯河流域的社會經(jīng)濟價值，利用GDP平減指數(shù)法對GDP的通貨膨脹因素進行處理。GDP平減指數(shù)是指現(xiàn)價GDP與不變價GDP之商(也可是名義GDP與真實GDP之比)。由于各生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值的計算基準年為2005年，因此取2005年的GDP平減指數(shù)為100，然后根據(jù)國家統(tǒng)計局國民經(jīng)濟實測數(shù)據(jù)，得出各個歷史時間點的GDP平減指數(shù)。

計算各個歷史時間點的GDP平減指數(shù)，獲取各個歷史時間點的不變GDP價格。將各個歷史時間點的不變GDP價格，作為奎屯河流域在各個歷史時間點的社會經(jīng)濟價值，表5為奎屯河流域在多個歷史時間點的價值計算結(jié)果。

表5 奎屯河流域在多個歷史時間點的總價值 億元

2.3 生態(tài)保護目標的確定

對奎屯河流域的資料進行整理分析，得出了1990-2014年奎屯河流域的生態(tài)耗水率和社會經(jīng)濟耗水率過程線圖，如圖3。

圖3 1990-2014年奎屯河流域的生態(tài)耗水率和社會經(jīng)濟耗水率過程線Fig.3 The hydrograph of ecological water consumption rate and social economic water consumption rate in kuitun river basin from 1990 to 2014

使用最小二乘法，對奎屯河流域的總價值與生態(tài)耗水率進行曲線擬合[11]，將擬合得到的曲線作為第一曲線關(guān)系；類似地，對奎屯河流域的總價值與社會經(jīng)濟耗水率進行曲線擬合，將擬合得到的曲線作為第二曲線關(guān)系，分別如圖4和圖5所示。

圖4 奎屯河流域的總價值與生態(tài)耗水率第一曲線關(guān)系Fig.4 The relationship between total value of water and ecological water consumption rate in kuitun river basin

圖5 奎屯河流域的總價值與社會經(jīng)濟耗水率第二曲線關(guān)系Fig.5 The relationship between total value of water and social economic water consumption in kuitun river basin

由圖4可知，奎屯河流域的總價值隨著生態(tài)耗水率呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，圖4中曲線上拐點出現(xiàn)在生態(tài)耗水率為47%處，此時奎屯河流域的總價值為最大，由此確定奎屯河流域的生態(tài)保護目標為目標生態(tài)耗水率為47%。

由圖5可知，奎屯河流域的總價值隨著社會經(jīng)濟耗水率呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，圖5中曲線上拐點出現(xiàn)在社會經(jīng)濟耗水率為53%處，此時奎屯河流域的總價值為最大，由此確定奎屯河流域的生態(tài)保護目標為目標社會經(jīng)濟耗水率為53%。

從圖4、圖5中可以看出，因為生態(tài)耗水率和社會經(jīng)濟耗水率相加為1，因此兩幅圖呈軸對稱關(guān)系。一般情況下，只需要得到總價值隨生態(tài)耗水率的曲線關(guān)系或總價值隨社會經(jīng)濟耗水率的曲線關(guān)系其中的一個就可以得到目標生態(tài)耗水率和目標社會經(jīng)濟耗水率，但為了能夠得到更加精確的結(jié)果，可以獲取兩個曲線，得到兩組結(jié)果，每組結(jié)果中都包括一個目標生態(tài)耗水率和一個目標社會經(jīng)濟耗水率。當兩組結(jié)果不一致時，可以將兩組結(jié)果中的目標生態(tài)耗水率的平均值作為目標生態(tài)耗水率，從而得到目標社會經(jīng)濟耗水率，或?qū)山M結(jié)果中的目標社會經(jīng)濟耗水率的平均值作為目標社會經(jīng)濟耗水率，從而得到目標生態(tài)耗水率。

3 結(jié) 語

本文提出的生態(tài)保護目標確定方法，首先獲取生態(tài)保護對象在多個歷史時間點的生態(tài)價值、社會經(jīng)濟價值、河道總徑流、生態(tài)耗水量以及社會經(jīng)濟耗水量；然后根據(jù)生態(tài)保護對象在多個歷史時間點的生態(tài)價值、社會經(jīng)濟價值、河道總徑流、生態(tài)耗水量以及社會經(jīng)濟耗水量，確定生態(tài)保護對象的總價值與生態(tài)耗水率之間的第一曲線關(guān)系，或總價值與社會經(jīng)濟耗水率之間的第二曲線關(guān)系；最后根據(jù)第一曲線關(guān)系確定當總價值最大時，對應(yīng)的目標生態(tài)耗水率，并將確定的目標生態(tài)耗水率，確定為生態(tài)保護對象的生態(tài)保護目標；或根據(jù)第二曲線關(guān)系確定當總價值最大時，對應(yīng)的目標社會經(jīng)濟耗水率；并將確定的目標社會經(jīng)濟耗水率，確定為生態(tài)保護對象的生態(tài)保護目標。本文的實例能夠解決目前在確定生態(tài)保護目標時，主要靠人的主觀因素來確定生態(tài)保護目標，導(dǎo)致確定的生態(tài)保護目標受人的主觀因素影響較大，存在誤差較大的問題，提高確定生態(tài)保護目標時的客觀性和準確性。