一種生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的確定方法

梁 珂，徐志俠，褚 敏，張金鳳，馬思超，闞光遠(yuǎn)

(1.流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jiān)決守護(hù)，堅(jiān)守底線和環(huán)境保護(hù)不動搖[1]。一旦經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)發(fā)生沖突矛盾時(shí)，必須毫不猶豫地把保護(hù)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(dá)到包括生態(tài)價(jià)值在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會價(jià)值的最大化，要遵循自然規(guī)律，尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)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(hù)目標(biāo)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(biāo)。徐海量[4]等人在塔里木河下游生態(tài)保護(hù)目標(biāo)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(hù)目標(biāo)：以河道為中線，平行河道劃分出了重點(diǎn)保護(hù)帶、基本保護(hù)帶、一般保護(hù)帶。王秀英等人[5]在基于水生態(tài)保護(hù)目標(biāo)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(hù)目標(biāo)。崔愛菊等人[6]在日照國家海洋公園生態(tài)保護(hù)目標(biāo)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(dāng)?shù)貙?shí)際情況，提出了日照國家海洋公園3個(gè)功能區(qū)的11個(gè)重點(diǎn)區(qū)域的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。鞏琳琳等人[7]在基于生態(tài)保護(hù)目標(biāo)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(shí)際情況,提出了烏梁素海的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)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(biāo)為1 018.35～1 020 m,水質(zhì)生態(tài)保護(hù)目標(biāo)為Ⅳ類。黃昌碩等人[8]在基于生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的黃河河口濕地生態(tài)需水計(jì)算研究中，從保護(hù)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(hù)目標(biāo)。

現(xiàn)有的參考文獻(xiàn)中，主要由決策者決定整個(gè)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(hù)目標(biāo)。本文以水的生態(tài)價(jià)值、社會經(jīng)濟(jì)價(jià)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(hù)目標(biāo)。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(hù)目標(biāo)的方法的理論依據(jù)

區(qū)域內(nèi)的用水包括社會經(jīng)濟(jì)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(jià)值包括生態(tài)價(jià)值和社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值兩部分，社會經(jīng)濟(jì)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(jià)值、社會經(jīng)濟(jì)價(jià)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(jià)值、社會經(jīng)濟(jì)價(jià)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(jì)價(jià)值；Ve為水的生態(tài)價(jià)值；Qe為生態(tài)用水量；Qm為總水量。

當(dāng)生態(tài)用水趨向于零時(shí)，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(jià)值趨向于最小，即水的總價(jià)值也趨向于最小。隨著生態(tài)用水的增加，其生態(tài)價(jià)值逐漸增加，當(dāng)生態(tài)用水趨向于最大，即趨向于水資源總水量時(shí)，社會經(jīng)濟(jì)用水趨向于零。在現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，社會經(jīng)濟(jì)用水趨向于零，意味著人工資本無法運(yùn)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(jià)值仍趨向于最小，即水的總價(jià)值也趨向于最小。當(dāng)生態(tài)用水為某一中間值時(shí)，由于生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)均獲得了適量的水，從而使水的總價(jià)值達(dá)到最大。水的總價(jià)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(jià)值關(guān)系如圖2所示。

圖2 水的總價(jià)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(jià)值；Vm為水的總價(jià)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(xiàn)中，沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)期望生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的概念和計(jì)算方法。本文提出了一種通過價(jià)值最大化來確定期望生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的方法。如果僅考慮水量對生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)的影響，生態(tài)保護(hù)目標(biāo)下對應(yīng)的用水價(jià)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(jià)值；We為水的生態(tài)價(jià)值；Wes為水的社會和經(jīng)濟(jì)價(jià)值；Q為總徑流量；Qe為生態(tài)用水量；Qes為社會經(jīng)濟(jì)用水量。

式(1)為水的總價(jià)值與分項(xiàng)價(jià)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(jià)值與生態(tài)用水量的關(guān)系式，式(4)為水的社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會經(jīng)濟(jì)用水關(guān)系式，式(5)為水的總價(jià)值最大化方程。聯(lián)合求解式(1)～式(5)，可以獲得水的總價(jià)值最大時(shí)的生態(tài)狀況，即生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。

2 實(shí)例應(yīng)用

本示例以奎屯河流域?yàn)檠芯繉ο?，獲取奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的河道總徑流、生態(tài)耗水率以及社會經(jīng)濟(jì)耗水率；計(jì)算奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值、社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值；根據(jù)奎屯河流域多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值與社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值之和，確定奎屯河流域的總價(jià)值與生態(tài)耗水率之間的第一曲線關(guān)系，或總價(jià)值與社會經(jīng)濟(jì)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(dāng)總價(jià)值最大時(shí)，將對應(yīng)的生態(tài)耗水率或社會經(jīng)濟(jì)耗水率，確定為目標(biāo)生態(tài)耗水率或目標(biāo)社會經(jīng)濟(jì)耗水率，即確定為奎屯河的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。需要說明的是，河道總徑流為生態(tài)耗水量與社會經(jīng)濟(jì)耗水量之和；生態(tài)耗水率與社會經(jīng)濟(jì)耗水率之和為1；生態(tài)保護(hù)對象的總價(jià)值為生態(tài)價(jià)值與社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值之和。

2.1 生態(tài)價(jià)值的計(jì)算

生態(tài)價(jià)值是指：生態(tài)保護(hù)對象在其包括的至少一種生態(tài)系統(tǒng)中的各個(gè)生態(tài)服務(wù)功能下所產(chǎn)生的價(jià)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(jià)值當(dāng)量因子的值，見表1。

表1 單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)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(jì)算2005年單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的值為1時(shí)對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量取為449.1 元/hm2。根據(jù)上述當(dāng)量因子對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量，得到各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)對應(yīng)的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值，見表2。

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

獲取各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)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(jià)值，計(jì)算得出奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值，見表4。

表3 各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的面積 萬hm2

表4 奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值 億元

2.2 社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值的計(jì)算

本文實(shí)例采用GDP指標(biāo)來表征奎屯河流域的社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值，利用GDP平減指數(shù)法對GDP的通貨膨脹因素進(jìn)行處理。GDP平減指數(shù)是指現(xiàn)價(jià)GDP與不變價(jià)GDP之商(也可是名義GDP與真實(shí)GDP之比)。由于各生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算基準(zhǔn)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(jì)局國民經(jīng)濟(jì)實(shí)測數(shù)據(jù)，得出各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的GDP平減指數(shù)。

計(jì)算各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的GDP平減指數(shù)，獲取各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的不變GDP價(jià)格。將各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的不變GDP價(jià)格，作為奎屯河流域在各個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值，表5為奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的價(jià)值計(jì)算結(jié)果。

表5 奎屯河流域在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的總價(jià)值 億元

2.3 生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的確定

對奎屯河流域的資料進(jìn)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(jì)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(jì)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(jià)值與生態(tài)耗水率進(jìn)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(jià)值與社會經(jīng)濟(jì)耗水率進(jìn)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(jià)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(jià)值與社會經(jīng)濟(jì)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(jià)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(diǎn)出現(xiàn)在生態(tài)耗水率為47%處，此時(shí)奎屯河流域的總價(jià)值為最大，由此確定奎屯河流域的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)為目標(biāo)生態(tài)耗水率為47%。

由圖5可知，奎屯河流域的總價(jià)值隨著社會經(jīng)濟(jì)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(diǎn)出現(xiàn)在社會經(jīng)濟(jì)耗水率為53%處，此時(shí)奎屯河流域的總價(jià)值為最大，由此確定奎屯河流域的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)為目標(biāo)社會經(jīng)濟(jì)耗水率為53%。

從圖4、圖5中可以看出，因?yàn)樯鷳B(tài)耗水率和社會經(jīng)濟(jì)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(jià)值隨生態(tài)耗水率的曲線關(guān)系或總價(jià)值隨社會經(jīng)濟(jì)耗水率的曲線關(guān)系其中的一個(gè)就可以得到目標(biāo)生態(tài)耗水率和目標(biāo)社會經(jīng)濟(jì)耗水率，但為了能夠得到更加精確的結(jié)果，可以獲取兩個(gè)曲線，得到兩組結(jié)果，每組結(jié)果中都包括一個(gè)目標(biāo)生態(tài)耗水率和一個(gè)目標(biāo)社會經(jīng)濟(jì)耗水率。當(dāng)兩組結(jié)果不一致時(shí)，可以將兩組結(jié)果中的目標(biāo)生態(tài)耗水率的平均值作為目標(biāo)生態(tài)耗水率，從而得到目標(biāo)社會經(jīng)濟(jì)耗水率，或?qū)山M結(jié)果中的目標(biāo)社會經(jīng)濟(jì)耗水率的平均值作為目標(biāo)社會經(jīng)濟(jì)耗水率，從而得到目標(biāo)生態(tài)耗水率。

3 結(jié) 語

本文提出的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)確定方法，首先獲取生態(tài)保護(hù)對象在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值、社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值、河道總徑流、生態(tài)耗水量以及社會經(jīng)濟(jì)耗水量；然后根據(jù)生態(tài)保護(hù)對象在多個(gè)歷史時(shí)間點(diǎn)的生態(tài)價(jià)值、社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值、河道總徑流、生態(tài)耗水量以及社會經(jīng)濟(jì)耗水量，確定生態(tài)保護(hù)對象的總價(jià)值與生態(tài)耗水率之間的第一曲線關(guān)系，或總價(jià)值與社會經(jīng)濟(jì)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(dāng)總價(jià)值最大時(shí)，對應(yīng)的目標(biāo)生態(tài)耗水率，并將確定的目標(biāo)生態(tài)耗水率，確定為生態(tài)保護(hù)對象的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)；或根據(jù)第二曲線關(guān)系確定當(dāng)總價(jià)值最大時(shí)，對應(yīng)的目標(biāo)社會經(jīng)濟(jì)耗水率；并將確定的目標(biāo)社會經(jīng)濟(jì)耗水率，確定為生態(tài)保護(hù)對象的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)。本文的實(shí)例能夠解決目前在確定生態(tài)保護(hù)目標(biāo)時(shí)，主要靠人的主觀因素來確定生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，導(dǎo)致確定的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)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(hù)目標(biāo)時(shí)的客觀性和準(zhǔn)確性。