遼河保護區水資源供給服務及價值評估

孫倩瑩，高艷妮，楊春艷，王世曦*

1.國家環境保護區域生態過程與功能評估重點實驗室，中國環境科學研究院 2.環境基準與風險評估國家重點實驗室，中國環境科學研究院

遼河流域是我國重工業企業集中區域，其沿途接納了鐵嶺、康平等市縣廢污水，各支流水體中攜帶的營養物質相對較多，同時由于干流河道兩側有大量農作物種植，且人工化現象加劇，濕地植被面積減少，河道自然條件下的凈化功能受到嚴重影響，導致遼河干流水污染嚴重[1-3]。2010年5月，為恢復和保護遼河主要生態功能，同時兼顧區域經濟發展，遼寧省政府劃定了遼河保護區，旨在通過對保護區的長期保護與建設，達到河流水體自然生態功能恢復，水體凈化能力提高，全年水質不低于GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅳ類的目標[4]。遼河保護區劃定后，實施了退耕還河、自然封育、污染源頭控制、流域垃圾治理、干流生態蓄水和支流河口水環境綜合整治等工程措施，遼河干流水環境得到有效改善，基本消除了劣Ⅴ類水質[5-6]。近年來，不少學者從生態系統結構、植被覆蓋度、河岸緩沖帶等方面分析了遼河保護區的管理成效和相關保護與恢復措施的作用[3,7-9]。

水資源供給服務是生態系統服務的重要內容，國內外學者針對水資源供給量、水資源價值評估開展了大量研究。然而，在生態系統服務研究領域，有關水資源供給服務及價值的研究大多只考慮了水資源量，未考慮水環境質量。如采用SWAT模型、Invest模型等方法核算區域產水量作為水資源供給服務表征指標，并基于監測數據驗證核算結果的合理性，然后基于水資源費核算水資源供給服務價值[10-15]。在水資源價值核算研究領域，不少學者將水質核算納入其中[16-18]，如許振成等[19]提出“環境質量資本”和“以質定價，以量計質”“優質水優質價”原則；王俊能等[20]在水環境質量資源的價格分析中，引入“級差地租”理論，建立了水環境質量資源定價模型。筆者借鑒水資源價值核算思路，從水資源量和水環境質量2個方面分析遼河保護區劃定后(2013—2016年)水資源供給服務及價值變化，評估其水資源供給服務及價值的時空變化特征。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區域

遼河保護區位于我國東北地區的西南部(121°41′E～123°55.5′E，40°47′N～43°02′N)，是由遼寧省委、省政府于2010年3月批準，依遼河干流劃定的狹長區域。始于東西遼河交匯處(福德店)，穿越鐵嶺、沈陽、鞍山、盤錦4市，終于盤錦入海口，占地面積為1 869.2 km2。遼河保護區地處中高緯度，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年內溫差大，四季分明。降水量自西北向東南遞增，且降水量年際變化較大；蒸發量的地域變化與降水量相反，自東南向西北遞增；遼河干流各水文站點徑流量年際變化較大，其中下游六間房多年平均徑流量為28.05億m3a(1987—2018年)，年徑流量極值比高達24。

1.2 數據及來源

遼河保護區逐月水質和水量數據來源于遼河流域管理局和中國河流泥沙公報。數據的選取遵循以下原則：1)有水質和水量數據的監測斷面，直接選取該監測斷面；2)僅有水文站點的水量數據，但未設置水質監測斷面時，采用距離此站點最近的水質監測斷面的水質數據；3)對于無水量數據的水質監測斷面，舍棄該斷面，不對其進行分析。基于此，選取遼河干流福德店、三合屯、朱爾山、馬虎山、紅廟子5個水質監測斷面和六間房水文站(表1)開展評估分析，遼河保護區水文站點和水質監測斷面分布如圖1所示。

表1 遼河保護區水文站點和水質監測斷面選取情況

圖1 遼河保護區水文站點和水質監測斷面分布Fig.1 Distribution of hydrological stations and water quality monitoring sections in Liaohe Conservation Area

1.3 研究方法

遼河保護區水資源供給服務核算對象為滿足一定水質標準的河流水資源，包括河流水資源量和水環境質量核算兩部分內容。河流水資源量基于遼河干流各監測斷面的水量監測數據確定；水環境質量評估采用監測斷面污染物的實際濃度相對于目標濃度的超標污染當量作為表征指標，其中污染物指標為化學需氧量、生化需氧量、氨氮3項，水質目標濃度的選取依據遼河保護區各斷面的水質考核目標(監督目標)，最終確定以Ⅳ類水質對應的污染物濃度作為目標濃度。各監測斷面污染物超標污染當量計算公式[21]為：

(1)

式中：Di為第i個監測斷面的污染物超標污染當量(簡稱超標污染當量)，無量綱；C0(r)為第r項污染物的目標濃度，mg/L；Ci(r)為第i個監測斷面第r項污染物濃度，mg/L；Wi為流經第i個監測斷面的河流水資源量，m3；Lr為第r項污染物污染當量，kg，數值見表2。D為正，表明各項污染物濃度均低于目標濃度，水環境質量符合Ⅳ類水質的目標要求；D為負，表明至少1項污染物濃度高于目標濃度，未達到Ⅳ類水質的目標要求。

表2 水體污染物污染當量

水資源供給服務價值評估采用市場價值法和環境恢復成本法[22-23]。其中，單位水資源量價格取值依據：《遼寧省人民政府關于調整水資源費征收標準的通知》中地表水取水征收標準，非居民取水費用為0.5元/m3；水環境質量價值采用實際水質相對于目標水質節省的污染當量處理成本核算，即按照現行的治理技術和水平去除水體中的超標污染物所需的費用[24]，本研究取值依據為2017年《遼寧省人民代表大會常務委員會關于批準遼寧省應稅大氣污染物和水污染物環境保護稅適用稅額方案的決議》中，2018—2019年遼寧省應稅水污染物的集體適用稅額為每污染當量1.4元。

2 結果與分析

2.1 年水資源供給服務價值

2013—2016年遼河保護區各監測斷面水資源量平均值分別為43.84億、14.48億、7.89億和18.52億m3，超標污染當量分別為0.71×108、0.18×108、0.08×108和0.29×108(表3)。各監測斷面的水資源量和超標污染當量整體呈先降低后升高的變化趨勢，但各監測斷面之間差別較大。2013—2016年遼河入河口的福德店水資源量和超標污染當量最低，其水資源量分別為14.43億、4.73億、2.87億和6.26億m3，超標污染當量分別為0.19×108、0.05×108、0.02×108、0.08×108；馬虎山斷面的水資源量和超標污染當量最高，其水資源量分別為65.91億、15.31億、10.53億和24.53億m3，超標污染當量分別為1.05×108、0.21×108、0.11×108、0.38×108。

表3 2013—2016年遼河保護區各監測斷面水資源量和超標污染當量

單位水資源量超標污染當量反映了水體水環境質量，2013—2016年各監測斷面的單位水資源量超標污染當量見圖2。

圖2 2013—2016年遼河保護區各監測斷面的單位水資源量超標污染當量Fig.2 Excessive pollution equivalent per unit water quantity of each monitoring section in Liaohe Conservation Area during 2013-2016

由圖2可以看到，三合屯和福德度斷面的單位水資源量超標污染當量較低，即斷面水環境質量優于考核目標要求的程度較低，實際水環境質量較差；朱爾山、紅廟子和六間房斷面單位水資源量超標污染當量較高，實際水環境質量較好。從各監測斷面的單位水資源量超標污染當量的年際變化來看，2013—2015年整體呈降低趨勢，即水環境質量呈逐年變差趨勢；2016年明顯升高，表明2015—2016年遼河保護區水環境質量明顯變好。

2013—2016年各監測斷面水資源供給服務價值平均值分別為22.92億、7.49億、4.05億和9.61億元，單位水資源量供給服務價值平均值分別為0.523、0.517、0.514和0.522元/m3(表4)。從表4和圖3可以看出，2013—2016年馬虎山的水資源供給服務價值最高，水資源量價值和水環境質量價值分別為14.54億和0.614億元。福德店的水資源供給服務價值最低，水資源量價值和水環境質量價值分別為3.54億和0.116億元。六間房單位水資源量供給服務價值最高，2013—2016年平均值為0.520元/m3；三合屯最低，2013—2016年平均值為0.512元/m3。從圖3可以看出，各監測斷面水資源量價值是水資源供給服務價值的重要部分，約是水資源供給服務價值的96.0%。

表4 2013—2016年遼河保護區各監測斷面水資源供給服務價值

圖3 2013—2016年遼河保護區各監測斷面平均水資源量價值和水環境質量價值Fig.3 Annual average values of water quantity and water environmental quality of each monitoring section in Liaohe Conservation Area during 2013-2016

2.2 月水資源供給服務價值

基于2013—2016年逐月水質、水量監測數據，核算了遼河保護區年內各月水資源供給服務價值，以更好地描述水資源供給服務及價值的時空差異，結果如圖4和圖5所示。

由圖4可見，遼河保護區水資源供給服務價值年內波動較大。2013—2016年，各監測斷面各月水資源供給服務價值平均值為0.24億～2.04億元，7月最高，2月最低。由圖5結合圖4可見，單位水資源量供給服務價值與水資源供給服務價值年內分布差異較大。各監測斷面各月單位水資源量供給服務價值為0.510～0.526元/m3，1月最高，6月最低。

圖4 2013—2016年各月平均水資源供給服務價值Fig.4 Monthly averaged water supply service values during 2013-2016

圖5 2013—2016年各月平均單位水資源量供給服務價值Fig.5 Monthly averaged water supply service values per unit water resource quantity during 2013-2016

以遼河保護區入河口福德店斷面和遼河干流下游六間房斷面為例，分析遼河保護區水資源供給服務的月尺度時空變化特征，結果如圖6和圖7所示。由圖6可見，2013—2016年間福德店和六間房各月水資源量變化基本一致，年內水資源量主要集中在6—9月，分別占全年水資源量的55.41%和57.43%。

圖6 2013—2016年福德店和六間房逐月水資源量Fig.6 Monthly variation of water quantity of the Fudedian and Liujianfang sections during 2013-2016

圖7 2013—2016年福德店和六間房逐月超標污染當量Fig.7 Monthly variation of excessive pollution equivalent of the Fudedian and Liujianfang sections during 2013-2016

由圖7可見，福德店和六間房的逐月超標污染當量和水資源量變化過程基本一致。2013—2016年間， 福德店的超標污染當量僅在2015年7月和2016年6月為負值，其他月份均為正值，表明除這2個月外，該監測斷面的污染物濃度均達Ⅳ類水質目標考核要求；2013—2016年間，六間房的超標污染當量在2014年9月及2016年的5月和6月為負值，其他月份均為正值，表明除此3個月外，該監測斷面的污染物濃度均達到目標考核要求。

福德店和六間房各月水資源供給服務價值變化如圖8和圖9所示。由圖8可見，二者各月平均水資源供給服務價值變化整體一致，但略有不同。福德店7月水資源供給服務價值最高，平均為0.87億元，2月最低，平均為0.10億元；六間房8月水資源供給服務價值最高，平均為3.10億元，同樣是2月最低，平均為0.33億元。

圖8 2013—2016年福德店和六間房各月平均水資源供給服務價值Fig.8 Monthly averaged water supply service values of the Fudedian and Liujianfang sections during 2013-2016

由圖9可見，福德店和六間房各月平均單位水資源量供給服務價值差別較大。除9月外，六間房在其他月份的平均單位水資源量供給服務價值均高于福德店，水環境質量優于福德店。福德店在年內的單位水資源量供給服務價值變化波動較為明顯，整體在0.502～0.528元/m3，其中6月最低，剛達到斷面水質考核目標要求。六間房年內的單位水資源量供給服務價值變化較小，整體在0.512～0.529元/m3，5月最低，1月最高。

圖9 2013—2016年福德店和六間房各月平均單位水資源量供給服務價值Fig.9 Monthly averaged water supply service values per unit water resource quantity of the Fudedian and Liujianfang sections during 2013-2016

2.3 討論

基于實際監測數據評估了遼河保護區2013—2016年水資源供給服務及價值的時空動態變化。綜合考慮水資源量和水環境質量2項指標，能夠較好地反映遼河保護區水資源量和水環境質量變化對水資源供給服務的影響；以各監測斷面的水質考核目標作為水環境質量評估基準，充分考慮了遼河保護區水環境質量的管理要求。評估結果表明，2013—2016年遼河保護區各監測斷面水資源量、超標污染當量和水資源供給服務價值整體呈先降低后升高的趨勢。其中水資源量是影響水資源供給服務價值的主導因素，水資源量價值平均占水資源供給服務價值的96.0%。但是由于未收集到河道取水和支流入水量數據，未能定量區分氣候變化和人類活動對遼河保護區水資源供給服務的影響。此外，由于未收集到遼河保護區入海口處監測斷面的水量數據，該研究僅對六間房及上游5個監測斷面的水資源供給服務價值進行了評估。在后期的研究中需要基于更詳細、更全面的數據開展評估，從而更好地為遼河保護區管理決策提供技術支持。

3 結論

(1)2013—2016年遼河保護區各監測斷面水資源量平均值分別為43.84億、14.48億、7.89億和18.52億m3，超標污染當量分別為0.71×108、0.18×108、0.08×108和0.29×108。水資源供給服務價值平均值分別為22.92億、7.49億、4.05億和9.61億元。年際尺度上，均呈現先降低后增加的趨勢，水資源量變化是影響其他要素變化的主要原因。

(2)2013—2016年遼河保護區各監測斷面的各年超標污染當量均為正值，表明從年平均污染物濃度來看，各監測斷面水環境質量均達到Ⅳ類水質的目標考核要求。整體而言，三合屯和福德店斷面的單位水資源量超標污染當量較低，實際水環境質量較差；朱爾山、紅廟子和六間房斷面單位水資源量超標污染當量較高，實際水環境質量較好。

(3)2013—2016年遼河保護區水資源供給服務價值年內波動較大，7月水資源供給服務價值最高，為2.04億元；2月最低，為0.24億元。單位水資源量供給服務價值與水資源供給服務價值年內分布差異較大：1月單位水資源量供給服務價值最高，為0.526元/m3；6月最低，為0.510元/m3。

(4)福德店和六間房月水資源供給服務價值評估結果表明，2個監測斷面的逐月水資源量和超標污染當量變化基本一致，水資源供給服務價值變化略有不同。此外，福德店和六間房各月單位水資源量供給服務價值差別較大。除9月外，六間房在其他月份的平均單位水資源量供給服務價值均高于福德店。福德店月單位水資源量供給服務價值變化波動較為明顯，六間房則年內變化較小。