基于水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析的舟山市海綿城市建設(shè)研究

張怡卉楊帆 賀義雄王愷寧

(1.浙江海洋大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院 舟山 316022;2.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院 南京 210024;3.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室(珠海) 珠海 519000)

0 引言

水資源是支撐整個地球生命系統(tǒng)的基礎(chǔ)。水生態(tài)系統(tǒng)作為主要生態(tài)系統(tǒng)類型,不僅為人類提供賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和自然條件,而且具有維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)過程和生態(tài)環(huán)境的功能。隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的加快,水資源過度開發(fā)利用現(xiàn)象日益突出,人類活動對水生態(tài)系統(tǒng)的影響不斷加深。面對水資源短缺和水環(huán)境惡化等問題,協(xié)調(diào)水資源的有效開發(fā)利用和提高水生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能成為解決問題的關(guān)鍵。開展水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價,有助于全面認(rèn)識水資源的價值以及實現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展,對水資源的科學(xué)開發(fā)利用和保護具有重要意義。目前國內(nèi)外對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其影響因素的研究越來越廣泛,研究方法也趨于多樣化,主要基于聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評價(MA)分類體系,運用成本替代法、市場法、旅行費用法、影子價格法、恢復(fù)費用法、條件價值法和環(huán)境選擇模型等方法,對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行評價。

海綿城市是我國立足于水情特征和水資源問題,針對城市雨水利用和水資源管理提出的綜合解決方案,其核心在于從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)出發(fā),結(jié)合多類具體技術(shù),跨尺度構(gòu)建水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。國外通常稱之為“低影響開發(fā)(LID)”,雖然表述不同,但強調(diào)的滲、滯、蓄、凈、用和排等理念與海綿城市相似。作為海島型城市,舟山市已將建設(shè)海綿城市示范區(qū)提上日程,2018年《舟山市新城海綿城市示范區(qū)控制性專項規(guī)劃》獲市政府批復(fù)。提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的核心和關(guān)鍵[1],而水生態(tài)系統(tǒng)又與海綿城市密切相關(guān)[2],因此提升水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值將是舟山市建設(shè)海綿城市的最終目標(biāo)。

本研究利用2000—2017年舟山市的數(shù)據(jù),在計算各年度水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的基礎(chǔ)上,通過Pearson相關(guān)性和灰色關(guān)聯(lián)的綜合分析,研究水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響因素,據(jù)此提出舟山市建設(shè)海綿城市的建議。本研究試圖探究舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的主要影響因素以及舟山市海綿城市建設(shè)的重點關(guān)注領(lǐng)域,突破該領(lǐng)域目前采取的傳統(tǒng)研究視角和研究方法,可豐富海綿城市建設(shè)的研究理論,并為海島地區(qū)的海綿城市建設(shè)提供思路參考。

1 研究區(qū)域

舟山市(舟山群島)位于浙江省東北部,東臨我國東海,西靠杭州灣,北界上海市,踞我國南北沿海航線與長江水道交匯樞紐,是長江流域和長江三角洲對外開放的海上門戶和通道。區(qū)域海島眾多,主要包括舟山島、金塘島、朱家尖島、六橫島、岱山島和大衢島,分屬定海區(qū)、普陀區(qū)、岱山縣和嵊泗縣4個行政區(qū)。區(qū)域地勢由西南向東北傾斜:南部大島較多,海拔高且分布密集;北部以小島為主,海拔低且分布稀疏。區(qū)域?qū)俸Ｑ筇卣髅黠@的亞熱帶季風(fēng)氣候,冬暖夏涼,溫和濕潤,多年平均降水量為1 108.85 mm,多年平均相對濕度為78.5%。

舟山島是舟山群島中面積最大的海島,也是我國第四大島。2018年《舟山市新城海綿城市示范區(qū)控制性專項規(guī)劃》是舟山市首個海綿城市建設(shè)規(guī)劃,根據(jù)該規(guī)劃,舟山島內(nèi)的舟山新城將打造3.19 km2的海綿城市示范區(qū)。

2 研究方法

2.1 評價指標(biāo)體系

目前很多學(xué)者已對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行系統(tǒng)分類,其中被引用較多和較權(quán)威的是MA 分類體系,其將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給、調(diào)節(jié)、文化和支持4個大類,每個大類中又包含不同的小類[3]。目前MA分類體系獲得較高程度的認(rèn)可,后續(xù)絕大部分研究均以其為基本依據(jù)劃分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),而僅對相關(guān)定義和具體分類有所調(diào)整。例如:在由聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)主持的生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性經(jīng)濟學(xué)(TEEB)研究中,有學(xué)者認(rèn)為支持服務(wù)應(yīng)屬于生態(tài)過程,因此使用生境服務(wù)(有些文獻翻譯成“棲息地服務(wù)”)替代,從而形成新的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類體系。

本研究借鑒Costanza等[4]和MA 的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類方法,構(gòu)建舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價指標(biāo)體系,將舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)劃分為社會經(jīng)濟服務(wù)和自然生態(tài)服務(wù)2個大類。考慮到舟山市水生態(tài)系統(tǒng)的實際特點以及數(shù)據(jù)的可量化性、可獲取性和客觀性,進一步將其細(xì)化為7 項指標(biāo)(表1)。

表1 舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價指標(biāo)體系

2.2 評價方法

2.2.1 社會經(jīng)濟服務(wù)

(1)淡水產(chǎn)品供給。采用市場法[5]計算,計算公式為:

式中:V1為淡水產(chǎn)品供給價值(產(chǎn)值);qf為淡水產(chǎn)品的產(chǎn)量,數(shù)據(jù)來源于《舟山統(tǒng)計年鑒》;pf為淡水產(chǎn)品的平均單價,取15.36元/kg。

(2)水資源供給。采用市場法[6]計算,計算公式為:

式中:V2為水資源供給價值;wi為農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)環(huán)境用水的用水量,數(shù)據(jù)來源于《浙江自然資源與環(huán)境統(tǒng)計年鑒》;pi為各類型用水的單價,其中農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)環(huán)境用水取0.50元/m3,工 業(yè) 用 水 取3.68 元/m3,生 活 用 水取1.90元/m3。

(3)文化服務(wù)。采用市場法,以旅游總收入表征旅游服務(wù)價值[7],并采用分?jǐn)偡ㄓ嬎闼鷳B(tài)系統(tǒng)貢獻的價值,計算公式為:

式中:V3為文化服務(wù)價值;r為旅游總收入中水景觀收入的占比,取12.3%;Vt為旅游總收入,數(shù)據(jù)來源于《舟山統(tǒng)計年鑒》。

2.2.2 自然生態(tài)服務(wù)

(1)地表水調(diào)蓄。采用替代工程法[8]計算,計算公式為:

式中:V4為地表水調(diào)蓄價值;qs為地表水資源量,數(shù)據(jù)來源于《浙江省水資源公報》;ps為水庫的單位庫容造價,取6.11元/m3。

(2)地下水補給。采用市場法[9]計算,計算公式為:

式中:V5為地下水補給價值;qn為地下水資源量,數(shù)據(jù)來源于《浙江省水資源公報》;pn為生活用水單價,取1.90元/m3。

(3)水質(zhì)凈化。采用替代工程法[10]計算,計算公式為:

式中:V6為水質(zhì)凈化價值;qCOD和qNH3-N分別為水生態(tài)系統(tǒng)中的COD 和NH3-N 排放量,數(shù)據(jù)來源于《浙江自然資源與環(huán)境統(tǒng)計年鑒》;pCOD和pNH3-N分別為參考污水處理工程的COD 和NH3-N 處理成本,分別取15 161元/t和24 497元/t。

(4)氣候調(diào)節(jié)。采用市場法[11]計算,計算公式為:

式中:V7為氣候調(diào)節(jié)價值;qh為年蒸發(fā)損失量;ph為舟山市標(biāo)準(zhǔn)電價,取0.515 元/(k W·h);α為空調(diào)能效比,取3;γ為1 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的汽化熱量,取2.26×106 J/kg;β為將1 m3的水轉(zhuǎn)化為蒸汽的耗電量,取125 k W·h;ET 為年蒸發(fā)量,數(shù)據(jù)來源于《舟山統(tǒng)計年鑒》;S為濕地面積,數(shù)據(jù)來源于《浙江自然資源與環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。

2.3 影響因素

參考已有研究成果[11]和數(shù)據(jù)可獲得性,選取城鎮(zhèn)化率、廢水排放量、供水量、地面硬化率(1-城市綠化率)、年均溫度、年降水量、產(chǎn)水系數(shù)(水資源總量/年降水量,反映地表徑流量)以及水利、環(huán)境和公共設(shè)施投資額8個因素,體現(xiàn)《海綿城市建設(shè)評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51345-2018)等規(guī)范以及相關(guān)研究和實踐反映的海綿城市建設(shè)所應(yīng)涉及的領(lǐng)域,并據(jù)此分析舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響因素。數(shù)據(jù)來源于《舟山市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》《舟山統(tǒng)計年鑒》和《浙江自然資源與環(huán)境統(tǒng)計年鑒》;對個別年份缺失的水利、環(huán)境和公共設(shè)施投資額數(shù)據(jù),以舟山市GDP/浙江省GDP折算獲得[12]。

目前分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響因素所采用的方法主要包括敏感性指數(shù)法[13-14]、Pearson相關(guān)性分析法[15-16]和灰色關(guān)聯(lián)分析法[17]。受數(shù)據(jù)條件的限制,舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的數(shù)據(jù)具有小樣本性和不確定性的特征,因此采用灰色關(guān)聯(lián)分析法可更精準(zhǔn)地描述。但該方法只能比較關(guān)聯(lián)度的強弱,而無法體現(xiàn)各影響因素的作用方向。因此,本研究先采用Pearson相關(guān)性分析法確定各影響因素的作用方向,再采用灰色關(guān)聯(lián)分析法確定各影響因素的作用程度。

3 結(jié)果與分析

3.1 水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

以2000—2017年為時間序列,對舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行趨勢分析(圖1)。

圖1 2000—2017年舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

2000—2017年舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的平均值為102.81億元,呈現(xiàn)波動增長趨勢,年均增長率達5.65%。其中,社會經(jīng)濟服務(wù)價值逐年遞增,由6.82 億元增至104.64 億元,年均增長率達17.42%。由此可見,舟山市水生態(tài)系統(tǒng)對社會經(jīng)濟發(fā)展的支撐作用不斷增強。

2000—2017年舟山市各類水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其占比如表2所示。

表2 2000—2017年舟山市各類水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其占比

舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值以地表水調(diào)蓄價值和文化服務(wù)價值為主,二者的歷年平均值分別為45.39億元和28.86 億元,占比分別為44.15%與28.07%。其中,文化服務(wù)價值的增長趨勢最顯著且增幅最大,主要得益于城市旅游經(jīng)濟的快速發(fā)展;地表水調(diào)蓄價值呈波動增長趨勢,主要原因是地表水資源量的年際變化。淡水產(chǎn)品供給價值、水資源供給價值、地下水補給價值和水質(zhì)凈化價值占比較小,其中水資源供給價值呈先減少后增長的趨勢,這與舟山市各類型用水的年際變化密切相關(guān);其他3類水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈輕微波動增長趨勢,但由于海島的地理條件限制等原因增量不高。氣候調(diào)節(jié)價值占比僅次于地表水調(diào)蓄價值和文化服務(wù)價值,平均值占比為17.88%,且呈先增長后減少的趨勢,結(jié)合計算方法,主要與年蒸發(fā)量的變化有關(guān)(圖2)。

圖2 2000—2017年舟山市年蒸發(fā)量

3.2 水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響因素

對各影響因素與水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值之間的關(guān)系進行分析檢驗,是研究二者關(guān)系的重要步驟。以Pearson相關(guān)系數(shù)為指標(biāo),采用雙尾t檢驗進行相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗,得到水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與8個影響因素的相關(guān)關(guān)系(表3)。

表3 舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與影響因素的Pearson相關(guān)性

由表3可以看出,舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與城鎮(zhèn)化率、廢水排放量、供水量、年降水量、產(chǎn)水系數(shù)以及水利、環(huán)境和公共設(shè)施投資額呈顯著正相關(guān),與地面硬化率呈顯著負(fù)相關(guān),與年均溫度的相關(guān)關(guān)系不強。

舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與8個影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果如表4所示。

表4 舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度

由表4可以看出,除年均溫度外,其他7個影響因素與舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的關(guān)聯(lián)度均為強或極強,這與Pearson相關(guān)分析的結(jié)果一致。

城鎮(zhèn)化率提高會促進區(qū)域景觀開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生活方式改變,從而刺激城市旅游業(yè)的發(fā)展和用水量的增加,最終對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值產(chǎn)生顯著的正向影響;供水量和年降水量增加使水資源供給量增加(與大陸相比,海島降水對于水資源供給更加重要),因此二者對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值產(chǎn)生顯著的正向影響;地表徑流量增加使水資源供給量增加,因此產(chǎn)水系數(shù)對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值產(chǎn)生顯著的正向影響;水利、環(huán)境和公共設(shè)施投資額增加會改善水生態(tài)環(huán)境,有利于保障并增強水資源供給、地下水補給和地表水調(diào)蓄等功能;地面硬化率越高,表明地表至地下水資源交換關(guān)系的改變程度越大,水的自然滲透效果越不理想,使海島本就不利的蓄水條件更加惡劣,同時不利于控制雨洪徑流,最終影響水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的持續(xù)提供,因此地面硬化率對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值產(chǎn)生顯著的負(fù)向影響;對于年均溫度,可能由于舟山市的地理條件導(dǎo)致年均溫度不高(研究期內(nèi)保持在約17℃),對蒸發(fā)量等的影響不大,因此對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響不顯著。

值得一提的是,根據(jù)水質(zhì)凈化價值的計算方法,廢水排放量的顯著正向結(jié)果實際上包含其對水生態(tài)系統(tǒng)的不利影響,因此舟山市仍須繼續(xù)改善水生態(tài)環(huán)境。

4 對舟山市海綿城市建設(shè)的建議

4.1 進一步發(fā)揮水生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)的作用

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,公眾的旅游活動日益增多,舟山市擁有的海島風(fēng)光和普陀山佛教文化等自然和社會旅游資源吸引大量游客。因此,應(yīng)充分利用區(qū)域資源特點,加快建設(shè)生態(tài)健康、環(huán)境優(yōu)美和特色鮮明的旅游目的地;采用多種途徑加大宣傳力度,進一步提升旅游吸引力,從而增加水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

由于新冠肺炎疫情對旅游業(yè)的影響顯著,且該影響可能在今后一段時期內(nèi)持續(xù)存在,應(yīng)針對旅游業(yè)就業(yè)不足和產(chǎn)出缺口等問題,在《舟山市人民政府關(guān)于應(yīng)對疫情支持小微企業(yè)渡過難關(guān)的意見》等政策的基礎(chǔ)上,對受創(chuàng)嚴(yán)重的旅游業(yè)企業(yè)和從業(yè)人員進一步加大扶持和援助力度,同時設(shè)立系統(tǒng)性的沖擊應(yīng)急項目,建立相關(guān)企業(yè)和從業(yè)人員的長期恢復(fù)機制,保障舟山市旅游業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

4.2 加強對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)新類型的認(rèn)知和開發(fā)

作為海島城市,舟山市水生態(tài)環(huán)境受外部條件的制約較大。因此,應(yīng)完善相關(guān)政策,進一步加大投入,通過組建產(chǎn)、學(xué)、研、用聯(lián)盟等方式,突破水生態(tài)環(huán)境開發(fā)利用的相關(guān)技術(shù),依靠技術(shù)進步等非自然要素擴展對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)新類型的認(rèn)知和開發(fā),促進舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的進一步增長。

4.3 精準(zhǔn)做好海綿城市建設(shè)工作,改善區(qū)域水生態(tài)環(huán)境整體狀況

城鎮(zhèn)化率、廢水排放量、供水量、地面硬化率、年降水量、產(chǎn)水系數(shù)以及水利、環(huán)境和公共設(shè)施投資額是影響舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的主要因素。因此,舟山市海綿城市建設(shè)應(yīng)著重從這些領(lǐng)域入手,并加強水生態(tài)環(huán)境整體狀況的改善。①做好環(huán)境保護工作,維護脆弱的海島生態(tài)系統(tǒng)。②進一步加大海島農(nóng)(漁)村的發(fā)展力度,提升城市化整體建設(shè)水平。③注重水利設(shè)施和工程建設(shè),如《舟山市海島保護規(guī)劃(2017—2022 年)》等部署的引調(diào)水工程、水庫工程、海水淡化工程、河網(wǎng)翻水入庫和庫庫聯(lián)網(wǎng)工程,進一步增加水資源總量和供水量;考慮海島水資源緊缺的特點,尤其提高雨水調(diào)蓄功能,加強對雨水資源的有效開發(fā)利用;協(xié)調(diào)各島之間的差異,提升區(qū)域總量水平。④注重透水設(shè)施建設(shè)和原有設(shè)施的更新改造,降低地面硬化率;針對區(qū)域降水特點做好降水控制工作,實現(xiàn)降水量的最優(yōu)化。⑤進一步加強公共設(shè)施建設(shè),如改造和完善老城區(qū)和非城鎮(zhèn)地區(qū)的排水管網(wǎng)系統(tǒng),針對廢水排放制定并實施管理制度和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,減少廢水排放量,提高水質(zhì)。

5 結(jié)語

本研究計算2000—2017年舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,并運用Pearson相關(guān)性分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法分析舟山市水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響因素。本研究仍存在一定的局限性,須在未來研究中加以解決,主要表現(xiàn)在3個方面。①計算水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的模型較為簡單,考慮的因素較少(如基本沒有考慮非使用價值),此外同一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在不同的社會和經(jīng)濟環(huán)境中會表現(xiàn)不同的價值,因此最終計算結(jié)果不能反映水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)全部和真實的價值水平;②受限于數(shù)據(jù)的可獲得性,對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響因素的分析選取的指標(biāo)數(shù)量有限,沒有考慮海綿城市建設(shè)涉及的全部領(lǐng)域;③各影響因素對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的具體影響機制和過程仍須細(xì)化,從而從細(xì)分種類和細(xì)分區(qū)域方面進一步辨識不同影響因素對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的深入影響,為海綿城市建設(shè)提供更加科學(xué)的理論依據(jù)。