跨流域調水生態補償研究進展與關鍵技術

許鳳冉，阮本清，張春玲，穆祥鵬，高慧忠

(1.中國水利水電科學研究院流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，北京 100038；2.張家口市水務局，河北 張家口 075000)

我國水資源短缺且時空分布不均，與經濟社會發展布局不匹配，建設調水工程是破解這一難題的重要途徑。1949年以來，我國修建了數十項大型跨流域調水工程，已建成并發揮作用的有引灤入津、引黃濟青、引黃入晉、東深供水、引大入秦、南水北調東中線一期工程等，正在建設或開展前期工作有引大濟湟、滇中引水等[1]。調水工程的實施優化了水資源配置格局，改善和調整了水供求關系，提高了受水區供水保障能力，發揮了顯著的經濟社會和生態環境效益。同時，調水工程對水源流域經濟社會發展和生態環境也會產生一些不利影響。水源區面臨著相對較高的保護要求，區域經濟發展受到一定程度的限制，水源流域生態流量和環境容量減少，對灌溉、航運、生態等用水產生影響。流域水循環系統的整體性和連續性、水資源開發利用的動態性及區域分割，導致了水資源開發利用與保護出現了外部效應，實施水生態補償是解決這些問題的有效手段。

近些年國家高度重視生態文明建設，推進建立水生態補償機制。2005年十六屆五中全會首次提出加快推進建立生態保護補償機制。2011年以來建設步伐明顯加快，先后出臺《關于健全生態保護補償機制的意見》《關于加快建立流域上下游橫向生態保護補償機制的指導意見》等重要文件，對水生態保護補償做出明確要求，明確了受益者付費、生態保護者得到合理補償的權責機制，制定補償標準應考慮水源保護成本、發展機會損失及水資源生態服務價值，補償水平要逐步與經濟社會發展狀況相適應。明確在江河源頭區、重要河流敏感河段和水生態修復治理區、水土流失重點預防區和重點治理區，及具有重要飲用水源或重要生態功能的湖泊等七大類型水域開展水流生態保護補償。對于調水工程生態補償，國家在南水北調中線水源區探索建立多元化生態補償機制，包括國家重點生態功能區轉移支付、資源生態效益補償與水土保持補償費制度、對口協作機制等；并對引灤入津、東深供水等工程積極探索建立橫向補償機制。在流域水量調入調出關系日趨復雜的背景下，亟須考慮跨流域調水工程特點，深化適用于我國調水工程發展布局的生態補償基礎理論、方法與政策研究。

本文在廣泛收集調水工程生態補償文獻資料的基礎上，結合我國調水生態補償的發展趨勢和需求，對跨流域調水生態補償研究進展進行了梳理總結，分析提出了跨流域調水生態補償需要深入研究的關鍵技術，可為我國建立完善跨流域調水生態補償的研究與實踐提供參考。

1 跨流域調水生態補償研究進展

1.1 概念和理論基礎

國際上的生態補償是基于自然資源價值提出的[2-3]，認為生態補償是對生態環境保護恢復所投入資金與技術的彌補，也體現了生態環境服務價值。與此相近的概念是“生態或環境服務付費”(payments for ecological/environmental services， PES)[4]。學者們從不同學科角度提出流域生態補償的概念，涵蓋了補償目的、補償原則、補償關系及資金、政策等補償形式，對跨流域調水生態補償的內涵界定較少。Zbinden等[5-6]將流域水生態補償界定為流域水生態服務的交易，Pagiola等[7-9]傾向于認為流域水生態補償指對水資源生態功能保護或恢復的補償。錢水苗等[10]從社會學的角度提出流域生態補償是以實現社會公正為目的，在流域內上下游各地區間實施的以直接支付生態補償金為內容的行為。周大杰等[11]提出流域生態補償機制就是中央和下游發達地區對由于保護環境敏感區而失去發展機會的上游地區以優惠政策、資金、實物等形式的補償制度。李原園等[12]認為水流生態保護補償是一種對流域生態系統中行為主體及相關影響對象的利益調節方式或手段。對調水生態補償，谷海霞[13]指出調水生態補償是對調水帶來資源環境損害的補償、恢復和治理，還包括對喪失發展機會居民的政策優惠。

跨流域調水生態補償與流域內生態補償既有共性又有不同。二者具有類似的經濟學理論基礎，包括資源的公共物品屬性、資源的有償使用理論、外部成本內部化理論、效率與公平理論等[14-15]。跨流域調水生態補償與流域生態補償存在不同特點：①調水一般涉及較大型的水利工程措施及其對不同流域生態系統的影響；②不僅涉及上下游關系，而是整個水源流域上下游與受水區的關系；③補償標準不僅要考慮取水點上游水源區保護成本和機會損失，還需考慮水源流域下游流量和環境容量減少帶來取水、航運等損失及增加的治理成本；④流域內補償主要是針對上游水源地保護的非消耗性水權；跨流域調水不局限于非消耗性水權，還涉及對調出區下游河道內環境用水、航運等非消耗性水權的補償[16-17]。因而，資源價值、外部性等經濟學基本理論和方法及受益者補償的原則，可用于調水生態補償研究，但需要結合調水生態補償的特點，研究利益相關方補償關系和補償標準的測算方法。

1.2 跨流域調水生態環境影響評估

跨流域調水會對水源流域下游水資源開發利用、水質保護、生態質量及航運等產生影響，同時對受水區發揮補水、凈化水質、地下水壓采、航運、旅游等綜合效益。

在對水源流域的影響方面，相關研究發現，南水北調中線一期工程實施后丹江口至興隆河段來水量減少約18%～25%[18]，在引漢濟渭、鄂北地區水資源配置工程實施后會產生疊加影響，漢江干流梯級水電樞紐發電量減少[19]，中下游部分斷面流量降幅加大，加劇河道內用水的供需矛盾[20]，灌溉等取水成本增加，環境容量下降[21]，總磷、氨氮污染問題將會更為突出，部分斷面氨氮濃度可增加43%[22]，水華風險也會升高[23]。丹江口-興隆江段未來喜靜水魚類和產黏沉性卵魚類的比例將增加，魚類資源量有所減少，航運保證率降低，航運成本增加[18]。南水北調西線工程可使壩下河道流量減少，不利于河道內浮游和底棲生物生長繁殖[24]。

在對受水區的影響和效益方面，南水北調東中線一期工程自通水以來，在城市生態補水、地下水壓采、水環境改善等方面發揮了巨大生態效益[25]。截至2019 年已累計向受水區供水超過 320億m3，南四湖、東平湖湖區蓄水穩定，城市河湖、濕地及白洋淀水面面積明顯擴大，京津地區河湖水質明顯改善。中線各受水省市已累計壓采地下水 16.24億m3，逐步用引江水替換了超采地下水，為受水區地下水壓采提供了有力支撐，一定程度上遏制了地下水超采局面。引江濟太調水工程自2002年實施以來，不僅發揮了防洪除澇的巨大作用，在保障流域河道水位、水環境功能達標、水資源需求滿足率，降低人體健康風險，促進水資源綜合利用，提高人居環境舒適度，供給水產養殖、工業及農業用水等方面效益明顯[26-27]。

1.3 補償標準測算方法

補償標準的測算是建立生態補償機制的關鍵技術和難點所在。對于流域內生態補償標準，國外通常采用機會成本法、條件價值法、旅行費用法等方法進行估算[28-35]。我國常用測算方法包括保護成本法、機會損失法、水資源或水生態服務價值法、水量水質參數法、支付意愿法、生態足跡法、能值分析法、博弈論方法等[36-41]。其中，服務價值尚未有公認的評價指標和方法，不同評估方法結果差異較大，且難以從中分離出水源保護的邊際效益，難以直接用于補償實踐；以水源保護成本和發展機會損失為依據的測算方法得到較為廣泛的認可和應用[41]。我國很多學者認為保護成本和機會損失測算是補償標準的基礎，可用于估算補償標準的理論下限，而基于效益或價值的測算結果宜作為補償標準的上限，以核算為基礎，通過區域間協商達成標準，為經濟補償和政策支持等多元化補償提供依據。為實現外部效應的內部化，采用多種費用分攤方法來計算補償標準[42]，如根據流域內外受益方用水量比例分攤[43]、按用水效益比例分攤[44-45]、按受益方支付意愿分攤[46]、利用層次分析等綜合分析法[47]確定分攤比例等。

學者們將流域生態補償標準測算方法應用于調水生態補償標準測算，并做了適當改進。例如：鄭雄偉等[48]提出跨流域調水工程可采用替代成本法、支付意愿法、效益分攤系數法計算水資源價值；也有學者們應用保護成本與機會損失、支付意愿[49-52]、排污權價值損失[53]、生態足跡[54]、博弈論[55]等方法，計算了調水工程水源區部分地市的補償標準；白景鋒等[56-60]考慮用水量、水資源價值、支付意愿和生態系統服務價值等因素，探討了受水區所需分擔補償量計算方法。表1為跨流域調水生態補償標準測算方法匯總。

表1 跨流域調水生態補償標準測算方法匯總

1.4 補償實施機制

國內外流域生態補償機制一般涉及政府、市場、法律等手段，在明確補償關系和主客體的基礎上，采用兼具科學性與可操作性的補償標準，實施資金措施及多元化的政策支持，建立上下游跨區域補償機制。在調水補償方面，國外許多學者認為市場補償機制會成為跨流域調水補償的普遍機制[61]，并倡導建立補償專項基金[62]。美國加利福尼亞州調水工程實施市場補償機制，采取“水銀行”的模式協調了調水區與受水區之間的用水沖突與生態利益平衡[17]。李浩等[16]提出了跨流域調水生態補償機制框架，包括以水權為基礎明確補償主客體，以政府為主導市場為補充，縱向與橫向轉移支付相結合等。韓宇平等[63]探討了調水工程的多元化支持政策。張杰平[64]設計了南水北調中線補償的“政府、市場、第三部門”制度模式和協調監督機制。其他學者還提出了設立調水補償專用基金等資金籌集方式[65]，探討了補償資金分配的優化路徑[66]。

1.5 研究進展和需求

基于上述研究進展，學者們對調水生態補償的特殊性已有比較深入的認識，對水源區部分地市的補償標準進行了研究，但在研究范圍、補償關系和網絡化調水的發展趨勢下還有更多研究需求。在研究范圍上，需要以水源流域為整體進行系統研究。調水生態補償與流域內生態補償的一個重大區別，就是受影響范圍不僅限于水源地，還包括對取水點下游影響河段的補償。當前大多數調水生態補償標準研究的補償對象范圍是水源區的部分地區，且缺乏對下游損失的補償量測算。

我國部分地區水資源供需矛盾突出，調水工程呈現逐漸增多及加快的趨勢，跨流域調水呈現網絡化發展趨勢。例如，我國中部的漢江流域已建成南水北調中線一期、引江濟漢等工程，在建引漢濟渭工程、鄂北水資源配置工程，并對南水北調中線二期、引嘉入漢等工程進行前期論證；東北地區建設遼西北供水、吉林中部城市群供水等系列調水工程，形成“北水南調、東水西引、邊水濟腹”的調水格局；東南地區實施浙東浙北引水、閩江北水南調及西江引水等工程，形成區域內相互調劑的網絡化連通格局[1]。這種格局下存在多個調入調出工程，水源區和受水區關系更為復雜，不同于單項調水工程，會出現不同工程的水源區相互包含、對下游產生疊加影響等情況，為補償主體與對象對應關系的確定帶來困難,不能直接沿用流域內部或單項調水工程的生態補償研究思路，需要研究網絡化調水生態補償的基本原理和標準測算方法。

2 跨流域調水生態補償關鍵技術

我國對南水北調等調水工程的水源區補償開展了實踐，還需考慮水源流域整體及網絡化調水格局的發展趨勢，發展和完善調水補償機制。但由于調水對調出流域和受水區影響的復雜性，迫切需要結合我國跨流域調水工程特點深化關鍵技術研究，為補償機制的有效建立提供支撐。

a.調水工程對水源流域和受水區影響的定量評價技術。我國很多調水工程已建成運行多年，需要科學評價調水給水源流域和受水區帶來的影響，這是跨流域調水生態補償關系分析、補償標準確定和補償機制建立的必要基礎。調水會對水源流域下游水資源開發利用、水體污染、水能開發、生態質量及航運等產生影響。同時，跨流域調水給受水區帶來持續的經濟社會和生態效益，供水保證率明顯提高，供水水質優化，地下水超采得到緩解，河湖水體得到恢復和補充。需要建立調水工程取水斷面下游河段水動力與水質模型，及受水區的水資源配置和評價模型，定量分析自然條件變化和人類開發利用活動對水源流域、受水區水資源與生態環境的影響，為跨流域調水生態補償研究提供支撐。

b.水源流域損失測算方法。以水源流域為整體，研究調水對水源流域上游源區和下游受影響地區帶來的成本與損失，是確定補償對象區域補償量的關鍵問題。調水生態補償與流域內生態補償的一個重大區別，就是受影響范圍不僅限于水源地，還包括對取水點下游河段的補償。當前大多數調水生態補償標準測算的補償對象范圍是水源區的部分地市，沒有涵蓋全部水源區，且缺乏對下游損失的補償量測算。源區水源涵養、水土保持、生態保護等成本一般具有明確的投資，便于進行成本核算并得到各方認可。上游源區因較高的水質保護要求而使經濟社會發展受到一定程度的限制。這種因限制發展造成的經濟損失一般采用與鄰近地區對比法或調查統計法進行計算[67]，尚缺乏公認的計算方法。對于下游受影響河段，需要計算河道內取水成本增加、發電效益損失、環境容量下降、航運費用增加等經濟損失。

c.受水區效益測算方法。調水工程給受水區帶來的經濟社會和生態效益測算是當前研究的熱點和難點，可為分析確定補償量上限及補償量的分擔提供依據。目前水資源服務價值的量化較為困難，很難從水經濟服務價值中分離出作為生產要素的水資源產生的邊際價值；現有的國民經濟核算體系沒有使水生態系統服務的價值得到反映，將其視為外部性而排斥在經濟系統以外。這些外部性給受水區利益相關者帶來了效益，或降低了其生產成本、或增加了其效用與福利，出現“免費搭車”現象。水資源服務價值的評價方法并未直接服務于建立生態補償機制，計算得到的服務價值過高，難以作為生態補償標準。目前學者們多認為生態系統服務價值可以用于分析生態補償標準的理論上限，而不是作為現實的生態補償標準。受水區各地區分享效益的測算可用于測算各區域分擔水源流域的補償量。按照共建共享的理念，調水工程受水區各地按照所分享國民經濟效益和生態效益所占比例，得到各受水區域分擔的補償量。

d.補償關系界定和標準測算技術。系統考慮水源流域上游保護成本和下游損失及受水區效益，構建調水生態補償關系和標準測算模型，是調水生態補償研究的核心技術問題。流域內生態補償主要解決上下游補償關系和標準，跨流域調水生態補償需要同時考慮流域內上下游關系和流域間調入調出關系。生態補償標準的確定關系到補償的效果。如前所述水資源服務價值難以直接作為補償標準，目前的研究和實踐多是以成本和損失為基礎進行計算的。需要在分析水源流域上下游和受水區各區域補償關系的基礎上，建立補償標準測算模型，計算水源流域各區域所應得到的補償量和受水區各地區所承擔的補償量，實現外部成本內部化，補償水源流域的保護成本和發展機會損失，從而獲得足夠的動力參與生態保護和建設，計算思路見圖1。基于調水工程水源區保護成本、機會損失和下游地區損失等不同類型補償標準，為利用資金、項目、經濟合作、優化調度等差別化補償方式提供依據。

圖1 跨流域調水生態補償標準測算思路

e.網絡化調水格局下的補償測算原理和技術。在網絡化調水格局的發展趨勢下，結合其特點和需求研發適用的補償標準測算原理和技術，可為建立調水補償機制提供科學依據。這種情況下補償主體與對象關系更為復雜，會出現不同工程的水源區相互包含、對下游產生疊加影響等情況，為補償主體與對象關系的確定帶來困難，不能簡單按照水源流域保護成本和損失的總量來計算補償標準。現有的流域生態補償或單項調水工程生態補償研究方法具有一定的局限性，難以支撐補償標準的科學測算和機制的有效建立，需要研究網絡化調水生態補償的原理和標準測算方法。應深入研究網絡化調水格局下水量平衡、水資源價值運移傳遞的特點和規律，研發適用的標準測算方法。

3 結 語

目前我國跨流域調水生態補償正處于探索階段，對水源區補償標準及補償機制取得了很多研究成果，但由于調水對水源流域和受水區影響的復雜性，而且調水工程布局向網絡化發展，亟須對跨流域生態補償的相關原理、影響評價和補償標準測算方法進行深入研究。綜合運用水文水資源、資源與環境經濟學、水環境、水生態、社會學等多學科交叉研究方法，結合我國的現實需求，面向調水工程對水源流域和受水區的影響、損失和效益測算方法、補償關系和標準測算、網絡化調水格局下的測算技術等關鍵技術問題，突破理論與技術瓶頸，明晰利益相關地區的補償關系，科學制定補償標準，為發展完善跨流域調水生態補償機制提供科學基礎和技術支撐。