遼河保護區(qū)水資源供給服務(wù)及價值評估

孫倩瑩，高艷妮，楊春艷，王世曦*

1.國家環(huán)境保護區(qū)域生態(tài)過程與功能評估重點實驗室，中國環(huán)境科學(xué)研究院 2.環(huán)境基準與風(fēng)險評估國家重點實驗室，中國環(huán)境科學(xué)研究院

遼河流域是我國重工業(yè)企業(yè)集中區(qū)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(yǎng)物質(zhì)相對較多，同時由于干流河道兩側(cè)有大量農(nóng)作物種植，且人工化現(xiàn)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(dǎo)致遼河干流水污染嚴重[1-3]。2010年5月，為恢復(fù)和保護遼河主要生態(tài)功能，同時兼顧區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，遼寧省政府劃定了遼河保護區(qū)，旨在通過對保護區(qū)的長期保護與建設(shè)，達到河流水體自然生態(tài)功能恢復(fù)，水體凈化能力提高，全年水質(zhì)不低于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅳ類的目標[4]。遼河保護區(qū)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(tài)蓄水和支流河口水環(huán)境綜合整治等工程措施，遼河干流水環(huán)境得到有效改善，基本消除了劣Ⅴ類水質(zhì)[5-6]。近年來，不少學(xué)者從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、植被覆蓋度、河岸緩沖帶等方面分析了遼河保護區(qū)的管理成效和相關(guān)保護與恢復(fù)措施的作用[3,7-9]。

水資源供給服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要內(nèi)容，國內(nèi)外學(xué)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究領(lǐng)域，有關(guān)水資源供給服務(wù)及價值的研究大多只考慮了水資源量，未考慮水環(huán)境質(zhì)量。如采用SWAT模型、Invest模型等方法核算區(qū)域產(chǎn)水量作為水資源供給服務(wù)表征指標，并基于監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證核算結(jié)果的合理性，然后基于水資源費核算水資源供給服務(wù)價值[10-15]。在水資源價值核算研究領(lǐng)域，不少學(xué)者將水質(zhì)核算納入其中[16-18]，如許振成等[19]提出“環(huán)境質(zhì)量資本”和“以質(zhì)定價，以量計質(zhì)”“優(yōu)質(zhì)水優(yōu)質(zhì)價”原則；王俊能等[20]在水環(huán)境質(zhì)量資源的價格分析中，引入“級差地租”理論，建立了水環(huán)境質(zhì)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(huán)境質(zhì)量2個方面分析遼河保護區(qū)劃定后(2013—2016年)水資源供給服務(wù)及價值變化，評估其水資源供給服務(wù)及價值的時空變化特征。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

遼河保護區(qū)位于我國東北地區(qū)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(qū)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?？?，占地面積為1 869.2 km2。遼河保護區(qū)地處中高緯度，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年內(nèi)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(fā)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(shù)據(jù)及來源

遼河保護區(qū)逐月水質(zhì)和水量數(shù)據(jù)來源于遼河流域管理局和中國河流泥沙公報。數(shù)據(jù)的選取遵循以下原則：1)有水質(zhì)和水量數(shù)據(jù)的監(jiān)測斷面，直接選取該監(jiān)測斷面；2)僅有水文站點的水量數(shù)據(jù)，但未設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測斷面時，采用距離此站點最近的水質(zhì)監(jiān)測斷面的水質(zhì)數(shù)據(jù)；3)對于無水量數(shù)據(jù)的水質(zhì)監(jiān)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(zhì)監(jiān)測斷面和六間房水文站(表1)開展評估分析，遼河保護區(qū)水文站點和水質(zhì)監(jiān)測斷面分布如圖1所示。

表1 遼河保護區(qū)水文站點和水質(zhì)監(jiān)測斷面選取情況

圖1 遼河保護區(qū)水文站點和水質(zhì)監(jiān)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(qū)水資源供給服務(wù)核算對象為滿足一定水質(zhì)標準的河流水資源，包括河流水資源量和水環(huán)境質(zhì)量核算兩部分內(nèi)容。河流水資源量基于遼河干流各監(jiān)測斷面的水量監(jiān)測數(shù)據(jù)確定；水環(huán)境質(zhì)量評估采用監(jiān)測斷面污染物的實際濃度相對于目標濃度的超標污染當(dāng)量作為表征指標，其中污染物指標為化學(xué)需氧量、生化需氧量、氨氮3項，水質(zhì)目標濃度的選取依據(jù)遼河保護區(qū)各斷面的水質(zhì)考核目標(監(jiān)督目標)，最終確定以Ⅳ類水質(zhì)對應(yīng)的污染物濃度作為目標濃度。各監(jiān)測斷面污染物超標污染當(dāng)量計算公式[21]為：

(1)

式中：Di為第i個監(jiān)測斷面的污染物超標污染當(dāng)量(簡稱超標污染當(dāng)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(jiān)測斷面第r項污染物濃度，mg/L；Wi為流經(jīng)第i個監(jiān)測斷面的河流水資源量，m3；Lr為第r項污染物污染當(dāng)量，kg，數(shù)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(huán)境質(zhì)量符合Ⅳ類水質(zhì)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(zhì)的目標要求。

表2 水體污染物污染當(dāng)量

水資源供給服務(wù)價值評估采用市場價值法和環(huán)境恢復(fù)成本法[22-23]。其中，單位水資源量價格取值依據(jù)：《遼寧省人民政府關(guān)于調(diào)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(huán)境質(zhì)量價值采用實際水質(zhì)相對于目標水質(zhì)節(jié)省的污染當(dāng)量處理成本核算，即按照現(xiàn)行的治理技術(shù)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(jù)為2017年《遼寧省人民代表大會常務(wù)委員會關(guān)于批準遼寧省應(yīng)稅大氣污染物和水污染物環(huán)境保護稅適用稅額方案的決議》中，2018—2019年遼寧省應(yīng)稅水污染物的集體適用稅額為每污染當(dāng)量1.4元。

2 結(jié)果與分析

2.1 年水資源供給服務(wù)價值

2013—2016年遼河保護區(qū)各監(jiān)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(dāng)量分別為0.71×108、0.18×108、0.08×108和0.29×108(表3)。各監(jiān)測斷面的水資源量和超標污染當(dāng)量整體呈先降低后升高的變化趨勢，但各監(jiān)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(qū)各監(jiān)測斷面水資源量和超標污染當(dāng)量

單位水資源量超標污染當(dāng)量反映了水體水環(huán)境質(zhì)量，2013—2016年各監(jiān)測斷面的單位水資源量超標污染當(dāng)量見圖2。

圖2 2013—2016年遼河保護區(qū)各監(jiān)測斷面的單位水資源量超標污染當(dāng)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(dāng)量較低，即斷面水環(huán)境質(zhì)量優(yōu)于考核目標要求的程度較低，實際水環(huán)境質(zhì)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(dāng)量較高，實際水環(huán)境質(zhì)量較好。從各監(jiān)測斷面的單位水資源量超標污染當(dāng)量的年際變化來看，2013—2015年整體呈降低趨勢，即水環(huán)境質(zhì)量呈逐年變差趨勢；2016年明顯升高，表明2015—2016年遼河保護區(qū)水環(huán)境質(zhì)量明顯變好。

2013—2016年各監(jiān)測斷面水資源供給服務(wù)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(wù)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(wù)價值最高，水資源量價值和水環(huán)境質(zhì)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(wù)價值最低，水資源量價值和水環(huán)境質(zhì)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(wù)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(jiān)測斷面水資源量價值是水資源供給服務(wù)價值的重要部分，約是水資源供給服務(wù)價值的96.0%。

表4 2013—2016年遼河保護區(qū)各監(jiān)測斷面水資源供給服務(wù)價值

圖3 2013—2016年遼河保護區(qū)各監(jiān)測斷面平均水資源量價值和水環(huán)境質(zhì)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(wù)價值

基于2013—2016年逐月水質(zhì)、水量監(jiān)測數(shù)據(jù)，核算了遼河保護區(qū)年內(nèi)各月水資源供給服務(wù)價值，以更好地描述水資源供給服務(wù)及價值的時空差異，結(jié)果如圖4和圖5所示。

由圖4可見，遼河保護區(qū)水資源供給服務(wù)價值年內(nèi)波動較大。2013—2016年，各監(jiān)測斷面各月水資源供給服務(wù)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(jié)合圖4可見，單位水資源量供給服務(wù)價值與水資源供給服務(wù)價值年內(nèi)分布差異較大。各監(jiān)測斷面各月單位水資源量供給服務(wù)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(wù)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(wù)價值Fig.5 Monthly averaged water supply service values per unit water resource quantity during 2013-2016

以遼河保護區(qū)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(qū)水資源供給服務(wù)的月尺度時空變化特征，結(jié)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(nèi)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jiān)測斷面的污染物濃度均達Ⅳ類水質(zhì)目標考核要求；2013—2016年間，六間房的超標污染當(dāng)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(jiān)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(wù)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(wù)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(wù)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(wù)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(wù)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(wù)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(wù)價值均高于福德店，水環(huán)境質(zhì)量優(yōu)于福德店。福德店在年內(nèi)的單位水資源量供給服務(wù)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(zhì)考核目標要求。六間房年內(nèi)的單位水資源量供給服務(wù)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(wù)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(jiān)測數(shù)據(jù)評估了遼河保護區(qū)2013—2016年水資源供給服務(wù)及價值的時空動態(tài)變化。綜合考慮水資源量和水環(huán)境質(zhì)量2項指標，能夠較好地反映遼河保護區(qū)水資源量和水環(huán)境質(zhì)量變化對水資源供給服務(wù)的影響；以各監(jiān)測斷面的水質(zhì)考核目標作為水環(huán)境質(zhì)量評估基準，充分考慮了遼河保護區(qū)水環(huán)境質(zhì)量的管理要求。評估結(jié)果表明，2013—2016年遼河保護區(qū)各監(jiān)測斷面水資源量、超標污染當(dāng)量和水資源供給服務(wù)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(wù)價值的主導(dǎo)因素，水資源量價值平均占水資源供給服務(wù)價值的96.0%。但是由于未收集到河道取水和支流入水量數(shù)據(jù)，未能定量區(qū)分氣候變化和人類活動對遼河保護區(qū)水資源供給服務(wù)的影響。此外，由于未收集到遼河保護區(qū)入?？谔幈O(jiān)測斷面的水量數(shù)據(jù)，該研究僅對六間房及上游5個監(jiān)測斷面的水資源供給服務(wù)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(shù)據(jù)開展評估，從而更好地為遼河保護區(qū)管理決策提供技術(shù)支持。

3 結(jié)論

(1)2013—2016年遼河保護區(qū)各監(jiān)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(dāng)量分別為0.71×108、0.18×108、0.08×108和0.29×108。水資源供給服務(wù)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(xiàn)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(qū)各監(jiān)測斷面的各年超標污染當(dāng)量均為正值，表明從年平均污染物濃度來看，各監(jiān)測斷面水環(huán)境質(zhì)量均達到Ⅳ類水質(zhì)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(dāng)量較低，實際水環(huán)境質(zhì)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(dāng)量較高，實際水環(huán)境質(zhì)量較好。

(3)2013—2016年遼河保護區(qū)水資源供給服務(wù)價值年內(nèi)波動較大，7月水資源供給服務(wù)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(wù)價值與水資源供給服務(wù)價值年內(nèi)分布差異較大：1月單位水資源量供給服務(wù)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(wù)價值評估結(jié)果表明，2個監(jiān)測斷面的逐月水資源量和超標污染當(dāng)量變化基本一致，水資源供給服務(wù)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(wù)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(wù)價值均高于福德店。福德店月單位水資源量供給服務(wù)價值變化波動較為明顯，六間房則年內(nèi)變化較小。