觀音閣水庫生態(tài)供水效益量化與價(jià)值評(píng)估研究

杜宏宇

(遼寧穆家水庫發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 撫順 113215)

0 前 言

水庫生態(tài)供水是保障流域生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展的重要供水來源。生態(tài)供水量是流域水生態(tài)保護(hù)的重要基礎(chǔ)條件之一。而對(duì)于水庫而言，作為興利效益，如何定量化生態(tài)供水的效益和價(jià)值一直是國內(nèi)學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[1-3]。王莉在2015年通過生態(tài)成本方法對(duì)地表供水工程的環(huán)境效益進(jìn)行了測(cè)算，為早期對(duì)供水效益量化提供了一種測(cè)算思路，但只局限于對(duì)環(huán)境的效益分析，而對(duì)生態(tài)效益分析還不夠全面[4]。在此后于2016年宋紅霞對(duì)黃河流域的供水效益進(jìn)行了系統(tǒng)分析，其中也包含對(duì)生態(tài)供水效益的分析，但未能將生態(tài)效益從總效益中進(jìn)行單獨(dú)劃分[5]。隨著對(duì)生態(tài)供水效益研究的深入，尤其是水利經(jīng)濟(jì)學(xué)者研究開展，對(duì)于生態(tài)供水效益量化方法取得較大程度的突破。黃顯峰于2019年提出基于能值分析的方法進(jìn)行生態(tài)供水效益的量化，并將生態(tài)供水中生產(chǎn)系統(tǒng)的投入和產(chǎn)出轉(zhuǎn)化為同一量綱，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法效益考慮不全面的局限，而后一些研究成果表明，能值分析原理可較全面定量評(píng)估生態(tài)供水效益[6-8]。觀音閣水庫作為遼寧地區(qū)重要的供水水庫，近些年來，觀音閣水庫作為太子河干流生態(tài)供水主要水源之一，為太子河干流水質(zhì)改善提供了重要的保障。量化觀音閣水庫的生態(tài)供水效益是水庫優(yōu)化調(diào)度的重要依據(jù)，為提高觀音閣水庫生態(tài)供水的保障度，文章從能值分析角度出發(fā)，對(duì)觀音閣水庫生態(tài)供水效益及價(jià)值進(jìn)行定量評(píng)估。研究成果對(duì)于其他供水工程的生態(tài)效益量化也具有參考價(jià)值。

1 能量值分析原理

能量值分析首先對(duì)不同效益的能量值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方程為：

E=τB

(1)

式中：E為能量值；τ為轉(zhuǎn)換系數(shù)；B為不同效益對(duì)應(yīng)的供水價(jià)格，元。在效益能值轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)上，對(duì)其效益系數(shù)進(jìn)行測(cè)算：

(2)

式中：ε為效益測(cè)算系數(shù)；E1W為生態(tài)供水產(chǎn)出效益能值，sej；E1T為生態(tài)供水投入成本能值，sej。在效益系數(shù)測(cè)算基礎(chǔ)上，對(duì)生態(tài)供水效益總能值進(jìn)行計(jì)算：

S=εE1Y

(3)

式中：S為生態(tài)供水效益總值。sej；E1y為生態(tài)供水產(chǎn)出能值，sej。在能值分析基礎(chǔ)上采用能量/貨幣轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行價(jià)值評(píng)估：

(4)

式中：M為生態(tài)供水總效益的貨幣形式，萬元；Ep為能量/貨幣轉(zhuǎn)換系數(shù)。從生態(tài)效益的水分調(diào)節(jié)、生物多樣化程度、環(huán)境改善度、氣候調(diào)節(jié)度以及污水處理能力等5個(gè)方面進(jìn)行生態(tài)供水價(jià)值的測(cè)算：

EM生物多樣性=τ物種×N×R

(5)

EM水分調(diào)節(jié)=W×τ水體

(6)

EM凈化=EM1-EM2=M1τ1-M2τ2

(7)

EM氣候調(diào)節(jié)=E×τ蒸汽

(8)

EM污水=(τ污染后-τ污染前×W污水)

(9)

式中：EM生物多樣性、EM水分調(diào)節(jié)、EM凈化、EM氣候調(diào)節(jié)、EM污水分別表示為不同類比生態(tài)供水價(jià)值的量化值；τ物種、τ水體、τ1、τ1、τ蒸汽、τ污染前、τ汽染后為不同類別生態(tài)供水價(jià)值的能值轉(zhuǎn)化系數(shù)；N為生物種類，個(gè)；R為生物種類所占比例，%；W為水庫蓄水量年值，104m3；M1、M2為河道上下監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)濃度，mg/l；E為水面蒸發(fā)能值，sej；W污水為排污量，104m3。

2 研究結(jié)果

2.1 水庫概況

觀音閣水庫位于太子河干流，主要以防洪、供水為主的大型水庫。水庫總庫容為21.68億m3，多年凈調(diào)節(jié)庫容為6.83億m3。水庫設(shè)計(jì)日供水能力為125萬m3/d，生產(chǎn)、生活、環(huán)境供水比例分別為：35%、45%、20%。水庫供水首先滿足生產(chǎn)、生活用水需求.。供水保障率為90%時(shí)水庫設(shè)計(jì)最大供水能力為4.15億m3，供水保障率為95%時(shí)設(shè)計(jì)最大供水能力為4.09億m3，供水保障率為97%時(shí)設(shè)計(jì)最大供水能力為4.08億m3。觀音閣水庫在最低運(yùn)行水位232m時(shí)可滿足供水保障率分別為90%、95%以及97%的用水需求。近些年來，由于太子河流域綜合治理工程的逐步設(shè)施，觀音閣水庫環(huán)境供水保證率已由95%提高到97%，為保障太子河流域生態(tài)用水保障力度，急需要對(duì)當(dāng)前水庫生態(tài)供水效益和價(jià)值進(jìn)行定量評(píng)估，從而制定符合當(dāng)前實(shí)際的供水調(diào)度計(jì)劃。

2.2 不同類別資源能值轉(zhuǎn)換

結(jié)合觀音閣所在本溪市2009年-2016年社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)以及水資源公報(bào)數(shù)據(jù)，對(duì)不同資源的能值進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算，結(jié)果見表1。

表1 觀音閣水庫供水區(qū)域2009年-2016年不同資源能值轉(zhuǎn)換結(jié)果

從能值轉(zhuǎn)換結(jié)果可看出，觀音閣供水區(qū)域不可更新資源的產(chǎn)出能值占總能值的比例最高。在可更新資源中生態(tài)供水能值轉(zhuǎn)換率較高，表明在可更新資源中生態(tài)供水產(chǎn)生的效益轉(zhuǎn)換較快。從區(qū)域系統(tǒng)能值產(chǎn)出分析結(jié)果可看出，需要對(duì)區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高觀音閣水庫生態(tài)供水效益的能值產(chǎn)出比例。

2.3 各資源供水能值計(jì)算

在對(duì)不同類別資源能值轉(zhuǎn)換計(jì)算基礎(chǔ)上，結(jié)合能值分析方法，對(duì)不同資源進(jìn)行供水能值的計(jì)算，結(jié)果見表2。

表2 觀音閣水庫供水區(qū)域2009年-2016年能值計(jì)算結(jié)果

不同年份各類資源供水能值呈現(xiàn)較為顯著的地則變化，可更新資源能值低于不可更新資源的能值，原因在于可更新資源能值轉(zhuǎn)換率低于不可更新資源。反饋輸入由于能值轉(zhuǎn)換率低于系統(tǒng)輸入能值轉(zhuǎn)換率，因此其各年份供水能值低于系統(tǒng)輸入的能值，系統(tǒng)輸入是供水生態(tài)系統(tǒng)的主要來源。當(dāng)?shù)厮Y源量能值高于外來水資源量，但其各年份能值增加幅度要低于外來水資源量的能值遞增變幅。能值/貨幣率各年份能值變幅呈現(xiàn)先遞減后遞增的變化趨勢(shì)，這主要是因?yàn)榻┠陙?，隨著觀音閣水庫2014年開始加大生態(tài)供水量，其能值轉(zhuǎn)換率也逐步增加，使得能值/貨幣率能值變化先減少后遞增變化。

2.4 生態(tài)供水效益系數(shù)計(jì)算

在不同資源指標(biāo)供水能值計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)不同年份生態(tài)供水效益系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 觀音閣水庫2009年-2016年不同生態(tài)供水效益計(jì)算結(jié)果

觀音閣水庫生態(tài)供水效益系數(shù)及能值隨著供水年份的遞增變化不顯著，生態(tài)供水效益比例年遞增變幅達(dá)到0.10%，生態(tài)供水效益系數(shù)的增加顯示出生態(tài)供水效益量化值的增加。從計(jì)算結(jié)果還可看出，觀音閣水庫2009年-2016年生態(tài)供水效益轉(zhuǎn)換率也在逐步增加，遞增幅度可達(dá)到3.23×1018sej/a，其增加的原因在于生態(tài)供水效益中能值/貨幣率轉(zhuǎn)化率的增加，使得其生態(tài)供水效益轉(zhuǎn)換率逐年增加。此外生態(tài)供水效益的能值/貨幣率轉(zhuǎn)化率的增加也逐步提升了水庫單方生態(tài)供水價(jià)值。基于2016年觀音閣生態(tài)供水?dāng)?shù)據(jù)，水庫生態(tài)供水水庫生態(tài)供水效益比例以及單方價(jià)值分別為4.91%和為3.83元/m3。

2.5 生態(tài)供水價(jià)值量化分析

在生態(tài)供水效益定量計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)觀音閣水庫2009年-2016年生態(tài)供水下單方水能及單方水貨幣價(jià)值進(jìn)行量化分析，如表4所示。

表4 觀音閣水庫2009年-2016年各類生態(tài)供水價(jià)值量化分析結(jié)果

從各年份觀音閣水庫生態(tài)供水單方水能下各類價(jià)值量化結(jié)果可看出，污水單方水能量化價(jià)值最高，這主要是因?yàn)樵谏鷳B(tài)供水條件下污水能值轉(zhuǎn)換率高于其他類型指標(biāo)，因此其單方水能量化值最高。調(diào)蓄水分因?yàn)槟苤缔D(zhuǎn)換率最低，使得其單方水能量化價(jià)值均低于其他指標(biāo)。各年份觀音閣水庫生態(tài)供水條件下單方水能價(jià)值逐步增加，年平均遞增幅度為1.75sej/m3。生態(tài)供水單方水貨幣也逐年增加，且和單方水能價(jià)值變化具有同步變化的特征，其年平均遞增幅度2.09元/m3。

3 主要結(jié)論

1)觀音閣水庫生態(tài)供水效益系數(shù)及能值隨著供水年份的遞增變化不顯著，生態(tài)供水效益比例年遞增變幅達(dá)到0.10%，水庫生態(tài)供水效益轉(zhuǎn)換率逐年遞增，變化幅度可達(dá)到+3.23×1018sej/年，其增加的原因在于生態(tài)供水效益中能值/貨幣率轉(zhuǎn)化率的增加。

2)觀音閣水庫生態(tài)供水條件下單方水能價(jià)值逐年提升，年平均遞增幅度為1.75sej/m3。生態(tài)供水單方水貨幣和單方水能價(jià)值變化具有同步性，其年平均遞增幅度可達(dá)到2.09元/m3。