小浪底工程建設(shè)后黃河河岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

周申蓓，黃媛媛，呂玲玲

(河海大學(xué) 商學(xué)院，江蘇 南京 211100）

小浪底水利樞紐工程位于黃河中游峽谷出口,控制流域面積69.4萬km2,集防洪、調(diào)沙、發(fā)電和灌溉等功能于一體,是黃河綜合治理的控制性工程。工程的興建和使用,一方面極大改善了黃河下游防洪形勢,另一方面顯著影響了黃河下游河岸帶的開發(fā)和保護(hù)狀態(tài)。已有研究評估了小浪底工程運(yùn)行對黃河下游河道泥沙輸送、生態(tài)環(huán)境、浮游生物及魚類、農(nóng)業(yè)景觀、沿線濕地和河口保護(hù)等方面的影響。有研究顯示,水庫運(yùn)行減少了黃河下游泥沙淤積,對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了有利影響[1］。水庫運(yùn)行總體對黃河下游水生生物資源的數(shù)量和種類產(chǎn)生了不利影響,對河流生態(tài)功能服務(wù)的正面影響體現(xiàn)在資源開發(fā)和水質(zhì)凈化等方面[2-4］。目前的研究從不同方面評估了小浪底工程及人類活動對黃河下游生態(tài)環(huán)境的影響,但評估的整體性尚有不足。為此,以黃河河岸帶為研究對象,將小浪底工程影響區(qū)域劃分為庫區(qū)上游100 km段、庫區(qū)下游焦作—菏澤段、聊城—濱州段以及入海河口段4段,探討小浪底工程建設(shè)和運(yùn)營對上下游河岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響,以期為黃河流域生態(tài)系統(tǒng)空間格局優(yōu)化及可持續(xù)管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)地理位置

研究區(qū)為小浪底工程所在位置上游100 km處至黃河河口,共包括17個(gè)市。工程上游100 km以內(nèi)河岸帶位于山西省運(yùn)城市,河南省三門峽市和洛陽市；工程下游河岸帶位于河南省濟(jì)源市、焦作市、鄭州市、開封市、新鄉(xiāng)市與濮陽市,山東省聊城市、泰安市、濟(jì)南市、德州市、濱州市、淄博市與菏澤市；入?？谖挥谏綎|省東營市。

1.2 小浪底工程基本情況

小浪底水利樞紐工程坐落于河南省孟津縣與濟(jì)源市交界,位于三門峽水利樞紐下游130 km、洛陽市以北40 km的黃河干流,是黃河干流三門峽以下唯一能取得較大庫容的控制性工程。小浪底工程于1991年4月開工,2001年12月主體工程完工,2002年正式投入運(yùn)營。小浪底水庫正常蓄水位275 m,死水位230 m,設(shè)計(jì)洪水位274 m,校核洪水位275 m,總庫容126.5億m3。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

小浪底工程建設(shè)并使用至今共30余a,本文土地利用數(shù)據(jù)取自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心中國陸地生態(tài)系統(tǒng)宏觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年及2020年7期分辨率為1 km的遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)。上述數(shù)據(jù)覆蓋了小浪底工程建設(shè)前、建設(shè)中和建成后運(yùn)營期不同階段。根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010—2017)及小浪底工程影響區(qū)域?qū)嶋H情況,將土地利用類型劃分為農(nóng)田、林地、草地、水域、濕地和建設(shè)用地6類。研究區(qū)的社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國環(huán)境年鑒》《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》等。

2.2 研究方法

2.2.1 河岸帶范圍確定

河岸帶包括非永久被淹沒的河床與周圍新生的和殘余的洪泛平原,是受水陸相互作用的地區(qū),其范圍的確定受河流徑流量、土壤以及其他自然環(huán)境影響。蘇晨等[5］研究表明,小浪底工程運(yùn)行20 a后,黃河下游影響帶寬度為5～25 km,以新鄉(xiāng)—開封一帶最寬,黃河入?？谔幾钫?分別約25、5 km?？紤]研究區(qū)空間跨度以及各省市土地利用情況等,河岸帶影響區(qū)域?yàn)楹恿鲀砂断蛲鈹U(kuò)展10 km,即研究區(qū)包括河流及其河岸帶,總寬度接近25 km。研究時(shí)期為1990—2020年,其中1990年為工程建設(shè)前的初始狀態(tài),1995年、2000年為工程建設(shè)期,2005年、2010年為工程運(yùn)營前期,2015年、2020年為工程運(yùn)營后期。期間研究范圍保持一致,其中工程上游研究范圍按庫區(qū)蓄水后的水面及其河岸帶面積界定,總面積為2561 km2。

2.2.2 河岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估

基于研究區(qū)土地利用實(shí)際情況,將河岸帶土地利用類型分為建設(shè)用地和非建設(shè)用地,其中非建設(shè)用地包括農(nóng)田、林地、草地、水域、濕地。建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值采用替代成本法和防治成本法進(jìn)行評估,非建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值采用價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行評估。

(1)非建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估。參照謝高地等[6-8］修訂的基準(zhǔn)年2010年全國單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表,根據(jù)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)特征及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)實(shí)際情況,考慮產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)因素,對非建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行修正。

產(chǎn)量因素修正系數(shù):

式中:α為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子修正系數(shù)；σt為t時(shí)期研究區(qū)單位面積糧食產(chǎn)量；σ為t時(shí)期全國單位面積糧食產(chǎn)量。

根據(jù)支付意愿,結(jié)合不同時(shí)期研究區(qū)城鎮(zhèn)化水平構(gòu)建社會發(fā)展因子調(diào)整模型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)因素修正。

式中:lt為研究區(qū)社會發(fā)展系數(shù)；l為全國社會發(fā)展系數(shù)；l0為極富社會發(fā)展階段的支付意愿,取值為1；h為t時(shí)期研究區(qū)城鎮(zhèn)化水平；H為t時(shí)期全國城鎮(zhèn)化水平；β為t時(shí)期研究區(qū)支付意愿系數(shù)；En為t時(shí)期研究區(qū)恩格爾系數(shù)。

考慮價(jià)格變動因素,以2010年為基準(zhǔn)年,采用可比價(jià)格計(jì)算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積食物生產(chǎn)服務(wù)價(jià)值,具體計(jì)算公式:

式中:Di為第i年研究區(qū)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,元/hm2；Sri、Swi、Sci、Sbi分別為第i年研究區(qū)稻谷、小麥、玉米和大豆的播種面積占4種作物播種總面積的百分比,%；Fi為第i年研究區(qū)糧食的單位面積可比現(xiàn)金純收益,可分為Fri、Fwi、Fci和Fbi,分別為第i年研究區(qū)稻谷、小麥、玉米和大豆的單位面積可比現(xiàn)金純收益,元/hm2；Pi為第i年研究區(qū)稻谷、小麥、玉米和大豆的當(dāng)年現(xiàn)金純收益,元/kg；APIi為第i年稻谷、小麥、玉米和大豆的生產(chǎn)價(jià)格指數(shù)；r為某類農(nóng)產(chǎn)品可比價(jià)格指數(shù)；i10為2010年。

采用修正后的各省(區(qū))當(dāng)年單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表,計(jì)算非建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

式中:ESVki為i時(shí)期k類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；ESVie為i時(shí)期研究區(qū)非建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；rki為i時(shí)期修正后的研究區(qū)k類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子；A為k類生態(tài)系統(tǒng)土地利用面積。

(2)建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估。河岸帶建設(shè)用地指因人類活動而實(shí)際被占用的土地,其內(nèi)的少量水域或綠地因沒有形成完整的生態(tài)功能而忽略不計(jì)。建設(shè)用地生活或生產(chǎn)活動廢棄物及有害物質(zhì)的排放往往對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生較強(qiáng)的負(fù)面影響,影響主要體現(xiàn)在氣體調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)和土壤保持三方面。水文調(diào)節(jié)價(jià)值采用替代成本法評估,氣體調(diào)節(jié)和土壤保持價(jià)值采用防治成本法評估,計(jì)算公式為

式中:Pg為建設(shè)用地氣體調(diào)節(jié)的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；Qg為廢氣排放量；Cg為廢氣排污費(fèi)單價(jià)；Sc為建設(shè)用地總面積；Pw為建設(shè)用地水文調(diào)節(jié)的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；Qw為廢水排放量；Cw為廢水排污費(fèi)單價(jià)；Pl為建設(shè)用地土壤保持的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；Ql為固體廢棄物的排放量；Cl為固體廢棄物的排污費(fèi)單價(jià)；ESVif為i時(shí)期建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值即非建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之和。

3 結(jié)果分析

3.1 研究區(qū)土地利用面積變化

典型河岸帶土地利用變化情況見圖1。在小浪底工程建設(shè)期及運(yùn)營期,各類土地利用面積稍有變化。

圖1 典型河岸帶土地利用類型

(1)工程建設(shè)期農(nóng)田、草地面積增大,但工程建設(shè)期及運(yùn)營期總體呈下降趨勢。農(nóng)田面積下降反映了研究區(qū)工業(yè)化及城鎮(zhèn)化發(fā)展與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)之間的土地流轉(zhuǎn)關(guān)系。河口段農(nóng)田面積顯著減小,可能是小浪底工程建設(shè)導(dǎo)致水沙條件變化所致[9-10］。草地面積總體減小,2010年以后隨著環(huán)保意識的提高及土地管控政策趨嚴(yán),草地面積變化不大[11-12］。

(2)水域面積變化符合大型水利工程建設(shè)規(guī)律[13-14］。工程建設(shè)期水域面積呈減小趨勢,其中1990—1995年減小速度最快；工程竣工后水域面積呈增大趨勢,2000年以后水域面積變化不大。

(3)庫區(qū)下游段建設(shè)用地面積逐漸增大,小浪底工程建設(shè)推動了下游沿岸行政區(qū)的社會發(fā)展。小浪底工程建設(shè)后,洪澇風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步降低,城鎮(zhèn)居民點(diǎn)及工礦用地、交通運(yùn)輸用地及水利設(shè)施用地面積增大,研究區(qū)建設(shè)用地面積呈穩(wěn)步增大趨勢,2000年至2020年建設(shè)用地面積總體增加了857 km2,面積占比增加了4.14%。

(4)林地面積保持穩(wěn)定。黃河流域下游林地面積占比較小,1990—2020年共增加了12 km2,處于較穩(wěn)定狀態(tài),說明林地保護(hù)效果較好。

(5)濕地面積呈下降趨勢。河口區(qū)人類活動強(qiáng)度不斷增大,使得天然濕地面積減小,濕地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)失調(diào)[15］。

3.2 研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

在工程運(yùn)營前期,研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈增大趨勢,其中水域生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增幅最明顯。工程運(yùn)營后期,研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減小,原因主要是非建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的正向影響增幅不大,建設(shè)用地面積增加對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)面影響陡增。典型年研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值見表1。

3.3 各河段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值

庫區(qū)上游河岸帶建設(shè)期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈上升趨勢,運(yùn)營前期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增長幅度較大,見表2。相對于2000年,2010年上游河岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增長率為303%。運(yùn)營后期庫區(qū)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值下降,主要是小浪底工程上游土地開發(fā)強(qiáng)度增大。

表1 典型年研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 千元/hm2

表2 庫區(qū)上游河岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 百萬元

焦作—菏澤段河岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增長幅度與河岸帶距離小浪底工程所在位置正相關(guān)。不同于一般工程影響區(qū)域主要在工程緊鄰下游范圍,小浪底調(diào)水調(diào)沙將黃河下游主河槽過流能力提高到4000 m3/s,對黃河下游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值提升具有顯著促進(jìn)作用,見表3、表4。這種促進(jìn)作用在工程運(yùn)營前期表現(xiàn)尤為突出,與2000年相比,2010年庫區(qū)下游焦作—菏澤段河岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值增長率為208%,庫區(qū)下游聊城—濱州段增長率為350%。

表3 庫區(qū)下游（焦作—菏澤段）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 百萬元

表4 庫區(qū)下游（聊城—濱州段）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 百萬元

小浪底工程運(yùn)營對河口段河岸帶產(chǎn)生了顯著影響,見表5。2000—2010年河口段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值快速增大,與2000年相比,2005年河口段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增長率為138%；2015年河口段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降,小浪底工程后續(xù)調(diào)水調(diào)沙動力不足[16-17］導(dǎo)致此時(shí)期草地、水域等面積下降。

表5 河口段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 百萬元

研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值30余a呈波浪變化趨勢,共增加了64199萬元,見表6。小浪底工程運(yùn)營前期研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增大,運(yùn)營后期小浪底工程調(diào)水調(diào)沙動力下降和人類活動導(dǎo)致研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降,說明小浪底工程運(yùn)營前期,工程建設(shè)對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生了較大正向影響,工程運(yùn)營后期沿岸土地開發(fā)強(qiáng)度增大導(dǎo)致工程產(chǎn)生的正向影響被削弱。

表6 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值 百萬元

4 結(jié)論

采用當(dāng)量因子法利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)對黃河小浪底工程建設(shè)前后30余a庫區(qū)及黃河下游兩岸各10 km岸線的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了核算,得出以下結(jié)論。

(1)小浪底工程建設(shè)期河岸帶農(nóng)田和草地面積減小,但總體呈下降趨勢,研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈增大趨勢,說明工程建設(shè)對河岸帶生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)面影響不大。

(2)工程運(yùn)營前期,小浪底工程對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了較大的正向影響,研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增大。其中,小浪底工程對庫區(qū)上游河岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生的正向影響最大,對下游的影響程度與河岸帶和小浪底工程的距離正相關(guān),主要原因是調(diào)水調(diào)沙提高了黃河下游主河漕過流能力,對下游生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)具有正向影響。

(3)工程運(yùn)營后期,研究區(qū)兩岸人類活動的負(fù)面影響削弱了小浪底工程對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的正向影響。小浪底工程建設(shè)保障了下游防洪安全,也刺激了研究區(qū)開發(fā),進(jìn)而使得黃河生態(tài)壓力增大。聊城—濱州段、河口段人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的負(fù)面影響尤為顯著。