生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量的價(jià)值評(píng)估——興山實(shí)例_地理論文

1、生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量的價(jià)值評(píng)估興山實(shí)例_地理論文文章摘要： 提要根據(jù)植被類型、坡度和土壤類型，分析了興山縣集水區(qū)內(nèi)不同植被地塊調(diào)節(jié)水量的能力。并且根據(jù)水能學(xué)的原理，分析了枯水期和洪峰期葛洲壩水電站的發(fā)電量與水流量的關(guān)系，建立了水流發(fā)電模擬模型。在上述分析的基礎(chǔ)上，評(píng)估了興山縣境內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)香溪河等河流的水量，改善長江全年來水的均勻度，提高葛洲壩水電站發(fā)電效率的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。關(guān)鍵詞生態(tài)系統(tǒng) 水量調(diào)節(jié) 價(jià)值評(píng)估分類中圖法 Q147生物資源的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)提供了一種了解其使用價(jià)值構(gòu)成和價(jià)值形成的有效方法。1989 年，Charles 等人在巴西對(duì)亞馬孫熱帶雨林進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估，提出了該地區(qū)熱帶雨林的利用對(duì)策1

2、。Pearce 等人2曾經(jīng)討論了生物資源經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估的意義和方法，并且列舉了一些熱帶雨林、濕地、臺(tái)地和海洋系統(tǒng)的價(jià)值。McNeely 等人37分別報(bào)道了有關(guān)的研究工作。興山縣位于湖北省的西部 (1102511106E，31033134N)，東臨宜昌市和三峽大壩，南接秭歸縣，北與神農(nóng)架自然保護(hù)區(qū)交界，總面積為 2316km2。興山縣有 94萬hm2 森林，森林覆蓋率為 43.9%。長江上游一些支流，如香溪河和涼臺(tái)河的集水區(qū)就分布在該縣境內(nèi)。這些河流的流量與集水區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量的能力有著密切關(guān)系。由于這些河流最后都進(jìn)入長江，所以，其流量的變化將影響到長江的水量。隨著三峽工程的建設(shè)，周圍地區(qū)的生

3、態(tài)系統(tǒng)將不可避免地受到影響。如何保護(hù)和恢復(fù)這些生態(tài)系統(tǒng)，就成為我們必須面對(duì)的重要問題。對(duì)這些生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)正是實(shí)現(xiàn)保護(hù)和恢復(fù)的基礎(chǔ)步驟。1 生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值生態(tài)系統(tǒng)能夠?yàn)槿祟愄峁┒嘀氐睦?，因而我們可以將其看作是一種自然資源。通常，人們利用的是生物資源的直接和間接利用價(jià)值。以森林為例，其直接利用價(jià)值包括了果實(shí)、木材和其它林產(chǎn)品所提供的價(jià)值，間接利用價(jià)值主要是它所提供生態(tài)服務(wù)的價(jià)值。在長江上游各個(gè)支流的集水區(qū)內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)所提供的最為重要的生態(tài)服務(wù)就是調(diào)節(jié)河流量和保持水土。在本研究中，我們對(duì)以森林為主體的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)河流量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)河流量的特點(diǎn)是其效益的異地實(shí)現(xiàn)

4、，即以河流為“通道”，在空間上轉(zhuǎn)移，在轉(zhuǎn)移過程中逐漸形成可利用價(jià)值，最終在集水區(qū)以外、具備一定外部條件的“價(jià)值實(shí)現(xiàn)地”，如水電站，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)這一特點(diǎn)，我們采取過程效益的評(píng)估方法，定量分析可利用價(jià)值形成和效益實(shí)現(xiàn)的過程，在此基礎(chǔ)上，評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)河流量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2 森林調(diào)節(jié)河流量的過程分析與定量集水區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)了來自大氣層的水分，調(diào)整了流出該區(qū)域的水流量：在雨季，使水流量相對(duì)減少，而在旱季又相對(duì)增加。在興山縣，主要的植被類型是森林。森林調(diào)節(jié)水量的功能主要包括 3 個(gè)部分：樹冠截留 (l)；枯枝落葉層含水 (U) 和土壤含水 (S)8，并通過地表徑流 (W1) 與地下徑流 (W2)

5、 的生成和樹冠與地面的蒸散，形成森林水資源系統(tǒng)的產(chǎn)流過程。森林在洪水期和枯水期調(diào)節(jié)水量的能力分別為：W 洪 =lUS(1)W 枯 =W2(2)這里：為地下徑流的流出系數(shù) (0WR=(W 洪W 枯 )(3)這里：為調(diào)節(jié)系數(shù)，它反映了植被年內(nèi)實(shí)際調(diào)節(jié)的水量與其調(diào)節(jié)水量能力之間的關(guān)系，它與年內(nèi)降水次數(shù)和每次降水量有關(guān)。關(guān)于林冠和地面的蒸散，在非降水產(chǎn)流期間，由土壤含水量 S0 的初值來表明；在降水產(chǎn)流期間則把蒸散作用合并到林冠截留中，不再另行考慮9。我們利用地理信息系統(tǒng)的工具，根據(jù)不同類型植被、土壤和坡度的組合將興山縣劃分為 90 種類型共 6184 塊地塊（表 1），對(duì)不同植被、土壤和坡度類型下，

6、系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量的能力分別進(jìn)行分析。表 1興山縣境內(nèi)地塊的類型Table 1 The types of polygons in Xingshan County林地疏林灌叢草叢柑橘林農(nóng)作物T01黃棕壤 + 坡度25T04黃壤 + 坡度25T07石灰土 + 坡度25T10紫色土 + 坡度25T13水稻土 + 坡度25注：面積小于 50km2；面積 50100km2；面積大于 100km2。興山縣地跨中亞熱帶常綠闊葉林和北亞熱帶常綠、落葉闊葉林兩個(gè)林帶。根據(jù)溫遠(yuǎn)光等10的方法，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，得知：在該區(qū)域“林地黃棕壤坡度小于 15”的地塊對(duì)降水的樹冠一次截留量為 0.87mm，枯枝落葉層最大持水量為 5

7、.97mm，土壤含水量為 101.6mm。根據(jù)公式 (1)，則綜合調(diào)節(jié)能力為 108.45mm。另外根據(jù)實(shí)地調(diào)查，該區(qū)域不同植被、土壤和坡度的調(diào)節(jié)水量能力系數(shù)如表 2 所示。表 2不同類型植被、土壤和坡度持水能力比較Table 2 Comparison of water-holding capacity of different types of vegetation, soils and slopes類型變量能力系數(shù)類型變量能力系數(shù)林地11.00黃壤20.98疏林20.71石灰土30.81灌叢30.57紫色土40.78草叢40.57水稻土50.05柑橘林50.11坡度2530.31以不同土壤

8、和坡度類型的能力系數(shù)，對(duì)前面所得的“林地黃棕壤坡度小于 15”地塊調(diào)節(jié)水量的量值進(jìn)行修正，我們可以確定不同類型地塊的綜合調(diào)節(jié)水量能力（圖 1）。以第 20 種類型地塊（疏林黃壤坡度 1525）為例：圖 1 地塊調(diào)節(jié)水量的能力Fig.1 Flow capacity repacity regulation capacity of polygons綜合調(diào)節(jié)水量能力 ( 地塊 20)=0.710.980.57108.45=43.01mm根據(jù)公式 (3)，則平均年實(shí)際調(diào)節(jié)水量為：年實(shí)際調(diào)節(jié)水量 ( 地塊 20)=(43.0128.62)=263.87mm(=4.2,=0.7)根據(jù)下式：生態(tài)系統(tǒng)多年平均調(diào)

9、節(jié)水量 =平均年實(shí)際調(diào)節(jié)水量（地塊 i）地塊面積 i可計(jì)算出枯水期（當(dāng)年 12 月至來年 4 月）和洪水期（69 月）生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的水量（表 3）。興山的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)河流量的價(jià)值以香溪河和涼臺(tái)河為“通道”進(jìn)入長江，再以長江為“通道”到達(dá)其“效益實(shí)現(xiàn)地”，在本研究中為葛洲壩水電站。表 3興山縣生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量的生態(tài)服務(wù)Table 3 Forest ecosystems services in flow regulation in Xingshan County生態(tài)服務(wù)枯水期洪水期全年釋放水量 (106m3)150.04截留水量 (6m3)324.77增加流量 (m3/s)19.3減少流量 (m3

10、/s)41.77增加葛洲壩水電站的發(fā)電量 (106kwh)25.5112.9938.5調(diào)節(jié)水量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值（萬元/a）885.453 森林調(diào)節(jié)河流量的效益分析與模擬葛洲壩水電站地處長江上游和中游的聯(lián)接處宜昌段，是我國目前運(yùn)行的最大水電站，它的年平均發(fā)電量為 157億kWh。保障和提高葛洲壩水電站運(yùn)行效益對(duì)整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的意義。我們通過測度集水區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)每年在枯水期、洪水期對(duì)水量的調(diào)節(jié)作用和由此提高葛洲壩水電站發(fā)電量所產(chǎn)生的效益來評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。水電站的出力大小取決于年水流量大小，水量年內(nèi)分配對(duì)調(diào)節(jié)流量的影響和對(duì)水頭的影響11，這些因素都與上游的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)河流量的能

11、力有關(guān)。由于水電站設(shè)計(jì)水頭是一定的，水流量過大或過小都將導(dǎo)致發(fā)電量的減少。葛洲壩水電站發(fā)電量與水流量的關(guān)系如圖 2 所示。從圖 2 可見，過大或過小的水流量都不利于葛洲壩水電站的出力。張伯海等12根據(jù)宜昌水文站 18821990 年共 109 年逐日平均流量系列進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)計(jì)算，結(jié)果表明：年發(fā)電量大小不決定于年來水量，主要決定于來水量年內(nèi)分配的均勻程度?；谶@一原理，我們對(duì)位于興山境內(nèi)集水區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)長江徑流量的功效進(jìn)行判定。圖 2 葛洲壩水電站的出力與水流量的關(guān)系Fig.2 The relationship between flow and the power of Gezhouba h

12、ydroelectric station根據(jù)湖北省水文總站提供的數(shù)據(jù)，香溪河水流量與宜昌（葛洲壩水電站址）段長江的水流量保持著一種基本同步變化的關(guān)系（圖 3），即當(dāng)香溪河處于枯水期時(shí)，葛洲壩水電站上游的水流量最?。划?dāng)香溪河水流量處于洪水期時(shí)，該水電站上游水流量最大。這表明：通過香溪河集水區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量的功能，在枯水期增加水量，在洪水期減少水量，就可以使長江水量發(fā)生同樣的變化，而導(dǎo)致長江水量在年內(nèi)分配更均勻，進(jìn)而使得葛洲壩水電站從中受益，提高發(fā)電效率。圖 3 長江與香溪河的流量比較Fig.3 Comparison between the flows of the Yangtze River

13、 and Xiangxi River我們建立關(guān)于葛洲壩水電站的流量與出力的模擬模型：當(dāng) Q當(dāng) Q18000 時(shí)，N=0.00000022Q20.054Q3638.4(5)這里：Q 是流量 (m3/s)；N 是出力 (kW)。利用式 (4)、式 (5) 計(jì)算：在枯水期，每增加 1m3/s 的流量可增加葛洲壩水電站 0.17kW 出力；在洪水期，每減少 1m3/s 的流量可增加 0.04kW 出力。據(jù)此，我們可以算出興山縣集水區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量所增加的葛洲壩水電站的發(fā)電量（表 3）。4 生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)河流量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估基于“若水電站上游全年來水量更加均衡，就能夠提高其發(fā)電量而增加經(jīng)濟(jì)效益”這一原

14、理。我們對(duì)興山縣以森林為主體的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量，促使長江全年水流量分配更均勻所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)提供的調(diào)節(jié)水量的公益效能無法進(jìn)行市場交換，我們通過電價(jià)，間接獲得其市場價(jià)格。根據(jù)文獻(xiàn) 13，實(shí)際平均售電價(jià)的水電上網(wǎng)價(jià)為 0.061 元/kWh，影子價(jià)格的水電上網(wǎng)價(jià)格為 0.225 元/kWh。為了客觀反映水電的價(jià)值，這里使用影子價(jià)格，即 0.225 元/kWh。根據(jù)關(guān)系式：生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 = 調(diào)節(jié)水量增加的發(fā)電量電價(jià)，計(jì)算出以貨幣表示的興山境內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量，提高葛洲壩水電站發(fā)電效益的經(jīng)濟(jì)價(jià)值（表 3）。5 結(jié)論(1) 生態(tài)系統(tǒng)的間接利用價(jià)值是具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。興山縣以森林為主體的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量的價(jià)值為 885 萬元/a。而該縣 1994 年林業(yè)總產(chǎn)值為 3093 萬元，其全部是森林直接利用價(jià)值所提供的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。調(diào)節(jié)水量僅僅是生態(tài)系統(tǒng)間接利用價(jià)值的一部分。隨著三峽工程的建成與運(yùn)行，長江上游的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量的價(jià)值將會(huì)進(jìn)一步增大。生物資源提供給人類的利益是多樣化的，許多間接利用價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接利用價(jià)值，注重對(duì)間接利用價(jià)值的使用更有利于生物資源的持續(xù)利用。(2) 經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)使我們可以對(duì)生物資源的價(jià)值構(gòu)成有更深層的認(rèn)識(shí)，為建立生態(tài)補(bǔ)