禹雪中，楊桐鶴，駱輝煌

（1．中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2．中央民族大學(xué)，北京 100081）

流域水資源保護補償標(biāo)準(zhǔn)計算模型

禹雪中1，楊桐鶴2，駱輝煌1

（1．中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2．中央民族大學(xué)，北京 100081）

綜合考慮了水量和水質(zhì)2個方面的因素，首先利用環(huán)境水力學(xué)方法對上下游水環(huán)境影響關(guān)系進行描述，然后結(jié)合下游地區(qū)的引水量，對上游地區(qū)水環(huán)境保護效果影響下游地區(qū)的范圍和程度進行量化，反映了水環(huán)境影響的自然過程。另一方面，采用環(huán)境經(jīng)濟學(xué)方法對水環(huán)境保護成本進行描述，對上游地區(qū)水環(huán)境保護的直接成本和間接成本進行量化。最后，將上游地區(qū)水環(huán)境保護影響的自然過程描述與保護成本的經(jīng)濟量化結(jié)合起來，建立了流域水資源保護補償標(biāo)準(zhǔn)的計算模型。采用建立的計算模型，以新安江水庫的生態(tài)補償問題作為實例，進行了生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)的計算和分析。該模型能夠更加客觀和精細地反映水環(huán)境影響和經(jīng)濟補償關(guān)系，能夠為我國流域生態(tài)保護機制的完善提供理論技術(shù)支撐。

水資源保護；生態(tài)補償；補償標(biāo)準(zhǔn)；環(huán)境水力學(xué)

1 概 述

為了對特定地區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量進行保護，需要對上游地區(qū)的污染物排放量進行嚴(yán)格地限制，從而在一定程度上影響上游地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展。為了在水資源保護方面實現(xiàn)公平性的原則，需要建立生態(tài)補償機制，對上游地區(qū)的生態(tài)保護行為進行經(jīng)濟補償，這種補償形式可以稱為水資源保護補償。水資源保護補償能夠促進水資源保護的受益主體對水資源保護主體所投入的成本進行分擔(dān)，從而保證了不同主體公平共享水資源的權(quán)利。

補償標(biāo)準(zhǔn)的確定是建立補償機制的關(guān)鍵內(nèi)容之一，是生態(tài)補償研究領(lǐng)域活躍的研究方向。水資源保護補償標(biāo)準(zhǔn)包括受益地區(qū)對保護地區(qū)的補償總量及其在受益地區(qū)之間的分配兩個方面的內(nèi)容。目前的研究工作大多關(guān)注補償總量的確定方法，例如劉玉龍等進行了新安江流域生態(tài)保護與建設(shè)補償標(biāo)準(zhǔn)的研究，主要計算了上游地區(qū)生態(tài)保護和建設(shè)的投入，作為下游地區(qū)支付補償量的依據(jù)［1］。徐琳瑜等以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值作為水資源保護補償標(biāo)準(zhǔn)的計算依據(jù)，具體考慮了自然價值、社會價值和經(jīng)濟價值3項內(nèi)容［2］。其他研究者也都是采用各種方法確定上下游之間的補償總量［3，4］。根據(jù)污染物在水體中的輸移轉(zhuǎn)化規(guī)律，河流污染物的超標(biāo)排放或減排，其環(huán)境影響具有一定的影響范圍，并且不同區(qū)域受到影響的程度也具有差異［5］。對于水資源保護補償，從上游地區(qū)水資源保護行為中各地區(qū)的受益程度是不同的，需要根據(jù)受益程度的差異確定各個地區(qū)對于補償總量的分配關(guān)系。目前的研究工作基本沒有考慮這個因素，大多是確定上下游之間的補償量作為補償標(biāo)準(zhǔn)，對于下游地區(qū)之間各區(qū)域受益差異和補償總量分配沒有涉及。

本文以水資源保護受益地區(qū)在水質(zhì)和水量2個方面的受益程度為依據(jù)，對水資源保護的成本進行分?jǐn)?，研究工作把環(huán)境水力學(xué)方法與環(huán)境經(jīng)濟學(xué)方法有效結(jié)合起來，對于完善流域水資源生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)的計算方法具有一定價值。

2 水環(huán)境保護補償標(biāo)準(zhǔn)計算模型

為了對水資源保護的成本進行合理分?jǐn)?，需要首先基于環(huán)境水力學(xué)方法對上下游水環(huán)境影響關(guān)系進行描述，量化上游地區(qū)水資源保護對下游地區(qū)影響的范圍和程度，在此基礎(chǔ)上進一步考慮取水量的影響，從而綜合反映上游地區(qū)水資源保護效果對下游地區(qū)影響的自然過程。在此基礎(chǔ)上，采用環(huán)境經(jīng)濟學(xué)方法對水資源保護的成本進行描述，對水資源保護的直接成本和間接成本中的各項內(nèi)容進行量化。最后，將以上兩方面的內(nèi)容結(jié)合起來，建立水資源保護補償標(biāo)準(zhǔn)的計算模型。

2．1 水資源保護影響的計算方法

2．1．1 計算方法的建立條件

（1）為了保證水源區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量，上游區(qū)域污染物排放量要低于一定水平，使得下游地區(qū)獲得了更多的環(huán)境容量，這是下游水環(huán)境受益的基礎(chǔ)。

（2）污染物排放低于一定水平的地區(qū)是水污染受益補償?shù)目腕w（受償方），下游受到影響的區(qū)域是補償?shù)闹黧w（補償方），補償方按照受益的程度確定經(jīng)濟補償量。

（3）上游地區(qū)水資源保護的影響表現(xiàn)在水量和水質(zhì)2個方面，因此水資源保護補償方的受益程度需要考慮水量和水質(zhì)2個方面的因素。

2．1．2 水質(zhì)影響程度

本研究涉及的水體為水庫下游河道，因此可以采用一維數(shù)學(xué)模型。水質(zhì)計算采用一維均勻流水質(zhì)模型的基本方程，假定污染物符合一級衰減反應(yīng)：

式中：C為污染物濃度（mg／L）；K為污染物綜合衰減系數(shù)（1／s）；Dx為縱向離散系數(shù)（m2／s）；u為流速（m／s）。該方程可以求得解析解：

式中：Q為河流流量（m3／s）；W為單位時間污染物排放量（g／s）；x為到排污口的距離（m）。

水源區(qū)現(xiàn)狀水污染負(fù)荷量為W1，如果不對水源區(qū)污染負(fù)荷進行特別治理和限制發(fā)展，其排放的負(fù)荷量為W2，兩種負(fù)荷條件下對下游水質(zhì)的影響分別為：

式（3）的兩式相減后得到

式（4）表示上游區(qū)域低于一定水平的污染物排放量對下游河道水質(zhì)的響應(yīng)，下游河段受到的影響程度隨著距離增大而降低。如果把下游區(qū)域分為n個河段，那么采用以上方法可以計算得到每個河段受到的影響。

對于河流匯流的作用，可以通過考慮匯流前后流量的比例確定匯流后河流受到的影響。設(shè)水源區(qū)下游河道流量為Q1，水源區(qū)污染負(fù)荷變化量對匯流前河道水質(zhì)的影響為ΔC1，入?yún)R河道流量為Q2，那么匯流后河流水質(zhì)濃度變化值為

通過以上方法計算得到水源保護區(qū)下游各個河段受到的影響后，可以進一步得到某個河段所受影響占整體影響的比例為

式中：Ai為第i個河段在水質(zhì)方面的受益比例；ΔCi為第i個河段污染物濃度的變化值（mg／L）；Li為第i個河段的長度（m）。

2．1．3 水量影響程度

按照下游地區(qū)取水量占總?cè)∷康谋壤梢源_定受益區(qū)在水量方面的受益程度為

式中：Bi為第i個河段在水量方面的受益比例；Vi

為第i個河段的取水流量（m3／s）。

2．1．4 綜合影響程度

為了綜合考慮水量和水質(zhì)2個因素的影響，可以給兩者賦予一定的權(quán)重，從而得到下游各個河段的受益程度：

式中：Ei為第i個河段在水量和水質(zhì)2個方面的受益比例；α為水質(zhì)比例的權(quán)重（α＜1．0）。

在實際應(yīng)用中，可以把某個行政區(qū)范圍內(nèi)的河段作為計算單元，這樣就可以得到各個行政區(qū)受到影響的程度。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合水資源保護補償總量的量化結(jié)果，就可以得到下游各個地區(qū)應(yīng)該分?jǐn)偟难a償量。

2．2 水資源保護受益補償量

流域水環(huán)境和水生態(tài)保護的成本包括直接成本與間接成本2個方面。直接成本是指進行水源涵養(yǎng)與生態(tài)保護所開展的各項措施，包括在林業(yè)建設(shè)、水土流失治理和污染防治方面的人力、物力、財力的直接投入；間接成本則是為保護水源涵養(yǎng)與生態(tài)維護功能，當(dāng)?shù)叵拗撇糠中袠I(yè)發(fā)展導(dǎo)致的潛在發(fā)展損失，還包括水源涵養(yǎng)與生態(tài)保護所涉及的移民安置費用［1］。

2．2．1 水環(huán)境保護的直接成本

水環(huán)境保護的直接成本計算式為

本次研究的82名手術(shù)患者中，共有32名患在心率失常方面出現(xiàn)了不同的狀況，其中包括了5名竇性心動過緩、竇性停搏患者，8名Ⅲ°房室傳導(dǎo)阻滯患者，10名頻發(fā)室早、短陣室速患者，9名心室顫動患者。另外還有29名患者出現(xiàn)了血壓下降的情況，25名患者出現(xiàn)了惡心嘔吐的狀況，30名患者出現(xiàn)了胸痛加劇的狀況，通過使用藥物治療，電擊除顫，臨時起搏器安置，主動脈球囊反搏等緊急處理之后，手術(shù)成功并且送回病房。

式中：DC為流域水環(huán)境保護的直接成本；DC1為水源涵養(yǎng)區(qū)提高森林覆蓋率的投入；DC2為水土流失治理投入；DC3為污染防治投入。

2．2．2 水環(huán)境保護的間接成本

水環(huán)境保護的間接成本計算式為

式中：IC為流域水環(huán)境保護的間接成本；IC1為水源涵養(yǎng)區(qū)發(fā)展節(jié)水的投入；IC2為生態(tài)移民安置投入；IC3為水源涵養(yǎng)區(qū)限制產(chǎn)業(yè)發(fā)展而遭受的經(jīng)濟損失量。

2．3 區(qū)域間水資源保護受益補償模式

按照“誰受益，誰補償”的原則，下游地區(qū)可以按照分配比例分擔(dān)上游地區(qū)水環(huán)境生態(tài)保護的成本。另一方面，對于上游地區(qū)的保護行為而言，下游地區(qū)獲得的收益一般大于上游地區(qū)的成本，如果下游地區(qū)僅僅支付上游地區(qū)的成本，從經(jīng)濟學(xué)的角度難以形成對上游地區(qū)保護行為的激勵，從而難以保證生態(tài)環(huán)境保護效果的可持續(xù)性。因此，對于基于成本得到的補償量，可以通過一個修正系數(shù)進行調(diào)整，該系數(shù)可以根據(jù)具體情況取一個大于1．0的數(shù)值。

式中：Mi為下游某個地區(qū)的補償量；k為修正系數(shù)；Ei為水環(huán)境模型得到的該地區(qū)的補償比例；DC和IC分別為上游地區(qū)進行生態(tài)環(huán)境保護的直接和間接成本。

3 實例計算及分析

3．1 新安江水庫及供水范圍

地處錢塘江流域上游的新安江水庫集水面積10 441 km2，多年平均入庫徑流量97．2億m3，水庫設(shè)計正常蓄水位108 m，相應(yīng)庫容178．4億m3。水庫具有多年調(diào)節(jié)性能，供水保證率高，水庫水質(zhì)為Ⅰ類，是下游城鄉(xiāng)供水尤其是生活供水的理想水源。

新安江水庫的供水區(qū)包括水庫下游的新安江、富春江和錢塘江的沿線城鎮(zhèn)，主要包括建德、桐廬、富陽和杭州市。該區(qū)域范圍內(nèi)的水系圖見圖1，相應(yīng)的水功能區(qū)劃見表1。新安江水庫下游至錢塘江河段均為開發(fā)利用區(qū)，水體功能主要包括飲用、景觀娛樂、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和漁業(yè)等，新安江水庫下泄的優(yōu)質(zhì)水源對于這些功能的發(fā)揮具有重要作用。

圖1 新安江水庫下游水系圖Fig．1 Sketch map of the downstream river system of the Xinanjiang Reservoir

表1 新安江水庫下游水功能區(qū)基本信息Table 1 General information of the water function regions of the Xinanjiang Reservoir downstream

水庫庫區(qū)地跨浙江和安徽兩省，包括安徽省黃山市的歙縣、屯溪區(qū)、徽州區(qū)、休寧縣、祁門縣、黟縣和宣城地區(qū)的績溪縣部分地區(qū)，這些地區(qū)為新安江水庫水環(huán)境的保護進行了一定的直接和間接投入，并且在一定程度上限制了經(jīng)濟社會發(fā)展。這些地區(qū)屬于庫區(qū)水環(huán)境保護的承擔(dān)者，應(yīng)該從下游受益地區(qū)得到經(jīng)濟補償。下游地區(qū)是庫區(qū)水環(huán)境保護的受益者，需要按照受益程度對上游地區(qū)的保護成本進行分?jǐn)偂?/p>

3．2 下游地區(qū)受益程度

新安江水庫下泄水流現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅱ類，如果不進行特殊的水環(huán)境保護，下泄水流水質(zhì)將出現(xiàn)一定程度的降低，本文假定下泄水質(zhì)為Ⅲ類，并且以CODMn為代表性指標(biāo)。參照相關(guān)研究成果，新安江下游、富春江河段屬于山區(qū)性河流，CODMn的綜合衰減系數(shù)為0．2／d，錢塘江河段為感潮河道，CODMn的綜合衰減系數(shù)為0．1／d［6］。河流流量采用水功能區(qū)劃中的枯水期設(shè)計流量。采用環(huán)境水力學(xué)模型，可以計算得到建德、桐廬、富陽和杭州市4個行政區(qū)河段在上游地區(qū)污染物減排作用下水體污染物濃度下降的值，進一步考慮各個區(qū)域的河長后，可以得到水環(huán)境的受益比例，計算結(jié)果見表2。

新安江水庫下游的新安江、富春江和錢塘江是沿線區(qū)縣重要的飲用水水源地，建德、桐廬和富陽生活和生產(chǎn)用水基本取自這些水源地，杭州市市區(qū)80%的供水來自錢塘江，根據(jù)2008年這些地區(qū)的供水量，可以得到各個區(qū)縣飲用水取水的比例（表2）。

由于飲用水對于社會經(jīng)濟社會發(fā)展的作用十分重要，因此在綜合考慮水量和水質(zhì)2個方面的因素確定各個區(qū)縣的受益比例時，水量的權(quán)重系數(shù)取為0．6，由此可以得到新安江水庫下游受益區(qū)的受益比例（表2）。

表2 新安江水庫受益區(qū)水量、水質(zhì)和綜合受益比例Table 2 Beneficial ratios of the downstream areas of the Xinanjiang Reservoir

3．3 水資源保護成本

劉玉龍等調(diào)查了新安江水庫上游地區(qū)的屯溪、徽州、歙縣、休寧、黟縣、績溪6個區(qū)縣在生態(tài)保護與建設(shè)方面的投入，調(diào)查的內(nèi)容包括林業(yè)建設(shè)與保護、水土流失治理、污染防治等直接投入，此外還包括發(fā)展節(jié)水、移民安置、限制產(chǎn)業(yè)發(fā)展等間接投入或損失。表3為調(diào)查得到的1997－2004年總投入數(shù)據(jù)［1］。

表3 上游地區(qū)1997－2004年生態(tài)保護與建設(shè)總投入Table 3 Total investment used for ecosystem protection and construction of reservoir upstream areas during 1997－2004

本研究對總投入歷史數(shù)據(jù)的變化趨勢進行了分析，結(jié)果顯示1997－2004年上游地區(qū)總投入與時間具有較好的線性相關(guān)性（圖2），兩者的關(guān)系可以用計算公式表示為y＝3 256．4x－6 492．2×103，r2＝0．952 7。

圖2 上游地區(qū)總投入與時間的相關(guān)性分析Fig．2 Correlation analysis between the total cost and tim e of the upstream regions

本研究以2008年作為水資源保護補償標(biāo)準(zhǔn)計算的水平年，根據(jù)以上關(guān)系式計算得到2008年上游地區(qū)生態(tài)保護與建設(shè)的總投入為46 650萬元，以此作為新安江水庫水資源保護補償標(biāo)準(zhǔn)計算的依據(jù)。

3．4 受益補償標(biāo)準(zhǔn)

為了鼓勵上游地區(qū)的水資源保護行為，新安江水庫下游地區(qū)的補償總量取為上游地區(qū)保護成本的1．2倍，根據(jù)下游區(qū)縣的受益比例，計算得到建德、桐廬、富陽和杭州市區(qū)應(yīng)該承擔(dān)的補償量分別為1．10，0．40，0．90，2．26億元。

計算結(jié)果表明，如果僅僅考慮水質(zhì)或者水量的因素，都難以得到符合實際的結(jié)果。在水質(zhì)變化方面，靠近水源保護區(qū)的建德受益程度明顯大于杭州市，但是取水量相對較??；在取水量方面，杭州市取水量明顯大于其他地區(qū)，但是水質(zhì)受益程度相對較低。全面考慮水質(zhì)和水量2個方面的因素后，下游地區(qū)對于上游水資源保護成本分?jǐn)偟姆桨父雍侠怼?/p>

4 結(jié) 論

水資源保護受益區(qū)的補償標(biāo)準(zhǔn)的分析需要考慮水質(zhì)和水量2個方面的因素，水質(zhì)模型可以描述各個區(qū)域在水質(zhì)方面的受益程度，在此基礎(chǔ)上進一步考慮取水量的比例，從而形成綜合受益比例，結(jié)合下游受益區(qū)補償?shù)目偭?，可以得到各個受益區(qū)應(yīng)該支付的經(jīng)濟補償量。本文提出的水資源保護補償標(biāo)準(zhǔn)計算模型把環(huán)境水力學(xué)方法引入生態(tài)補償研究領(lǐng)域，適應(yīng)了水資源生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)量化的特點，計算結(jié)果有助于提高水資源保護補償標(biāo)準(zhǔn)制定的客觀性與合理性。

［1］ 劉玉龍．生態(tài)補償與流域生態(tài)共建共享［M］．北京：中國水利水電出版社，2007．（LIU Yu-long．Ecological In-ter-construction and Sharing of River Basins［M］．Bei-jing：ChinaWater Power Press，2007．（in Chinese））

［2］ 徐琳瑜，楊志峰，帥 磊，等．基于生態(tài)服務(wù)功能價值的水庫工程生態(tài)補償研究［J］．中國人口·資源與環(huán)境，2006，16（4）：125－128．（XU Lin-yu，YANG Zhi-feng，SHUAI Lei，et al．Eco-compensation of reservoir project based on ecosystem service function value［J］．China Population Resources and Environment，2006，16（4）：125－128．（in Chinese））

［3］ 沈滿洪．在千島湖引水工程中試行生態(tài)補償機制的建議［J］．杭州科技，2004，（2）：12－15．（SHEN Man-hong．Suggestions to establish the eco-compensation mechanism in the diversion project of the Qiandao Lake［J］．Hangzhou Science and Technology，2004，（2）：12－15．（in Chinese））

［4］ 張春玲，阮本清．水源保護林效益評價與補償機制［J］．水資源保護，2004，20（2）：27－30．（ZHANG Chun-ling，RUAN Ben-qing．Benefit evaluation of water source protection forest and mechanism of its economic compensation［J］．Water Resources Protection，2004，20（2）：27－30．（in Chinese））

［5］ 禹雪中，李錦秀，駱輝煌，等．河流水污染損失補償模型研究［J］．長江流域資源與環(huán)境，2007，16（1）：57－61．（YU Xue-zhong，LI Jin-xiu，LUO Hui-huang．Theo-retical model for water pollution compensation of rivers［J］．Resources and Environment in the Yangtze Basin，2007，16（1）：57－61．（in Chinese））

［6］ 田旭東，汪 泉．錢塘江流域污染負(fù)荷及水環(huán)境容量研究［J］．環(huán)境污染與防治，2008，30（7）：74－77．（TIAN Xu-dong，WANG Quan．Study of pollution load-ing and water environmental capacity of Qiantang River［J］．Environmental Pollution＆Control，2008，30（7）：74－77．（in Chinese））

［7］ 杭州市統(tǒng)計局，國家統(tǒng)計局杭州調(diào)查隊．杭州市統(tǒng)計年鑒2009［M］．北京：中國統(tǒng)計出版社，2009．（Hang-zhou Bureau of Statistics，Hangzhou Investigation Team of the National Bureau of Statistics．Statistical Yearbook of Hangzhou［M］．Beijing：China Statistical Press，2009．（in Chinese））

（編輯：周曉雁）

Ecological Compensation Standard M odel of W ater Resources Protection

YU Xue-zhong1，YANG Tong-he2，LUO Hui-huang1
（1．China Institute ofWater Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2．Minzu University of China，Beijing 100081，China）

The water pollutant loads of the upstream regions should be strictly controlled in order to protect the wa-ter quality of the water source in the downstream areas．In this way，the economic and social development in up-stream regions will be adversely influenced．So the ecological compensation mechanism should be established to compensate the protection behavior of the upstream regions．The water quality and water quantity are synthetically considered in this paper to develop the ecological compensation standardmodel ofwater resources protection．First-ly，the environmental hydraulicsmethod is employed to describe the influence relationship of the water environment between the upstream and downstream regions．Then thewater quantity factor is also considered to reflect the scope and degree of the water environment protection in the upstream region．On the other hand，the direct and indirect costs of the water environment protection are calculated with themethod of environmental economics．At last，the environmental and economicmethods are combined to establish the compensation standard model ofwater resources protection．Themodel is applied to calculate and analyze the compensation standard of the Xinanjiang River basin as a case study．Themodel developed in this paper can flexibly and objectively describe the environmental and eco-nomic relationship of the ecological compensation，so it is helpful to provide support for the establishment of ecolog-ical compensation mechanism in China．

water resources protection；ecological compensation；compensation standard；environmental hydraulics

TV213．4

A

1001－5485（2010）10－0010－05

2010-08-19

國家自然科學(xué)基金資助項目（50779076）

禹雪中（1971-），男，河南開封人，教授級高級工程師，博士，主要從事水環(huán)境模擬研究，（電話）010-68781619（電子信箱）xzyu＠iwhr．com。