跨流域调水生态补偿研究进展与关键技术

许凤冉，阮本清，张春玲，穆祥鹏，高慧忠

(1.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；2.张家口市水务局，河北 张家口 075000)

我国水资源短缺且时空分布不均，与经济社会发展布局不匹配，建设调水工程是破解这一难题的重要途径。1949年以来，我国修建了数十项大型跨流域调水工程，已建成并发挥作用的有引滦入津、引黄济青、引黄入晋、东深供水、引大入秦、南水北调东中线一期工程等，正在建设或开展前期工作有引大济湟、滇中引水等[1]。调水工程的实施优化了水资源配置格局，改善和调整了水供求关系，提高了受水区供水保障能力，发挥了显著的经济社会和生态环境效益。同时，调水工程对水源流域经济社会发展和生态环境也会产生一些不利影响。水源区面临着相对较高的保护要求，区域经济发展受到一定程度的限制，水源流域生态流量和环境容量减少，对灌溉、航运、生态等用水产生影响。流域水循环系统的整体性和连续性、水资源开发利用的动态性及区域分割，导致了水资源开发利用与保护出现了外部效应，实施水生态补偿是解决这些问题的有效手段。

近些年国家高度重视生态文明建设，推进建立水生态补偿机制。2005年十六届五中全会首次提出加快推进建立生态保护补偿机制。2011年以来建设步伐明显加快，先后出台《关于健全生态保护补偿机制的意见》《关于加快建立流域上下游横向生态保护补偿机制的指导意见》等重要文件，对水生态保护补偿做出明确要求，明确了受益者付费、生态保护者得到合理补偿的权责机制，制定补偿标准应考虑水源保护成本、发展机会损失及水资源生态服务价值，补偿水平要逐步与经济社会发展状况相适应。明确在江河源头区、重要河流敏感河段和水生态修复治理区、水土流失重点预防区和重点治理区，及具有重要饮用水源或重要生态功能的湖泊等七大类型水域开展水流生态保护补偿。对于调水工程生态补偿，国家在南水北调中线水源区探索建立多元化生态补偿机制，包括国家重点生态功能区转移支付、资源生态效益补偿与水土保持补偿费制度、对口协作机制等；并对引滦入津、东深供水等工程积极探索建立横向补偿机制。在流域水量调入调出关系日趋复杂的背景下，亟须考虑跨流域调水工程特点，深化适用于我国调水工程发展布局的生态补偿基础理论、方法与政策研究。

本文在广泛收集调水工程生态补偿文献资料的基础上，结合我国调水生态补偿的发展趋势和需求，对跨流域调水生态补偿研究进展进行了梳理总结，分析提出了跨流域调水生态补偿需要深入研究的关键技术，可为我国建立完善跨流域调水生态补偿的研究与实践提供参考。

1 跨流域调水生态补偿研究进展

1.1 概念和理论基础

国际上的生态补偿是基于自然资源价值提出的[2-3]，认为生态补偿是对生态环境保护恢复所投入资金与技术的弥补，也体现了生态环境服务价值。与此相近的概念是“生态或环境服务付费”(payments for ecological/environmental services， PES)[4]。学者们从不同学科角度提出流域生态补偿的概念，涵盖了补偿目的、补偿原则、补偿关系及资金、政策等补偿形式，对跨流域调水生态补偿的内涵界定较少。Zbinden等[5-6]将流域水生态补偿界定为流域水生态服务的交易，Pagiola等[7-9]倾向于认为流域水生态补偿指对水资源生态功能保护或恢复的补偿。钱水苗等[10]从社会学的角度提出流域生态补偿是以实现社会公正为目的，在流域内上下游各地区间实施的以直接支付生态补偿金为内容的行为。周大杰等[11]提出流域生态补偿机制就是中央和下游发达地区对由于保护环境敏感区而失去发展机会的上游地区以优惠政策、资金、实物等形式的补偿制度。李原园等[12]认为水流生态保护补偿是一种对流域生态系统中行为主体及相关影响对象的利益调节方式或手段。对调水生态补偿，谷海霞[13]指出调水生态补偿是对调水带来资源环境损害的补偿、恢复和治理，还包括对丧失发展机会居民的政策优惠。

跨流域调水生态补偿与流域内生态补偿既有共性又有不同。二者具有类似的经济学理论基础，包括资源的公共物品属性、资源的有偿使用理论、外部成本内部化理论、效率与公平理论等[14-15]。跨流域调水生态补偿与流域生态补偿存在不同特点：①调水一般涉及较大型的水利工程措施及其对不同流域生态系统的影响；②不仅涉及上下游关系，而是整个水源流域上下游与受水区的关系；③补偿标准不仅要考虑取水点上游水源区保护成本和机会损失，还需考虑水源流域下游流量和环境容量减少带来取水、航运等损失及增加的治理成本；④流域内补偿主要是针对上游水源地保护的非消耗性水权；跨流域调水不局限于非消耗性水权，还涉及对调出区下游河道内环境用水、航运等非消耗性水权的补偿[16-17]。因而，资源价值、外部性等经济学基本理论和方法及受益者补偿的原则，可用于调水生态补偿研究，但需要结合调水生态补偿的特点，研究利益相关方补偿关系和补偿标准的测算方法。

1.2 跨流域调水生态环境影响评估

跨流域调水会对水源流域下游水资源开发利用、水质保护、生态质量及航运等产生影响，同时对受水区发挥补水、净化水质、地下水压采、航运、旅游等综合效益。

在对水源流域的影响方面，相关研究发现，南水北调中线一期工程实施后丹江口至兴隆河段来水量减少约18%～25%[18]，在引汉济渭、鄂北地区水资源配置工程实施后会产生叠加影响，汉江干流梯级水电枢纽发电量减少[19]，中下游部分断面流量降幅加大，加剧河道内用水的供需矛盾[20]，灌溉等取水成本增加，环境容量下降[21]，总磷、氨氮污染问题将会更为突出，部分断面氨氮浓度可增加43%[22]，水华风险也会升高[23]。丹江口-兴隆江段未来喜静水鱼类和产黏沉性卵鱼类的比例将增加，鱼类资源量有所减少，航运保证率降低，航运成本增加[18]。南水北调西线工程可使坝下河道流量减少，不利于河道内浮游和底栖生物生长繁殖[24]。

在对受水区的影响和效益方面，南水北调东中线一期工程自通水以来，在城市生态补水、地下水压采、水环境改善等方面发挥了巨大生态效益[25]。截至2019 年已累计向受水区供水超过 320亿m3，南四湖、东平湖湖区蓄水稳定，城市河湖、湿地及白洋淀水面面积明显扩大，京津地区河湖水质明显改善。中线各受水省市已累计压采地下水 16.24亿m3，逐步用引江水替换了超采地下水，为受水区地下水压采提供了有力支撑，一定程度上遏制了地下水超采局面。引江济太调水工程自2002年实施以来，不仅发挥了防洪除涝的巨大作用，在保障流域河道水位、水环境功能达标、水资源需求满足率，降低人体健康风险，促进水资源综合利用，提高人居环境舒适度，供给水产养殖、工业及农业用水等方面效益明显[26-27]。

1.3 补偿标准测算方法

补偿标准的测算是建立生态补偿机制的关键技术和难点所在。对于流域内生态补偿标准，国外通常采用机会成本法、条件价值法、旅行费用法等方法进行估算[28-35]。我国常用测算方法包括保护成本法、机会损失法、水资源或水生态服务价值法、水量水质参数法、支付意愿法、生态足迹法、能值分析法、博弈论方法等[36-41]。其中，服务价值尚未有公认的评价指标和方法，不同评估方法结果差异较大，且难以从中分离出水源保护的边际效益，难以直接用于补偿实践；以水源保护成本和发展机会损失为依据的测算方法得到较为广泛的认可和应用[41]。我国很多学者认为保护成本和机会损失测算是补偿标准的基础，可用于估算补偿标准的理论下限，而基于效益或价值的测算结果宜作为补偿标准的上限，以核算为基础，通过区域间协商达成标准，为经济补偿和政策支持等多元化补偿提供依据。为实现外部效应的内部化，采用多种费用分摊方法来计算补偿标准[42]，如根据流域内外受益方用水量比例分摊[43]、按用水效益比例分摊[44-45]、按受益方支付意愿分摊[46]、利用层次分析等综合分析法[47]确定分摊比例等。

学者们将流域生态补偿标准测算方法应用于调水生态补偿标准测算，并做了适当改进。例如：郑雄伟等[48]提出跨流域调水工程可采用替代成本法、支付意愿法、效益分摊系数法计算水资源价值；也有学者们应用保护成本与机会损失、支付意愿[49-52]、排污权价值损失[53]、生态足迹[54]、博弈论[55]等方法，计算了调水工程水源区部分地市的补偿标准；白景锋等[56-60]考虑用水量、水资源价值、支付意愿和生态系统服务价值等因素，探讨了受水区所需分担补偿量计算方法。表1为跨流域调水生态补偿标准测算方法汇总。

表1 跨流域调水生态补偿标准测算方法汇总

1.4 补偿实施机制

国内外流域生态补偿机制一般涉及政府、市场、法律等手段，在明确补偿关系和主客体的基础上，采用兼具科学性与可操作性的补偿标准，实施资金措施及多元化的政策支持，建立上下游跨区域补偿机制。在调水补偿方面，国外许多学者认为市场补偿机制会成为跨流域调水补偿的普遍机制[61]，并倡导建立补偿专项基金[62]。美国加利福尼亚州调水工程实施市场补偿机制，采取“水银行”的模式协调了调水区与受水区之间的用水冲突与生态利益平衡[17]。李浩等[16]提出了跨流域调水生态补偿机制框架，包括以水权为基础明确补偿主客体，以政府为主导市场为补充，纵向与横向转移支付相结合等。韩宇平等[63]探讨了调水工程的多元化支持政策。张杰平[64]设计了南水北调中线补偿的“政府、市场、第三部门”制度模式和协调监督机制。其他学者还提出了设立调水补偿专用基金等资金筹集方式[65]，探讨了补偿资金分配的优化路径[66]。

1.5 研究进展和需求

基于上述研究进展，学者们对调水生态补偿的特殊性已有比较深入的认识，对水源区部分地市的补偿标准进行了研究，但在研究范围、补偿关系和网络化调水的发展趋势下还有更多研究需求。在研究范围上，需要以水源流域为整体进行系统研究。调水生态补偿与流域内生态补偿的一个重大区别，就是受影响范围不仅限于水源地，还包括对取水点下游影响河段的补偿。当前大多数调水生态补偿标准研究的补偿对象范围是水源区的部分地区，且缺乏对下游损失的补偿量测算。

我国部分地区水资源供需矛盾突出，调水工程呈现逐渐增多及加快的趋势，跨流域调水呈现网络化发展趋势。例如，我国中部的汉江流域已建成南水北调中线一期、引江济汉等工程，在建引汉济渭工程、鄂北水资源配置工程，并对南水北调中线二期、引嘉入汉等工程进行前期论证；东北地区建设辽西北供水、吉林中部城市群供水等系列调水工程，形成“北水南调、东水西引、边水济腹”的调水格局；东南地区实施浙东浙北引水、闽江北水南调及西江引水等工程，形成区域内相互调剂的网络化连通格局[1]。这种格局下存在多个调入调出工程，水源区和受水区关系更为复杂，不同于单项调水工程，会出现不同工程的水源区相互包含、对下游产生叠加影响等情况，为补偿主体与对象对应关系的确定带来困难,不能直接沿用流域内部或单项调水工程的生态补偿研究思路，需要研究网络化调水生态补偿的基本原理和标准测算方法。

2 跨流域调水生态补偿关键技术

我国对南水北调等调水工程的水源区补偿开展了实践，还需考虑水源流域整体及网络化调水格局的发展趋势，发展和完善调水补偿机制。但由于调水对调出流域和受水区影响的复杂性，迫切需要结合我国跨流域调水工程特点深化关键技术研究，为补偿机制的有效建立提供支撑。

a.调水工程对水源流域和受水区影响的定量评价技术。我国很多调水工程已建成运行多年，需要科学评价调水给水源流域和受水区带来的影响，这是跨流域调水生态补偿关系分析、补偿标准确定和补偿机制建立的必要基础。调水会对水源流域下游水资源开发利用、水体污染、水能开发、生态质量及航运等产生影响。同时，跨流域调水给受水区带来持续的经济社会和生态效益，供水保证率明显提高，供水水质优化，地下水超采得到缓解，河湖水体得到恢复和补充。需要建立调水工程取水断面下游河段水动力与水质模型，及受水区的水资源配置和评价模型，定量分析自然条件变化和人类开发利用活动对水源流域、受水区水资源与生态环境的影响，为跨流域调水生态补偿研究提供支撑。

b.水源流域损失测算方法。以水源流域为整体，研究调水对水源流域上游源区和下游受影响地区带来的成本与损失，是确定补偿对象区域补偿量的关键问题。调水生态补偿与流域内生态补偿的一个重大区别，就是受影响范围不仅限于水源地，还包括对取水点下游河段的补偿。当前大多数调水生态补偿标准测算的补偿对象范围是水源区的部分地市，没有涵盖全部水源区，且缺乏对下游损失的补偿量测算。源区水源涵养、水土保持、生态保护等成本一般具有明确的投资，便于进行成本核算并得到各方认可。上游源区因较高的水质保护要求而使经济社会发展受到一定程度的限制。这种因限制发展造成的经济损失一般采用与邻近地区对比法或调查统计法进行计算[67]，尚缺乏公认的计算方法。对于下游受影响河段，需要计算河道内取水成本增加、发电效益损失、环境容量下降、航运费用增加等经济损失。

c.受水区效益测算方法。调水工程给受水区带来的经济社会和生态效益测算是当前研究的热点和难点，可为分析确定补偿量上限及补偿量的分担提供依据。目前水资源服务价值的量化较为困难，很难从水经济服务价值中分离出作为生产要素的水资源产生的边际价值；现有的国民经济核算体系没有使水生态系统服务的价值得到反映，将其视为外部性而排斥在经济系统以外。这些外部性给受水区利益相关者带来了效益，或降低了其生产成本、或增加了其效用与福利，出现“免费搭车”现象。水资源服务价值的评价方法并未直接服务于建立生态补偿机制，计算得到的服务价值过高，难以作为生态补偿标准。目前学者们多认为生态系统服务价值可以用于分析生态补偿标准的理论上限，而不是作为现实的生态补偿标准。受水区各地区分享效益的测算可用于测算各区域分担水源流域的补偿量。按照共建共享的理念，调水工程受水区各地按照所分享国民经济效益和生态效益所占比例，得到各受水区域分担的补偿量。

d.补偿关系界定和标准测算技术。系统考虑水源流域上游保护成本和下游损失及受水区效益，构建调水生态补偿关系和标准测算模型，是调水生态补偿研究的核心技术问题。流域内生态补偿主要解决上下游补偿关系和标准，跨流域调水生态补偿需要同时考虑流域内上下游关系和流域间调入调出关系。生态补偿标准的确定关系到补偿的效果。如前所述水资源服务价值难以直接作为补偿标准，目前的研究和实践多是以成本和损失为基础进行计算的。需要在分析水源流域上下游和受水区各区域补偿关系的基础上，建立补偿标准测算模型，计算水源流域各区域所应得到的补偿量和受水区各地区所承担的补偿量，实现外部成本内部化，补偿水源流域的保护成本和发展机会损失，从而获得足够的动力参与生态保护和建设，计算思路见图1。基于调水工程水源区保护成本、机会损失和下游地区损失等不同类型补偿标准，为利用资金、项目、经济合作、优化调度等差别化补偿方式提供依据。

图1 跨流域调水生态补偿标准测算思路

e.网络化调水格局下的补偿测算原理和技术。在网络化调水格局的发展趋势下，结合其特点和需求研发适用的补偿标准测算原理和技术，可为建立调水补偿机制提供科学依据。这种情况下补偿主体与对象关系更为复杂，会出现不同工程的水源区相互包含、对下游产生叠加影响等情况，为补偿主体与对象关系的确定带来困难，不能简单按照水源流域保护成本和损失的总量来计算补偿标准。现有的流域生态补偿或单项调水工程生态补偿研究方法具有一定的局限性，难以支撑补偿标准的科学测算和机制的有效建立，需要研究网络化调水生态补偿的原理和标准测算方法。应深入研究网络化调水格局下水量平衡、水资源价值运移传递的特点和规律，研发适用的标准测算方法。

3 结 语

目前我国跨流域调水生态补偿正处于探索阶段，对水源区补偿标准及补偿机制取得了很多研究成果，但由于调水对水源流域和受水区影响的复杂性，而且调水工程布局向网络化发展，亟须对跨流域生态补偿的相关原理、影响评价和补偿标准测算方法进行深入研究。综合运用水文水资源、资源与环境经济学、水环境、水生态、社会学等多学科交叉研究方法，结合我国的现实需求，面向调水工程对水源流域和受水区的影响、损失和效益测算方法、补偿关系和标准测算、网络化调水格局下的测算技术等关键技术问题，突破理论与技术瓶颈，明晰利益相关地区的补偿关系，科学制定补偿标准，为发展完善跨流域调水生态补偿机制提供科学基础和技术支撑。