北京市南水北调水资源生态补偿标准研究

彭卓越

（扬州大学 水利科学与工程学院，江苏 扬州 225009）

1 引 言

随着我国经济快速发展，人口、经济与资源环境之间的矛盾日益突出［1］。 跨流域调水工程是将水资源较丰富流域的水转移到相对匮乏的流域，用来满足缺水地区的水资源需求，使受水区的经济和社会福利不断提升。 然而，为促进调水区生态环境保护，大多数调水区限制开发，产业布局重大调整，造成地方税源减少；企业排放污水标准提高，造成生产成本上升；水利设施建设、污水处理、湿地修复与保护等工程的实施以及企业搬迁和人员安置等，造成财政支出压力加大。同时，大多数跨流域调水的上游地区经济比较落后，面临着经济发展和环境保护的双重压力，上游地区与下游地区的经济社会发展水平差距不断加大，对社会和谐以及公共安全产生了不利影响。 实施跨流域调水生态补偿是解决以上问题的有效手段之一。 国内外相关学者分别从外部性理论［2］、公共物品理论［3］、环境资源价值理论［4］、可持续发展理论［1］等角度探讨了跨流域调水生态补偿的理论基础，如：Pagiola 等［5］认为跨流域调水生态补偿指对水资源生态功能或生态价值损害、恢复、保护的补偿；Fu 等［6］认为跨流域调水生态补偿指下游地区应向上游地区支付增加或维持水流的费用，而上游地区应该通过积极的生态保护和用水管理来保证下游地区用水需求，从而有效调整调水区和受水区的利益关系，将生态环境的外部成本内部化，实现上下游各地区的共赢和共享。

生态补偿标准的定量化是目前生态补偿机制建立的核心问题，直接关系到生态补偿的可行性和实施效果［7］。 目前，学术界关于生态补偿标准的确定方法主要有以下4 种：一是基于社会经济的生态系统服务价值评估，常见评估方法有市场价值法［8］、机会成本法［9］、水供给投入核算法［10］等，但以上方法仅集中于传统经济学指标，忽略了生态学指标，对生态系统提供的生命支持系统服务（水源涵养、空气净化等）无法进行评估，导致评估指标不全面；二是基于能值分析理论的生态系统服务价值评估，以生态系统的能量流动为基础，量化生态系统服务价值［11-12］，可以克服多生态环境指标计算过程中评价标准不一、无法统一度量等问题［13］；三是生态足迹评估法，该方法中生态足迹模型计算参数多数直接引用相关研究的赋值结果，无法体现研究区域的特殊性，并且过于强调土地的生产性及数量［14］，缺乏对水资源功能与质量的关注；四是考虑受水区公众的经济可承受能力，采用条件价值评估法（CVM）中问卷调查方式，构建假设的市场情景确定受水区公众对生态系统服务价值供给的支付意愿，其与公众的社会特征、对工程的认识、个人收入水平等密切相关，目前中国缺乏公众参与和监督机制［15］，可能会存在与真实价值不匹配的问题。 综上，国内外关于跨流域调水生态补偿标准的研究虽取得了一定进展，但采用方法都比较单一，确定的生态补偿标准或没有真实反映跨流域调水水资源的价值、或没有考虑受水区公众的经济可承受能力。

本文以南水北调中线受水区北京市为例，基于生态系统服务价值评估指标特性，采用能值分析理论对跨流域调水工程中受水区的生态系统服务价值增量进行综合评估，并结合受水区公众的支付意愿，提出北京市的跨流域调水生态补偿标准，以期推动多元化生态补偿机制的创新发展，使生态补偿成为解决调水区生态环境问题的长效措施。

2 研究区概况

南水北调中线工程的源头丹江口水库位于长江支流汉江的中上游，水库控制流域面积为9.6 万km2，南水北调中线工程向北京市、天津市、河北省和河南省供水。 北京市作为受水区至2020 年底受水量已超过56亿m3，这些水主要用于自来水饮用、调蓄储备和地下水回补，极大提升了北京市的水资源支撑能力，为北京市水资源的供水安全、生态安全和城市运行安全提供保障。 南水北调中线工程的实施在促进受水区经济社会发展的同时对调水区生态环境提出了更高要求，制约了调水区的经济社会发展。 然而，丹江口库区及上游地区多属于国家级或省级贫困县，工业基础薄弱，经济发展落后，发展需求强烈，目前调水区水污染防治项目资金来源主要是中央财政和地方配套财政资金，应该对调水区提供一定的生态补偿，但实际上政府没有真正给予补偿［16］。

3 研究方法

3.1 能值分析理论

能值分析理论以生态系统的能量流动为基础，量化生态系统服务价值，其在流域的环境资源、环境政策、环境管理和发展模式等方面得到了广泛应用［17-18］。 跨流域调水工程受水区生态系统服务价值增量是指调水后受水区的生态系统在原有功能的基础上所产生的生态环境功能的增量。 跨流域调水工程水资源系统属于自然-人工复合水循环系统，受水区的能量系统见图1，图中标明了整个调水工程受水区的主要能源、物质投入和产出关系，反映了各种能量流动、转化以及贮存过程。

图1 受水区的能量系统

根据相关文献［19-20］以及《北京统计年鉴2015》《2015 年北京市水土保持公报》等资料，确定能值转化率，运用能值分析理论计算得到北京市不同资源类型的太阳能值（见表1），2015 年北京市的总太阳能值为9.77×1023sej、国民生产总值为23 014.6 亿元，采用2015年美元兑换人民币汇率6.39，得出2015 年北京市能值／货币比率为2.71×1012sej／＄。

表1 2015 年北京市不同资源类型的太阳能值

基于研究区特点、南水北调工程特点、受益群体、经济社会发展状况、自然环境状况等因素，结合专家意见，选择水源供给、水资源调蓄、净初级生产力、生物量、预防地面沉降、生物多样性、生态补水、气候调节、水质净化、固碳释氧、休闲娱乐作为生态系统服务价值评估指标，将各指标的太阳能值除以北京市能值／货币比率可分别得到各指标的能值／货币价值，即流动或储存与能值相当的货币价值，综合得到南水北调供水对北京市生态系统服务价值增量。

3.2 条件价值评估法

北京市南水北调水资源支付意愿调查问卷由3 个部分组成：一是被调查者的社会特征（年龄、性别、学历、收入、职业、住宅类型）；二是被调查者对北京市南水北调的了解程度；三是被调查者的支付意愿。

4 研究结果

4.1 生态系统服务价值增量

采用能值分析理论得出各生态系统服务价值评估指标的能值／货币价值量化结果（见表2），能值／货币价值总计6.10 亿美元，2015 年美元兑换人民币汇率为6.39，计算得出北京市生态系统服务价值增量为38.98亿元。

表2 北京市各生态系统服务价值评估指标的能值／货币价值

（1）水源供给。 2015 年南水北调来水给北京市生活工业供水6.86 亿m3，其太阳能值为5.83×1020sej。

（2）水资源调蓄。 2015 年北京市中心城区供水量为0.7 亿m3，南水北调来水使水库调蓄水源增加了2.02 亿m3，计算可得水资源调蓄的太阳能值为4.46×1019sej。

（3）净初级生产力和生物量。 由相关资料并结合Google Earth 软件计算的大宁水库、团城湖调节池和团城湖明渠等增加的水面面积为1.77 km2；北京市密云水库管理处统计数据显示密云水库水面面积由南水北调通水前74 km2扩大到通水后114 km2，南水北调来水使水面面积共增加了41.77 km2。 增加的水面面积分别乘以平均净初级生产力（500 g／m2）和平均生物量（103g／m2）可得该地区的净初级生产力和生物量的增量［21］。 进一步计算可得净初级生产力的太阳能值为1.21×1018sej，生物量的太阳能值为2.14×1017sej。

（4）预防地面沉降。 根据华北平原地面沉降调查和监测数据，北京市地面沉降灾害造成的直接损失为44.79 亿元、间接损失为39.75 亿元，合计损失为84.54亿元，多年地下水储量为77.66 亿m3，南水北调来水使地下水储量增加了4.32 亿m3，计算可得其太阳能值为1.46×1020sej。

（5）生物多样性。 按照北京市湿地生物活动面积（41.77 km2）占全球面积（5.21×108km2）的比例对生物多样性的太阳能值进行计算（见表3），各物种数量参考已有研究［22-24］，物种总数为309 种，计算可得其太阳能值为3.12×1020sej。

表3 生物多样性的太阳能值

（6）生态补水。 南水北调来水已向城市河湖（卢沟晓月湖、园博园）补水2.25 亿m3，在密云水库达到蓄水目标要求之后，北京市水务局提出北运河、潮白河“清水长流”的调度方案，利用南水北调富余来水对中心城外进行生态补水1.7 亿～3.2 亿m3，取2.5 亿m3作为生态补水量，计算可得其太阳能值为2.13×1020sej。

（7）气候调节。 北京市多年平均水面蒸发量为1 100 mm，南水北调来水使北京市水面面积增加了41.77 km2，相应水面蒸发量为4.59×107mm。 根据在100 ℃恒压条件下水的汽化热为2 260 kJ／kg，则1 kg水气化需要吸收的热量为1.04×1014kJ，计算可得气候调节的太阳能值为1.27×1018sej。

（8）水质净化。 南水北调来水属于优质水源，提升了北京市河湖水体的自净能力，改善了河湖水质。水体净化污染物消耗的太阳能值等于上、下游水体的太阳能值之差，将其定义为水体的净化价值EMj，公式为

式中：M1、τ1分别为上游水体的污染物含量、能值转化率；M2、τ2分别为下游水体的污染物含量、能值转化率；EM1、EM2分别为上游水体、下游水体的太阳能值。

受资料限制，选取大宁水库为代表，高国军［25］研究结果显示2016 年大宁水库库首年平均氨氮含量为0.13 mg／L，库尾年平均氨氮含量明显降低为0.10 mg／L，氨氮去除率为23%；水库库首年平均总氮含量为1.92 mg／L，库尾年平均总氮含量为0.95 mg／L，氨氮去除率为51%；自来水硬度由调水前的380 mg／L 降为调水后的120～130 mg／L，取125 mg／L 作为调水后的自来水硬度。 水质净化的太阳能值见表4，2016 年调水量为10.6 亿m3，将各水质指标浓度差值与调水量相乘，即可得上、下游污染物含量之差，进一步与能值转化率相乘，可得水质净化的太阳能值为2.74×1020sej。

表4 水质净化的太阳能值

（9）固碳释氧。 水生态系统可以很大程度地抑制CO2浓度［26］，植物通过光合作用新陈代谢并制造有机物，光合作用方程式如下：

6CO2＋6H2O＝6O2＋C6H12O6（2）

可知植物每生产1 g 干物质可吸收1.47 g CO2，释放1.06 g O2，由上述南水北调工程增加的净初级生产力为2.09×1010g（干重），可得吸收CO2量为3.07×1010g，释放O2量为2.22×1010g，进一步计算可得固碳释氧的太阳能值为2.29×1018sej。

（10）休闲娱乐。 水体的休闲娱乐价值主要体现在两方面：一是美学价值，主要包括流域水体和沿岸陆地景观，如峡谷、瀑布、急流险滩等；二是娱乐功能，如划船、游泳、漂流、渔猎、露营、远足、摄影、野餐等［27］。北京市得益于南水北调来水的景点主要有十渡风景区、卢沟桥、十三陵水库景区、园博园、玉渊潭公园、颐和园。 根据刘青［28］的研究，认为水体旅游在全部旅游类型收入中所占比例为12.3%。 休闲娱乐的太阳能值EMy计算公式为

式中：I为旅游总收入；EDR为地区的能值转化率。

由北京旅游网统计数据可知北京市景区共292个，2015 年北京市旅游收入为722.11 亿元，按等比例分配评估出得益于南水北调来水的景点收入为14.84亿元，计算可得休闲娱乐的太阳能值为7.74×1019sej。

4.2 公众支付意愿

采用CVM 法对北京市20～70 周岁并且连续居住半年以上的人口进行调查，回收样本共906 份，有效样本共776 份。 经统计，平均每人的支付意愿为42.15元。 《北京统计年鉴2015》显示2015 年北京市常住人口为2 170.5 万人，据此推算，北京市常驻居民的支付意愿总计为9.15 亿元。

5 分析与讨论

北京市生态系统服务价值增量为38.98 亿元，计算各生态系统服务价值评估指标的能值／货币价值在生态系统服务价值增量的占比，可得水源供给价值最高，占比为35.25%；其次是生物多样性，占比为18.85%；气候调节、净初级生产力和生物量的占比都小于0.1%。 这说明南水北调来水对维持北京市供水功能和生物多样性具有积极影响，而对气候调节、净初级生产力和生物量的影响较小。 与输水量直接相关的指标，如水源供给、水质净化、生态补水、水资源调蓄、预防地面沉降指标的价值总和占生态系统服务价值增量的76.24%，因此水量对生态系统服务价值增量起着决定性作用。

以往研究表明，2004 年北京市能值／货币比率为1.16×1013sej／＄［29］，2005 年北京市能值／货币比率为4.48×1012sej／＄［30］，本文计算得到2015 年北京市能值／货币比率为2.71×1012sej／＄，北京市能值／货币比率不断减小，十分接近发达国家，认为这种变化与进口商品数额不断增大、北京GDP 快速增长以及人民币的汇率变化有关。 与长江三角洲和珠江三角洲的城市相比，北京市能值／货币比率相对较小，显示出北京市具有巨大的发展和投资潜力。 在2014 年南水北调引江水进入北京市之前，北京市的水资源供需矛盾非常突出。 孟庆义等［31］对2008 年北京市水资源生态系统服务价值进行了评估，总价值为2 870.73 亿元。 本文得出2015 年南水北调工程投入运行后，生态系统服务价值增加了38.98 亿元，增幅不大（约为1.4%），可能与南水北调工程投入运行时间短有关。 南水北调中线工程作为国家战略性工程，将持续很长一段时间，每年调水量也会发生变化，因此计划之后对北京市生态系统服务价值进行长期评估。

北京市生态系统服务价值增量为38.98 亿元，公众的支付意愿为9.15 亿元，支付意愿远低于生态系统服务价值增量，对于受水区北京市的生态补偿标准，以受水区水资源生态系统服务价值增量为生态补偿标准的上限，以受水区公众的支付意愿为生态补偿的下限。支付意愿调查总是在一定的地理区域内进行，其结果必然与被调查区域的政治制度、经济水平、环保意识、环境管理模式、公共产品供给模式等密切相关［32］，同时公众对国家公共设施的认知不够，导致获得的支付意愿相对较低［33］。

6 结论与建议

研究结果表明，北京市生态系统服务价值增量为38.98 亿元，公众的支付意愿为9.15 亿元，公众的支付意愿明显低于生态系统服务价值增量。 因此，北京市的生态补偿应以政府补偿为基础，以公众补偿为辅助，后续可以在有关政府和调水区、受水区相关管理局的主导下，在生态功能的供给者和受益者之间协商，最终确定生态补偿标准。

为完善生态补偿机制，提出如下建议：①构建生态补偿激励机制。 对市场主体建立激励机制，鼓励公众参与生态补偿；受水区应鼓励受益于水质改善的行业分担补偿额，以减轻政府的财政压力；对积极参与生态补偿的社会团体，在获得应有生态效益的基础上，给予政策支持或财政激励。 ②减少受水区的补偿需求。 应充分发挥先进产业的优势，减少调水区维持良好生态环境的投资；加快调整受水区产业结构，对高用水量、低产值的产业进行调控；鼓励受水区循环经济，广泛研究非常规水资源的利用，努力开发和寻找替代水源。③建立财务状况公开制度。 通过建立多主体监管评价体系，公开披露财务信息等以增强公众信任，完善监督体制，强化财政审计部门的审计监督职责；对补偿过程进行定期评估，以保护补偿对象的利益；生态补偿效果评价和环境监测结果应纳入政府绩效评价。