白龙江上游水电梯级开发对河流生态系统服务功能的影响.pdf

水利水电技术第45卷2014年第7期白龙江上游水电梯级开发对河流生服务功能的影响态系统杨远祥1，申文金3，杨占彪1，朱雪梅1，邵继荣2(1．四川农业大学资源环境学院，四川成都611130；2．四川农业大学生命理学院，四川雅安625014；3．中国国土资源经济研究院，北京101149)摘要：以高山峡谷区白龙江上游降扎河段为例，采用市场价值法、机会成本法等评价方法，研究了该河段小水电梯级开发对河流生态系统服务功能的影响。结果表明，河流生态系统各项服务功能价值量变化大小为水力发电>控制侵蚀>河流输沙>生物多样性保护>植被生产>大气组分调节；降扎河段小水电梯级开发给白龙江上游河段带来的年均正效益为2519．644万元，年均负效益为800．92万元；负效益主要在控制侵蚀、河流输沙和生物多样性保护等服务功能上，水电开发所带来的总效益会有所减少。对此，应提出相应对策及保护措施。关键词：水电开发；价值；河流生态系统；服务功能；白龙江中图分类号：TV213．4；X826文献标识码：A文章编号：1000．0860(2014)07．0021．05Impactofhydropowercascadedevelopment011riverecosystemservicefunctionsofUpperBailongjiangRiverYANGYuanxian91，SHENWenjin3，YANGZhanbia01，ZHUXuemei1，SHAOJiron92(1．CollegeofResourceandEnvironment，SichuanAgriculturalUniversity，Chengdu611130，Sichuan，China；2．CollegeofLifeScience，SichuanAgriculturalUniversity，Ya’an625014，Siehuan，China；3．ChineseAcademyofLandandResourceEconomies，Beijing101149，China)Abstract：BytakingJiangzhaSectionoftheUpperBailongjiangRiverasastudycase，theimpactfromthesmallhydmpowerea$-cadedevelopmentofthefiversectiononthefiverecosystemservicefunctionsisstudiedhereinwithboththemarketingvaluemethodandtheopportunitycostmethod．Theresultshowsthatthechangingmagnitudesofvaluesofallthefiverecosystemserv—icefunctionsaretobehydropower>erosioncontrol>fiversedimenttransport>biodiversityconservation>vegetationproduc—tion>atmosphericcomponentadjustment，andthentheannualpositivebenefitfromthesmallhydropowercascadedevelopmentfortIleUpperBailongjiangRiverisRMB2．52×10yuanandtheannualnegativebenefitisRMB8．01X100yuan：inwhichthenegativebenefitismainlyfromtheaspectsoftheservicefunctionsoferosioncontrol，fiversedimenttransport，biodiversityCOB-servation，ete．andthetotalbenefitfromthehydropowerdevelopmentistobeaccordinglyreduced．Therefore，thecorrespondingcountermeasuresandprotectionmeasuresmustbeproposedaswell．．Keywords：hydmpewercascadedevelopment；value；fiverecosystem；servicesfunction；BailongjiangRiver自1997年Costanza等人发表《世界生态系统服务和自然资本的价值》和出版《生态系统服务：人类社会对自然生态系统的依赖性》一书¨o后，各国学者纷纷开始对生态系统服务功能价值评估研究悼“1。河流生态系统服务功能是指河流生态系统与河流生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件与效WaterRe．‘ource$andHydwpowerEngineeringVoL45No．7用，包括河流生态系统产品和河流生态系统服务2个方面共14项服务功能m7I。收稿日期：2013—09—24基金项目：四川省科技厅2008年科技支撑计划项目(2008FZ0180)。作者简介：杨远祥(198l一)，男，贵州罗甸人，工程师，硕士。 杨远祥，等∥自龙江上游水电梯级开发对河流生态系统服务功能的影响水电作为一种可持续能源，对正处于经济高速增长期的中国有着举足轻重的作用，但近年来不断推广的水电梯级开发严重影响着河流生态系统。目前，国内对水电梯级开发的研究已逐渐由梯级水电站联合优化调度旧-9]转向梯级开发对河流生态系统服务功能的影响¨0。11j，而且多集中在大水电开发对河流生态系统服务功能‘1卜141的影响上，而对高山峡谷区小水电开发对河流生态系统服务功能影响的研究较少。白龙江上游降扎梯级水电站为四级引水式水电站，属高山峡谷区典型小水电开发。鉴此本文以白龙江上游降扎梯级开发为对象，从河流生态系统产品和服务2个方面，研究高山峡谷区小水电梯级开发对河流生态系统服务功能的影响，以期为类似区域流域开发利用和河流生态系统保护等方面提供一定参考。1研究区域概况1．1白龙江流域概况白龙江地处青藏高原边缘向四川盆地的过渡带上，位于北纬300307～34。30’和东经102030’～106。00’之间，发源于岷山西段郎木寺以西的廓尔莽梁北麓，源地海拨4072m，自西北向东南流经甘、川两省的若尔盖、迭部、舟曲、宕昌、迭部、文县、青川等县，于四川省昭化汇人嘉陵江，全长535km，流域面积32810km2。白龙江自上而下根据河道特征分为三段。上游段从河源到舟曲县城，长228km，集水面积10630km2。从舟曲到蒿子店为中游段，长157km，集水面积7650km2，下游段从蒿子店到昭化出口，长150km，集水面积14530km2。降扎梯级水电站位于白龙江上游河段，上游段河床比降大，流域丛林分布，植被覆盖度高，调蓄能力强，属高山峡谷区，具大陆性气侯特点。1．2白龙江上游梯级水电站规划降扎梯级水电站位于四川省阿坝州若尔盖县降扎乡，包括降扎一级水电站、降扎二级水电站、降扎三级水电站和降扎四级水电站，均属小型水电站，利用总落差308m，总装机容量24．8MW(见表1)。2研究方法降扎梯级水电站开发河段无防洪、灌溉、供水，通航、漂木要求，故本河流开发任务主要是发电，并兼顾流域生态环境用水要求，再结合若22尔盖县白龙江流域降扎流域水电规划报告‘153和野外调查数据，在生态系统产品上选择了水力发电功能，生态系统服务方面选择植被生产、大气组分调节、控制侵蚀、河流输沙和生物多样性等共6项服务功能指标进行评价(见表2)。表1降扎梯级水电站基本情况厂、坝址河床平均厂址以上集装机容量年均发电量水电站名称间距／km比降／％雨面积／km2／kW／万kW·h一级水电站41．583551002157．89二级水电站33．3951．577loo3074．63三级水电站71．01038，9854002525四级水电站42．25124372003551．703白龙江上游梯级开发对河流生态系统服务功能影响分析3．1河流生态系统产品分析见图1，白龙江上游降扎梯级水电开发的主要任务是发电，梯级水电站建成运营后带来的直接发电效益总价值为2519．644万形年。其中，降扎四级水电站发电效益最大，为753．616万形年，降扎一级水电站的效益最低，为507．104万形年。3．2河流生态系统服务分析3．2．1植被生产降扎梯级水电站永久占地类型为有林地和草地，无耕地。对植被生产采用市场价值法估算，草地的生态价值取6406．5形(hm2·年)，林地取19334形表2河流生态系统服务功能的评价指标体系服务功能评价指标评估方法计算公式水力发电年均发电量市场价值法【12,16“1‰=Q。XP。植被生产淹没农、林、草生产量市场价值法‘12,16。71ym=Qt。×PI。河流生态大气组分调节淹没林草的C02、02变量影子价格法[12,16“]K=A。×P。十P。控制侵蚀侵蚀失控量机会成本法‘”·”“7】vb=A。XPd系统服务河流输沙泥沙淤积恢复费用法[12,16-17]k=仉XP。生物多样性影响生物栖息地面积防护费用法[12,16—17]E=∑E。水利水电技术第45卷2014年第7期 (hm2·年)¨8-19]。降扎梯级水电站永久占地共计9．2亩，其中占有林地2．3亩，其他草地13．9亩。见图2，梯级水电站修建对植被生产功能产生的负效益为89．012万元／年，其中降扎一级水电站的修建对植被生产功能的负效益最大，其余3级水电站相差不大。1冒般＼倒j墅盎降扎一级降扎二级降扎三级降扎四级图2各梯级水电站植被生产年均功能价值■图3．2．2大气组分调节河流生态系统的浮游植物、河岸带植物等可以吸收CO：、释放0：。由于降扎梯级水电站的修建淹没了河岸带植物，使这一功能产生损失。本文以淹没区CO：通量来计算该段河流大气组分调节功能。林地年均产CO：12．032t／hm2[20l，草地C02通量取323．03me,／(m2·h)[21J，C的单位固定价值采取中国造林成本和国际碳税法的平均值770元／t，0，的单位释放价值采用造林成本法和工业制氧价格的平均值376．465元／t¨2|。见图3，梯级水电站在这一功能的总负效益为10．158万元／年。降扎一级水电站占用林地和草地，其余三级水电站只占用草地，而降扎一级水电站的负效益大于其他水电站，为9．108万元／年。这表明修建水电站占用林地远比占用草地损失的效益还大。1R仅＼捌趔盎．0一．324．竺．坚里降扎一级降扎二级降扎三级降扎四级图3各梯级水电站大气组分调节年均功能价值量图3．2．3控制侵蚀能力降扎梯级水电站的修建影响着河流控制侵蚀的能力，特别是泥沙造陆功能。在未修建水电站的流域中，泥沙被冲刷到河口，具有造陆功能，而水电站的水利水电技术第45卷2014年第7期杨远祥，等∥白龙江上游水电梯级开发对河流生态系统服务功能的影响修建使泥沙沉积，河口泥沙造陆功能减弱。本文中若尔盖县土壤容重取1．65t／m3，土壤表层厚度在降扎一级取0．3m，其余三级水电站取0．2m¨川。单位土地面积收益由四川省统计年鉴(2011年)获得。见图4，降扎梯级水电站在控制侵蚀功能上损失的总价值为286．155万元／年。从降扎一级到四级呈逐级递增，降扎四级为88．523万元／年。表明梯级水电站的修建会加剧控制侵蚀功能的损失。1RR＼嘲j璺盎降扎一级降扎二级降扎三级降扎四级图4各梯级水电站控制侵蚀年均功能价值量图3．2．4河流输沙梯级水电站的修建使河流渠道化n引，改变了水动力条件，流量减少，流速减缓，泥沙沉积。本文中人工清理河道成本采用4．7元／t【23l。见图5，降扎四级水电站的泥沙沉积量最大，其价值负效应也最高，为73．226万元／年。河流输沙功能产生的负效应随降扎梯级自上而下逐级增加。说明一条河流中水电站级数越多，泥沙沉积量越大，其产生的负效应也越大。1Rk＼咖姆盎降扎一级降扎二级降扎三级降扎四级图5各梯级水电站河流输沙年均功能价值量图3．2．5生物多样性降扎梯级水电站的修建，影响了部分两栖类、爬行类和小型兽类的栖息地。坝址的阻隔使连续河道变成了分段型河道，造成了生境破碎化，阻止了上溯鱼类的通道，破坏了鱼类的生存环境。水坝的修建在一定程度上影响局地气候，影响着陆生植物的生长。为减少降扎梯级水电站对开发河段生物造成的负面影响，需进行生态修复和生物保护，对生物多样性保护一■■I一一■■I一一■-一弭■■■■■一■■，．．．．．。。．．．．．．．，．．．。．。。。．．．．L∞加O躺∞弘如筋如”m，0一●■I一一■■■■一一■-一一■■■，．；。．．．，，．。，．；．．．，，．．Lm的的吣岫吣田O0Og642O 杨远祥，等∥白龙江上游水电梯级开发对河流生态系统服务功能的影响措施的投入为降扎一级47．03万衫年，降扎二级45．87万形年，降扎三级52．1万形年，降扎四级15．15万形年(见图6)。60，L)50般40鲫30Ⅻ盎20lO0降扎一级降扎二级降扎三级降扎四级图6各梯级水电站生物多样性年均功能价值量图3．3降扎梯级开发对河流生态系统服务功能影响分析从表3可见，白龙江上游降扎梯级开发带来的生态系统产品的正效益为2519．644万形年，生态系统服务的负效益为800．92万形年。通过比较各生态系统服务功能价值量的大小，可得如下排序：水力发电>控制侵蚀>河流输沙>生物多样性>植被生产>大气组分调节。研究河段水力发电功能的年均价值量最大，占服务功能总量的75．85％，最小的为大气组分调节功能，仅占0．31％(见图7)。由于降扎梯级开发属于小水电开发，占地面积少，淹没植被较少，所以对植被生产和大气组分调节功能影响较小。图7各服务功能绝对值占总价值量比例图4结论与建议降扎梯级水电站对白龙江上游河段生态系统服务功能价值的正效益大于负效益，负效益主要表现在侵蚀控制、河流输沙和生物多样性三项功能上。由于这表3白龙江上游降扎梯级水电站开发对河流生态系统服务功能影响的价值估算项目功能指标降扎一级降扎二级降扎三级降扎四级小计年均发电量／万kW·h2157．893074．6325253551．7河流生态单位电价格／元·(kW"·h)“0．2350．2050．2450．215系统产品水力发电价值量／万元·年．1507．104630．299618．625763．6162519．6442．35(草)3．564．393．6淹没土地面积／亩2．3(林)植被生产42710(草)42,710427lO42710单位生态价值／元·亩。1128893(林)价值量／万元·年。1—39．682—15．205一18．750一15．375—89．012减少C02排放量／t134．1776．7148．2796．790c单位固定价值／元·t。1770大气组分增加02释放量／t137．40l4．8846．0234．939调节氧的单位释放价值／元·t‘13"16．465376．465河流生态价值量／万元·年。1—9．108一O．324—0．399—0．327一10．]58服务年均输沙量／万t11．9712．5314．2715．58侵蚀土地面积／亩362．727569．697648．636708．182控制侵蚀单位面积收益／元·亩“1250l250l250l250价值量／万元·年“一45．341—71．212—81．079—88．523—286．155年均输沙量／万t11．9712．5314．2715．58河流输沙人工清理成本／元·t—4．7价值量／7／元·年。1—56．259—58．89l一67．069—73．226—255．445生物多样性生物多样性投A／万元·年“一47．03—45．87—52．1一15．15—160．15注：“+”表示价值量的增加，“一”表示价值量的减少。24水利水电技术第45卷2014年第7期舢■训■■I一■■■■ 三项功能具有显著的后续危害效应，总效益会减少。因此，防止它们的危害扩大、增加其他服务功能的正效益是水电站开发重要任务。植被生产和大气组分调节的负效应虽较小，仍不能忽视。水电开发在带来良好社会经济价值的同时，也需兼顾河流生态系统的保护。根据本文研究结果、开发河段和梯级水电站的特点，对河流生态系统服务功能的保护提出几点建议：(1)施工阶段，必须严格按照水电站规划设计进行施工，避免对建设区外生态系统的破坏和扰动。加强施工人员的植物资源保护、环保意识宣传工作，严格要求施工队伍有组织、有计划施工，尽可能减少对现有植被的破坏；同时加强防火宣传教育，建立施工区防火及火警警报系统，确保工程区森林资源安全。(2)对水生生物，实施人工繁殖放流，确保下泄生态流量。严格监控上游水电站的修建对中下游水生态环境的影响，若监控发现问题，应及时采取有效措施，尽量降低水电站修建对水生生物的影响。(3)加强水土保持措施实施及管理，及时撤除废弃的施工I临时建筑物及废弃杂物，弃渣综合利用或合理堆放，清理和恢复施工迹地，对施工开挖裸露面进行工程措施防护、绿化整治及景观恢复。实施植物措施时，采取乔、灌、草立体绿化，树草种选择水土保持效果优良、景观效果佳、耐贫瘠、耐寒、耐旱的乡土物种，且采用浅根植物和深根植物相搭配，综合利用土体营养，利于迹地景观恢复。(4)流域开发应考虑流域负载能力及生态系统服务功能损失的累积效应。同一流域，梯级水电站数量不应过多，否则，生态系统服务功能负效累积，会增加生态环境的潜在风险以及由此带来的巨大危害。参考文献：[2][3][4][5][6]牛翠娟，娄安如，孙儒泳，等．基础生态学(第二版)[M]．北京：高等教育出版社，2007：316—317．欧阳志云，王效科。苗鸿．中国陆地生态系统服务功能及其生态经济价值的初步研究[J]．生态学报，1999，19(5)：607．613．谢高地，张镱锂，鲁春霞，等．中国自然草地生态系统服务价值[J]．自然资源学报，2001，16(1)：47—53．赵同谦，欧阳志云，郑华，等．中国森林生态系统服务功能及其价值评价[J]．自然资源学报，2004，19(4)：480—491．鲁春霞，谢高地，成升魁，等．水利工程对河流生态系统服务功能的影响评价方法初探[J]．应用生态学报，2003，14(5)：803．807．肖建红，施国庆，毛春梅，等．水利工程对河流生态系统服务功能影响经济价值评价[J]．水利经济，2008，26(6)：29-33，水利水电技术第45卷2014年第7期[7][8][9][10][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23]杨远祥，等∥白龙江上游水电梯级开发对河流生态系统服务功能的影响68．肖建红，施国庆，毛春梅，等．水坝对河流生态系统服务功能影响评价[J]．生态学报，2007，27(2)：526—537．高仕春，万飚，梅亚东，等．三峡梯级和清江梯级水电站群联合调度研究[J]．水利学报，2006，37(4)：504—507．刘俊萍，黄强，田峰魏，等．汉江上游梯级发电与航运的优化调度研究[J]．水力发电学报，2001(4)：8．17．麻泽龙，程根伟．河流梯级开发对生态环境影响的研究进展[J]．水科学进展，2006，17(5)：748．753．裴厦，谢高地，鲁春霞，等．水利工程梯级开发对河流生态系统服务累积影响浅析：以猫跳河为例[J]．资源科学，201l，33(8)：1469—1474．陈敏，李绍才，孙海龙，等．雅砻江下游梯级开发对河流生态系统服务功能的影响[J]．水力发电学报，201l，30(1)：89—93．肖建红，施国庆，毛春梅，等．三峡工程对河流生态系统服务功能影响预评价[J]．自然资源学报，2006，21(3)：424-430．魏国良，崔保山，董世魁，等．水电开发对河流生态系统服务功能的影响：以澜沧江漫湾水电工程为例[J]．环境科学学报，2008，28(2)：235·242．四川水利职业技术学院工程勘察设计院．若尔盖县白龙江流域降扎流域水电规划报告[R]．成都：四川水利职业技术学院工程勘察设计院，2006．欧阳志云，王如松，赵景柱．生态系统服务功能及其生态经济价值评价[J]．应用生态报，1999，10(5)：635-640．莫创荣．水电开发对河流生态系统服务功能影响的价值评估初探[J]．生态环境，2006，15(1)：89-93．粟晓玲，康绍忠，佟玲．内陆河流域生态系统服务价值的动态估算方法与应用：以甘肃河西走廊石羊河流域为例[J]．生态学报。2006。26(6)：201l一2019．李晋昌，王文丽，胡光印，等．若尔盖高原土地利用变化对生态系统服务价值的影响[J]．生态学报，201l，3l(12)：3451—3459．赵同谦，欧阳志云，郑华，等．中国森林生态系统服务功能及其价值评价[J]．自然资源学报，2004，19(4)：480-491．王德宣，宋长春，王毅勇，等．若尔盖高原沼泽湿地与草地二氧化碳通量的比较[J]．应用生态学报，2008，19(2)：285—289．庞增铨，廖国华，吴正裎，等．论贵州喀斯特地区河流梯级开发的水环境变异[J]．贵州环保科技，1999，5(4)：13—171．GuoZW，XiaoXM，GalaYL，eta1．Ecosystemfunctions，serv—icesandtheirvalues-acasestudyinXingshanCountyofChina[J]．EcologicalEconomiCS，2001，38：141—154．(责任编辑欧阳越)