生態(tài)承載力理論在流域水電梯級開發(fā)

1、作者簡介：曾得峰（1980-），男，湖南衡陽人，工程師（碩士），主要從事環(huán)境影響評價與水土保持工作.電子郵箱：zengdefeng820，手機態(tài)承載力理論在流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)評中的初步應(yīng)用曾得峰，周宗敏（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院 貴州貴陽 550002）摘要：本文通過建立流域生態(tài)承載力指標(biāo)體系，確定指標(biāo)權(quán)重及評價標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)境影響評價的生態(tài)承載力計量模型，并以貴州省壩王河流域為例，對不同規(guī)劃方案情景下的流域生態(tài)環(huán)境影響進行了評價。結(jié)果表明：評價的5個方案（包括零方案）情景中，規(guī)劃的4個方案情景下的壩王河流域生態(tài)承載力指數(shù)（水平）均較零方案

2、情景高，其中方案四情景下的流域生態(tài)承載指數(shù)最高，在該方案情景下，流域生態(tài)系統(tǒng)將保持健康水平，是環(huán)境可行的推薦方案。關(guān)鍵詞：生態(tài)承載力，水電梯級開發(fā)，規(guī)劃環(huán)評Application of Ecological Carrying Capacity in Environmental Impact Assessment forHydropower Cascade Exploitation Plan of River ZENG De-feng, ZHOU Zhou-min(Guizhou survey/design research institute for water resources and h

3、ydropower, Guiyang, Guizhou 550002 China)Abstract: Based on the establishing of indicators system of ecological carrying capacity and the confirmation of evaluation indicators and evaluation standard, the article constructed the Ecological Carrying Capacity Assessment Model. Then it were applied to

4、evaluate the impact of Hydropower Cascade Exploitation Plans of Bawang River and . The results shows ecological carrying capacity index of four plans is higher than undo, and the Plan 4 is recommended plan of environmental permission.Key Words: ecological carrying capacity; hydropower cascade exploi

5、tation; plan environmental impact assessment戰(zhàn)略環(huán)境影響評價是當(dāng)今環(huán)境影響評價研究的前沿領(lǐng)域，作為其中重要一種的流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)境影響評價是指對流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃實施后可能造成的環(huán)境影響進行分析、預(yù)測與評價，并提出預(yù)防或者減輕不良環(huán)境影響的對策和措施，并制定跟蹤監(jiān)測的方法和制度。它可更早參與規(guī)劃方案的形成，可從流域環(huán)境保護和生態(tài)建設(shè)的整體角度考慮規(guī)劃實施所造成的環(huán)境影響，從決策源頭上盡量減少規(guī)劃產(chǎn)生的不利影響，從而保護流域生態(tài)環(huán)境，在我國正受到越來越廣泛的重視。目前實際工作中普遍遵循的2003年發(fā)布的規(guī)劃環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則（試行）僅引導(dǎo)和啟

6、發(fā)性地提出規(guī)劃環(huán)評的一般原則、技術(shù)程序、方法、內(nèi)容及要求等1，對流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)評缺乏針對性的指導(dǎo)。因此，需要相關(guān)機構(gòu)和環(huán)評工作者在實踐中以研究者角色開展相關(guān)工作，不斷豐富和完善其理論與技術(shù)方法。鑒于此，本文嘗試從生態(tài)承載力理論角度出發(fā)，構(gòu)建了流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)評的生態(tài)承載力計量模型，并以貴州省壩王河流域為例進行了初步探討。1生態(tài)承載力基本理論1.1生態(tài)承載力概念及其特點生態(tài)承載力作為生態(tài)系統(tǒng)整體水平的表征，已成為生態(tài)環(huán)境管理的有效工具，其概念的演變先后經(jīng)歷了種群承載力、資源承載力、環(huán)境承載力、生態(tài)承載力等4個階段。高吉喜在前人的基礎(chǔ)上發(fā)展了生態(tài)承載力的概念2；楊志峰等則將生態(tài)承載力

7、概念與生態(tài)系統(tǒng)健康聯(lián)系起來，并將其定義為：在一定社會經(jīng)濟條件下，自然生態(tài)系統(tǒng)維持其服務(wù)功能和自身健康的潛在能力3。此定義下的生態(tài)承載力由資源環(huán)境承載力、自然生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力即生態(tài)彈性力和人類活動潛力等3部分組成，并具有以下特點：相對性與動態(tài)性，即生態(tài)承載力是相對于某一具體歷史發(fā)展階段和社會經(jīng)濟水平而言的，將隨社會經(jīng)濟的發(fā)展而變化；與生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)緊密相連，一定的生態(tài)承載力水平對應(yīng)一定的生態(tài)系統(tǒng)健康等級；可控性，主要體現(xiàn)在人類活動潛力方面，即人類可通過技術(shù)進步等活動提高生態(tài)承載力。由此可知，生態(tài)承載力集中體現(xiàn)了自然生態(tài)系統(tǒng)對社會經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展強度的承受能力和一定社會經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展強度下自然生態(tài)系統(tǒng)的

8、健康發(fā)生損毀的難易程度，且同時將社會經(jīng)濟系統(tǒng)壓力作為外力，而非內(nèi)力，因而能夠更準(zhǔn)確地衡量自然生態(tài)系統(tǒng)對社會經(jīng)濟系統(tǒng)的承載能力。1.2生態(tài)承載力計量模型1.2.1評價指標(biāo)體系流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響涉及資源、環(huán)境、社會、經(jīng)濟等諸多方面，包含了定量成分和定性成分，很難用一兩個指標(biāo)來評價，因此為全面評價流域水電梯級開發(fā)環(huán)境影響，有必要建立指標(biāo)體系。本文根據(jù)前述生態(tài)承載力概念，結(jié)合系統(tǒng)可分原理，建立流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)境影響評價指標(biāo)體系框架（圖1）。流域生態(tài)承載力資源環(huán)境承載力生態(tài)彈性力人類活動潛力資源利用環(huán)境質(zhì)量水文情勢氣候生態(tài)質(zhì)量技術(shù)水平文化教育生活質(zhì)量景觀信息交流··

9、83;···························圖1 流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)境影響評價指標(biāo)體系框架該指標(biāo)體系框架由四層組成，第一層為目標(biāo)層，即流域生態(tài)承載力；第二層為準(zhǔn)則層，包括資源環(huán)境承載力、生態(tài)彈性力和人類活動潛力等3個準(zhǔn)則；第三層為要素層，其中資源環(huán)境承載力包括資源利用、環(huán)境質(zhì)量2個要素，生態(tài)彈性力包括水文情勢

10、、氣候、景觀和生態(tài)質(zhì)量等4個要素，人類活動潛力包括技術(shù)水平、生活質(zhì)量、文化教育和信息交流等4個要素；第四層為指標(biāo)層，可根據(jù)具體流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃實際情況予以確定，這里不列出具體指標(biāo)。1.2.2 評價指標(biāo)權(quán)重在流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)評中，指標(biāo)權(quán)重的確定十分重要，直接影響評價結(jié)果。目前確定權(quán)重的方法有多種，但大致可劃分為兩類：主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。前者有層次分析法（AHP）、Delphi法等，后者有熵值法、主成分分析法等。其中，AHP是一種定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法，因其通過采取分層次分別賦權(quán)方式，避免了大量指標(biāo)同時賦權(quán)的混亂和失誤，可提高預(yù)測和評價的簡便性和準(zhǔn)確性而應(yīng)用頗廣?？紤]到流域水

11、電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)境影響評價指標(biāo)體系鮮明的層次性，且兼有定量和定性兩種成分，本文選取AHP來進行指標(biāo)賦權(quán)。AHP賦權(quán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是構(gòu)造評價指標(biāo)體系的兩兩比較判斷矩陣、進行一致性檢驗，其計算方法有冪法、方根法與和積法。本文采用方根法，具體計算步驟可參照參考文獻4。1.2.3評價標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化由于生態(tài)承載力概念與生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)有機相連，因此可借鑒已有生態(tài)系統(tǒng)健康研究成果5來確定評價指標(biāo)的參照值，即評價標(biāo)準(zhǔn)。已有流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價標(biāo)準(zhǔn)常劃分為病態(tài)、不健康、亞健康、健康、非常健康5個等級，各等級值綜合各指標(biāo)的分布特點、世界和中國的指標(biāo)均值和生態(tài)縣（市、?。┑南鄳?yīng)要求予以確定3。評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化采用相

12、對隸屬度公式來實現(xiàn)。1.2.4綜合評價模型由生態(tài)承載力定義可知，生態(tài)承載力可由資源環(huán)境承載力、生態(tài)彈性力和人類活動潛力3者的合力表征。具體到流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)評，則不同規(guī)劃方案對流域生態(tài)環(huán)境的影響程度可由生態(tài)承載力指數(shù)表征，其計算公式如下：式中，為規(guī)劃方案p下的生態(tài)承載力指數(shù)；為生態(tài)承載力狀態(tài)空間向量的模；為規(guī)劃方案p的第i個資源環(huán)境承載力指標(biāo)在空間坐標(biāo)軸上的投影；為規(guī)劃方案p的第j個生態(tài)彈性力指標(biāo)在空間坐標(biāo)軸上的投影；規(guī)劃方案p的第k個人類活動潛力指標(biāo)在空間坐標(biāo)軸上的投影；、為第i、j、k個指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重。經(jīng)歸一化處理后，ECC0，1，其值越大，代表流域生態(tài)承載力水平越高；反之其值越小，

13、代表流域生態(tài)承載力水平越低。為描述不同生態(tài)承載力指數(shù)所對應(yīng)的生態(tài)承載力水平，本文采用均勻分布函數(shù)法將生態(tài)承載力水平分為弱承載、低承載、中等承載、較高承載與高承載等5個等級，并與生態(tài)系統(tǒng)健康等級相對應(yīng)，詳見表1。表1 生態(tài)承載力指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)承載力指數(shù)生態(tài)承載力水平生態(tài)系統(tǒng)健康等級生態(tài)學(xué)涵義ECC0.2弱承載病態(tài)活力非常弱,結(jié)構(gòu)完全不合理,恢復(fù)力、服務(wù)功能和人群健康非常差0.2ECC0.4低承載不健康活力較弱,結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào),恢復(fù)力、服務(wù)功能和人群健康較差0.4ECC0.6中等承載亞健康活力,結(jié)構(gòu),恢復(fù)力、服務(wù)功能和人群健康一般0.6ECC0.8較高承載健康活力強,結(jié)構(gòu)合理、協(xié)調(diào),恢復(fù)力、服務(wù)功能

14、和人群健康水平較強ECC0.8高承載非常健康活力非常強,結(jié)構(gòu)均衡,恢復(fù)力、服務(wù)功能和人群健康非常強注：、項均引自參考文獻3.2實例研究以壩王河流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃為例2.1壩王河流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃概況2.1.1壩王河流域概況壩王河流域位于貴州省南部，東經(jīng)106°4737，北緯26°1432°，是紅水河水系蒙江一級支流，發(fā)源于貴陽市花溪區(qū)高坡鄉(xiāng)田坎寨，自北向南依次流經(jīng)貴陽市花溪區(qū)，惠水縣的甲烈、擺金、斗底、太陽、抵麻、抵季、羨塘，平塘縣的克度、塘邊及羅甸縣的董當(dāng)、沫陽、龍坪和八總，最后匯入蒙江。流域面積2351km²，河流全長162.2km，總落差124

15、6m，主河道比降6.16，水能資源蘊藏量174.6MW，已開發(fā)2.34MW，年發(fā)電量1045萬kW·h，為可開發(fā)量的1.34%。壩王河流域?qū)儆诘湫涂λ固氐孛矃^(qū)，整條河流忽明忽暗，明伏交替，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，水資源時空分布不均，水土資源分布不協(xié)調(diào)，水低田高，造成人畜飲水及農(nóng)業(yè)灌溉用水困難，流域以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，水土流失嚴(yán)重。流域內(nèi)分布有羨塘燕子洞、大小井省級風(fēng)景名勝區(qū)等，生態(tài)環(huán)境十分敏感。2.1.2規(guī)劃方案簡介規(guī)劃編制單位在對規(guī)劃河段進行勘查基礎(chǔ)上，根據(jù)河流自然特點、開發(fā)條件及地方社會經(jīng)濟發(fā)展需求，提出了由梅家田、平寨、大河、羨塘、落雨寨、馬鞍寨、小井及柏林等8個壩址組合成的4個規(guī)劃方案

16、貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院.壩王河干流水電開發(fā)規(guī)劃，2004.，與零方案一起構(gòu)成了本次評價的5個方案。零方案：即不作規(guī)劃，按照現(xiàn)有模式發(fā)展；方案一：梅家田（1065m）+平寨（986 m）+大河（950m）+羨塘（904 m）+落雨寨（859m）+馬鞍寨（812.9 m）+小井（735 m）+柏林（415m）；方案二：梅家田（1065 m）+平寨（986 m）+大河（950m）+羨塘（904 m）+落雨寨（859m）+小井（812.9 m）+柏林（415m）；方案三：梅家田（1065 m）+平寨（986 m）+羨塘（950 m）+落雨寨（859m）+馬鞍寨（812.9 m）+小井（735 m

17、）+柏林（415m）；方案四：梅家田（1065 m）+平寨（986 m）+羨塘（950 m）+落雨寨（859m）+小井（812.9 m）+柏林（415m）。其中除梅家田（1065m）、平寨（986m）及柏林（415m）電站采取壩后式開發(fā)外，其余各梯級均采取引水式開發(fā)。2.2壩王河流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)境影響評價與分析2.2.1評價指標(biāo)體系與權(quán)重依據(jù)上述基于生態(tài)系統(tǒng)健康的生態(tài)承載力理論與方法，結(jié)合壩王河流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，確定壩王河流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)境影響評價指標(biāo)體系，如表2。依據(jù)AHP原理與方法確定評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)權(quán)重，如表2。表2 壩王河流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)境影響評價指標(biāo)體系目標(biāo)層（

18、A）準(zhǔn)則層（B）要素層（C）指標(biāo)層（D）指標(biāo)權(quán)重生態(tài)承載力（A）資源環(huán)境承載力（B1）資源利用（C1）水能資源利用率（D1）0.1031人均耕地（D2）0.0519人均水資源量（D3）0.0736畝均水資源量（D4）0.0467土地墾殖率（D5）0.0341環(huán)境質(zhì)量（C2）河流水質(zhì)達標(biāo)率（D6）0.0745空氣質(zhì)量達標(biāo)率（D7）0.0601固體廢物產(chǎn)生量（D8）0.056生態(tài)彈性力（B2）水文情勢（C3）減水河段長度（D9）0.0244脫水河段長度（D10）0.0275多年平均水溫（D11）0.0177流域輸沙模數(shù)（D12）0.0177流域產(chǎn)水量（D13）0.0234氣 候（C4）年平均氣溫（

19、D14）0.0189年平均降水量（D15）0.0254景 觀（C5）景觀多樣性指數(shù)（D16）0.0317生態(tài)質(zhì)量（C6）森林覆蓋率（D17）0.0213水土流失率（D18）0.0327土壤侵蝕強度（D19）0.0307水生生物多樣性指數(shù)（D20）0.0286人類活動潛力（B3）技術(shù)水平（C7）萬元GDP水耗（D21）0.0312萬元GDP能耗（標(biāo)煤）（D22）0.0303文化教育（C8）文盲率（D23）0.0205高中以上人口比例（D24）0.0217生活質(zhì)量（C9）恩格爾系數(shù)（D25）0.0314信息交流（C10）交通密度（D26）0.0300移民安置數(shù)量（D27）0.03492.2.2綜合

20、評價與分析經(jīng)計算，壩王河流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃各方案及零方案對應(yīng)的生態(tài)承載力指數(shù)如表3。表3 壩王河流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃環(huán)環(huán)評結(jié)果規(guī)劃方案生態(tài)承載力指數(shù)生態(tài)承載力水平生態(tài)系統(tǒng)健康水平方案一0.4915中等承載亞健康方案二0.6837較高承載健康方案三0.5713中等承載亞健康方案四0.7382較高承載健康零方案0.3568低承載不健康由表3可知，本次評價的5個方案的生態(tài)承載力指數(shù)大小順序分別為：方案四方案二方案三方案一零方案，對應(yīng)的承載力水平分別為中等承載、較高承載、中等承載、較高承載和低承載，相應(yīng)的流域生態(tài)系統(tǒng)將分別處于亞健康、健康、亞健康、健康和不健康的水平。分析表明：如果不做規(guī)劃，即零方案情景下，壩王河流域生態(tài)承載力處于低承載水平，相應(yīng)的流域生態(tài)系統(tǒng)活力較弱，結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，恢復(fù)力、服務(wù)功能和人群健康等較差，勢必影響到流域社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展；而方案一方案四情景下，壩王河流域生態(tài)環(huán)境承載力將得到提高，流域生態(tài)系統(tǒng)活力增強，結(jié)構(gòu)趨向協(xié)調(diào)，恢復(fù)力、服務(wù)功能及人群健康等也將得到提高，其健康水平將由不健康變