生态承载力理论在流域水电梯级开发

1、作者简介：曾得峰（1980-），男，湖南衡阳人，工程师（硕士），主要从事环境影响评价与水土保持工作.电子邮箱：zengdefeng820，手机态承载力理论在流域水电梯级开发规划环评中的初步应用曾得峰，周宗敏（贵州省水利水电勘测设计研究院 贵州贵阳 550002）摘要：本文通过建立流域生态承载力指标体系，确定指标权重及评价标准，构建了流域水电梯级开发规划环境影响评价的生态承载力计量模型，并以贵州省坝王河流域为例，对不同规划方案情景下的流域生态环境影响进行了评价。结果表明：评价的5个方案（包括零方案）情景中，规划的4个方案情景下的坝王河流域生态承载力指数（水平）均较零方案

2、情景高，其中方案四情景下的流域生态承载指数最高，在该方案情景下，流域生态系统将保持健康水平，是环境可行的推荐方案。关键词：生态承载力，水电梯级开发，规划环评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战略环境影响评价是当今环境影响评价研究的前沿领域，作为其中重要一种的流域水电梯级开发规划环境影响评价是指对流域水电梯级开发规划实施后可能造成的环境影响进行分析、预测与评价，并提出预防或者减轻不良环境影响的对策和措施，并制定跟踪监测的方法和制度。它可更早参与规划方案的形成，可从流域环境保护和生态建设的整体角度考虑规划实施所造成的环境影响，从决策源头上尽量减少规划产生的不利影响，从而保护流域生态环境，在我国正受到越来越广泛的重视。目前实际工作中普遍遵循的2003年发布的规划环境影响评价技术导则（试行）仅引导和启

6、发性地提出规划环评的一般原则、技术程序、方法、内容及要求等1，对流域水电梯级开发规划环评缺乏针对性的指导。因此，需要相关机构和环评工作者在实践中以研究者角色开展相关工作，不断丰富和完善其理论与技术方法。鉴于此，本文尝试从生态承载力理论角度出发，构建了流域水电梯级开发规划环评的生态承载力计量模型，并以贵州省坝王河流域为例进行了初步探讨。1生态承载力基本理论1.1生态承载力概念及其特点生态承载力作为生态系统整体水平的表征，已成为生态环境管理的有效工具，其概念的演变先后经历了种群承载力、资源承载力、环境承载力、生态承载力等4个阶段。高吉喜在前人的基础上发展了生态承载力的概念2；杨志峰等则将生态承载力

7、概念与生态系统健康联系起来，并将其定义为：在一定社会经济条件下，自然生态系统维持其服务功能和自身健康的潜在能力3。此定义下的生态承载力由资源环境承载力、自然生态系统恢复力即生态弹性力和人类活动潜力等3部分组成，并具有以下特点：相对性与动态性，即生态承载力是相对于某一具体历史发展阶段和社会经济水平而言的，将随社会经济的发展而变化；与生态系统健康状态紧密相连，一定的生态承载力水平对应一定的生态系统健康等级；可控性，主要体现在人类活动潜力方面，即人类可通过技术进步等活动提高生态承载力。由此可知，生态承载力集中体现了自然生态系统对社会经济系统发展强度的承受能力和一定社会经济系统发展强度下自然生态系统的

8、健康发生损毁的难易程度，且同时将社会经济系统压力作为外力，而非内力，因而能够更准确地衡量自然生态系统对社会经济系统的承载能力。1.2生态承载力计量模型1.2.1评价指标体系流域水电梯级开发环境影响涉及资源、环境、社会、经济等诸多方面，包含了定量成分和定性成分，很难用一两个指标来评价，因此为全面评价流域水电梯级开发环境影响，有必要建立指标体系。本文根据前述生态承载力概念，结合系统可分原理，建立流域水电梯级开发规划环境影响评价指标体系框架（图1）。流域生态承载力资源环境承载力生态弹性力人类活动潜力资源利用环境质量水文情势气候生态质量技术水平文化教育生活质量景观信息交流··

9、83;···························图1 流域水电梯级开发规划环境影响评价指标体系框架该指标体系框架由四层组成，第一层为目标层，即流域生态承载力；第二层为准则层，包括资源环境承载力、生态弹性力和人类活动潜力等3个准则；第三层为要素层，其中资源环境承载力包括资源利用、环境质量2个要素，生态弹性力包括水文情势

10、、气候、景观和生态质量等4个要素，人类活动潜力包括技术水平、生活质量、文化教育和信息交流等4个要素；第四层为指标层，可根据具体流域水电梯级开发规划实际情况予以确定，这里不列出具体指标。1.2.2 评价指标权重在流域水电梯级开发规划环评中，指标权重的确定十分重要，直接影响评价结果。目前确定权重的方法有多种，但大致可划分为两类：主观赋权法和客观赋权法。前者有层次分析法（AHP）、Delphi法等，后者有熵值法、主成分分析法等。其中，AHP是一种定性和定量相结合的系统分析方法，因其通过采取分层次分别赋权方式，避免了大量指标同时赋权的混乱和失误，可提高预测和评价的简便性和准确性而应用颇广。考虑到流域水

11、电梯级开发规划环境影响评价指标体系鲜明的层次性，且兼有定量和定性两种成分，本文选取AHP来进行指标赋权。AHP赋权的关键环节是构造评价指标体系的两两比较判断矩阵、进行一致性检验，其计算方法有幂法、方根法与和积法。本文采用方根法，具体计算步骤可参照参考文献4。1.2.3评价标准与指标标准化由于生态承载力概念与生态系统健康状态有机相连，因此可借鉴已有生态系统健康研究成果5来确定评价指标的参照值，即评价标准。已有流域生态系统健康评价标准常划分为病态、不健康、亚健康、健康、非常健康5个等级，各等级值综合各指标的分布特点、世界和中国的指标均值和生态县（市、省）的相应要求予以确定3。评价指标的标准化采用相

12、对隶属度公式来实现。1.2.4综合评价模型由生态承载力定义可知，生态承载力可由资源环境承载力、生态弹性力和人类活动潜力3者的合力表征。具体到流域水电梯级开发规划环评，则不同规划方案对流域生态环境的影响程度可由生态承载力指数表征，其计算公式如下：式中，为规划方案p下的生态承载力指数；为生态承载力状态空间向量的模；为规划方案p的第i个资源环境承载力指标在空间坐标轴上的投影；为规划方案p的第j个生态弹性力指标在空间坐标轴上的投影；规划方案p的第k个人类活动潜力指标在空间坐标轴上的投影；、为第i、j、k个指标对应的权重。经归一化处理后，ECC0，1，其值越大，代表流域生态承载力水平越高；反之其值越小，

13、代表流域生态承载力水平越低。为描述不同生态承载力指数所对应的生态承载力水平，本文采用均匀分布函数法将生态承载力水平分为弱承载、低承载、中等承载、较高承载与高承载等5个等级，并与生态系统健康等级相对应，详见表1。表1 生态承载力指数分级标准生态承载力指数生态承载力水平生态系统健康等级生态学涵义ECC0.2弱承载病态活力非常弱,结构完全不合理,恢复力、服务功能和人群健康非常差0.2ECC0.4低承载不健康活力较弱,结构不协调,恢复力、服务功能和人群健康较差0.4ECC0.6中等承载亚健康活力,结构,恢复力、服务功能和人群健康一般0.6ECC0.8较高承载健康活力强,结构合理、协调,恢复力、服务功能

14、和人群健康水平较强ECC0.8高承载非常健康活力非常强,结构均衡,恢复力、服务功能和人群健康非常强注：、项均引自参考文献3.2实例研究以坝王河流域水电梯级开发规划为例2.1坝王河流域水电梯级开发规划概况2.1.1坝王河流域概况坝王河流域位于贵州省南部，东经106°4737，北纬26°1432°，是红水河水系蒙江一级支流，发源于贵阳市花溪区高坡乡田坎寨，自北向南依次流经贵阳市花溪区，惠水县的甲烈、摆金、斗底、太阳、抵麻、抵季、羡塘，平塘县的克度、塘边及罗甸县的董当、沫阳、龙坪和八总，最后汇入蒙江。流域面积2351km²，河流全长162.2km，总落差124

15、6m，主河道比降6.16，水能资源蕴藏量174.6MW，已开发2.34MW，年发电量1045万kW·h，为可开发量的1.34%。坝王河流域属于典型喀斯特地貌区，整条河流忽明忽暗，明伏交替，水文地质条件复杂，水资源时空分布不均，水土资源分布不协调，水低田高，造成人畜饮水及农业灌溉用水困难，流域以农业生产为主，水土流失严重。流域内分布有羡塘燕子洞、大小井省级风景名胜区等，生态环境十分敏感。2.1.2规划方案简介规划编制单位在对规划河段进行勘查基础上，根据河流自然特点、开发条件及地方社会经济发展需求，提出了由梅家田、平寨、大河、羡塘、落雨寨、马鞍寨、小井及柏林等8个坝址组合成的4个规划方案

16、贵州省水利水电勘测设计研究院.坝王河干流水电开发规划，2004.，与零方案一起构成了本次评价的5个方案。零方案：即不作规划，按照现有模式发展；方案一：梅家田（1065m）+平寨（986 m）+大河（950m）+羡塘（904 m）+落雨寨（859m）+马鞍寨（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）+羡塘（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）+羡塘（950 m）+落雨寨（859m）+马鞍寨（812.9 m）+小井（735 m

17、）+柏林（415m）；方案四：梅家田（1065 m）+平寨（986 m）+羡塘（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）电站采取坝后式开发外，其余各梯级均采取引水式开发。2.2坝王河流域水电梯级开发规划环境影响评价与分析2.2.1评价指标体系与权重依据上述基于生态系统健康的生态承载力理论与方法，结合坝王河流域生态环境现状，确定坝王河流域水电梯级开发规划环境影响评价指标体系，如表2。依据AHP原理与方法确定评价指标体系中各指标权重，如表2。表2 坝王河流域水电梯级开发规划环境影响评价指标体系目标层（

18、A）准则层（B）要素层（C）指标层（D）指标权重生态承载力（A）资源环境承载力（B1）资源利用（C1）水能资源利用率（D1）0.1031人均耕地（D2）0.0519人均水资源量（D3）0.0736亩均水资源量（D4）0.0467土地垦殖率（D5）0.0341环境质量（C2）河流水质达标率（D6）0.0745空气质量达标率（D7）0.0601固体废物产生量（D8）0.056生态弹性力（B2）水文情势（C3）减水河段长度（D9）0.0244脱水河段长度（D10）0.0275多年平均水温（D11）0.0177流域输沙模数（D12）0.0177流域产水量（D13）0.0234气 候（C4）年平均气温（

19、D14）0.0189年平均降水量（D15）0.0254景 观（C5）景观多样性指数（D16）0.0317生态质量（C6）森林覆盖率（D17）0.0213水土流失率（D18）0.0327土壤侵蚀强度（D19）0.0307水生生物多样性指数（D20）0.0286人类活动潜力（B3）技术水平（C7）万元GDP水耗（D21）0.0312万元GDP能耗（标煤）（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生活质量（C9）恩格尔系数（D25）0.0314信息交流（C10）交通密度（D26）0.0300移民安置数量（D27）0.03492.2.2综合

20、评价与分析经计算，坝王河流域水电梯级开发规划各方案及零方案对应的生态承载力指数如表3。表3 坝王河流域水电梯级开发规划环环评结果规划方案生态承载力指数生态承载力水平生态系统健康水平方案一0.4915中等承载亚健康方案二0.6837较高承载健康方案三0.5713中等承载亚健康方案四0.7382较高承载健康零方案0.3568低承载不健康由表3可知，本次评价的5个方案的生态承载力指数大小顺序分别为：方案四方案二方案三方案一零方案，对应的承载力水平分别为中等承载、较高承载、中等承载、较高承载和低承载，相应的流域生态系统将分别处于亚健康、健康、亚健康、健康和不健康的水平。分析表明：如果不做规划，即零方案情景下，坝王河流域生态承载力处于低承载水平，相应的流域生态系统活力较弱，结构不协调，恢复力、服务功能和人群健康等较差，势必影响到流域社会经济的可持续发展；而方案一方案四情景下，坝王河流域生态环境承载力将得到提高，流域生态系统活力增强，结构趋向协调，恢复力、服务功能及人群健康等也将得到提高，其健康水平将由不健康变