摘要：根据生态水系生态环境功能的特点和表现形式，针对生态水系的生物多样性保护、水质净化、气候调节、调蓄洪水等功能，提出生态水系生态环境效益能值分析方法，实现生态水系各类生态环境效益的定量分析和统一度量。以河南省中牟县规划的生态水系为例，对２０１５年、２０２０年、２０３０年３个规划水平年的生态环境效益能值进行了计算，结果分别为１．５６８３×１０２０、６．３１４７×１０２０、７．６２７３×１０２０ｓｅｊ，可以看出中牟县生态水系的生态环境效益呈增长趋势，按照规划对水系进行生态性改造的效益是明显的。
　　关键词：生态水系；生态环境效益；能值分析
　　水是生命之源、生产之要、生态之基。随着人口增长和经济发展，水系的开发利用片面追求经济效益，导致了水面萎缩、水质恶化、生物多样性遭到破坏等一系列问题。通过对水系进行生态性改造，可以完善水系的生态环境功能。生态水系的生态环境功能所表现出来的生态环境效益对人类生产和生活起着重要作用。定量评估生态水系的生态环境效益对水系的建设和保护具有重要意义。传统的水生态系统生态环境价值量化评价大都是从经济学的角度出发，采用外部效果内部化的经济替代思路，用货币来衡量水生态系统的生态环境价值，并没有从生态经济系统整体出发，难以反映自然的本质和规律。本文介绍的能值分析方法，根据生态水系生态环境功能的特点，将生态经济系统内流动和储存的不同类别的能量和物质转换为同一标准的能值，来定量分析生态水系生态环境效益。
　　１、生态水系生态环境效益及能值分析方法
　　１．１生态水系的生态环境效益分类
　　将生态水系维持自然生态过程和生态环境条件的功能称为生态水系的生态环境功能，主要包括生物多样性保护、营造水环境、气候调节、调蓄洪水等。根据生态水系生态环境功能的特点和表现形式，将生态水系的生态环境效益划分为生物多样性保护、水质净化、气候调节、调蓄洪水、再生水回用五类。
　　１．２生态水系生态环境效益能值计算方法
　　“能值”一词由Ｈ．Ｔ．Ｏｄｕｍ提出，他将能值定义为一种流动或储存的能量所包含另一类能量的数量。不同品质的能量之间存在一个转换关系———能值转换率，即形成每单位物质或能量所含的另一种能量的量。由于不同形式、种类的能量均直接或间接地来源于太阳能，因此常以太阳能为基准来衡量各种能量的能值。在水资源领域，一些学者将其应用在水资源系统生态经济评价等方面，取得了丰富的成果。根据能值分析理论和生态水系生态环境效益的特点，可用能值表示生态水系生态环境效益，计算方法如下。
　　（１）生物多样性保护效益。生态水系为水生生物提供栖息、繁衍的场所和生存环境，对于维护生物多样性起着重要作用，其效益计算公式如下：ＥＭｓ＝τｓＮＲ（１）式中：ＥＭｓ为生物多样性保护效益，ｓｅｊ；Ｎ为计算区域内水生生物物种总数，种；τｓ为物种能值转换率，ｓｅｊ／种；Ｒ为生物活动面积占全球面积（５．２１×１０１４ｍ２）的比例。
　　（２）水质净化效益。水体的自净功能可以将水中污染物稀释、吸附、降解，使污染物浓度降低。上、下游水体中污染物的能值之差即为水质净化效益，计算公式如下：ＥＭｊ＝ｍｉτｉ（２）式中：ＥＭｊ为水质净化效益，ｓｅｊ；ｍｉ为水体对第ｉ种污染物的消减量，ｇ；τｉ为第ｉ种污染物的能值转换率，ｓｅｊ／ｇ。
　　（３）气候调节效益。水系对气候的调节主要源于水体蒸发对大气温度、湿度的影响，可以认为水体蒸发的能值即为气候调节效益，计算公式如下：Ｌ＝２５０７．４－２．３９ＴＥ＝ＬＧＥＭｑ＝Ｅτ{ｑ（３）式中：ＥＭｑ为气候调节效益，ｓｅｊ；Ｅ为水体蒸发能量，Ｊ；τｑ为蒸汽能值转换率，ｓｅｊ／Ｊ；Ｌ为蒸发潜热，Ｊ／ｇ；Ｇ为蒸发量，ｇ；Ｔ为计算区域平均气温，℃。
　　（４）调蓄洪水效益。调蓄洪水包括湖泊、湿地滞蓄洪水，贮存水源，补充和调节周围地下水量等效益，其能值可以用湖泊、滞蓄洪工程的年蓄水量乘以相应水体的能值转换率来计算，公式如下：ＥＭｔ＝Ｗｔτｔ（４）式中：ＥＭｔ为调蓄洪水效益，ｓｅｊ；Ｗｔ为湖泊或滞蓄洪工程的年蓄水量，ｍ３；τｔ为相应水体的能值转换率，ｓｅｊ／ｍ３。
　　（５）再生水回用效益。受污染的水体经过处理后，达到一定水质指标时，可以被再次利用，其效益应根据再生水回用情况的不同分别计算。针对本研究的目标，拟采用再生水回用于生态环境时所产生的效益，能值计算公式如下：ＥＭｒ＝Ｗｒ×ＥＭｏＥＭｏ{＝（ＥＭｓ＋ＥＭｊ＋ＥＭｑ＋ＥＭｔ）／Ｗｅ（５）式中：ＥＭｒ为再生水回用效益，ｓｅｊ；Ｗｒ为再生水回用于生态环境的水量，ｍ３；ＥＭｏ为单方水生态环境效益能值，ｓｅｊ／ｍ３；Ｗｅ为生态用水量，ｍ３。
　　２、案例分析
　　２．１研究区概况
　　中牟县位于河南省中部偏北，境内水系主要有七里河、堤里小清河、运粮河、小清河、丈八沟、绿博湖群、中央湖、杨湖、甘地、柳湖、雁鸣湖湿地、后孙湿地、庙后马湿地等。过去对水系保护不足，造成了水面萎缩、水生生物种类减少、水体自净功能丧失等一系列问题。为解决这些问题，该县组织编制了《中牟都市区现代水城水系总体规划》（以下简称《规划》），制定了规划年水系治理目标。本研究针对中牟县规划的生态水系，进行生态环境效益能值的计算，计算所需资料均来源于《规划》，相关能值指标参见文献。
　　２．２计算结果
　　由于现状水系污染严重，因此在计算过程中，忽略不计《规划》治理目标以外水系相对较小的生态环境效益。
　　（１）生物多样性保护效益计算结果。结合《规划》制定的３个水平年（２０１５年、２０２０年、２０３０年）湿地修复目标，取物种能值转换率τｓ＝１．２６×１０２５ｓｅｊ／种、水生生物物种Ｎ＝４５种。
　　（２）水质净化效益计算结果。结合《规划》治理目标，取污染物氨氮的能值转换率为２．８×１０９ｓｅｊ／ｇ，磷的能值转换率为３．９×１０９ｓｅｊ／ｇ。
　　（３）气候调节效益计算结果。《规划》中拟定的３个水平年河湖蒸发量相同，因此认为３个水平年的气候调节效益相同。根据式（３），取水蒸汽的能值转换率为１２．２０ｓｅｊ／Ｊ，蒸发潜热Ｌ＝２４７２．７Ｊ／ｇ。
　　（４）调蓄洪水效益计算结果。规划期修复的湖泊主要有绿博湖群、中央湖、杨湖、柳湖等，滞蓄洪工程主要有后孙滞蓄洪湿地、庙后马滞蓄洪湿地和瓦灰郭滞蓄洪湿地。根据式（４），计算中牟县湖泊的能值转换率为０．３８×１０１２ｓｅｊ／ｍ３，取滞蓄洪工程水体能值转换率为７．４４×１０１２ｓｅｊ／ｍ３。《规划》中３个水平年水体的年蓄水量相同，因此认为３个水平年的调蓄洪水效益相同。
　　（５）再生水回用效益计算结果。根据式（５）计算不同水平年单方水生态环境效益能值。

　　２．３结果分析
　　将中牟县生态水系不同水平年生态环境效益进行汇总。
　　（１）整个规划期，中牟县生态水系的生态环境效益呈增长趋势，说明通过对水系的生态性改造，其功能将逐渐完善，水系对生态环境效益的贡献将逐渐增大。
　　（２）到２０３０年，生物多样性保护效益占总效益的比例最大，为７０．４０％，说明水系的生态性改造对于生物多样性保护的作用最为明显。
　　（３）２０１５—２０２０年总效益的增长速率为０．９４９３ｓｅｊ／ａ，大于２０２０—２０３０年的０．１３１３ｓｅｊ／ａ。原因是现状水系破坏严重，不能发挥良好的生态环境功能，２０１５—２０２０年通过对水系进行生态性改造，其生态环境效益将迅速增长；２０２０年水系已经较为完善，此后主要以维持现状水系为目标，因此效益的增长速率将有所降低。
　　（４）生物多样性保护效益的增长趋势最明显，其次是再生水回用效益，而水质净化、调蓄洪水、气候调节效益均无明显变化，这说明水系的生态性改造对生物多样性保护效益和再生水回用效益有显著影响。由于在计算中假定了气候调节效益和调蓄洪水效益在规划期内相同，因此二者在规划期内无变化。
　　３、结语
　　将能值分析技术应用于生态水系生态环境效益计算，实现了生态水系各类生态环境效益的定量分析和统一度量。对中牟县生态水系近期、中期、远期生态环境效益的计算结果表明，能值分析方法是生态水系生态环境效益评估的一种有效手段。
　　但是，生态水系生态环境效益的研究是一项涉及多学科的工作，本文主要从宏观角度分析了生态水系的生态环境效益，且只考虑了生态水系改造后所带来的生态环境正效益，如何具体化并考虑生态水系建设的负效益还需要进一步研究。