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森林涵养水源的价值核算研究*

姜文来

(中国农业科学院农业自然资源和农业区划研究所 北京:100081)

 

摘要:本文在总结、分析森林涵养水源价值量核算的基础上,提出了森林涵养水源价值量核算模糊数学模型。

关键词:森林  涵养水源  价值  核算 自然资源 水资源

 

森林与水的关系非常密切,森林水文学的迅速发展说明了人们对其间关系的重视。随着水危机的加剧,森林涵养水源的生态功能引起了高度关注。所谓的森林涵养水源,通常指森林生态系统对降水的拦截和滞蓄。森林涵养水源价值核算是森林资源核算组成部分之一,具有重要的理论和实践意义。

 

1  森林涵养水源功能

森林涵养水源功能表现在多个方面,但主要表现在以下几个方面:蓄水功能、调节径流功能、森林削洪抗旱功能和森林净化水质等。

森林涵养水源主要表现在通过对降水的截留、吸收和下渗,对降水进行时空再分配,减少无效水,增加有效水。国外学者认为温带针叶林林冠截留率在20%—40%,我国学者认为截流率在11.4%—34.3%,变动系数为6.68%—55.05%。森林这种功能与森林土壤较特殊的结构功能十分密切,森林土壤象海绵体一样,吸收林内降水并很好地加以蓄存[2]

森林具有调节径流的生态功能,但究竟是增大还是减少径流量,学术界没有定论,尚处于争论之中。美国的多数学者认为,面积较小的集水区和流域(数十平方公里以下),森林的存在会减少径流量,采伐森林通常可使年径流量增加,最高可达500毫米,对于面积较大的流域,情况则恰好相反,有林流域的年径流量较无林或少林流域的为多,森林覆盖率每增加1%,年径流量至少增加0.8毫米。我国对森林调节径流进行了广泛的研究,其结果多种意见并存。周晓峰等对寒温带、温带、亚热带开展的森林植被率变化对小集水区年径流量影响的研究结果表明,森林覆盖率的减少会增加流域的年径流总量,但在四川西部米亚罗高山林区、岷江上游冷杉林集水区内,采伐森林,使年径流量减少[3]

森林则具有减缓洪水的作用。这种减洪作用是通过降水截留,森林的蒸腾、蒸发,森林土壤的水分渗透,延长融雪时间,减少地表径流等综合功能实现的。这种作用可以通过森林的多少与洪水量的大小体现出来。

 人们对森林与水质关系的关注开始于20世纪60年代的土壤稳定性研究工作,国内外研究结果表明,森林对水质确有良好的净化作用。我国热带林尖峰岭实验站长期观测结果表明,热带原始森林余地流域集水径流水质检出均值为最优质的源水,其次为天然更新的山地加杉木幼林流域、天然更新山地雨林流域,森林对水质净化能力非常强。

 

2 森林涵养水源价值的核算方法

 

21  森林涵养水源价值估算原理

    森林涵养水源价值评估,就是采用各种方法对森林涵养水源价值进行估算。综合国内外有关文献,该价值的评估基本上采用替代的方法进行。

    替代工程法也叫影子工程法。因为直接计算森林涵养水源的价值有困难,只好寻求一种替代技术。为要实现与森林涵养水源量相同的蓄水功能,假设存在一个工程,而且该工程的价值是可以计算的,那么该工程的修建费用或者说造价,就可以替代那个森林的涵养水源价值。这样,森林涵养水源价值的计量就转化为寻找恰当的工程造价的计量。这一理论数学模型为[1]

           V = GX1X2,……Xn

    式中:V—森林涵养水源的价值,万元;

           G—替代工程的造价,万元;

           Xi—替代工程中i项目的建设费用,万元。

    实际上就是:

           V = G = Xi ,(i = 12,……n

这样,森林涵养水源价值的计量就变成了其替代工程造价的计量。即涵养同样大小的水量,需要修建多大的水利工程(通常指水库)或由若干个已知的水利工程替代,从而可间接地测知森林涵养水源的价值。由于水利工程的造价较易得到,森林涵养水源的价值也就可以很容易地得到了。

在实际工作中,替代技术模式多样的,最常见的有蓄水工程费用法、电能生产成本确定法、海水淡化费用法、平均生产成本费用法等。

 

2.2  森林涵养水源效益计量核算方法

2.2.1 森林蓄水价值量核算

    森林涵养蓄水价值量核算方法较多,包括土壤蓄水估算法、水量平衡核算法、用地下径流增长法计算森林涵养水源的价值、多因子回归法。本文重点介绍森林土壤蓄水估算法。

森林涵养水源的价值为:V= Q2·P

Q2 = J1·R = J·R1·R   J1 = J·R1

    式中: Q2—森林的降水贮存量,吨;

            J1—有林地降水量,吨;

            J—林区总降水量,吨;

            R—森林降水贮存量(即森林涵养水源量)占有林地降水量的百分比,%

R1—森林覆盖率,%

P—单位蓄水费用,元/立方米。

值得说明的是,森林涵养水源可以分为两部分:一部分是森林土壤贮存量,另一部分是降水贮存量,他们之间存在密切的关系,因为,只有一部分降水转化为降水贮存,降水贮存后,又转化为土壤贮存,它们几乎在同时进行。一般来说,降水贮存量要稍大于土壤贮存量。因此,在实际估算森林涵养水源量时,为简便计,有时将降水贮存量作为森林涵养水源量。

 

2.2.2 森林调节径流价值核算方法

森林具有防洪功能,根据森林年蓄水量,计算减小洪水的立方米数乘以防洪费用,即得防洪功能的价值。

森林防洪效益可以用如下模型来表示:

V1=∑S1(H1-H0)b·β

式中:V——森林防洪效益经济评价值(元);

      Si——第i种森林类型面积(hm2

      Hi——第i种森林类型的持洪能力(m3/hm2);

      H0——无林地的拦洪能力(m3/hm2);

      n——森林类型的个数;

      b——拦蓄1m3洪水的水库、堤坝修建费(元);

     β——效益/投入比值。

另外,由于森林涵养水源,延长了丰水期,缩短了枯水期,加大了农田灌溉及工业供水的能力。由此而产生的效益计算公式如下:

V2V21+V22M·P1η1M·P2η2

式中:V2——森林增加水资源效益经济评价值(元);

      V21——提高农田灌溉能力的经济评价值(元);

      V22——增加城市供水能力的经济评价值(元);

      M——森林增加水资源总量(m2);

      P1,P2——分别为单位灌溉和供水费用价格(元/m3);

     η21——分别为农田灌溉和城市供水的利用比例(%)。

森林涵养水源效益值(V)为防护效益值(V1)和增加水资源效益值之和,V=V1+V2

 

3 森林涵养水源价值模糊数学理论模型

上面论述了森林涵养水源价值核算方法,但此方法存在一个问题,需要分别求出森林涵养水源的价值,然后进行合成。在合成过程中,可能存在信息叠加等问题,使计算结果偏离实际。能否将其进行合成,建立一个模型成为大家关注的问题之一。作者提出涵养水源价值模糊数学模型。

 

3.1  森林涵养水源价值适用于模糊数学模型

    森林涵养水源价值系统是一个复杂的系统,它是自然系统、社会系统、经济系统相互影响、相互作用、相互耦合的系统。如果不考虑社会系统和经济系统,只考虑森林涵养水源本身,其价值难以考察。就每个系统而言,又是复杂因素共同作用的复合体。如森林涵养水源系统本身,存在降水的随机性,地表水、地下水、土壤水、大气水的相互转化,水量和水质的相互耦合等。

    处理这样的复杂系统,运用常规的数学模型是难以如意的。在复杂的系统中存在着“不相容原理”,即当一个系统复杂性增大时,我们使它精确化的能力减少,在达到一定阈值(即限度之上时),复杂性和精确性将相互排斥。

    森林涵养水源价值系统是一个模糊系统。如在森林涵养水源价值模型中所选择的参数水质,它是表示水资源质量好坏的一种工具。在水质评价中,常常提及“水污染严重”、“水质清洁”等不确切概念。同理,森林涵养水源量的多少,森林涵养水源价值的高低,都具有很大的不确定性,是一模糊事件。

    森林涵养水源价值系统是复杂且模糊的系统,它适宜于用模糊数学的方法进行处理。因为模糊集合正适宜于那些“有着人的智力活动参与其内,本身具有高度复杂性”且“紧紧伴随着模糊性”的学科及领域。

 

3.2  森林涵养水源价值模糊数学理论模型

    构成水资源的价值因素,可以将其分为三类:自然因素(包括环境因素)、经济因素、社会因素。自然因素是决定森林涵养水源价值的重要因素之一,它是非人工控制的,它决定了森林涵养水源态势,即森林涵养水的丰度和品质;经济因素对森林涵养水源价值具有重要影响等;社会因素在森林涵养水源价值形成过程中是不可忽视的,它主要包括技术、人口、政策、文化历史背景等。森林涵养水源价值模型可以用一个函数表示:

V=f(X1,X2,X3,…,Xn)

式中:V为森林涵养水源价值;X1、X2、X3、…Xn分别影响森林涵养水源价值因素。下面对其模型进行具体细化。

    设论域U为水资源价值要素,U={X1,X2,X3,…,Xn},评价向量为W,W={高,偏高,一般,偏低,低},森林涵养水源价值综合评价可以用下式来表示:

V=A○R

式中A为X1,X2,X3,…,Xn要素评价的权重值;“○”为模糊矩阵的复合运算符号,一般为取算子“∧”或“∨”,V为森林涵养水源价值综合评价值,R为影响森林涵养水源单要素X1,X2,X3,…,Xn评判矩阵所组成的综合评价矩阵,可表示为:

 

式中Rnjn=123,…,nj=12345)代表n要素j级评价值。

    Rnj的确定,首先确定n要素中各因素的隶属函数。所谓的隶属函数就是给定论域B,式中Rnjn=123,…,nj=12345)代表n要素j级评价值。

    Rnj的确定,首先确定n要素中各因素的隶属函数。所谓的隶属函数就是给定论域B,所谓指定了B上的一个模糊集合C(记为 ),是指对任意b∈B,都有一个隶属程度μ(0≤μ≤1)与之对应,称μ为 的隶属函数,记作μ= (b)。隶属函数的确定有多种方式,一般常选用升(降)半梯形分布,建立一元线性隶属函数。

    对于X2X3,…Xn而言,其隶属函数的确定可以采用类似X1的方法确定。对于权重A而言,其确定方法是多样的,如权重分配法、因素贡献率法、置信水平权重法、“成对比较法”、模糊相似矩阵最大矩阵元法。

   运用上述模型所得结果为森林涵养水源价值综合评价,它是一个无量纲的向量,必须通过某种方法将其转换为森林涵养水资源价值。本文提出下述转换公式:

V=R·S


   S为水资源价格向量,其具体向量的形式为:

 


   可以通过承受能力法进行计算,具体计算方法可参考姜文来著《水资源价值论》等有关文献[4,5]

 

4问题与讨论

4.1  关于森林涵养水源量的确定      

    从理论上来讲,水量平衡法计算的森林涵养水源量是最完美的方法。 但在实际上也存在一定困难,用森林的土壤蓄水量来代替整个森林的涵养水量,简便易行,可操作性强。然而,以主要的部分代替整体,必然会使计量的最终结果小于森林的涵养水总量。

 

4.2 关于森林涵养水源工程替代问题

运用替代工程法求算森林涵养水源价值,存在问题是:一是替代工程的非唯一性,导致结论多样性;二是两种功能效用的异质性,替代工程的功能效用与森林涵养水源的功能效用是不一样的,可能存在低估森林涵养水源价值的倾向;第三,计算森林涵养水源价值没有充分考虑人的支付意愿和国民经济发展水平,结果大,无法将其纳入到国民经济核算体系之中,必须对其进行调整。李金昌、姜文来等在《生态价值论》(重庆大学出版社)中提出了运用支付意愿调节系数方法,值得借鉴。

 

4.3 关于森林涵养水源价值模糊数学理论模型

森林涵养水源价值模糊数学理论模型是在分析目前存在问题的基础上构造的,其考虑的因素众多,从理论上而言,是较严密的,但从实践的角度来看,其操作性还较差,有待于进一步改进,主要从以下几个方面来进行:合理地确定分级标准,如将森林涵养水源量分为五级,即(高,偏高,一般,偏低,低),确立其标准;第二,参数的选择,究竟选择多少个参数才能完全准确地确定森林涵养水源价值,还有待于深入探讨;第三,权重的确定方法目前还没有统一的认识,也需要深入探讨。

 

参考文献

1)李金昌、姜文来、靳乐山等著,生态价值论,重庆:重庆大学出版社,1999

2)曾庆波、李意德、陈步峰等著,热带森林生态系统管理,北京:中国林业出版社,1997

3)于志民、王礼先主编,水源涵养林效益研究,北京:中国林业出版社,1999

4)姜文来著,水资源价值论,北京:科学出版社,1999

5)水资源环境驿站,网址:http://wwwjwl.126.com。

 

Theories and methods to accounting the value

of forest water conservative

Jiang wenlai

(Institute of Natural Resources & Regional Planning, Chinese academy of agricultural sciences, Beijing, 100081)

 

Abstract: Based on summarizing and analyzing the value of forest water conservative, the fuzzy mathematics model is established in this paper.

Keyword: Forest, water Conservative, Value, Accounting, Natural sources, water resources

 发表于水土保持学报

 



l        ITTO资助项目,国家自然科学基金资助项目(4971015)和国家公益性研究资助项目

l        本文曾在“森林环境价值核算国际研讨会”宣读


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