国外流域综合评价始于流域综合管理,因为流域综合管理就是以流域为单元,对流域内资源全面实行协调的、有计划的、可持续的开发与管理,不断维护和提高环境质量,实现流域的经济、社会和环境福利的最大化。流域综合管理水平的高低、综合治理效果的好坏需要进行综合评价,以便决策者、管理者制定和采取相应的对策与措施。
在评价尺度上,美国国家环境保护署将流域分为 5 级( Basin , Sub-Basin , Watershed , Sub-Watershed , Catchment), Basin尺度面积为 2589 ~25890km 2 , Sub-Basin尺度面积258.9~2589km 2 ,在这两个尺度主要注重城市建设、道路和工矿用地的扩展的水文响应过程的监测与评价; Watershed尺度面积77.7~258.9km 2 , Sub-Watershed尺度1.3~77.7km 2 主要监测水质和流域生态系统恢复; Catchment面积约为2.59km 2 主要监测和评价居民地扩展的水文响应。总体来说,国外流域评价主要集中在Watershed和Sub Watershed尺度下。
在评价对象上,国外流域系统评价注重流域易损性评估、流域水环境健康评估、流域可持续发展评估。
在评价指标体系上,国外在评价指标体系上注重被评估流域的水量、水质对生产和生活的满足程度,水生生物及湿地物种濒危程度,农业面源污染、人口增长速率等,同时也注重评价开展宣传教育、提高公众意识也对流域管理具有重要意义。
在评价模型上,国外流域评价模型主要包括生物物理模型、生物或生态经济模型和综合管理模型3 类。其中,生物物理模型主要关注降雨径流、水盐动态、沉积物与营养流、地下水过程等。综合管理模型更注重水文过程与经济过程相结合的分析。20 世纪末本世纪初,国际上将面向流域生态系统的综合管理视为主流,以评价河流健康、生物多样性保护、湿地保护为目标的指标体系领域越来越受到重视,流域管理与评价的内容和方法更加丰富和完善。
(1)黄河流域是小流域综合管理研究的重要基地。20 世纪80 年代,我国水土保持工作者提出了小流域综合治理的概念,目前,以小流域为单元进行综合治理已成为当今世界各国治理水土流失的主要形式。同时,以流域为基本单元,把流域内的生态环境、自然资源和社会经济视为相互作用、相互依存和相互制约的统一完整的生态社会经济系统的理念,也为流域综合管理实践与理论做出了重要贡献。随着可持续发展理论的迅速兴起和广泛传播,小流域综合治理的方式已发生了根本性的转变,由过去的单一防护型转变为现在的综合开发、利用和保护型,并呈现出向可持续发展轨道靠拢的趋势。小流域治理是生态环境保护与建设的重要方式,也是实现山川秀美战略的主要途径。
黄河流域是中华民族的摇篮,也是小流域综合治理、综合管理、综合评价研究的重要基地,始终是我国水土保持生态环境监测与评价工作的前沿。由于黄土高原地区突出的水土流失问题,给当地生态环境建设、区域经济社会的发展和黄河下游防洪等方面带来严重影响。新中国成立之后,黄河流域在全国率先开展了大规模的水土流失治理活动。
黄河流域内的一条小流域地理单元基本上与一个村镇体系的初级单元规模相吻合,具有一定的完整性和系统性。黄土高原水土流失治理的经验也告诉我们,以小流域为单元进行综合治理,按照水土流失的特点和规律,因地制宜,因害设防,采取工程措施、植物措施和农业技术措施相结合,山水田林路综合治理,合理利用水土资源,优化农、林、牧结构,形成以小流域为单元的综合防治体系,可取得较好的成效。目前,黄河流域正积极贯彻落实“维持黄河健康生命”的治河新理念,以推动世行项目、粗泥沙集中来源区治理、淤地坝工程和“模型黄土高原”建设为重点,加强水土保持预防监督和生态修复,提高小流域治理水平。
(2)几种常用的小流域综合评价方法与模型。目前,国内小流域的综合评价的目标、指标体系和模型框架主要集中在以下几个方面。
1)以生态、社会和经济三大效益为目标的评价方法与模型:水土保持具有多学科、多部门和多功能等特点,水保效益反映了水保措施建设对自然和人类所带来的有效结果,其含义是非常广泛的,既有直接效益,又有间接效益;既有单项效益,又有整体效益;既有实在效益,又有潜在效益;既有近期效益,又有远期效益。
长期以来,在水土保持行业,对小流域的综合效益多以生态、社会和经济效益为主进行评价,简称“三大效益”模型。如世行二期生态效益监测内容包括土壤性质、水质、植被度、小气候等方面的影响,具体项目包括实施前后项目区土壤含水量的变化、土壤团粒结构的变化、土壤内有机质的变化、项目区林草覆盖率的变化、生物多样变化等。经济效益包括梯田种植效益和林草、果园的产出效益;间接效益包括经过量化分析的减沙效益。社会效益监测内容包括项目对农村经济的影响,对土地利用结构的影响,对农村卫生、交通事业的影响等。监测的主要指标包括土地利用率、土地生产率、劳动生产率、恩格尔系数、儿童入学率、供水村比例、供水户比例,解决人畜饮水比例等。
同时,基于国家标准《水土保持综合治理效益计算方法》的示范效应,很多学者使用“四种效益”框架,即蓄水保土效益加上“三大效益”。“四种效益”认为水土保持最直接、最基本的目的就是蓄水保土,因此最直接、最基本的效益是蓄水保土收益。这些从经济、社会和生态三个不同的角度考查蓄水保土的实际意义,可以得出三方面的效益。蓄水保土效益反映了水保措施拦沙蓄水的实际效果,是经济、社会和生态效益的载体;经济效益反映了水保措施对农村一、二、三产业所产生的实际效果,目前以第一产业为主;社会效益反映了水保措施对基础建设、社会进步和公共安全等方面所产生的实际效果;生态效益反映了水保措施在改善生态环境、促进生态良性发展方面的实际效果。经济、社会和生态效益是蓄水保土效益的不同表现形式,三者相互补充、相互联系,最终从不同的角度体现出蓄水保土效益的真正意义。
这些框架的优点是能够全面描述小流域综合治理的效果,但如果进行综合评价,就有不同效益重复计算、概念和外延复杂等问题,因为各个效益的关系非常复杂。如赵光耀等人(1998 年)的文献对水土保持效益评价框架用算术和集合关系进行了深刻描述,其公式如下:
蓄水保土效益(基本效益)=经济效益∪社会效益∪生态效益
经济效益∩社会效益∩生态效益≠0
经济效益∩社会效益≠0
生态效益∩经济效益≠0
社会效益∩生态效益≠0
可见,综合评价小流域综合治理效果,需要构建能够真实反映小流域综合治理后的生态、社会、经济和蓄水保土的效益框架。
2)压力—状态—响应:联合国经济合作与开发组织提出的核心环境指标在环境指标领域一直具有指导意义,它以“压力—状态—响应”模型( PSR)为基础,建立并出版了第一个国际环境指标体系。该指标框架从13个普遍存在的生态环境问题入手,包含压力指标 14 个,状态指标 17 个,响应指标13 个,基本包含了世界各地存在的生态环境问题和响应机制,对具体区域生态环境质量管理和评价指标体系的建立具有一定的借鉴意义。 PSR模型可以很好地反映出指标间的因果关系,它回答了发生了什么、为什么发生、我们将如何做三个可持续发展的基本问题,特别是它提出的所评价对象的“压力—状态—响应”指标与参照标准相对比的模式受到了很多学者的推崇。
本研究过程中,部分参考了PSR模型的思路。但也认为其对小流域经济与社会类的评价指标作用不大,尤其是压力和响应并不是截然可分的,有时候压力和响应是互相转换的。
3)生态足迹方法:生态足迹方法可估算人类对自然资产的占用程度和研究区域的综合承载力,用具体生物物理指标来测量人类的发展是否处于生态系统承载力范围内,达到定量测量生态系统的目的。该模型从正反两方面考虑人类对自然资源的利用程度:一方面,计算人类为了维持生存所需要的占用生态生产性面积,包括提供人类衣食住行的耕地、林地、牧草地、建设用地、水域、能源用地等,也包括吸纳人类所产生的废弃物的土地;另一方面计算资源的承载潜力,以二者比较的结果来判断全球或某一地区在社会现有经济和技术水平下的可持续发展状况(徐中民,2003)。区域的生态足迹如果小于区域所能提供的生态承力,则表现为生态盈余;如果超过了区域的生态承载力,则会出现生态赤字。尽管生态足迹作为衡量区域可持续发展能力的一个指标,已用于测度资源占用状况,但该指标本身还存在一些缺陷亟需完善。如:
a .生态足迹是一个静态分析方法,无法反映人类活动方式改变以及技术水平提高对生态足迹的影响,该指标只测量了人类生态足迹需求与自然生态系统服务功能,不能对涉及人类可持续发展的其他方面作全面衡量;
b .运用全球平均生态生产性土地面积来衡量物质流转化为土地面积时,许多影响地区生态系统的信息被忽略了(Wackernagel等,2000)。
在国内已有的生态足迹研究中,多集中于国家和省级尺度上,有关流域尺度的生态足迹研究较少,对以小流域为单元的生态系统可持续性的认识不足。主要是流域单元和社会经济统计数据单元不一致,很难将生态足迹方法引入小流域生态系统的研究中。
4)能值分析法:由以H. T. Odum为首的生态学家提出了能值( Energy)分析理论,用以研究生态系统与人类社会、经济系统的复杂关系。能值分析把居于不同等级的能转换成同一质量的能来进行分析,不仅可以测度产品生产所消耗的能量,而且还可以测度该产品所提供的最大产出潜能。能值分析以能值为基准,把不同种类、不同能质、不可比较的能量转换成同一标准的能值来衡量和进行比较研究。
能值是财富实质性的反映和客观价值的表达,能值理论是从系统生态学观点提出的能量价值论。应用能值可衡量、分析自然和人类社会经济系统以及它们的本质关系,它是连接生态学和经济学的桥梁,具有重要的科学意义和应用意义。 H. T. Odum为生态系统、生态经济系统的能值分析建立了基本理论方法框架,但将其引入到各种生态系统分析中,发展不同类型生态系统的能值分析方法,还需要做很多深入研究工作。如对城市生态系统及应用到一个小流域生态系统这类复合生态系统中,要综合能流、物流、人口流及货币流,从复合生态系统观点探讨它们之间内在联系,需要进一步的探讨和研究(陆宏芳等,2005)。
综上所述,小流域综合评价的方法与模型的实质包括:物质量评价法(包括水、沙、能值和生态足迹)、价值量评价法(货币)、指数评价法(无量纲数值)3 种方法。传统的三大效益评价结果中,分别用蓄水量(物质)、拦沙量(物质)和收入(货币)等单一指标的实际值,加以描述和比较,不注重综合性,给多个流域横向比较带来不便。而能值生态足迹两种方法,计算过于复杂,结果也缺乏现实意义,又不利于推广。总之,评价方法与模型中各有利弊。