全 文 ：第 ３５ 卷第 ８ 期
２０１５年 ４月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．８
Ａｐｒ．，２０１５
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
收稿日期：２０１３⁃０６⁃０９； 　 　 网络出版日期：２０１４⁃０５⁃１６
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｚｈａｎｇｌｉｘｉａｏ＠ ｂｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１３０６０９１４８４
庞明月， 张力小， 王长波．基于能值分析的我国小水电生态影响研究．生态学报，２０１５，３５（８）：２７４１⁃２７４９．
Ｐａｎｇ Ｍ Ｙ， Ｚｈａｎｇ Ｌ Ｘ， Ｗａｎｇ Ｃ Ｂ．Ｅｍｅｒｇｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１５，３５（８）：２７４１⁃２７４９．
基于能值分析的我国小水电生态影响研究
庞明月， 张力小∗， 王长波
北京师范大学环境学院， 水环境模拟国家重点实验室， 北京　 １００８７５
摘要：如何系统定量地评价小水电开发过程所引起的景观变化、河流局部断流等生态影响，是平息争议、进行合理规划与开发小
水电前提之一。 运用能值分析方法，以贵州省赤水市观音岩水电站为例，将小水电建设、运行的资源投入，以及河道中水流的时
空改变所导致生态服务功能的损失纳入核算体系，对其生态影响进行综合定量评估。 从 ２０１０年的实际结果来看，由于河流断
流，导致水坝下游生态系统服务功能的能值损失为 ２．７７×１０１８ｓｅｊ，占到了系统建设运行总投入的 ４４．８４％，其中重点保护鱼种在
影响河段的生境破坏是最大的能值损失。 若不考虑下游生态系统服务功能损失，系统的环境负载率为 １．９２，可持续性指标为
１􀆰 ２２；而考虑下游生态影响之后，系统环境负载率增大至 ４．２６，可持续性指标减小为 ０．３４。 研究表明，小水电的开发必须遵循适
度开发、规划优先，保障河流最基本的生态需水底线，是协调小水电开发和河流健康矛盾、追求小水电持续发展的刚性要求。
关键词：小水电； 生态系统服务功能； 能值分析； 生态影响
Ｅｍｅｒｇｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｉｎ Ｃｈｉｎａ
ＰＡＮＧ Ｍｉｎｇｙｕｅ， ＺＨＡＮＧ Ｌｉｘｉａｏ∗， ＷＡＮＧ Ｃｈａｎｇｂｏ
Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ， Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８７５， Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ Ｃｈｉｎａ， ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ （ ｓｈｏｒｔ ｆｏｒ ＳＨＰ） ｐｌａｎｔｓ ａｒｅ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ｓｅｅｋｉｎｇ ｆｏｒ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｉｎ ｐｏｗｅｒ
ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｒｅｖｅｎｕｅ ｗｉｔｈ ｌｉｔｔｌｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆｌｏｗｓ ｆｏｒ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ， ｃａｕｓｉｎｇ ｇｒｅａｔ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｎ
ｒｉｖｅｒ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍｓ． Ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｈａｖｅ ｄｒａｗｎ
ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｕｂｌｉｃ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｄ ｅｍｅｒｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ，
ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｔｏｏｋ Ｇｕａｎｙｉｎｙａｎ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ
ｐｌａｎｔ ｉｎ Ｃｈｉｓｈｕｉ Ｃｉｔｙ， ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ． Ｈａｖｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｉｎ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆｏｒｍｓ ｏｆ
ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｂｏｔｈ ｆｒｏｍ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｖｉｅｗ ｏｎ ａ ｃｏｍｍｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｂａｓｉｓ， ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｍｅｒｇｙ
ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ， ｗｅｔｌａｎｄｓ ａｎｄ ｕｒｂａｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ａ
ｕｓｅｆｕｌ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ ｍｉｘｅｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｉｎｄｉｃｅｓ ａｎｄ ｒａｔｉｏｓ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｍｅｒｇｙ ｆｌｏｗｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｅｍｅｒｇｙ ｙｉｅｌｄ ｒａｔｉｏ （ＥＹＲ）， ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｌｏａｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ （ＥＬＲ） ａｎｄ ｅｍｅｒｇｙ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ
ｉｎｄｅｘ （ＥＳＩ） ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｓ， ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｍｐａｃｔｓ ａｎｄ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｙｓｔｅｍ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ．
Ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ｌｏｓｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，
ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ａ ｔｏｔａｌ ｅｍｅｒｇｙ ｏｆ ６．１８×１０１８ｓｅｊ ｉｎ ２０１０ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ２．２６×１０１３Ｊ ｏｆ
ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ， ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｏｓｓｅｓ ｗａｓ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ａｍｏｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｍａｒｇｉｎａｌ ｃｏｓｔｓ， ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ
４４．８４％ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｃｏｓｔ． Ｔｈｅ ｌｏｓｓｅｓ ｏｆ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈｏｓｅ ｄｕｅ ｔｏ ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｌｏｓｓｅｓ
（ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｒａｒｅ ｓｐｅｃｉｅｓ ｌｏｓｓｅｓ） ａｎｄ ｃｌｉｍａｔｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｌｏｓｓｅｓ， ｗｉｔｈ ２．７７×１０１８ ａｎｄ ４．６３×１０１３ ｓｅｊ ／ ａ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｗｉｔｈｏｕｔ
ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｏｓｓｅｓ， ｔｈｅ ＥＬＲ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ １．９２ ａｎｄ ｔｈｅ ＥＳＩ ｗａｓ １．２２． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｗｈｅｎ
ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｏｓｓｅｓ， ｔｈｅ ＥＬＲ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ４．２６， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｍｕｃｈ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
ｌａｒｇｅ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ Ｍｅｋｏｎｇ Ｒｉｖｅｒ ｏｒ ｔｈｏｓｅ ｉｎ Ｋｏｒｅａ， ｓｈｏｗｉｎｇ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｎ ｌｏｃａｌ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ＥＳＩ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ０．３４， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｍｕｃｈ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ １， ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｐｏｗｅｒ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｎｏｔ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｉｖｅｒ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ
ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍ ｄｕｒｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｕｓ， ｆｏｒ ａ ｓｍａｌｌ
ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ， ｏｃｃｕｐｙｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆｌｏｗｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐａｔｔｅｒｎ ａｔ ｔｈｅ ｅｘｐｅｎｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ
ａｐｐｒｏａｃｈ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｕｎｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ． Ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆｌｏｗｓ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｒｉｖｅｒ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ
ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｆｏｒ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ａｑｕａｔｉｃ ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ－ｆｒｉｅｎｄｌｙ ａｎｄ ｓｏｃｉａｌ ｈａｒｍｏｎｉｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ｏｆ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ． Ｒｅｌｅｖａｎｔ ａｕｔｈｏｒｉｔｉｅｓ ｓｈｏｕｌｄ
ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ａｎｄ
ｔｈｅ ｈｅａｌｔｈ ｏｆ ｒｉｖｅｒ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｔｈａｔ ｅｍｅｒｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ， ａｓ ａ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ
ｓｕｐｐｏｒｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｔｏ ｋｅｅｐ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ， ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｏｏｌ ｔｈａｔ ｉｓ ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ
ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｂａｓｉｃ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ； ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅ； ｅｍｅｒｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｍｐａｃｔｓ
相比于备受争议的大型水电工程的生态影响［１］，小型水电站（简称小水电）的环境友好性似乎得到了公
众的普遍认可，如 Ｐａｉｓｈ认为小水电工程简单，对当地生态环境的负面影响比大型水电工程要小得多［２］；实验
方法证明在适度开发和采取合理保护措施的情况下，小水电不会对下游河流底栖藻类、水质和鱼类产生较大
影响［３⁃４］；能值分析也显示小水电建设运行过程中的资源使用对生态环境的压力较小［５］。 基于这种对小水电
环境友好性的认知以及解决偏远山区居民的用电问题，我国小水电自改革开放以来得到快速发展，截至 ２０１１
年末，全国范围内已建成小型水电站 ４．５万多座，装机容量 ６２１２万 ｋＷ，年发电量 １７５７亿 ｋＷｈ［６］。
但是，近些年我国快速甚至“过热”的小水电开发开始呈现盲目、无序等趋势，如在贵州省赤水市境内长
４８．６ｋｍ的习水河干流上，所建小型水电站达 １０级之多，各级水电站水坝拦截与引流无序分配河水，导致在大
多数年份下河流基本生态需水得不到满足，许多河段出现断流，河流生态系统退化严重，削弱了河流生态系统
服务功能。 因此，关于小水电开发生态影响的争议持续出现在学术界及媒体舆论中［７⁃９］。 但是，目前关于小
水电生态环境影响的研究多为基于某一时间点与时间段的实验监测对单要素的定量分析，能够整合建设运行
对区域资源环境压力、生态系统退化等影响的系统性评价较少见于报道。
能值分析方法是重要的生态能量方法之一，能够统一度量系统内储存和流动的各种形式物质和能量，以
能量的集聚、结构与效率等特征指标来衡量系统的改变，能够对系统的生态环境影响和可持续发展水平进行
综合定量分析［１０⁃１４］，目前已被用于国内外几座大型水电站的系统分析［１５⁃１７］，笔者也将其应用于小水电的可持
续性分析［５］，为本研究提供了很好的基础。 因此，本研究选取习水河干流上的观音岩水电站为例，将小水电
建设、运行的资源投入，以及河道中水流的时空改变所导致生态服务功能的损失纳入核算体系，利用能值分析
方法对其生态影响进行定量分析，以期为小水电开发和生态环境协调发展提供定量化依据。
１　 研究对象与方法
１．１　 观音岩水电站概述
观音岩水电站（Ｎ２８°３２′２４．８９″，Ｅ１０６°０６′３９．８１″）位于贵州省赤水市官渡镇境内习水河干流上，为习水河
干流赤水市境内河段水电梯级规划的第五级电站，项目总投资 ２８０９．５ 万元，始建于 ２００５ 年，为坝后式水电
站，其发电用水来自习水河上游，主要任务为水力发电。 水电站拦河筑坝，集中落差，水库正常蓄水位容量为
１２１万 ｍ３，平均水头为 １１．７５ｍ，水流由进水口经引水管道进入发电厂房发电，水轮机引用流量为 ３２．２ｍ３ ／ ｓ，尾
水经尾水渠排入习水河下游，水电通过变电设备向遵义市电网供电（图 １）。 电站设计装机容量为 ３２００ｋＷ，年
利用小时 ３８１０ｈ，年发电量为 １２２０万 ｋＷｈ。 但因来水受季节性降雨和上游水电站的影响，电站实际运行情况
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图 １　 观音岩水电站景观图
Ｆｉｇ．１　 Ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐｈｏｔｏ ｏｆ Ｇｕａｎｙｉｎｙａｎ ＳＨＰ ｓｔａｔｉｏｎ
与设计规划存在一定差距，２０１０ 年发电量仅为 ６３３ 万
ｋＷｈ，上网 ６２８ 万 ｋＷｈ，折算成年满发小时数为 １９７９ｈ
（表 １）。 另外需要指出的是，在水坝下游约 ２􀆰 ２８ｋｍ 处
有习水河一级支流长嵌河汇入。
１．２　 小水电生态影响机理解析
一种事物对另外一种事物的影响，可以看作它们
之间相互作用导致的特定改变。 从某种意义上讲，改
变就是一种影响，虽然这种影响或正或负。 小水电的
建设运行对生态环境的改变主要包括两方面：大量外
部资源投入导致的能量集聚（表现为景观破坏）和拦截
引流导致水量时空分布变化（表现为间歇性断流）导致
的下游河段生态系统退化。
表 １　 水电站设计运行清单
Ｔａｂｌｅ １　 Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ
项目 Ｉｔｅｍ 特征值Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ 项目 Ｉｔｅｍ 特征值 Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
水头 Ｈｅａｄ ｏｆ ｗａｔｅｒ ／ ｍ １１．７５ 水轮机 Ｈｙｄｒｏ⁃ｔｕｒｂｉｎｅ 轴流定桨式 ＺＤＪＰ４０１⁃ＬＪ⁃１６１
装机容量 Ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ／ ＭＷ ３．２ 发电机 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ 悬式 ＳＦ１．６⁃２０ ／ ２１５０
流量 Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ／ （ｍ３ ／ ｓ） ３２．２ 满负载运行小时数 Ａｎｎｕａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｈｏｕｒｓ ／ ｈ ３８１０
年发电量 Ａｎｎｕａｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ／ ＧＷｈ １２．２ ２０１０年实际年发电量 Ａｃｔｕａｌ ａｎｎｕａｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ２０１０ ／ ＧＷｈ ６．３３
（１）建设运行期间的外部资源投入
小水电在建设期间，需要大量来自社会的如水泥、机械设备、钢材等非可再生资源的投入；运行期间所需
外部资源投入较少，但仍需要劳动力等的投入，如图 ２所示。 从外部引入的这些资源在本地使用，虽然没有直
接污染本地的生态环境，但使得本地系统因为能量的输入远离平衡态，破坏了系统原有的景观结构，对当地生
态环境造成压力。
图 ２　 观音岩水电站的物质能量流动图
Ｆｉｇ．２　 Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｙ ｆｌｏｗｓ ｉｎ Ｇｕａｎｙｉｎｙａｎ ＳＨＰ ｓｔａｔｉｏｎ
（２）运行期间水坝下游河段生态系统退化
小水电拦河筑坝，不会改变河流的总水量，但会改变河水下泄的时间，从而改变了河流水体的自然时空分
３４７２　 ８期 　 　 　 庞明月　 等：基于能值分析的我国小水电生态影响研究 　
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
图 ３　 案例小水电生态影响示意图
Ｆｉｇ．３　 Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｓｙｓｔｅｍ
布，中断河流生态系统原有的“时空连续性” ［７⁃８］。 如图
３所示，小水电在运行期间将连续的自然河流分成了三
段水体：挡水坝以上河段（Ａ）、水坝取水口与出水口之
间的河段（Ｂ）以及出水口至支流汇入的河段（Ｃ）。 对
观音岩水电站 ２０１０ 年每日运行数据进行统计可知，水
电站上游每日都有来水，即 Ａ 河段不会出现无水情况，
因此 Ａ、Ｂ、Ｃ三段水体的生境可分为图 ３ 中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
三种情景。 其中，情景 Ｉ 即水坝出现溢流在 ２０１０ 年只
有大约 ４０ｄ出现；大部分时刻处于情景Ⅱ，即水轮发电
机组在运转，但河坝无溢流，此时 Ｂ段河流无水，Ｃ段获
得发电下泄水量；除此之外，几乎每日都有不同时长的
情景Ⅲ间断出现，即水轮发电机组停止工作，无水溢流
也无水发电下泄，Ｂ、Ｃ 河段断流，２０１０ 年中有 ３４ 个整
天处于这种状态。
通过以上分析可知，Ｂ河段在一年中绝大部分时段都处于完全断流状态，河床裸露，不能为水生生物提供
有效生境；而 Ｃ河段因为几乎每日都有断流情况出现，对河流生境变化最为敏感的水生动物包括重点保护鱼
种在此河段生境内不能生存，但此前研究表明在枯水期只要保证河流周期性的连通，不会对底栖藻类产生较
大影响，因此在此河段水生植物可以正常生存。 随着沿途大型支流汇入，河流生境逐渐恢复，为水生生物提供
栖息地。 此外在本研究中主要考虑小水电建设运行对水坝下游河道的生态环境影响，因此没有考虑小水电建
设运行对水坝上游即 Ａ河段的影响。
１．３　 能值分析
所谓能值是指产品或劳务形成过程中直接或间接投入应用的有效能总量［１０］。 实际应用中，太阳能是包
含在地球所有生物化学过程中最重要的能量，所以常以太阳能值为基准衡量某一能量的能值，单位为太阳能
焦耳（ｓｅｊ） ［１８⁃１９］。 不同类别的能量即能量（Ｊ）、质量（ｇ）和货币（ ＄ ）通过单位能值价值（即 ＵＥＶ）转化成太阳
能值，从而对系统进行定量比较和分析。 当能量形式为焦耳时，ＵＥＶ又可称为能值转换率［２０⁃２１］。
根据输入资源是否免费以及是否具有可再生性，将其分为本地免费可更新资源（ＲＬ）、外界输入免费可更
新资源（ＲＯ）、本地免费非可更新资源（ＮＬ）以及购入资源（Ｐ），其中购入资源又可分为可更新购入资源（ＰＲ）
和非可更新购入资源（ＰＮ）。 此外，运行成本中还包括小水电过度开发导致下游河道断流引起的生态系统服
务功能损失（ＬＥＳ），表 ２列出了小水电系统不同资源输入及主要能值指标。
表 ２　 小水电系统的主要能值指标
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｄｉｃｅｓ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
能值指标
Ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｄｉｃｅｓ
符号、计算公式
Ｓｙｍｂｏｌ ｏｒ ｆｏｒｍｕｌａ
含义
Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ
本地免费可更新资源
Ｌｏｃａｌ ｆｒｅｅ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＲＬ
本地自然环境投入的可更新能值，如太阳能、雨能、风能、
地热能等
外界输入免费可更新资源
Ｆｒｅｅ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｆｒｏｍ ｏｕｔｓｉｄｅ ＲＯ 从上游直接流入厂房的河水势能
本地免费非可更新资源
Ｌｏｃａｌ ｆｒｅｅ ｎｏｎｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＮＬ 本地直接投入的非可更新资源，主要为建设石材等
可更新购入资源
Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＰＲ 从人类经济社会系统购入能值中的可更新部分
非可更新购入资源
Ｎｏｎｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＰＮ 从人类经济社会系统购入能值中的不可更新部分
４４７２ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３５卷　
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续表２
能值指标
Ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｄｉｃｅｓ
符号、计算公式
Ｓｙｍｂｏｌ ｏｒ ｆｏｒｍｕｌａ
含义
Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ
生态系统服务功能损失
Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｏｓｓｅｓ
ＬＥＳ 系统运行导致的下游河段生态系统服务功能损失
能值总投入
Ｔｏｔａｌ ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｐｕｔ
Ｕ＝ＲＬ＋ＲＯ＋ＮＬ＋ＰＲ＋ＰＮ＋ＬＥＳ 支撑系统运行的总能值需求
能值产出率
Ｅｍｅｒｇｙ ｙｉｅｌｄ ｒａｔｉｏ
ＥＹＲ＝Ｕ ／ （ＰＲ＋ＰＮ＋ＬＥＳ）
系统总产出能值与经济社会投入能值之比，表明系统从人
类经济社会输入的能值对本地资源的开发能力
环境负载率
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｌｏａｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ
ＥＬＲ＝（ＮＬ＋ＰＮ＋ＬＥＳ ） ／ （ ＲＬ＋ＲＯ
＋ＰＲ）
支撑系统运行的非可更新资源（本地和外界输入的）与可
更新资源之比例，表明系统运行产生的环境负荷
可持续性指标
Ｅｍｅｒｇｙ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ＥＳＩ
＝ＥＹＲ ／ ＥＬＲ 能值产出率与环境负载率的比值，衡量生产系统在单位环境负荷下的生产效率
２　 结果与分析
２．１　 观音岩水电站系统的能量流动
基于观音岩水电站工程设计报告和课题组的实地调研，建立了 ２０１０ 年观音岩水电站实际运行的系统能
值核算表（表 ３）。 需要指出的是该电站设计运行周期是 ３０．５ａ，由于本研究是基于 １ａ 的静态核算，因此在能
值核算清单中建设材料及发电设备等一次性投入能值均折算为年度的流动量。
表 ３　 观音岩水电站系统能值核算表
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｅｍｅｒｇｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｔａｂｌｅ ｏｆ Ｇｕａｎｙｉｎｙａｎ ＳＨＰ ｓｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
项目
Ｉｔｅｍ
原始数据
Ｒａｗ ｄａｔａ
可更新比例
Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｆａｃｔｏｒ
单位能值价值
Ｕｎｉｔ ｅｍｅｒｇｙ ｖａｌｕｅ
ＵＥＶ ／ （ｓｅｊ ／单位）
太阳能值
Ｓｏｌａｒ ｅｍｅｒｇｙ ／ ｓｅｊ
本地免费可更新资源
Ｌｏｃａｌ ｆｒｅｅ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ （ＲＬ）
１太阳能 Ｓｕｎｌｉｇｈｔ ／ Ｊ ２．１０×１０１２ １．００ １［２２］ ２．１０×１０１２
２雨水 Ｒａｉｎ ／ Ｊ ３．８２×１０９ １．００ ３．１０×１０４［２２］ １．１９×１０１４
３风能 Ｗｉｎｄ ／ Ｊ １．８４×１０９ １．００ ２．４５×１０３［２２］ ４．５０×１０１２
本地免费可更新资源总计
Ｔｏｔａｌ ｌｏｃａｌ ｆｒｅｅ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ （ＲＬ） １．１９×１０
１４
外界输入免费可更新资源
Ｆｒｅｅ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｆｒｏｍ ｏｕｔｓｉｄｅ （ＲＯ）
４河水势能 Ｒｉｖｅｒ ｇｅｏｐｏｔｅｎｔｉａｌ ／ Ｊ ２．６２×１０１３ １．００ ３．９６×１０４［１５］ １．０４×１０１８
本地免费非可更新资源
Ｌｏｃａｌ ｆｒｅｅ ｎｏｎｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ （ＮＬ）
５建设石材 Ｓｔｏｎｅ ／ ｇ ５．４１×１０８ ０．００ １．６８×１０９［２３］ ９．１０×１０１７
购入资源 Ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｉｎｐｕｔ （Ｐ）
６建设水泥 Ｃｅｍｅｎｔ ／ ｇ １．６４×１０８ ０．００ ３．０４×１０９［２４］ ４．９９×１０１７
７建设钢材 Ｓｔｅｅｌ ／ ｇ ７．８０×１０６ ０．００ ４．２４×１０９［２５］ ３．３１×１０１６
８建设木材 Ｗｏｏｄ ／ ｇ ２．４６×１０６ １．００ ６．７７×１０８［２６］ １．６７×１０１５
９炸药 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ／ ｇ ４．７７×１０５ ０．００ ４．１９×１０９［２７］ ２．００×１０１５
１０建设用电 Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ／ Ｊ ２．２１×１０１０ ０．００ ２．９２×１０５［１０］ ６．４６×１０１５
１１发电设备 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ／ ｇ ６．１０×１０６ ０．００ １．１３×１０１０［１５］ ６．８７×１０１６
１２柴油 Ｄｉｅｓｅｌ ｆｕｅｌ ／ Ｊ ８．７０×１０１０ ０．００ １．２１×１０５［２８］ １．０５×１０１６
１３劳动力 Ｌａｂｏｒ ／ Ｊ ８．１４×１０１０ ０．９０ １．２４×１０６［２７］ １．０１×１０１７
１４运行维护 Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ／ ＄ ５．８９×１０４ ０．０５ ６．２８×１０１２［２９］ ３．７０×１０１７
１５建设服务 Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ／ ＄ ４．７０×１０４ ０．０５ ６．２８×１０１２［２９］ ２．９５×１０１６
１６重新安置 Ｒｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ／ ＄ １．１８×１０４ ０．０５ ６．２８×１０１２［２９］ ７．４０×１０１６
５４７２　 ８期 　 　 　 庞明月　 等：基于能值分析的我国小水电生态影响研究 　
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续表一
项目
Ｉｔｅｍ
原始数据
Ｒａｗ ｄａｔａ
可更新比例
Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｆａｃｔｏｒ
单位能值价值
Ｕｎｉｔ ｅｍｅｒｇｙ ｖａｌｕｅ
ＵＥＶ ／ （ｓｅｊ ／单位）
太阳能值
Ｓｏｌａｒ ｅｍｅｒｇｙ ／ ｓｅｊ
可更新购入资源
Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ （ＰＲ） １．３０×１０
１７
非可更新购入资源
Ｎｏｎｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ （ＰＮ） １．３３×１０
１８
购入资源总计 Ｔｏｔａｌ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｉｎｐｕｔ （Ｐ） １．４６×１０１８
１７生态系统服务损失 Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｏｓｓ （ＬＥＳ） ２．７７×１０１８
能值总投入 Ｔｏｔａｌ ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｐｕｔ （Ｕ） ６．１８×１０１８
产出 Ｙｉｅｌｄ （Ｙ）
１８水电 Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ／ Ｊ ２．２６×１０１３ ２．７３×１０５ ６．１８×１０１８
　 　 ①根据能值方法的最新发展，本研究采用 ２０００年后 Ｏｄｕｍ重新计算的驱动全球过程的能值量，即 １５．８３×１０２４ ｓｅｊ ／ ａ，为使得单位能值价值之
间具有可比性，基于 ９．４４×１０２４ ｓｅｊ ／ ａ计算得到的单位能值价值乘以 １．６８（１５．８３ ／ ９．４４）进行换算［３０］ ；②劳动力投入主要分为建设和运行两个阶
段，建设期工日为 ９．２８万，除以 ３０．５转化为年度流动量；运行期每年为 ３４４２ 工日；因此，２０１０ 年劳动力总投入为 ６４８５ｄ，通过转换系数 ３０００×
４􀆰 １８６将其单位转换成焦耳
由核算结果可知，整个观音岩水电站生产系统 ２０１０年的能值总投入为 ６．１８×１０１８ ｓｅｊ，生产 ２．２６×１０１３ Ｊ 的
水电，因此小水电的能值转换率为 ２．７３×１０５ｓｅｊ ／ Ｊ。 在能值结构，最大的投入是下游河流生态系统服务功能的
损失（２．７７×１０１８ｓｅｊ ／ ａ），占到总投入的 ４４．８４％，说明观音岩水电站运行对下游河流生态系统产生的影响较大；
其次河水重力势能和建设石材的投入分别是 １．０４×１０１８和 ９．１０×１０１７ ｓｅｊ ／ ａ，分别为能值核算清单中第二、三大
能值输入。 而在本地免费可更新资源中，即太阳能、降雨和风能，雨水的能值（１．１９×１０１４ ｓｅｊ ／ ａ）是最大的，为避
免重复计算，只将雨水纳入到核算体系中。 在购入资源中，水泥（４．９９×１０１７ｓｅｊ ／ ａ）、运行维护（３．７０×１０１７ ｓｅｊ ／ ａ）
和建设服务（主要包括水电站建设期间的机械使用费用等，２．９５×１０１６ ｓｅｊ ／ ａ）是三个最大的能值投入，而其它建
设材料所占比例很小。 图 ４为观音岩水电站的主要能值输入即能值结构。
图 ４　 案例小水电的能值输入结构
Ｆｉｇ．４　 Ｅｍｅｒｇｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｇｕａｎｙｉｎｙａｎ ＳＨＰ ｓｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
２．２　 水坝下游生态服务功能损失的能值评估
小水电在运行期间挤占生态用水导致下游河道减脱水甚至断流的现象十分普遍，对河流水生生态系统造
成了毁灭性破坏。 实地调研得知，习水河干流官渡镇境内河段禁止捕捞鱼类、水生植物，因而不具有水产品生
产功能，此外此河段有重点保护鱼类长吻鮠（Ｌｅｉｏｃａｓｓｉｓ ｌｏｎｇｉｒｏｓｔｒｉｓ）。 因此，河道减脱水甚至断流主要影响的是
下游河段小气候调节与生物多样性维持功能等方面的能值损失。 测量得到 Ｂ 河段水域面积为 ７９７３．３３ｍ２，Ｃ
河段水域面积为 ７４７４６．６７ｍ２，两河段总共水域面积为 ８２７２０ｍ２。 根据上文的分析可知 ７９７３．３３ｍ２的水域面积
因不能为水生植物提供生境而丧失气候调节功能；而 ８２７２０ｍ２的水域面积丧失了生物多样性维持功能。 生物
６４７２ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３５卷　
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多样性维持功能损失忽略其它非重点保护水生动物的能值损失，仅计算重点保护鱼种长吻鮠在此河段消失的
能值损失，计算公式及结果见附表。
通过核算可知观音岩水电站 ２０１０年运行挤占下游河段生态用水导致其生态系统服务功能损失的能值为
２．７７×１０１８ｓｅｊ，主要是由重点保护鱼种长吻鮠在受影响河段消失导致生物多样维持功能的丧失引起的，小气候
调节功能的能值损失较小，仅为 ４．６３×１０１３ｓｅｊ。 可见，如果不能保障河道基本生态需水，仅以小水电发电为中
心目标，就会破坏水生物种的生存生境，大大削弱其生态系统服务功能。
２．３　 观音岩水电站生产系统综合分析
根据上述核算结果，进一步计算相关能值指标，为比较河流断流的影响，可分为考虑和不考虑下游河流生
态系统退化两种情况，如表 ４所示。
表 ４　 观音岩水电站生产系统 ２０１０年主要能值指标
Ｔａｂｌｅ ４　 Ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｄｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｇｕａｎｙｉｎｙａｎ ＳＨＰ ｓｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ２０１０
能值指标
Ｅｍｅｒｇｙ ｉｎｄｅｘ
不考虑断流生态影响
Ｅｘｃｌｕｄｉｎｇ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ
ｉｍｐａｃｔｓ ｆｒｏｍ ｒｉｖｅｒ ｃｕｔ⁃ｏｆｆ
考虑断流生态影响
Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ
ｉｍｐａｃｔｓ ｆｒｏｍ ｒｉｖｅｒ ｃｕｔ⁃ｏｆｆ
能值转换率 Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｔｙ ／ （ｓｅｊ ／ Ｊ） １．５１×１０５ ２．７３×１０５
能值产出率 Ｅｍｅｒｇｙ ｙｉｅｌｄ ｒａｔｉｏ， ＥＹＲ ２．３３ １．４６
环境负载率 Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｌｏａｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ， ＥＬＲ １．９２ ４．２６
可持续性指标 Ｅｍｅｒｇｙ ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ， ＥＳＩ １．２２ ０．３４
能值转换率是指系统生产单位物质所需投入的能值量。 当不同系统生产相同的产品时，能值转换率可表
征系统的生产效率。 能值转换率低，生产相同的产品所需能量少，或者相同能量可生产出更多的产品，则说明
系统生产效率高［１０，３１］。 本研究中，若考虑下游生态环境影响，小水电的能值转换率为 ２．７３×１０５ ｓｅｊ ／ Ｊ，大于湄
公河上两座大坝的水电能值转换率（分别为 １．５４×１０５、１．５７×１０５ ｓｅｊ ／ Ｊ） ［１５］；而不考虑下游生态影响，其能值转
换率为 １．５１×１０５ｓｅｊ ／ Ｊ，可见下游生态系统退化大大降低了小水电生态系统的生产效率。
环境负载率是评估系统对当地生态环境压力大小的一个重要指标，其值越大，系统对生态环境的压力越
大，若持续处于较高的环境负载率，将会造成系统不可逆转的功能退化［３１⁃３２］。 若不考虑下游生态环境影响，
观音岩水电站 ２０１０年的环境负载率为 １．９２，低于湄公河上两座大坝（分别为 ３．２、３．１） ［１５］，这与笔者之前关于
小水电可持续研究中的结论相一致［５］，在没有下游生态系统退化的影响下，小水电的建设运行对生态环境的
压力普遍较小；而考虑下游生态环境影响之后，环境负载率增大至 ４．２６，水电站由于过度开发挤占生态用水，
下游河段生态系统退化严重，增大了水电站对生态环境的压力。
考虑下游河段的生态系统退化之后，系统能值产出率由 ２．３３ 减小到 １．４６，环境负载率增大，使得系统可
持续性降低。 可持续性指标表征系统的可持续发展能力，值越小，系统的可持续能力越差［３３⁃３４］。 本研究中，
系统的 ＥＳＩ为 ０．３４，远小于 １，表明该水电站生产系统为消费型系统，长久来看是不可持续的；若不考虑下游
生态环境影响，系统 ＥＳＩ为 １．２２，两者对比说明下游河段生态系统的退化严重影响了小水电系统的可持续发
展进程，进而表明小水电单纯追求发电效益，挤占下游河段生态用水、以生态环境破坏为代价的开发方式是不
可持续的。
３　 结论与启示
本研究以能值分析理论为基础，将小水电运行导致的水坝下游生态系统服务功能损失计入其运行成本，
定量分析了小水电开发运行的生态环境影响，结果表明：
（１）２０１０年观音岩水电站运行需要 ６．１８×１０１８ｓｅｊ的能值投入，其中由下游河流断流导致的生态系统服务
功能损失能值为 ２．７７×１０１８ｓｅｊ，占到系统能值总投入的 ４４．８４％，是系统运行的最大消耗项。 而在生态系统服
务功能损失中，重点保护鱼种长吻鮠在受影响河段消失损失的能值最大，破坏水生生物的栖息地是小水电过
７４７２　 ８期 　 　 　 庞明月　 等：基于能值分析的我国小水电生态影响研究 　
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度开发对下游最主要的影响之一。
（２）若忽略水坝下游生态系统退化，系统的 ＥＬＲ为 １．９２，低于大型水电站的此项指标，而 ＥＳＩ 为 １．２２，系
统可持续能力较强；而考虑此影响之后，研究系统的 ＥＬＲ增大至 ４．２６，ＥＳＩ 减小为 ０．３４，系统对当地生态环境
压力过大，是不可持续的，进而表明盲目无序的小水电开发方式不符合可持续发展的原则。
（３）从本研究的结果来看，如果给小水电设定一个开发底线，即在保障河流生态需水的前提下，小水电开
发对生态环境的影响较小。 但在目前工业、农业、生活等多家争水的格局下，河流生态需水很难得到保障，小
水电的无序开发无疑加剧了河流生态系统退化的步伐。
（４）小水电开发虽不改变水资源总量，但通过拦截与引流分配，大大改变了河流水体的时空分布，间接影
响了水资源的可用性。 因此，流域小水电开发要生态优先、规划先行，既要避免“大马拉小车”，造成水能资源
浪费，又要避免“小马拉大车”，发电负荷不能满足，进而大大挤占河流生态需水，造成河流生态系统持续退
化，最终达到小水电开发和生态环境协调发展的目的。
附表　 观音岩水电站运行造成的水坝下游生态系统服务损失的能值计算表
Ａｐｐｅｎｄｉｘ　 Ｅｍｅｒｇｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｏｓｓｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｍ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｏｎ
项目
Ｉｔｅｍ
公式
Ｆｏｒｍｕｌａ
结果
Ｖａｌｕｅ ／ （ｓｅｊ ／ ａ）
相关参数含义及取值
Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
气候调节功能损失能值损失
Ｅｍｅｒｇｙ ｌｏｓｓｅｓ ｏｆ ｃｌｉｍａｔｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ
Ｅ１ ＝ ＤＭｉ × １． ６３ × ＴｒＣＯ２ ＋ ＤＭｉ ×
１􀆰 ２０×ＴｒＯ２
［３５］ ４．６３×１０１３
ＤＭｉ 为水生植物干物质损失量，４５．８３ｇ ／ ａ［３６］ ；
ＴｒＣＯ２为 ＣＯ２的能值转换率，６．３５×１０
７ ｓｅｊ ／ ｇ［３５］ ；
ＴｒＯ２为 Ｏ２的能值转换率，８．５８×１０
７ ｓｅｊ ／ ｇ［３５］
生物遗传信息的能值损失
Ｅｍｅｒｇｙ ｌｏｓｓｅｓ ｏｆ ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｅ２ ＝ ｕ０ × ｓ０ ／ ｓ ［３７］ ２．７７×１０１８
ｕ０ 为物种的平均能值转换率，２．１１×１０２５ ｓｅｊ ／种［３７］ ；
ｓ０ 为受小水电运行影响的面积，８２７２０ｍ２；
ｓ为全球长吻鮠的分布面积，约为 ６３００８７ｋｍ２［３８］
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９４７２　 ８期 　 　 　 庞明月　 等：基于能值分析的我国小水电生态影响研究