大氣污染物總量分配方法研究綜述

吳麗君，楊三明

（1.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶400045；2.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶401147）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年，我國(guó)二氧化硫的排放量為2 214.4萬(wàn)t，煙塵排放量為847.2萬(wàn)t，工業(yè)粉塵排放量為523.6萬(wàn)t，分別比上年下降4.6%，6.0%，11.7%。與2005年相比，2009年我國(guó)二氧化硫排放總量下降13.14%，二氧化硫“十一五”減排目標(biāo)提前一年實(shí)現(xiàn)，這為全面完成“十一五”減排目標(biāo)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。全國(guó)城市空氣質(zhì)量總體良好，但部分城市污染仍較重；全國(guó)酸雨分布區(qū)域保持穩(wěn)定，但酸雨污染仍較重。2009年，全國(guó)地級(jí)及以上城市環(huán)境空氣質(zhì)量的達(dá)標(biāo)比例僅為79.6%。當(dāng)前大氣環(huán)境污染的根本原因是大氣污染物的排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大氣的自凈能力。鑒于大氣具有一定的自凈能力以及我國(guó)現(xiàn)行的環(huán)境政策，治理和改善大氣環(huán)境現(xiàn)狀最有效的方式是進(jìn)行污染物總量控制，其核心環(huán)節(jié)是確定區(qū)域允許的排放總量和優(yōu)化分配到各個(gè)污染源。特別是2009年一季度，二氧化硫自2007年以來(lái)第一次出現(xiàn)了不降反升的局面，比上年同期上升了1.2%，這給我們的減排工作敲響了警鐘，對(duì)我們做好大氣污染物總量分配提出了更加嚴(yán)峻的要求。

1 影響總量控制公平分配的因素

當(dāng)某區(qū)域的大氣控制排放總量確定后，如何將總量目標(biāo)科學(xué)合理、公平有效地分配給各污染源是總量控制的核心問題，要公平合理分配污染源允許排放量應(yīng)考慮以下因素：

（1）考慮不同污染源排污現(xiàn)狀的差異，即排放起點(diǎn)的公平性。如建成年代的不同、生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝不同、燃料結(jié)構(gòu)不同、生產(chǎn)管理水平不同等。

（2）考慮不同污染源治理現(xiàn)狀的差異。污染源的業(yè)主對(duì)待治理公害的態(tài)度不同導(dǎo)致投入的治理費(fèi)用和再治理的投資效益不同。

（3）考慮污染源對(duì)區(qū)域或城市經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)程度。如兩個(gè)排放量相同的企業(yè)，生產(chǎn)效率高和創(chuàng)造產(chǎn)值大的企業(yè)承擔(dān)的削減責(zé)任應(yīng)與生產(chǎn)效率低的企業(yè)有所差異。

（4）考慮污染源的布局，由于大氣自凈輸送能力影響污染源距受體點(diǎn)不同距離的的濃度貢獻(xiàn)。

（5）考慮污染源的環(huán)境影響，即誰(shuí)污染誰(shuí)負(fù)責(zé)治理，對(duì)控制點(diǎn)污染影響相同的排污者對(duì)環(huán)境污染貢獻(xiàn)大的多削減，貢獻(xiàn)小的少削減。

2 總量控制分配方法分析

大氣環(huán)境容量的分配方法很多，但總結(jié)起來(lái)基本分為3大類：傳統(tǒng)的一般分配方法、基于效率原則和基于公平原則的總量分配方法。

2.1 傳統(tǒng)的一般分配方法

總量分配的一般方法分為等比例法、費(fèi)用最小分配法、按貢獻(xiàn)率削減排放量的分配方法。

（1）等比例法。在承認(rèn)各污染源排污現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上削減同等比例，以確定各污染源的允許排放量［1］。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、管理方便，但未考慮各污染源對(duì)于污染貢獻(xiàn)的不同，也未考慮各污染源治理成本的不同。

（2）費(fèi)用最小分配法。利用控制費(fèi)用分擔(dān)法按對(duì)污染物控制費(fèi)用的大小將總量指標(biāo)分配到各企業(yè)［2］。而基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的分配方法從區(qū)域經(jīng)濟(jì)因素考慮，采用對(duì)污染重的企業(yè)提高稅收標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行分配，以經(jīng)濟(jì)手段限制或控制其污染的程度。

（3）按貢獻(xiàn)率削減排放量的分配法。運(yùn)用平方比例削減法按各污染源對(duì)控制點(diǎn)的貢獻(xiàn)濃度的平方所占比重，將控制點(diǎn)的總超標(biāo)濃度分配給每一個(gè)污染源從而確定各污染源的允許排放量［3］；A－P值法，以“箱模式”為基礎(chǔ)，根據(jù)區(qū)域面積計(jì)算出區(qū)域允許排放量，然后按排放高度分配到各點(diǎn)源。徐斌等考慮了總量控制區(qū)風(fēng)頻、風(fēng)速和各功能區(qū)位置及污染源“影響范圍”等影響因素后，提出了“平均下風(fēng)距離”的概念，修改了A值法［4－5］。陳文穎針對(duì)平方比例方法的不足（超削減及環(huán)境容量的不充分利用），提出了B值法［6］，充分考慮了各污染源對(duì)各控制點(diǎn)濃度貢獻(xiàn)以及各污染源現(xiàn)狀的不同等影響因素。余波通過分析影響平權(quán)的因素，提出一種新的平權(quán)方法，從分析控制點(diǎn)的超標(biāo)責(zé)任承擔(dān)源著手，分清了控制和削減對(duì)象，避免了以前有濃度貢獻(xiàn)就得削減的片面做法，也避免了對(duì)源削減無(wú)限制甚至是超負(fù)荷削減的現(xiàn)象［7］。汪金福從常規(guī)大氣擴(kuò)散模式出發(fā)，利用大氣污染物濃度與源強(qiáng)成正比這一基本關(guān)系，進(jìn)而利用控制理論基本原理，推導(dǎo)出為達(dá)到環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)的基礎(chǔ)允許排放量［8］。

傳統(tǒng)的分配方法基于總量目標(biāo)進(jìn)行“一刀切”，需要的條件少，易于實(shí)施，但是它未考慮公平性和效率性，導(dǎo)致各污染源對(duì)最終的分配方案存在爭(zhēng)議，難以達(dá)成共識(shí)，進(jìn)而使分配方案難以付諸實(shí)際的實(shí)施。

2.2 基于效率原則的總量分配方法

國(guó)外的研究主要集中在排污交易系統(tǒng)中的初始排污權(quán)的分配，其代表思想為排污權(quán)交易思想。Barde（2000）也認(rèn)識(shí)到初始排污權(quán)的分配問題是形成和制定政策的最大壁壘?；谑袌?chǎng)的排污交易系統(tǒng)，其初始權(quán)的分配方法主要有拍賣法和歷史沿襲法（“祖父制”法）。

國(guó)內(nèi)的學(xué)者對(duì)大氣污染總量分配基于效率模型的研究主要有：區(qū)域內(nèi)排污總量最小、區(qū)域內(nèi)治理投資費(fèi)用最小等最優(yōu)化方法。最優(yōu)化方法是數(shù)學(xué)模型與應(yīng)用科學(xué)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，主要包括線性規(guī)劃法，非線性規(guī)劃法，整數(shù)規(guī)劃法，動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，離散規(guī)劃法，灰色規(guī)劃以及模糊規(guī)劃法等。朱悅等引入灰色理論預(yù)測(cè)大氣總量，結(jié)合總量分配方法，構(gòu)建了大氣總量分配削減方案［9］。熊德琪從模糊數(shù)學(xué)角度，依據(jù)水污染控制系統(tǒng)模糊規(guī)劃理論研究了污染物削減分配這一問題。最優(yōu)化方法中，目前應(yīng)用最廣泛和最成熟的是線性規(guī)劃方法。20世紀(jì)90年代以來(lái)，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院研究人員應(yīng)用線性規(guī)劃方法開展了若干城市的環(huán)境規(guī)劃優(yōu)化模型以及總量控制規(guī)劃研究，提出了求解大規(guī)模環(huán)境綜合整治整數(shù)規(guī)劃IPUSE模型［10］，最優(yōu)化方法在環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用取得了空前的發(fā)展。近年來(lái)，隨著全國(guó)大氣和水環(huán)境容量測(cè)算和污染物排放總量分配工作的推進(jìn)，中國(guó)環(huán)境規(guī)劃院與有關(guān)單位相繼開展了環(huán)境容量分配規(guī)劃問題與計(jì)算方法的研究［11］。王金南分析了線性規(guī)劃方法在環(huán)境容量資源分配規(guī)劃中的若干種應(yīng)用類型，提出了相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)模型和約束條件模型以及建立模型的基本步驟，并以區(qū)域污染削減費(fèi)用最小化和區(qū)域環(huán)境容量資源利用最大化兩種規(guī)劃類型為背景，提出了相應(yīng)的環(huán)境規(guī)劃優(yōu)化概念模型，最后和中國(guó)環(huán)境規(guī)劃院A－P值模型對(duì)市區(qū)大氣環(huán)境容量計(jì)算分配結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果基本一致，計(jì)算表明線性規(guī)劃優(yōu)化方法是解決區(qū)域大氣環(huán)境容量資源分配的科學(xué)可行的方法［12］。不過利用線性規(guī)劃方法解決環(huán)境規(guī)劃問題，如何把許多非線性約束轉(zhuǎn)換成線性約束是一個(gè)重點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)。在實(shí)際操作中往往把約束條件相對(duì)簡(jiǎn)化，容量分配優(yōu)化結(jié)果出現(xiàn)偏大的結(jié)果。

基于效率原則的污染物總量分配方法，則僅從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，建立數(shù)學(xué)模型求解，片面追求經(jīng)濟(jì)成本的最小化，忽視了總量分配過程中涉及的社會(huì)、技術(shù)、管理、資源等其它因素的影響，使污染治理效率高、邊際治理費(fèi)用低、管理得力的污染源要承擔(dān)更多的削減量，往往導(dǎo)致出現(xiàn)“鞭打快?！钡默F(xiàn)象。這使治理得力的污染源對(duì)分配方案充滿爭(zhēng)議，挫傷其治理的積極性。在現(xiàn)有大氣污染控制體制和管理模式下，基于效率原則所制定的污染物優(yōu)化分配方案往往難以有效地付諸實(shí)施。

2.3 基于公平性原則的總量分配方法

基于一定基準(zhǔn)的分配方法，這類方法通過確定一定基準(zhǔn)或排放系數(shù)，計(jì)算各污染源的允許排放量。這種基準(zhǔn)可分為能源消耗量、污染源排放量或者排放績(jī)效等，類似于國(guó)外初始排污權(quán)分配中的歷史沿襲法。孫衛(wèi)民將控制區(qū)允許排放總量基于各污染源使用燃料和原料用量進(jìn)行分配［13］。林紅等利用污染物的排放績(jī)效法（GPS）、能耗績(jī)效法進(jìn)行總量分配［14］，這些方法目前已在電力企業(yè)做了試點(diǎn)，證明是一種比較科學(xué)的分配方法，但由于此類方法主要適用于同一類型企業(yè)，因此限制了方法的應(yīng)用。基于產(chǎn)值排放系數(shù)的分配方法結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益法及排放績(jī)效法，將發(fā)電量等的產(chǎn)出轉(zhuǎn)化為貨幣形式的工業(yè)總產(chǎn)值，而不是產(chǎn)品產(chǎn)量，從側(cè)面反映了對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)規(guī)模的貢獻(xiàn)程度。

徐大海和朱蓉在ATDL模式的基礎(chǔ)上導(dǎo)出了大氣污染物面源源強(qiáng)分布到濃度分布的擴(kuò)散稀釋矩陣，將源強(qiáng)矩陣與濃度矩陣線性地聯(lián)系起來(lái)，由當(dāng)?shù)氐臍夂驍?shù)據(jù)、地理?xiàng)l件、各類源高、排放氣體的干濕沉降和衰變參數(shù)計(jì)算出擴(kuò)散，直接由濃度矩陣求取源強(qiáng)矩陣，從而提出了由數(shù)值模式反演源強(qiáng)的方法［15］。劉品高將遺傳算法引入大氣污染總量控制中，應(yīng)用它來(lái)進(jìn)行面源源強(qiáng)的反演，用以確定地區(qū)的大氣排放總量并且和稀釋矩陣反演方法作了對(duì)比。在此基礎(chǔ)之上，提出了一種利用遺傳算法進(jìn)行大氣污染總量控制的新方法，將區(qū)域內(nèi)各污染源的排放量編碼為染色體，讓染色體群體在模擬的進(jìn)化環(huán)境下按照生物進(jìn)化規(guī)律進(jìn)行優(yōu)勝劣汰的自然選擇，經(jīng)過若干代的進(jìn)化，最終得到最優(yōu)個(gè)體即代表最佳源強(qiáng)分布［16］。

吳悅穎借鑒基尼系數(shù)的概念，構(gòu)建流域間水污染物總量分配方案合理性、公平性的評(píng)估方法。用基尼系數(shù)法對(duì)流域水污染物總量分配方案進(jìn)行評(píng)估，依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行方案調(diào)整，可使分配方案更具公平性和合理性，但是此法不適用于沒有初始分配方案的分配過程，而且該方法本身未提供方案修正幅度大小的依據(jù)，需要通過其它方法進(jìn)行修正［17］。劉耀等也應(yīng)用了基尼系數(shù)和洛倫茨曲線對(duì)“十一五”期間廣東省環(huán)保下達(dá)到珠三角各城市的二氧化硫總量進(jìn)行分配［18］。王金南拓展了基尼系數(shù)的內(nèi)涵，提出了資源環(huán)境基尼系數(shù)的概念，以綠色貢獻(xiàn)系數(shù)作為判斷不公平因子的依據(jù)，對(duì)確定國(guó)家環(huán)境管理的重點(diǎn)方向提供一種新的方法［19］。陳文穎等提出了基礎(chǔ)允許排放量分配法（APW）和平權(quán)允許排放量分配法（B值法）［20］。該方法的實(shí)質(zhì)是通過APW法、濃度控制法、B值法和平權(quán)后剩余容量分配方法相結(jié)合確定污染源的應(yīng)該允許排放量，有效地控制污染、改善環(huán)境，使經(jīng)濟(jì)得以持續(xù)發(fā)展，但由于計(jì)算過于繁瑣，這也限制了它的運(yùn)用。李如忠從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境系統(tǒng)整體效益出發(fā)，設(shè)計(jì)出了一種定性與定量相結(jié)合描述判斷矩陣的多指標(biāo)決策的排污總量分配層次結(jié)構(gòu)模型，不僅克服了等比例分配的不公平性，又兼顧了各分區(qū)間的實(shí)際差異，是一種較理想的分配方法［21］。

基于公平性原則的總量分配方法，要么停留在理論研究上，僅給出堅(jiān)持公平性原則需要遵循的原理和考慮的因素，并沒給出一套較完整的體系；要么給出了一套體系，但過于理論化使得變量的選擇難以定量化、分配方案過于復(fù)雜而難以在實(shí)際中加以應(yīng)用，最終難以達(dá)到預(yù)期目的；或者片面強(qiáng)調(diào)某一方面的公平性，忽略了其他方面而造成貌似公平實(shí)際并未真正體現(xiàn)公平性的假象。

3 結(jié)論與建議

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大氣污染總量的分配對(duì)于鼓勵(lì)污染源降低污染取得了一定成效，但無(wú)論單純采用傳統(tǒng)的分配方法，還是基于公平或是基于效率的方法，或多或少都存在一些問題，這勢(shì)必戳傷污染源自我治理的積極性，激發(fā)抵觸情緒，使規(guī)劃方案及污染治理程序在推行過程中遇到阻力，難以順利實(shí)施。因此，建立一套能被各污染源普遍接受，具有較強(qiáng)的可達(dá)性且易操作，又能夠體現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境公平性的總量分配方法，制定可行的分配方案是大氣污染總量分配研究的方向；而聯(lián)合應(yīng)用多種分配方法，取長(zhǎng)補(bǔ)短，制定更加科學(xué)合理的分配方案也是一種發(fā)展趨勢(shì)。

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