水污染物總量分配原則及方法研究進展

程玲玲，夏 峰

(1．云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201;2．云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034)

研究表明，我國是世界上污水排放量最大的國家，也是污水排放速度最快的國家。當(dāng)前，作為保護水環(huán)境、防治水體污染的一個重要手段——水污染物總量控制已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點之一。污染物總量如何公平、合理的分配，是污染總量控制的核心問題。隨著科學(xué)技術(shù)的進步與發(fā)展，總量分配的方法日漸增多，本文將著重介紹國內(nèi)外總量分配的發(fā)展?fàn)顩r，列舉國內(nèi)污染物總量分配的一般原則，并分析水污染總量分配兩種常用的具體方法。

1 背景

據(jù)《全國環(huán)境公報》顯示，全國廢水排放量呈逐年增長趨勢。2005年，全國廢水排放量524.5億t;2006年，廢水排放量536.8億t;2007年，廢水排放量556.8億t;2008年比上年增加2.7%，全國廢水排放總量為571.7億t;2009年，全國廢水排放589.2億t，比上年增加3.0%。從2009年《中國環(huán)境狀況公報》看，在26個國控重點湖泊(水庫)中，滿足Ⅱ類水質(zhì)的只有1個，Ⅲ類的5個，Ⅳ類的6個，Ⅴ類的5個，劣Ⅴ類的9個，占到了湖泊總數(shù)的34.6%。從這些數(shù)據(jù)不難看出，開展水污染物總量控制工作已經(jīng)刻不容緩。

2 總量分配的一般原則

目前，總量分配的方法很多，根據(jù)立足點和側(cè)重點的不同，分配的一般原則常見有以下兩個不同方向的闡述，一個方向是:等比例分配原則，費用最小分配原則，按貢獻率削減排放量的分配原則，根據(jù)污染范圍和程度大小的分配原則，按污染物毒性大小承擔(dān)污染責(zé)任分擔(dān)率的原則，按企業(yè)污染治理先進性考慮污染責(zé)任分擔(dān)率和削減率的分配原則;另一方向包括可持續(xù)性原則，公平性原則，效益性原則，技術(shù)可行性原則，方案可操作性原則，非經(jīng)濟要素標(biāo)準(zhǔn)原則，清潔生產(chǎn)原則，先易后難原則，不重復(fù)削減原則，重點控制原則，集中控制原則和公正原則。本人認為，總量分配的一般原則可以列為以下幾條:

(1)等比例分配原則

等比例分配，指的是各污染源等比例分擔(dān)排放責(zé)任，以承認污染源排污現(xiàn)狀為前提，把總量控制確定的允許排污總量等比例分配到源。

(2)重點控制原則

二八定律認為一個關(guān)鍵的小的誘因、投入和努力，通?？梢缘玫酱蟮慕Y(jié)果、產(chǎn)出和酬勞。遵循二八定律，應(yīng)當(dāng)首先對重點排污單位進行容量總量控制。

(3)先易后難原則

首先對濃度和行業(yè)總量未達標(biāo)企業(yè)進行總量削減，在濃度達標(biāo)排放之后，再對總量負荷的削減量進行分配。

(4)集中控制原則

首先考慮對位置臨近、污染物種類相同的污染源實行集中控制，然后再將排污量余量分配給其他的污染源。

(5)費用最小分配原則

即經(jīng)濟優(yōu)化規(guī)劃分配原則，是一種以經(jīng)濟模型為基礎(chǔ)，以達到經(jīng)濟利益最大化為準(zhǔn)則，以治理費用最小為目標(biāo)函數(shù)，以環(huán)境目標(biāo)值作為約束條件，使系統(tǒng)的污染治理投資費用總和最小的原則。

(6)按污染物毒性大小承擔(dān)污染責(zé)任分擔(dān)率的原則

指在排污總量或排污責(zé)任分擔(dān)率的分配過程中，對毒性大、危害嚴重的危險污染物應(yīng)提高其治污責(zé)任，加強其污染責(zé)任分配比例的原則。

(7)按貢獻率削減排放量的分配原則

即按各個污染源對總量控制區(qū)域內(nèi)水質(zhì)影響程度大小、污染物貢獻率的大小來削減污染負荷，對水質(zhì)影響大的污染源要多削減，反之則少削減。它體現(xiàn)了每個排污者平等共享水環(huán)境容量資源，同時也平等承擔(dān)超過其允許負荷量的責(zé)任。

(8)根據(jù)污染范圍和程度大小的分配原則

這種分配原則是考慮到在功能區(qū)或污染控制單元內(nèi)污染源的位置不同，有的污染源污染距離長、面積大，有的污染源污染距離短、面積小，造成各污染源的污染影響的范圍和程度不同，從而將其作為污染責(zé)任分擔(dān)率的重要因素列入在內(nèi)。

(9)按企業(yè)污染治理先進性考慮污染責(zé)任分擔(dān)率和削減率的分配原則

由于各企業(yè)污染治理技術(shù)的先進性程度不同，造成各企業(yè)的污染排放總量及濃度對環(huán)境的影響不同，治污成本也存在差異，所以也將它作為污染責(zé)任分擔(dān)率和削減率的重要因素之一。

3 總量分配方法研究現(xiàn)狀

3.1 國外總量分配發(fā)展與現(xiàn)狀

“總量控制”這一概念由美國最早提出。1948年，美國國會制定了《聯(lián)邦水污染控制法》(簡稱為《水污染法》)。1958年，日本開始實施《水質(zhì)保護法》、《工業(yè)污水限制法》等法案，在國家環(huán)境管理上經(jīng)歷了以“稀釋”、“架高”等為主要措施的早期限制時期和以濃度控制為核心的“單打一”治理時期。

美國也是最早關(guān)注非點源污染治理的國家。1972年修訂后的《聯(lián)邦水污染控制法》首次明確提出控制非點源污染。在此同時，美國開始在全國范圍內(nèi)實行水污染物排放許可證制度，即所謂的“排放抵消”政策和“泡泡政策”，隨后，為進一步做好總量控制工作，美國提出了季節(jié)總量控制方法、“變量總量控制”，以及在污染源之間進行污染負荷對換制度，其中包括“點源對換法”和“點源—非點源兌換法”。

總量控制相關(guān)法律制度出臺實施之后，國外研究學(xué)者在水環(huán)境總量分配的模型及分配方式方面展開了大量研究。如Thomannan and Sobel等，將污水處理費用，即目標(biāo)函數(shù)線性化后，運用線性規(guī)劃方法對確定性條件下優(yōu)化模型進行分配計算;Converse，Ecker以確定水質(zhì)為約束條件，以區(qū)域污水處理費用之和最小為目標(biāo)函數(shù)建立優(yōu)化模型，再運用線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃或整體規(guī)劃等優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)污染物在排污口間的優(yōu)化分配;Lohani and Thanh在河流水質(zhì)規(guī)劃研究中建立了概率約束的規(guī)劃模型;Ellis采用嵌入概率約束條件的方式構(gòu)建了一個新的隨機水質(zhì)優(yōu)化模型，和以往水質(zhì)優(yōu)化模型的最大區(qū)別在于該模型中不僅河水流量是隨機變量，河段起始斷面BOD和DO、廢水中BOD和DO、好氧系數(shù)、復(fù)氧系數(shù)等也被視為隨機變量;Cardwell and Eills基于參數(shù)和模型的不確定性，對多點源的污染負荷分配進行了研究，開發(fā)了隨機動態(tài)規(guī)劃費用最小模型;Li S.Y.等在考慮了河流斷面的橫向混合不均性基礎(chǔ)上，運用優(yōu)化模型確定各排污口在給定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下的允許排放量;Catherine L K ling和Jinhuazhao基于污染物的不同區(qū)域特性，對不同分配方式的長期效率進行了分析;Peter Cramton和Suzi Kerr和其他一些研究者對拍賣方式和“祖父制”(grandfathering即根據(jù)歷史產(chǎn)量或排污量等因素?zé)o償分配)兩種主要分配方式的優(yōu)缺點進行了比較，提出了各自的結(jié)論。

3.2 國內(nèi)總量分配發(fā)展與現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代末，我國開始進行總量控制的研究工作，以1980年制定的第一松花江BOD總量控制標(biāo)準(zhǔn)為先導(dǎo)，進行了最早的探索和實踐。

“六五”期間，上海開始在黃浦江上游水資源保護地區(qū)實行以水污染物排放總量控制為目的的排污許可證制度。“七五”時期，上海頒布了《上海市黃浦江上游水源保護條例》，首次在地方立法中對總量控制制度進行了規(guī)定。1988年3月，國家環(huán)保局下達了《關(guān)于以總量控制為核心的〈水污染物排放許可證管理暫行辦法〉和開展排放許可證試點工作的通知》，標(biāo)志著我國開始進入通過總量控制強化水環(huán)境管理的新階段;1991年開始，國家環(huán)保局在16個城市進行了排放污染物總量控制和許可證制度的試點工作，取得了一定的效果。

“九五”期間，全國人大通過的《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“九五”計劃和2010年遠景目標(biāo)綱要》(1996)中，將污染物排放總量控制確立為我國環(huán)境保護的一項重大舉措。同一年，國家制定了《“九五”期間全國主要污染物排放總量控制計劃》，并逐年下達年度計劃，對二氧化硫、煙塵、粉塵、工業(yè)固體廢物、化學(xué)需氧量、石油類、氰化類、砷、汞、鉛、鎘、六價鉻12項污染物排放實行總量控制;“十五”期間，總量控制制度的管理范圍縮減為二氧化硫、塵 (煙塵和工業(yè)粉塵)、化學(xué)需氧量、氨氮、工業(yè)固體廢物5種污染物;“十一五”期間，總量控制制度的管理范圍進一步縮減到二氧化硫、化學(xué)需氧量。2007年，我國二氧化硫和化學(xué)需氧量排放總量分別下降4.66%和3.14%，首次實現(xiàn)雙下降;在“十一五”化學(xué)需氧量和二氧化硫兩項主要污染物的基礎(chǔ)上，“十二五”期間國家將氨氮和氮氧化物納入總量控制體系，同時污染源普查口徑的農(nóng)業(yè)源也納入總量控制范圍。

從“六五”至今30多a的研究成果看，總量控制的研究主要是圍繞總量分配原則和分配方法展開的。污染物允許排放量分配則多是在目標(biāo)總量控制或水環(huán)境容量總量控制基礎(chǔ)上，基于公平合理原則或效率原則進行的分配。如徐華君等評價了同等百分比削減分配方法和最小處理費用法，探討了兼顧效益與公平的新分配思路;從效率和公平出發(fā)，吳亞瓊研究了初始排污權(quán)分配的一種協(xié)商仲裁制，對有關(guān)各方面的行為和結(jié)果以及結(jié)果的經(jīng)濟效率和公平性進行了分析;方秦華等人提出了以經(jīng)濟總量為基礎(chǔ)按比例分配環(huán)境容量的模式;立足于效率原則，王亮等提出了行業(yè)水環(huán)境經(jīng)濟綜合指數(shù)的概念和確定方法，并建立了對目標(biāo)區(qū)域水污染物總量行業(yè)優(yōu)化分配模型;岳剛等采用定額達標(biāo)分配、治理費用最小，及按現(xiàn)有排污總量進行達標(biāo)分配的方法對水污染物進行了總量分配;通過分析總量分配的關(guān)鍵技術(shù)與核心問題，農(nóng)家等針對等比例分配方法、費用最小分配方法、按貢獻率削減排放量分配方法以及數(shù)學(xué)規(guī)劃分配方法進行了初步探討，并研究了總量分配技術(shù)中的公平性問題，為入海污染物的總量分配提供科學(xué)參考。

3.3 總量分配的具體方法

3.3.1 層次分析法

層次分析法 (Analytichi－h(huán)yProcess，簡稱AHP方法)是美國運籌學(xué)家A.L.Saaty在20世紀(jì)70年代提出的，是一種對方案的多指標(biāo)系統(tǒng)進行分析，將決策者對復(fù)雜系統(tǒng)的決策思維過程模型化、數(shù)量化、層次化、結(jié)構(gòu)化的決策方法。層次分析法運用在流域水環(huán)境污染物總量分配可以分為以下幾個步驟:

(1)調(diào)查流域內(nèi)各分區(qū)經(jīng)濟、社會、環(huán)境和技術(shù)現(xiàn)狀。

(2)收集總量分配評價指標(biāo)、構(gòu)建指標(biāo)體系框架。

(3)確定層次結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計專家咨詢方案，選擇專家并進行專家咨詢。

(4)統(tǒng)計咨詢結(jié)果，計算分析層次。

(5)確定各單項評價指標(biāo)相對總目標(biāo)權(quán)重。

(6)確定各分區(qū)相對總目標(biāo)組合權(quán)重。

(7)確定排污總量分配方案。

層次分析法在我國已經(jīng)被廣泛研究應(yīng)用于污染物總量分配這一領(lǐng)域，如在建立定性與定量相結(jié)合的多指標(biāo)決策的排污總量分配層次結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，李如忠等將其運用在安徽合肥市區(qū)域水污染物排放總量的分配;孫秀喜等人利用這種模型結(jié)合矩陣，對各分區(qū)排污總量進行分攤，結(jié)合實例進行了計算分析;范平等以南方某市化學(xué)需氧量總量控制為例說明了這種模型的具體運用。2011年，李如忠在《基于Vague集的水污染負荷分配方法》中從水污染負荷分配涉及的社會、經(jīng)濟、環(huán)境、技術(shù)與管理等因素出發(fā)，篩選16個評價指標(biāo)，構(gòu)建了具有多層次結(jié)構(gòu)的水污染負荷分配評價指標(biāo)體系。

3.3.2 基尼系數(shù)修正法

基尼系數(shù) (Gini coefficient)是意大利經(jīng)濟學(xué)家基尼 (Corrado Gini，1884－1965)在1922年提出的，用于定量測定收入分配差異程度?；嵯禂?shù)是一個比例數(shù)值，在0和1之間，是國際上用來綜合考察居民內(nèi)部收入分配差異狀況的一個重要分析指標(biāo)?；嵯禂?shù)修正法運用在流域水環(huán)境污染物總量分配可以分為以下幾個步驟:

(1)劃分子流域的污染控制區(qū)，利用SWAT(陸域面源污染物輸移模擬)和EFDC(環(huán)境流體動力學(xué))模型，核算并確定不同子流域的污染負荷及流域的水環(huán)境容量。

(2)確定初始總量分配方案。根據(jù)流域的現(xiàn)狀和未來發(fā)展模式以及各子流域的功能定位，確定各子流域的初始分配值。

(3)確定基本參數(shù) (主要包括各子流域人口或GDP、產(chǎn)值、水資源量等)，計算公平指數(shù)Gi。

(4)將Gi按由大到小的順序排列，將各子流域根據(jù)順序重新編號。繼而將對應(yīng)的參數(shù)按照編號重新整理出來。

(5)按重排的順序，依照相應(yīng)的公式，計算各子流域人口 (GDP)等指標(biāo)的累計百分比和污染負荷分配的累計百分比。

(6)繪制洛倫茲曲線和絕對公平曲線。

(7)計算出基尼系數(shù)。

(8)依據(jù)計算的基尼系數(shù)，評估分配的公平性。如果分配不是公平的，則從步驟 (2)開始重新調(diào)整，反之則分配過程結(jié)束。

在研究成果方面，學(xué)者王麗瓊從基尼系數(shù)的經(jīng)濟學(xué)內(nèi)涵出發(fā)，將基尼系數(shù)的概念和意義應(yīng)用于環(huán)境分析中，并以全國2006年各地區(qū)的水污染物總量分配為例，應(yīng)用基尼系數(shù)法分析了人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值、水資源量指標(biāo)對水污染物總量分配的影響;樊華等在江西五大水系流域的水污染物總量分配方案的評估和調(diào)整中運用了基尼系數(shù)法，使方案更加公平合理;趙娟等構(gòu)建重點城市污染物總量分配的基尼系數(shù)法，評價了全國重點城市污染物總量分配的合理性公平性。

另外，研究者盛虎參考美國TMDLs的分配方式 (在分配過程中預(yù)留一部分容量不作分配，以促進水質(zhì)改善)，運用層次分析法確定分配比例，運用基尼系數(shù)法判別分配公平性，采取層次分析法與基尼系數(shù)法交換反饋的方法，研究了基于人口和經(jīng)濟的流域容量總量分配方案。

4 污染物總量分配方法中存在的問題

基于公平性原則的總量分配方法的問題在于實用與理論脫節(jié):要么停留在理論研究上，僅給出堅持公平性原則需要遵循的原理和考慮的因素，而缺乏一套較完整的體系;要么給出了一套較完整的體系，卻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)雜而難以在實際中加以應(yīng)用，最終難以達到預(yù)期目的;或者片面強調(diào)某一方面的公平性，忽略了其他方面而致使真正的公平性并不能體現(xiàn)出來。

基于效率原則的總量分配方法，大多關(guān)注于如何使經(jīng)濟成本最小、治污費用最小，忽視了總量分配過程中應(yīng)該考慮到的社會、環(huán)境、技術(shù)等因素。這種方法要達到經(jīng)濟成本最低，治污得力而花費較少的企業(yè)承擔(dān)相應(yīng)較多的污染責(zé)任分擔(dān)率，分配的不合理性很容易引起企業(yè)之間的糾紛從而導(dǎo)致總量分配實施程序很難順利進行。

5 結(jié)語

從“六五”的開始實行到“十二五”的規(guī)劃，污染物總量控制與分配問題一直是我國環(huán)保工作中不可忽視且越來越關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。本人認為:在相對公平合理的基礎(chǔ)上，尋求環(huán)境、經(jīng)濟、技術(shù)系統(tǒng)整體最優(yōu)配置，結(jié)合多種污染物總量分配方法的優(yōu)點，同時把GIS、計算機等先進科技手段融入到污染物總量控制中來，形成一套理論與實用較好結(jié)合的綜合體系是今后研究的重點;對于非點源污染因排放特征復(fù)雜形成不易于把握的許多不確定性也需要深入分析。

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