基于水環(huán)境容量的閩江流域跨界生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)研究

饒清華，林秀珠

(近海流域環(huán)境測(cè)控治理福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(福建師范大學(xué)福清分校)，福建 福清 350300)

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾日益凸顯，一方面是公眾日益增長的生態(tài)環(huán)境服務(wù)數(shù)量及質(zhì)量的需求，另一方面由于對(duì)資源的不合理利用，導(dǎo)致環(huán)境污染問題日益突出。在此深刻背景下，生態(tài)補(bǔ)償成為各國經(jīng)濟(jì)學(xué)家和環(huán)境學(xué)家研究的熱點(diǎn)[1-5]，并且被作為一種有效的經(jīng)濟(jì)手段成功應(yīng)用到解決生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾中去[6-8]。我國政府多次對(duì)建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制提出明確要求[9-11]，有關(guān)部門陸續(xù)出臺(tái)了一系列法律法規(guī)和政策文件，要求加強(qiáng)流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)，增加流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)投入。國內(nèi)對(duì)于流域生態(tài)補(bǔ)償理論及運(yùn)行機(jī)制等方面的研究相對(duì)較多[11-13]，同時(shí)也開展了部分有關(guān)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的研究[14-18]，而對(duì)于通過水環(huán)境容量來確定生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)流域?qū)崿F(xiàn)水環(huán)境容量與水環(huán)境質(zhì)量最優(yōu)的研究相對(duì)匱乏[19,20]。因此建立并完善流域生態(tài)補(bǔ)償制度，設(shè)計(jì)合理的補(bǔ)償方案，確定科學(xué)的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前國際和國內(nèi)環(huán)境管理的發(fā)展方向[21,22]，可以理順流域上中下游間的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)利益關(guān)系，有效提高流域上游地區(qū)保護(hù)水環(huán)境的積極性。同時(shí)，可以進(jìn)一步落實(shí)流域污染物總量控制制度，減少跨界污染糾紛問題的發(fā)生，改善流域水環(huán)境質(zhì)量，提高上游地區(qū)流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)的積極性，對(duì)于促進(jìn)全流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展具有極其重要意義。

閩江是福建省第一大河，流域上游是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，而流域下游則是經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的福州市[23]。因此，建立并完善流域生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，科學(xué)合理的測(cè)算流域生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于提高上游地區(qū)流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)的積極性，實(shí)現(xiàn)閩江流域水資源可持續(xù)利用具有重要意義[24]。本研究以閩江流域?yàn)槔?，將流域上、中、下游地區(qū)分別看作獨(dú)立的控制單元，以水環(huán)境容量作為社會(huì)發(fā)展的制約因素，選取化學(xué)需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)作為污染因子，采用一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型測(cè)算出閩江流域不同行政區(qū)水環(huán)境容量，結(jié)合水環(huán)境功能分區(qū)目標(biāo)、污染物排放量、COD及NH3-N的恢復(fù)成本計(jì)算出閩江流域上下游生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，為福建省乃至全國跨界流域補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算的推廣實(shí)施提供參考借鑒。

1 基于水環(huán)境容量的流域生態(tài)補(bǔ)償模型

采用水質(zhì)模型計(jì)算出的水環(huán)境容量減去水體中污染物的入河排放量，得到水域剩余環(huán)境容量，并通過計(jì)算需要削減的污染物的恢復(fù)成本，反推上下游之間的生態(tài)補(bǔ)償量。

1.1 水環(huán)境容量計(jì)算模型

對(duì)于寬深比不大的中小型河流，污染物濃度在較短時(shí)間內(nèi)在橫向斷面上分布均勻，可用一維水質(zhì)模型預(yù)測(cè)污染物沿河流縱向的遷移情況，并以此來計(jì)算水環(huán)境容量。一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型為：

(1)

式中：Ex為廢水與河水的縱向混合系數(shù)，m2/s；K為污染物的衰減系數(shù)，1/d；ux為河段平均流速，m/s；C為污染物濃度，mg/L。其解析解為：

(2)

式中：x為支流或排污口等與控制斷面的距離，m；C0為起始斷面水質(zhì)濃度，mg/L。

忽略縱向擴(kuò)散作用時(shí)，模型的解為：

(3)

將排污口進(jìn)行集中概化，認(rèn)為上游地區(qū)污染物排放集中在1個(gè)點(diǎn)，污染物均由這個(gè)點(diǎn)源排入，一般情況下認(rèn)為這個(gè)點(diǎn)在河段的1/2處?？紤]河流水環(huán)境容量分為稀釋容量和自凈容量兩個(gè)部分，根據(jù)一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型可知：

(4)

式中：Cs為控制斷面水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，mg/L；Q0為起始斷面流量，m3/s；c為排放的污染物濃度，mg/L；q為污染物排放量，m3/s；當(dāng)cq=W時(shí)即為環(huán)境容量，推導(dǎo)出集中排放方式的水環(huán)境容量為：

(5)

式中：W為環(huán)境容量，t/a。

1.2 補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算模型

基于水環(huán)境容量的跨界生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算模型為：

W′ijn=W0ijn-Wijn

(8)

式中：Wijn為i地區(qū)流入j地區(qū)的第n種污染物入河量，t/a；W0ijn為i地區(qū)流入j地區(qū)的第n種污染物水環(huán)境容量，t/a；W′ijn為i地區(qū)流入j地區(qū)的第n種污染物剩余水環(huán)境容量，t/a；Pijn為i地區(qū)從j地區(qū)獲得/支付的第n種污染物生態(tài)補(bǔ)償額，元/a；Pij為i地區(qū)從j地區(qū)獲得/支付的生態(tài)補(bǔ)償額，元/a；Rcn為第n種污染物治理或修復(fù)的單位成本或收益，元/t。

對(duì)于某個(gè)地區(qū)來說，其生態(tài)補(bǔ)償總額為與其交界的各行政單元生態(tài)補(bǔ)償額代數(shù)和，即：

Pi=∑Pij

(9)

采用基于水環(huán)境容量的補(bǔ)償方式，意義在于各行政單元政府需要對(duì)其管轄區(qū)域內(nèi)的水環(huán)境容量以及交界斷面的水環(huán)境質(zhì)量負(fù)責(zé)，將其污染物排放總量控制在該區(qū)域的水環(huán)境容量范圍內(nèi)，才能從周邊區(qū)域獲得生態(tài)補(bǔ)償；反之，上游地區(qū)有責(zé)任給予下游補(bǔ)償，用于污水的治理[15]。這種補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算方式體現(xiàn)了水資源和水環(huán)境容量的價(jià)值性，同時(shí)又兼顧了上下游之間利益分配的平衡。

2 閩江流域跨界生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)研究

2.1 閩江流域概況

閩江作為福建省的第一大河，發(fā)源于建寧縣均口鎮(zhèn)，流經(jīng)36個(gè)縣、市，總長2 872 km，其中在福建省內(nèi)面積達(dá)59 922 km2，占全省陸域面積的48.87%，干流全長577 km。閩江流域上游地區(qū)多屬于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，包括南平、三明等部分縣市，閩江流域下游福州市則經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)。研究將龍巖、南平、三明等地區(qū)劃分為閩江流域上游，將福州地區(qū)劃分為閩江下游。

2.2 數(shù)據(jù)來源

污染物年排放量、初始斷面水質(zhì)、河段長度、流速、水量數(shù)據(jù)來源于福建省環(huán)境保護(hù)廳。由于數(shù)據(jù)獲取存在一定難度，水質(zhì)數(shù)據(jù)采用2011-2015年各行政區(qū)(縣)交界斷面水質(zhì)年平均值；流速、水量數(shù)據(jù)采用閩江流域各斷面多年平均流量；閩江流域各交界斷面水質(zhì)目標(biāo)依據(jù)《福建省水環(huán)境功能區(qū)劃》而定[25]，各交界斷面水質(zhì)功能區(qū)劃均為Ⅲ類?？紤]到COD、NH3-N是“十二五”國家水環(huán)境總量控制指標(biāo)，因此，本研究采用COD、NH3-N等指標(biāo)來計(jì)算水環(huán)境容量。COD、NH3-N等指標(biāo)的降解系數(shù)K參考陳錦等[26]研究成果。

2.3 閩江流域生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算

2.3.1 閩江流域不同區(qū)段水環(huán)境容量測(cè)算

閩江屬于寬深比不大的中小型河流，流域水體流態(tài)較穩(wěn)定，適合采用一維水質(zhì)模型計(jì)算水環(huán)境容量。水質(zhì)數(shù)據(jù)采用2011-2015年各行政區(qū)(縣)交界斷面水質(zhì)年平均值，流速、水量數(shù)據(jù)采用閩江流域各斷面多年平均流量，COD、NH3-N等指標(biāo)的降解系數(shù)K(1/d)參考陳錦等[26]研究成果，閩江流域各交界斷面水質(zhì)目標(biāo)依據(jù)《福建省水環(huán)境功能區(qū)劃》而定，模型計(jì)算參數(shù)見表1。

以COD、NH3-N作為計(jì)算水環(huán)境容量的指標(biāo)，根據(jù)公式(5)測(cè)算閩江流域各行政區(qū)2011-2015年的水環(huán)境容量，計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 水環(huán)境容量計(jì)算參數(shù)Tab.1 Parameters of water environment capacity

表2 閩江流域各行政區(qū)2011-2015年污染物排放情況及初始濃度Tab.2 Pollutant discharge and initial concentration in Minjiang River Basin from 2011 to 2015

2.3.2 閩江流域各行政區(qū)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算

污染物削減成本Rcn采用影子工程法，依據(jù)治理和修復(fù)污染水體的成本測(cè)算。由于補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的制定具有一定嘗試性，借鑒饒清華等[23]的研究成果，因此，取NH3-N削減成本27 210元/t、COD削減成本5 442元/t作為補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)式(6)、式(7)計(jì)算閩江流域各行政區(qū)2011-2015年剩余環(huán)境容量及不同污染物生態(tài)補(bǔ)償額，確定各縣市間補(bǔ)償或賠償關(guān)系，具體見表3。

由于三明、南平等地區(qū)既是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的受益者，需要向上游地區(qū)支付生態(tài)補(bǔ)償費(fèi)用；同時(shí)也是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的保護(hù)者，應(yīng)得到下游地區(qū)的生態(tài)補(bǔ)償。因此，根據(jù)式(8)、式(9)，將各行政單元生態(tài)補(bǔ)償量求代數(shù)和，測(cè)算閩江流域各行政區(qū)2011-2015年支付/獲取生態(tài)補(bǔ)償額度，具體見表4。

從流域生態(tài)補(bǔ)償支付情況來看，作為補(bǔ)償對(duì)象的上游地區(qū)龍巖市獲得三明市的補(bǔ)償額分別為2 045.82～3 023.91 萬元，對(duì)于推進(jìn)上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)具有很好的激勵(lì)作用。對(duì)于中游地區(qū)三明、南平市，一方面需要向上游地區(qū)支付生態(tài)補(bǔ)償費(fèi)用，另一方面應(yīng)得到下游地區(qū)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，最終支付/獲取的補(bǔ)償額分別為-2 476.78～1 967.35 萬元及-5 062.21～4 091.23 萬元。寧德、泉州地區(qū)獲得下游地區(qū)福州市的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償分別為3 037.71～4 009.84 萬元及6 205.73～6 605.81 萬元。下游地區(qū)福州市單純作為生態(tài)環(huán)境保護(hù)的受益者，需要向上游地區(qū)總共支付生態(tài)補(bǔ)償額10 426.13～16 148.56 萬元。

表3 閩江流域各行政區(qū)2011-2015年環(huán)境容量及剩余環(huán)境容量Tab.3 The water environmental capacity and remaining water environmental capacity in Minjiang River Basin from 2011 to 2015

表4 閩江流域各行政區(qū)2011-2015年支付/獲取生態(tài)補(bǔ)償額度Tab.4 Eco-compensation of the cities in Minjiang River Basin (payout and reception) from 2011 to 2015

3 結(jié)果分析

(1) 明確補(bǔ)償?shù)闹骺腕w。如果閩江流域上游地區(qū)水污染物排放量滿足水環(huán)境容量的要求，則下游地區(qū)應(yīng)該向上游地區(qū)支付獲得優(yōu)良水質(zhì)的補(bǔ)償費(fèi)用。反之，上游地區(qū)水污染物排放量超過了水環(huán)境容量，則上游地區(qū)有責(zé)任對(duì)下游進(jìn)行補(bǔ)償，用于污水的治理。這種補(bǔ)償方式主客體明確，流域上下游地區(qū)各級(jí)政府需對(duì)行政區(qū)域內(nèi)的水環(huán)境容量及交界斷面水環(huán)境質(zhì)量負(fù)責(zé)，根據(jù)剩余環(huán)境容量來確定上下游生態(tài)補(bǔ)償關(guān)系。

(2) 兼顧上下游利益。上游地區(qū)為保護(hù)流域生態(tài)環(huán)境，工農(nóng)業(yè)發(fā)展受到了一定程度的限制，中下游地區(qū)是上游地區(qū)流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)的受益者，雙方均擁有平等分享流域生態(tài)環(huán)境效益的權(quán)利，以及承擔(dān)共同維護(hù)生態(tài)環(huán)境的義務(wù)。開展跨界流域生態(tài)補(bǔ)償，采用水環(huán)境容量的流域生態(tài)補(bǔ)償測(cè)算方式，承認(rèn)上游地區(qū)為保護(hù)流域生態(tài)環(huán)境而做出的努力，對(duì)于增強(qiáng)上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的積極性具有重要意義。同時(shí)，這種補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算方式體現(xiàn)了水資源和水環(huán)境容量的價(jià)值性，同時(shí)又兼顧了上下游之間利益分配的平衡，對(duì)全流域水資源的可持續(xù)利用具有實(shí)踐可操作性。

(3) 明確水體污染控制方式?；谒h(huán)境容量的流域生態(tài)補(bǔ)償測(cè)算方式，有利于水污染控制單純從濃度控制或目標(biāo)總量控制向濃度控制和容量總量控制結(jié)合的轉(zhuǎn)變。根據(jù)C0可知，河段水環(huán)境質(zhì)量較好，均能滿足Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從剩余環(huán)境容量情況看，NH3-N成為了限制流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因子，龍巖、三明、南平、寧德等地區(qū)的NH3-N剩余環(huán)境容量已經(jīng)趨近于飽和甚至為負(fù)數(shù)，從而給以上地區(qū)在水體污染控制方面提出了更高的要求，即不僅要控制交界斷面的水質(zhì)濃度，更要注意削減入河污染物的排放量。因此，上游地區(qū)應(yīng)根據(jù)交界斷面水質(zhì)目標(biāo)以及河段水環(huán)境容量，一方面要進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格限制高水耗、高污染產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，引進(jìn)清潔生產(chǎn)與低排放項(xiàng)目。另一方面應(yīng)嚴(yán)格限制工業(yè)排污情況，加大節(jié)能減排力度，促使企業(yè)必須做好三廢處理，選用先進(jìn)的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和工藝，從源頭上防范跨界流域水污染的產(chǎn)生。

(4) 拓展補(bǔ)償?shù)馁Y金渠道。目前閩江流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?shí)施途徑主要為財(cái)政轉(zhuǎn)移支付與政府之間直接補(bǔ)償資金支付，補(bǔ)償對(duì)象仍然停留在政府對(duì)政府的層面上。因此，完善閩江流域上下游跨界生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制已成為當(dāng)務(wù)之急。一方面應(yīng)逐漸加大財(cái)政投入，建立多元化的補(bǔ)償資金籌措渠道，逐步加大補(bǔ)償資金投入力度。另一方面應(yīng)轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的單一補(bǔ)償模式，實(shí)現(xiàn)政府主導(dǎo)與市場機(jī)制相結(jié)合的生態(tài)補(bǔ)償模式。例如，上下游雙方可以進(jìn)行談判，進(jìn)行資金與技術(shù)投資的交流，在資金補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)輔助以項(xiàng)目補(bǔ)償，如下游地區(qū)可以通過資金與技術(shù)投資的交流等方式幫助上游地區(qū)發(fā)展旅游圈、發(fā)展生態(tài)工業(yè)和無污染農(nóng)業(yè)，緩解上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的壓力，從而實(shí)現(xiàn)各自利益最大化，達(dá)到社會(huì)優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)流域利益最大化。

(5) 建立生態(tài)補(bǔ)償長效機(jī)制。針對(duì)閩江流域?qū)嶋H，結(jié)合我國現(xiàn)行的污染物總量控制政策，以現(xiàn)有的水體污染總量控制指標(biāo)為考核因子，建立閩江流域生態(tài)補(bǔ)償長效機(jī)制。根據(jù)流域內(nèi)各個(gè)地區(qū)每年的污染物排放量及河段水質(zhì)情況，對(duì)流域上下游生態(tài)補(bǔ)償額度進(jìn)行動(dòng)態(tài)的核算，確定上下游生態(tài)補(bǔ)償關(guān)系，并根據(jù)各個(gè)地區(qū)的污染物排放量、河段水質(zhì)的污染情況進(jìn)行年度調(diào)節(jié)，建立生態(tài)補(bǔ)償動(dòng)態(tài)長效機(jī)制。以期通過上游地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整轉(zhuǎn)型及節(jié)能減排力度的加大，逐步實(shí)現(xiàn)閩江流域水資源的可持續(xù)發(fā)展。

(6) 補(bǔ)償模型不確定分析。①模型參數(shù)的確定存在不確定性。由于數(shù)據(jù)獲取存在一定難度，水質(zhì)、流速、水量數(shù)據(jù)采用閩江流域各斷面平均值；COD、NH3-N等指標(biāo)的降解系數(shù)引用已有的研究成果；將分散排污口進(jìn)行集中概化成1個(gè)點(diǎn)；在計(jì)算污染物入河量時(shí)，采用年排放量數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。因此，運(yùn)用有限資料進(jìn)行粗略估算，使得模型參數(shù)的確定存在不確定性。②補(bǔ)償金額的測(cè)算存在不確定性。在確定COD和NH3-N等污染物削減成本時(shí)具有較大的主觀隨意性，可能導(dǎo)致生態(tài)補(bǔ)償量的估算存在偏差，影響到評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 語

(1) 以閩江流域?yàn)槔?，結(jié)合福建省水環(huán)境功能區(qū)劃以及水污染物排放現(xiàn)狀，建立基于水環(huán)境容量的閩江流域跨界生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算模型，通過測(cè)算各行政區(qū)的剩余環(huán)境容量，結(jié)合單位污染物削減成本，明確了補(bǔ)償對(duì)象以及補(bǔ)償額。該方法拓展了水環(huán)境容量的應(yīng)用領(lǐng)域，是對(duì)傳統(tǒng)的流域生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算方法的發(fā)展和補(bǔ)充。

(2) 以閩江流域?yàn)槔?，測(cè)算閩江流域各行政區(qū)2011-2015年支付/獲取生態(tài)補(bǔ)償額度。上游地區(qū)龍巖市獲得南平市的補(bǔ)償額分別為2 045.82～3 023.91 萬元；中游地區(qū)三明、南平市，最終獲得的支付/獲取補(bǔ)償額分別為-2 476.78～1 967.35 萬元及-5 062.21～4 091.23 萬元；寧德、泉州地區(qū)獲得下游地區(qū)福州市的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償分別為3 037.71～4 009.84 萬元及6 205.73～6 605.81 萬元；下游地區(qū)福州市需要向上游地區(qū)總共支付生態(tài)補(bǔ)償額10 426.13～16 148.56 萬元。

(3) 建立基于水環(huán)境容量的閩江流域跨界生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算模型，但是補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算模型是在實(shí)際情況的簡化的基礎(chǔ)上構(gòu)建，具有一定的局限性，在模型參數(shù)的確定以及補(bǔ)償金額的測(cè)算等方面存在不確定性，可能導(dǎo)致補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)算存在偏差。因此，需要進(jìn)一步完善假定，使補(bǔ)償模型更貼近實(shí)際情況。

(4) 為完善閩江流域跨行政區(qū)水環(huán)境生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，建議環(huán)保、水利等部門加快跨界河流出入境水量、水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的建設(shè)，降低跨界河流出入境水量、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取的難度，盡可能建立水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)公開的長效機(jī)制，保障流域跨行政區(qū)生態(tài)補(bǔ)償?shù)墓胶侠怼?/p>

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