基于能值理論的水污染損失量化方法研究

呂翠美 凌敏華 吳澤寧

摘要：針對(duì)以貨幣理論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法在水污染損失量化中的缺陷，將能值理論引入水污染損失量化研究，以關(guān)鍵污染物凈化為基礎(chǔ)，建立水量稀釋模型，構(gòu)建了以污染物稀釋水量的水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值作為水污染損失的量化方法。以許昌市6個(gè)典型斷面為例，計(jì)算2013年關(guān)鍵污染物COD和氨氮排放造成的水污染損失總量為85.8萬(wàn)元，遠(yuǎn)大于以水價(jià)代替水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的計(jì)算結(jié)果，表明基于能值理論的水污染損失量化方法可以較為全面地反映水污染造成的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境損失，為水污染損失準(zhǔn)確量化提供了新思路。

關(guān)鍵詞：水污染損失；能值；量化；水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值

中圖分類(lèi)號(hào)：X522

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.04.018

近年來(lái)，我國(guó)面臨嚴(yán)重的水污染形勢(shì)。水污染損失量化有利于直觀地了解水環(huán)境受到威脅的程度，有助于制定區(qū)域水污染防治方案、實(shí)施流域生態(tài)補(bǔ)償措施。目前，水污染損失評(píng)估主要采用經(jīng)濟(jì)學(xué)分析方法，主要有分類(lèi)計(jì)算法、恢復(fù)費(fèi)用法和計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)法三類(lèi)方法，三類(lèi)方法都是以貨幣理論為基礎(chǔ)，嘗試把自然資源和人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的價(jià)值用貨幣的方式表達(dá)出來(lái)。水污染損失涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境多個(gè)系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)學(xué)方法在進(jìn)行水污染損失量化時(shí)會(huì)出現(xiàn)損失量計(jì)算結(jié)果偏低、不能完全表現(xiàn)水污染帶來(lái)的環(huán)境影響等問(wèn)題。能值分析是把生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行定量分析的方法，能值理論是生態(tài)學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)聯(lián)系的橋梁，為人類(lèi)重新認(rèn)識(shí)世界提供了一個(gè)重要的度量標(biāo)準(zhǔn)。

本研究借鑒生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)的能值理論和分析方法進(jìn)行水污染損失量化，以污染物稀釋水量的水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值作為水污染損失量，綜合考慮水污染帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境影響，以期為水污染損失準(zhǔn)確量化研究提供新思路。

1 基于能值理論的水污染損失量化方法

能值理論是美國(guó)著名生態(tài)學(xué)家H.T.Odum于20世紀(jì)80年代提出的一種環(huán)境一經(jīng)濟(jì)價(jià)值論和系統(tǒng)分析方法，廣泛應(yīng)用于人類(lèi)與自然、環(huán)境資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)之間的定量研究。

基于能值理論的水污染損失量化的整體思路是以污染物稀釋水量的水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值作為水污染的環(huán)境經(jīng)濟(jì)損失量，首先運(yùn)用生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)的能值理論計(jì)算水資源的生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，通過(guò)水質(zhì)評(píng)價(jià)確定河流的關(guān)鍵污染物，建立基于關(guān)鍵污染物凈化的水量稀釋模型，計(jì)算關(guān)鍵污染物濃度達(dá)到水功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所需的稀釋水量，然后核算污染物稀釋水量的水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，作為水污染損失量。主要步驟如下。

（1）計(jì)算水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值EMw。根據(jù)水資源的價(jià)值特性和功能結(jié)構(gòu)，將水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值分為經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值和生態(tài)環(huán)境價(jià)值三部分。經(jīng)濟(jì)價(jià)值包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價(jià)值和航運(yùn)、發(fā)電價(jià)值：社會(huì)價(jià)值包括勞動(dòng)力恢復(fù)價(jià)值和休閑娛樂(lè)價(jià)值：生態(tài)環(huán)境價(jià)值包括保護(hù)生物多樣性價(jià)值、調(diào)蓄水分價(jià)值、凈化環(huán)境價(jià)值、氣候調(diào)節(jié)價(jià)值等。根據(jù)價(jià)值特性和能值理論分別計(jì)算水資源的各項(xiàng)價(jià)值，矢量相加得到水資源的生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值EMw。

（2）確定關(guān)鍵污染物。依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行水質(zhì)類(lèi)別評(píng)價(jià)，并進(jìn)行趨勢(shì)分析，選擇超標(biāo)嚴(yán)重、波動(dòng)較大且變化趨勢(shì)顯著性水平高的污染物作為關(guān)鍵污染物。

（3）建立水量稀釋模型。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，建立關(guān)鍵污染物水質(zhì)濃度恢復(fù)到目標(biāo)水質(zhì)時(shí)所需的稀釋水量模型，確定河流恢復(fù)水功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)需要的水資源量。設(shè)某污染物實(shí)測(cè)濃度為Pi，水功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的污染物濃度標(biāo)準(zhǔn)為Si，污染物綜合衰減系數(shù)為K，則單位時(shí)間、單位長(zhǎng)度河段消減單位水體中該污染物濃度達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所需的稀釋水量wi為

（4）水污染損失量化。基于能值理論的水污染損失量化思路，以污染物稀釋水量的水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值（由水資源能值計(jì)算）作為水污染損失值，可得到水污染損失的計(jì)算公式為式中：C為河流綜合水污染損失，元；Ci為污染物i排放造成的水污染損失，元；wi為污染物i稀釋所需水量，m3；EMw為水資源能值，sej/m3；EDR為區(qū)域能值與貨幣的比率，seJ/元。

2 許昌市水污染損失量化案例分析

許昌市位于河南省中部，總面積4996km2，轄魏都區(qū)、許昌縣、鄢陵縣、襄城縣、禹州市和長(zhǎng)葛市6個(gè)縣（市、區(qū)）。2013年全市生產(chǎn)總值1903.30億元，人均生產(chǎn)總值44298元，是河南省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程較快的區(qū)域之一。許昌市工業(yè)比重大，其中以水污染為主的行業(yè)主要有發(fā)制品、食品、紡織、造紙及皮革等，以瑞貝卡公司為代表的發(fā)制品產(chǎn)量約占全國(guó)發(fā)制品產(chǎn)量的85%，生產(chǎn)規(guī)模亞洲最大。

2.1 許昌市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值

結(jié)合許昌市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的實(shí)際情況，運(yùn)用水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值能值計(jì)算方法，計(jì)算許昌市2013年水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，結(jié)果見(jiàn)表1。2013年許昌市水資源能值為12.41×l012sej/m3，換算成貨幣價(jià)值為19.01元/m3，2013年許昌市居民生活用水水價(jià)為2.7元/m3，工業(yè)用水水價(jià)為3.85元/m3。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用能值理論計(jì)算出的許昌市水資源貨幣價(jià)值遠(yuǎn)大于許昌市同期的水價(jià)，主要原因是基于能值理論的水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值在計(jì)算過(guò)程中綜合考慮了水的資源價(jià)值、開(kāi)發(fā)利用成本、社會(huì)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)及生態(tài)環(huán)境效用，反映了水資源的真實(shí)價(jià)值。因此，采用水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值量化水污染損失可以較為真實(shí)地反映水污染帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)環(huán)境影響。

2.2 許昌市水污染損失量化

根據(jù)2013年許昌市地表水監(jiān)測(cè)結(jié)果，許昌市9條河流中Ⅲ類(lèi)水體河流2條、N類(lèi)水體河流4條、V類(lèi)水體河流2條、劣V類(lèi)水體河流1條，主要污染物為COD、BODs和氨氮，見(jiàn)表2。2013年全市COD排放總量為58632.3t，氨氮排放總量為6448t。

通過(guò)分析確定氨氮和COD為許昌市水污染的關(guān)鍵污染物。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)>（GB3838-2002），結(jié)合許昌市水環(huán)境功能區(qū)劃要求，確定關(guān)鍵污染物的標(biāo)準(zhǔn)限值，見(jiàn)表3。通過(guò)水量稀釋模型計(jì)算不同污染物達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值所需的稀釋水量，稀釋水量與單方水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的乘積即為污染損失量，結(jié)果見(jiàn)表3。其中污染物綜合降解系數(shù)采用《全國(guó)地表水水環(huán)境容量核定技術(shù)復(fù)核要點(diǎn)》中給出的參考值。

2.3 結(jié)果分析

由2013年許昌市6個(gè)典型斷面超標(biāo)污染物評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，長(zhǎng)葛市3個(gè)斷面（和尚橋、范莊村、呼沱閘）氨氮和COD濃度值遠(yuǎn)大于其他斷面，特別是氨氮超標(biāo)嚴(yán)重，3個(gè)斷面氨氮濃度較水功能區(qū)允許排放標(biāo)準(zhǔn)分別超標(biāo)5.37倍、3.22倍、4.08倍，說(shuō)明該段河道水質(zhì)污染情況較其他河段更嚴(yán)重。長(zhǎng)葛和尚橋斷面至呼沱閘斷面河道污染嚴(yán)重的主要原因有兩方面：一方面是周邊區(qū)域分布有長(zhǎng)葛市兩大產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，集聚區(qū)內(nèi)部分企業(yè)污水處理不達(dá)標(biāo)致使人河污染物超標(biāo)嚴(yán)重：另一方面是該段河道緊鄰許昌市3萬(wàn)多hm2灌區(qū)，農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重。工業(yè)和農(nóng)業(yè)兩大污染源的存在使該段河道的COD和氨氮排放總量嚴(yán)重超出了河流自凈能力，迫切需要通過(guò)水污染補(bǔ)償措施進(jìn)行水環(huán)境污染控制和生態(tài)保護(hù)。另外，許昌市半截鄉(xiāng)公路橋斷面氨氮和COD濃度超標(biāo)也較嚴(yán)重，主要原因?yàn)樵S昌是我國(guó)最大的發(fā)制品產(chǎn)業(yè)基地，發(fā)制品加工業(yè)屬高耗水高污染行業(yè)，廢污水中氨氮含量高，而許昌市100余家發(fā)制品加工企業(yè)中約有30%的企業(yè)沒(méi)有污水處理設(shè)施，廢污水直接排放人河，造成許昌市半截鄉(xiāng)公路橋斷面氨氮和COD濃度超標(biāo)。其余斷面中，長(zhǎng)葛市增福廟鄉(xiāng)公路橋斷面位于河道上游，污染物綜合降解系數(shù)較高（K=0.1），河流自凈能力較好，河道周邊重污染企業(yè)少，河道內(nèi)氨氮濃度不超標(biāo)，COD濃度超標(biāo)0.07倍，可依靠河水本身的自凈能力凈化達(dá)標(biāo)：鄢陵南張莊公路橋斷面位于河道下游靠近潁河人口處，COD不超標(biāo)，氨氮超標(biāo)2.93倍，主要由周邊農(nóng)田的面源污染造成，該斷面上游有小洪河、小泥河兩條較大支流匯人，河流自凈能力較強(qiáng)。

許昌市典型斷面水量稀釋計(jì)算結(jié)果（表3）顯示，6個(gè)典型斷面氨氮的稀釋水量都大于COD的，說(shuō)明氨氮是造成許昌市水污染的主要因素。6個(gè)典型斷面中，長(zhǎng)葛和尚橋斷面氨氮的稀釋水量最大，為4.86m3/t，其次是長(zhǎng)葛呼沱閘斷面氨氮稀釋水量，為3.83m3/t，然后是長(zhǎng)葛范莊村、許昌半截鄉(xiāng)公路橋和鄢陵南張莊公路橋斷面，氨氮稀釋水量分別為2.96、2.86、2.54m3/t，長(zhǎng)葛增福廟鄉(xiāng)公路橋斷面可依靠河水自凈能力凈化超標(biāo)污染物，不需要稀釋水量。

基于能值理論的水污染損失量化方法分別計(jì)算許昌市6個(gè)典型斷面氨氮和COD的水污染損失。計(jì)算結(jié)果顯示，許昌市COD和氨氮排放造成的水污染損失總量為85.8萬(wàn)元，若以生活水價(jià)（2.7元/m3）代替水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)能值價(jià)值進(jìn)行核算，水污染損失量?jī)H為11.98萬(wàn)元，以工業(yè)水價(jià)（3.85元/m3）進(jìn)行核算所得水污染損失量為17.08萬(wàn)元。對(duì)比可見(jiàn)，以水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)能值價(jià)值為基準(zhǔn)的水污染損失核算結(jié)果遠(yuǎn)大于以水價(jià)為基準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果，表明與經(jīng)濟(jì)學(xué)核算方法相比，基于能值理論的水污染損失量化方法考慮的因素更多，可以綜合反映水污染造成的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境影響。

許昌市6個(gè)典型斷面中，長(zhǎng)葛增福廟鄉(xiāng)公路橋斷面控制區(qū)域無(wú)水污染損失，鄢陵南張莊公路橋斷面僅氨氮排放造成水污染損失，其余斷面均同時(shí)存在氨氮和COD排放造成的水污染損失。6個(gè)典型斷面的氨氮排放污染損失均大于COD的，說(shuō)明在許昌相較于COD來(lái)說(shuō)氨氮的污染更為嚴(yán)重。從水污染綜合損失來(lái)看，長(zhǎng)葛呼沱閘斷面水污染損失最大，其次是長(zhǎng)葛和尚橋斷面、許昌市半截鄉(xiāng)公路橋斷面、長(zhǎng)葛范莊村斷面、鄢陵南張莊公路橋斷面，長(zhǎng)葛增福廟鄉(xiāng)公路橋斷面無(wú)水污染損失。

根據(jù)許昌市水污染損失量化結(jié)果，結(jié)合許昌市典型斷面控制區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平可以看出，水污染生態(tài)經(jīng)濟(jì)損失較低的地區(qū)，水環(huán)境污染程度相對(duì)較低，人口密度與GDP水平也較低。在許昌市水資源短缺、污染嚴(yán)重的情況下，建議對(duì)低污染地區(qū)實(shí)施生態(tài)環(huán)境保護(hù)獎(jiǎng)勵(lì)。而污染物排放損失較高的地區(qū)，水資源緊缺程度更高，污染重、水質(zhì)差，建議征收大于或等于水污染損失值的懲罰性補(bǔ)償金，以遏制其污染行為。

3 結(jié)語(yǔ)

將能值分析方法引入水污染損失量化研究，以水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值能值核算為基礎(chǔ)，利用污染物濃度稀釋原理，建立了關(guān)鍵污染物水質(zhì)濃度恢復(fù)到目標(biāo)水質(zhì)時(shí)所需的稀釋水量模型，構(gòu)建了以稀釋水量的水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值作為水污染損失的量化方法。由于水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值在進(jìn)行能值核算時(shí)全面考慮了水資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值和生態(tài)環(huán)境價(jià)值，因此以污染物稀釋水量的水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值作為損失量可以較全面地反映水污染造成的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境損失，實(shí)現(xiàn)水污染損失的準(zhǔn)確、全面量化。