基于流域尺度的跨界水污染協(xié)同治理技術(shù)模式構(gòu)建

趙軍慶

（河北省保定水文勘測研究中心，河北 保定071000）

造成我國水污染治理陷入困境的原因是多方面的，其主要表現(xiàn)為治理過程中協(xié)同度過低。 目前，在治理流域水污染時，多采用“各管一段、多頭管理”的模式［1-3］。 這種模式使得整個流域出現(xiàn)割裂式治理，導(dǎo)致跨界水污染愈發(fā)嚴(yán)重。 跨界水污染指在同一流域內(nèi)， 由于一些區(qū)域或整個流域人為造成的污染源進(jìn)入流域后，隨著水體流動導(dǎo)致流域性水污染現(xiàn)象。常見的流域性水污染可分為單向水污染及雙向水污染。 跨界水污染具有污染地域性、檢測復(fù)雜性、治理長期性與反復(fù)性的特征［4-5］。

為避免此現(xiàn)象的影響， 目前多采用跨界水污染協(xié)同治理技術(shù)模式實現(xiàn)污水治理。 但此模式中忽視了流域的整體性，治理效果較差。 因而，在此次研究中， 采用流域尺度對原有治理模式展開優(yōu)化， 設(shè)計基于流域尺度的跨界水污染協(xié)同治理技術(shù)模式， 主要指的是跨越不同的行政區(qū)進(jìn)行的水污染治理。 將流域尺度融入跨界治理中，提升水污染治理的效果。

1 基于流域尺度的跨界水污染協(xié)同治理技術(shù)模式設(shè)計

目前跨界水污染協(xié)同治理技術(shù)模式遵循屬地管理原則，各地區(qū)政府管轄轄區(qū)內(nèi)水資源的開發(fā)、利用與保護(hù)［6］。 基于此種管理原則，流域的完整性遭到破壞，治理的過程中出現(xiàn)追求轄區(qū)利益最大化的現(xiàn)象，造成水污染治理呈現(xiàn)出區(qū)段化的線性。針對此問題，采用流域尺度對原有的治理模式展開優(yōu)化， 并將多元主體協(xié)同水污染治理技術(shù)作為此次設(shè)計的模式基礎(chǔ)，具體如圖1。

圖1 多元主體系統(tǒng)協(xié)同水污染治理示意圖

由圖1可知，在此次設(shè)計中，要求政府、企業(yè)、公民都要發(fā)揮其主體作用， 實現(xiàn)基于流域尺度的跨界水污染協(xié)同治理［7-8］。 避免由于地域問題造成的各自為政、單一管理的方式，提升水資源治理能力。

1.1 污染源歸屬界定及排污量控制

流域尺度水污染治理中包含財政政策、工業(yè)結(jié)構(gòu)與布局、流域生態(tài)補償、流域投資及跨行政區(qū)流域管理等內(nèi)容。 在此次研究中，采用跨行政區(qū)流域管理理念，完成污染源歸屬界定。 在原有協(xié)同治理模式中， 由于對污染源的歸屬地界定不清，導(dǎo)致公共資源過度開發(fā)，水污染治理效果受到不良影響［9-10］。 通過構(gòu)建污染點排放模型的方式，對排污量展開控制。

由于流域中每個污染排放點的行為是相互影響的，設(shè)定排放點的污染排放成本為不變數(shù)值j，每一污染排放點k的pi成本為：

在上式中， 排污點的單位排放可產(chǎn)生正負(fù)兩方面的效益， 正面效應(yīng)是排放點通過排放污水給自己帶來的價值， 負(fù)面效應(yīng)是流域內(nèi)排污產(chǎn)生的價值下降。 通過此公式可知，第i個排污點排污量會隨之前排污點排放量的增加而遞減， 通過均差計算可得出流域中的總排污量為：

式中 r′為排污點總排污量， 在水污染治理中，r′的計算數(shù)值應(yīng)小于rmax， 通過此公式控制流域內(nèi)排污點的水污染源排放情況。

1.2 引用流域尺度設(shè)定治理內(nèi)容

通過上述部分， 完成了對污染源的計算及流域的污染承載力計算， 將上述計算結(jié)果作為跨界水污染協(xié)同治理的數(shù)據(jù)來源與理論基礎(chǔ)。 此次設(shè)計中，根據(jù)流域尺度，將水污染區(qū)域設(shè)定為河源區(qū)、干流區(qū)及河口區(qū)三部分，設(shè)定水污染協(xié)同治理的技術(shù)內(nèi)容。 采用流域尺度對跨界水污染進(jìn)行劃分后， 三種區(qū)域位置的水體污染現(xiàn)狀（如圖2）及治理方式都有所不同。因而，將設(shè)定三種不同的水污染治理措施，并使用其展開水污染的協(xié)同處理。

圖2 流域尺度水體污染現(xiàn)狀

河源區(qū)作為流域中水體的源頭， 在水體污染的治理過程中，應(yīng)及時對河流源頭展開詳細(xì)檢測工作，并將檢測結(jié)果進(jìn)行及時的通報。 水體檢測中的關(guān)鍵指標(biāo)設(shè)定如下：水體溶解固體量、pH值、堿度、硬度、鈣離子含量、磷離子含量。 在河源區(qū)水污染治理過程中，成立流域治理管理機構(gòu)，提升流域內(nèi)的水污染治理能力。

干流區(qū)在水污染治理中， 注重水污染源的確定與控制，避免污染源排放的污染物隨水體的流動，導(dǎo)致水體污染源的面積擴大，并形成污染遞增的現(xiàn)象。河口區(qū)的污染治理內(nèi)容主要根據(jù)上述兩部分的治理內(nèi)容為主，在流域的尾端控制水污染。

除上述流域設(shè)定外， 建立多層次的治理協(xié)調(diào)機構(gòu)，一方面建立國家層面的區(qū)域環(huán)境協(xié)調(diào)機構(gòu)，通過國家的權(quán)威性，控制區(qū)域內(nèi)的污染治理；另一方面，建立適用于地區(qū)發(fā)展的水污染治理機構(gòu)， 并下設(shè)專題工作組、信息溝通機構(gòu)、糾紛調(diào)解部門及聯(lián)合規(guī)劃部門、應(yīng)急部門［11-12］。 通過此機構(gòu)調(diào)解區(qū)域水污染治理工作，達(dá)到協(xié)同治理的效果。 在跨界協(xié)同水污染治理的過程中， 將國家機構(gòu)與地方機構(gòu)的主要工作內(nèi)容設(shè)定如表1。

表1 國家機構(gòu)與地方機構(gòu)的水污染治理主要工作內(nèi)容

續(xù)表1

將上述內(nèi)容與根據(jù)流域尺度設(shè)定的水污染治理措施有機融合， 作為跨界水污染治理技術(shù)模式建立的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.3 區(qū)域水污染治理協(xié)同度計算

協(xié)同度是跨界水污染治理效果的重要評價指標(biāo)之一， 通過此指標(biāo)可計算基礎(chǔ)區(qū)域與區(qū)域之間的內(nèi)在關(guān)系， 也可以表示治理中經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境恢復(fù)的關(guān)聯(lián)程度［13］。 在此次設(shè)計中，將采用協(xié)同度模型展開計算。 將協(xié)同度模式分為三部分，分別為：功效函數(shù)、協(xié)同度函數(shù)及環(huán)境經(jīng)濟協(xié)同度指標(biāo)體系［14-15］。

設(shè)定水污染治理中的變量集合為ai（i=1，2，…，n），其取值為bi（i=1，2，…，n），ci與di為取值結(jié)果中的最大值與最小值。通過式（5）表示治理中經(jīng)濟與環(huán)境之間的有效程度：

式中 Au（ai）為ai的有效功效，通常情況下其取值范圍為0～1之間，U為有效管理的穩(wěn)定區(qū)間。通過此公式的計算，可將協(xié)調(diào)度函數(shù)表示如式（6）：

通過式（6）計算可知，F(xiàn)取值在0～1之間，當(dāng)F值為1時，治理的協(xié)同度最高，治理工作有序發(fā)展；當(dāng)F取值為0時，治理的協(xié)同度最差，治理工作秩序最差。將治理協(xié)同度的衡量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定如表2。

表2 治理協(xié)同度的衡量標(biāo)準(zhǔn)

通過表1內(nèi)容，控制區(qū)域水污染治理之間的協(xié)同度，并根據(jù)協(xié)同度計算結(jié)果調(diào)整水污染治理的模式。至此， 基于流域尺度的跨界水污染協(xié)同治理技術(shù)模式構(gòu)建完成。

2 治理測試

2.1 測試內(nèi)容設(shè)定

為確保設(shè)計的協(xié)同治理技術(shù)模式具有有效性，采用與傳統(tǒng)的跨界水污染協(xié)同治理技術(shù)模式對比的形式，研究其使用效果。 在此次測試過程中，選定某河流流域作為測試目標(biāo)， 并使用文中設(shè)計模式及原有模式對其展開治理測試工作，并對比治理效果。

圖3 測試流域

在此次測試中，支流A采用設(shè)計治理模式進(jìn)行水污染治理，支流B采用原有治理模式進(jìn)行水污染治理。在測試前對此流域進(jìn)行分析可知，由于河流主干的污染，兩支流之間的污染現(xiàn)狀相同，且污染物含量一致。在測試中，不會對兩種治理模式的治理效果造成影響。因而，在此次測試中，通過兩支流的水體污染效果作為原有治理模式與設(shè)計治理模式的差異性分析基礎(chǔ)。

2.2 測試指標(biāo)

此次測試采用實地考察的形式， 獲取河流治理效果的直觀圖像，并采集河流水體進(jìn)行污染物檢測，對比污染物含量的處理情況。在實地考察前，在每一支流中設(shè)定3個測試點， 對此測試點的治理現(xiàn)狀，計算排污量并展開水體檢測，完成治理模式對比。排污量公式如下：

式中 n為污染物排放濃度；g為河流排水量。

使用此公式對河流的排污量進(jìn)行。

2.3 實地考察測試結(jié)果

使用原有治理模式后， 支流中的污染沒有得到良好的治理，河流中依舊漂浮著固體污染物，水體顏色較深，沒有辦法分辨出支流中的生物，河流味道刺鼻。可見原有治理模式使用后，并沒有得到預(yù)想的效果。 通過計算可知，此河流的排污量為15426mg/L，污染情況較為嚴(yán)重，治理效果不佳。

圖4 原有治理模式使用效果

使用文中治理模式后，其治理效果較為明顯，支流中的固體污染物明顯減少，水質(zhì)具有明顯的提升，河岸旁的綠色植物大幅度增加， 支流生態(tài)系統(tǒng)得到顯著優(yōu)化。對此支流的河流排污量計算可知，此河流排污量為6452mg/L。 通過圖4與圖5對比可知，設(shè)計治理模式使用效果優(yōu)于原有治理模式使用效果。 文中設(shè)定的治理模式對于水污染具有良好的治理效果。為對其進(jìn)行精準(zhǔn)分析，獲取部分水體，進(jìn)行水質(zhì)測試。

圖5 文中治理模式使用效果

表3 水體分析測試結(jié)果

2.4 水體分析測試結(jié)果

通過上述分析結(jié)果可知， 使用設(shè)計治理模式后水質(zhì)得到了顯著的提升，測試指標(biāo)含量大幅度下降。原有治理模式使用后，水質(zhì)并沒有得到足夠的改善，大部分的測試指標(biāo)處于超標(biāo)狀態(tài)，固體污染物過多。通過文獻(xiàn)研究可知， 固體污染物是一種不可降解的污染物，會釋放多種有毒物質(zhì)，造成水體二次污染，影響治理效果。 設(shè)計治理方法可將固體污染物進(jìn)行有效回收，避免水體二次污染，由此可知，設(shè)計治理方法使用效果最佳。

將此部分測試結(jié)果與實地考察排污量測試結(jié)果相結(jié)合，通過系統(tǒng)分析可知，文中設(shè)計的基于流域尺度的跨界水污染協(xié)同治理技術(shù)模式使用效果優(yōu)于傳統(tǒng)模式。

3 結(jié)語

由于水體具有流動性， 污染治理過程是一種動態(tài)的，需要跨地域協(xié)同開展。大部分的河流治理模式都忽略了流域?qū)τ谒廴局卫淼挠绊懀?造成治理效果不佳的問題。 在此次研究中，增加流域尺度，優(yōu)化治理方案。通過優(yōu)化后的測試可知，優(yōu)化后的治理模式優(yōu)于優(yōu)化前治理模式，可見此次設(shè)計的有效性。將此次設(shè)計成果應(yīng)用于實際的水污染治理過程中，以提升治理效果，構(gòu)建良好的生態(tài)系統(tǒng)。