湖泊流域内水污染总量分级控制与分配研究

《湖泊流域内水污染总量分级控制与分配研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《湖泊流域内水污染总量分级控制与分配研究（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、-1-湖泊流域分区水污染物排放总量控制分配研究 肖伟华，秦大庸，李玮，褚俊英(中国水利水电科学研究院水资源所，北京 100044) 摘要：本文从经济、社会和环境系统整体效益出发，将环境基尼系数应用于总量控制分配中，分别以人口、工业增加值等作为湖泊流域内基尼系数分配的指标，建立了一种定性与定量相结合描述湖泊流域分区水污染物排放总量分配的层次结构模型。该模型在综合考虑了各项评价指标，将所求得的各分区相对于区域允许排污总量这一总目标的权重之比，作为各分区允许排污量之比，然后按此比例在各分区间进行排污总量分摊。并以汤逊湖流域作为算例，给出了该方法应用于该流域水污染物排放总量的分配结果。根据流域内经济、

2、社会和环境系统的实际特点，以工业增加值为主要限制指标，调整削减方案，最终使分配公平合理。结果表明，本文提出的分配方法，克服了等比例分配的不公平性，又兼顾了各分区间的实际差异，是一种较好的分配方法。关键词：湖泊排污 总量分配 环境基尼系数1. 引言湖泊中蓄积的淡水是工农业生产以及居民生活用水的重要水源之一。随着生产的不断发展，对淡水的社会需要量会日益增加，如建设一个 100 万千瓦的大型火力发电站，每天所需要的循环冷却水量就达 340 万立方米。现在，不少工业、企业都是建立在湖滨，以湖水作为水源。中国淡水湖泊的水质目前仍保持着矿化度低、硬度小和溶解氧丰富等良好的水质条件，能适宜工农业给水和生活饮

3、水的需要。但是，随着社会经济的发展，大量含有有害物质的工业废水、废渣倾注于湖中，或受农药污染的灌溉尾水泄入湖内，造成湖泊污染，从而失去宝贵的淡水资源，危及湖泊生态，破坏水产资源，并影响广大群众的身体健康。这些问题导致湖泊水环境问题的日益突出，对湖泊流域水污染物排放总量控制的研究在湖泊水环境治理中具有重要意义。目前，湖泊水环境问题主要是水体富营养化问题。而水体中高营养盐负荷是引起湖泊富营养化的根本原因，氮、磷是主要的控制因素，控制、降低水体氮、磷浓度作为湖泊富营养化治理的前提，得到国内外湖泊生态管理者的共识。因此，控制湖泊流域内水污染物排放总量是湖泊水环境治理的基本条件之一。水污染物排放总量控制

4、需要确定控制目标量和各个管理对象间的分配，本文研究的是各个管理对象间的分配。也就是在确定流域水污染总量控制目标后，各个排污单位或污染源之间如何科学、合理地分配允许排放污染物量。目前，在污染物总量分配方法方面，国内外已有相关研究。总体说来，水污染物总量控制分配有等比例分配法、层次分析法和Delphi 法等。但这些方法均有其优缺点：等比例分配法数据易得且使用简单，但缺乏科学性和公平性；层次分析法和 Delphi 法考虑的因素较为全面，具有较好的科学性，但数据获取过程繁琐，权重或因素受主观影响较大，实用性相对较差。我国环保部门在总量分配过程中，多是根据分配对象的污染排放现状、水质现状和削减能力进行大

5、致分配。其优点是基金项目：国家十一五科技支撑项目“南水北调运行风险管理关键技术研究” （2006BAB04A15） 。作者简介：肖伟华（1981） ，男，湖南省郴州市人，博士，研究方向水环境数值模拟与水资源综合规划。Email：.-2-分配依据较实际，符合我国现阶段的经济水平，能够对水质改善产生直接的效果；缺点是未与水资源情况建立直接联系，无法说明其分配的合理性和公正性。由上可知，这些分配方法理论和方法都还不成熟、不完善，待于进一步研究。基于此，本文建立了一种基于环境基尼系数，通过定性与定量相结合描述湖泊流域分区水污染物排放总量分配层次结构模型。2. 环境基尼系数法2.1 基尼系数的基本内涵基

6、尼系数(Gini Coefficient)是意大利经济学家基尼于 1922 年提出的，定量测定收入分配差异程度，国际上用来综合考察居民内部收入分配差异状况的一个重要分析指标。基尼系数又称洛伦茨系数，它是根据洛伦茨曲线图设立的指标。设实际收入分配曲线和收入分配绝对平等曲线之间的面积为 A，实际收入分配曲线右下方面积为 B。并以 A 除以 A+B的商表示不平等的程度.这个数值被称为基尼系数，如图 1 所示。基尼系数=A/(A+B) 。基尼系数是反映收入分配公平性的判断指标，按照联合国有关组织规定：若低于 0.2 表示收入绝对平均；0.2-0.3 表示比较平均；0.3-0.4 表示相对合理；0.4-

7、0.5 表示收入差距较大；0.6 以上表示收入差距悬殊。在这一区间，该数值越小，社会的收入分配就越趋于平均；反之则表明社会收入的差距正在不断扩大。按照国际惯例，通常把0.4 作为收入分配贫富差距的“警戒线” 。AB绝对平均线洛伦茨曲线图 1 基尼系数示意图2.2 环境基尼系数法2.2.1 影响总量分配因素的确定分配对象可以依据研究流域或区域范围内的水资源分区和行政分区进行划分。认为可能影响水污染物总量分配的因素有以下几类：社会因素，包括人口、经济产值和排污口情况等；自然因素，包括土地面积、河流长度、水资源量和水质现状等；综合因素，包括人口密度、水环境容量、排污量和环境保护投入等。对不同的分配对

8、象，影响因素可以根据实际情况增删。但所选因素应较好地反映区域社会、经济、水环境的属性，与水环境污染密切相关并可以量化，且可获得准确数据。其中，人口-水污染物排放量的基尼系数反映的是不同流域的人均污染物排放量的差异，例如某流域的污染物排放总量较别处低，但由于人口基数小，人均污染物排放量可能反而较其他流域高，这种情况仍被认为是不公平的，应促其进行削减。同样，GDP-水污染物排放量的基尼系数也反映了不同流域单位 GDP 水污染物排放量的差异。上述 2 项指标的基尼-3-系数与人们生活和水体、水质息息相关，能够较好地显示社会经济发展引起水体污染的特性。对于其它影响因素（如水资源量和水环境容量） ，在本

9、研究中认为湖泊流域内各个分区共享湖泊水体，且原有的经济社会发展规划对湖泊流域内分区水资源依赖性不强，根据这些因素来进行分区水污染物排放量分配不符合实际情况。湖泊水环境污染物总量控制的分配，要以湖泊的纳污能力研究和区域执行方案的可行性为基础，同时应体现分配的公平性。环境基尼系数是在基尼系数基础上的扩展应用。可选定人口、GDP、水资源等为基尼系数的分配指标，计算和评价基尼系数，适当调整分配方案，最终确定各分配对象应排放的污染物的总量，以综合体现社会公平原则。本研究分别以人口和工业增加值作为基尼系数分配指标，并对结果进行比较，确定适合汤逊湖地区的分配指标，计算和调整总量分配方案。2.2.2 方法步骤

10、环境基尼系数法的基本思想是，在全面了解各分配对象（行政区、流域）的自然属性、并承认其社会经济发展现状的前提下，以人口和工业增加值作为基尼系数的分配指标，对各分配对象应排放的污染物总量进行分配，以综合体现社会公平的原则。该方法进行总量分配的总体步骤（如图 2 所示）为：收集分配对象的控制指标数据。如人口和工业增加值等；绘制各种控制指标的洛伦茨曲线。洛伦茨曲线以累计分区的人口和工业增加值等指标的累计百分比作为横坐标，累计污染物排放量百分比作为纵坐标（如图 3 所示） ；环境基尼系数的计算与评价。在计算基础上，对各种环境基尼系数进行分析，评估分配方案的合理性。如所有基尼系数在合理范围内，则认为现有的

11、各控制单元分配比例合理，分配削减；如某种基尼系数不合理，则将其作为主要调整指标，并采取相关措施进行修正；修正原则为主要指标的基尼系数由高向低进行调整，其他指标的基尼系数不超过合理范围，所有的环境基尼系数均合理是调整的理想状态。修正与方案的调整。如削减量过大、方案不可行，难以做到所有的环境基尼系数均在合理范围时，则选择限制性指标作为主要控制指标，通过总量削减，使基尼系数逐步向合理范围趋近。需要说明的是，区域总量分配的对象是工业点源和城镇生活源，该总量应是已确定的、可直接分配的并将面源和湖泊内源排除在外。总量控制目标（ 现状排放 ）基尼系数分配指标 ：人口 、 工业增加值求各类指标基尼系数 ， 绘

12、制洛伦茨曲线判断基尼系数合理性调整分配方案 ， 是基尼系数都处于合理范围之内使分配方案控制在可行范围内 ， 基尼系数向合理范围趋近判断削减方案可行性提出总量控制分配方案不合理合理不可行可行-4-图 2 环境基尼系数总量分配方法总体步骤在环境基尼系数法中，计算公式可转化为： ni iiii YX111)(Gi其中， 为人口等指标的累计百分比；i为污染物的累计百分比；iY当 的时候， 视为（0，0） 。1,iY图 3 洛伦茨曲线及基尼系数3. 实例研究3.1 汤逊湖流域概况汤逊湖位于武汉市东南部，地处北纬 3022至 3030，东经 11415至 11435之间，横跨江夏、洪山和东湖高新科技开发区

13、（以下简称东湖高新）三个行政区，如图 4 所示。其中，江夏区拥有的湖面约占 70%，包括庙山、纸坊、藏龙岛、栗庙岛的全部和五里界、大桥的部分范围；东湖高新和洪山区拥有的湖面均在 15%左右。据统计，2006 年汤逊湖流域总人口约 33.9 万人，实现工业增加值 180.8 亿元。其中，东湖高新实现工业增加值最大，约 170 亿元，占流域内总工业增加值的 94.3%，人均工业增加值高达 11.1 万元/人；江夏区人均工业增加值分别为 5832.7 元/人，仅为东湖高新的 1/19。东东东东东东东东东 东东东东东东东东东东东东东Population.shp00 - 0.80.8 - 1.11.1

14、- 1.61.6 - 1.81.8 - 15.4N图 4 汤逊湖流域行政区概况及人口分布示意图3.2 汤逊湖流域人口和排污现状汤逊湖 20032006 年分地区人口和点源污染物入湖量分别如表 1 和图 5 所示。表 1 20032006 年汤逊湖流域的总人口（万人）-5-地区 2003 年 2004 年 2005 年 2006 年洪山 0.63 0.67 0.74 0.81东湖高新 12.91 12.91 15.35 15.35大桥 1.67 1.68 1.72 1.75纸坊 11.93 12.00 12.23 12.50庙山 1.00 1.01 1.03 1.05五里界 0.78 0.78

15、0.80 0.81藏龙岛 1.52 1.53 1.56 1.59江夏小计 16.9 17.0 17.3 17.7合计 30.4 30.6 33.4 33.9图 5 20032006 年汤逊湖流域点源污染物入湖量的地区结构注：地区编号：1 洪山、2 东湖高新、3 纸坊、4 大桥、5 庙山、6 五里界、7 藏龙岛；下同3.3 基于人口和工业增加值的环境基尼系数计算本研究将污染物总量控制目标量进行了三个层次的分配。首先是对水体不同的污染物来源确定控制目标总量；在总量确定的基础上，结合社会公平与协调的原则进行点源在不同区域之间的分配；最后是各个分区排污口的分配。本文主要是采用环境基尼系数法在湖泊流域内

16、各个分区之间进行总量分配。就不同的污染物看，20032006 年点源对汤逊湖COD、 NH3-N、TN 和 TP 污染物入湖量贡献率四年平均分别为 49.7%，72.6% ，50.0%和16.1%，是水体污染物的主要来源。因此，对于汤逊湖流域水污染总量控制分配主要是对点源在各个分区之间的分配。首先，根据环境基尼系数法，绘制汤逊湖流域各个分区点源排放的 COD、NH 3-N、TN和 TP 污染物基于人口和工业增加值的洛伦茨曲线，见图 6图 7。-6-各 年 基 于 人 口 的 洛 伦 茨 曲 线01020304050607080901000 20 40 60 80 100人 口 累 计 百 分 比 (%)COD入湖累计百分比(%)2003 2004 2005 2006 ave 各 年 基 于 人 口 的 洛 伦 茨 曲 线01020304050607080901000 20 40 60 80 100人 口 累 计 百 分 比 (%)N