（管理科学与工程专业论文）基于演化博弈的淮河流域水环境管理研究.pdf

摘要 承是人类社会簇戳生存和发震魏最基本条传，东环境污染器农资源短缺涎成为溺今世界 各国面临的主要问题。水环境管理通常包括水质管理和水资源量管理。水环境系统是一个复 杂的动态系统，与外界持续地迸幸亍物质和能量的交换，它具有复杂性系统的属性。对予复杂性 水环境演化系统，在其内部机制和外部环境的影响和作用机理以及内部与外部之间的相互作 用和耦合机制尚不清楚的情况下，运用传统的研究方法对水环境管理研究显得十分有限，因 此需要用科学的管理理论方法对流域进褥研究。本文以淮河流域为研究对象，从演纯搏弈的 角度展开对水环境管理的研究。 演亿博弈论是在2 0 世纪9 0 年代迅速发展起来的一种理论，是数理统计学前沿的数理工 具，其在水污染控制规划领域的应用研究尚处于探索阶段。本文在对不圆水环境管理理论、 方法的比较分析基础上，将演化博弈论引入水环境管理中，为水环境管理规划的研究提供科 学、系统的蘧论方法。水繇境管囊过程是在不确定性有限理性空闰内进行的，麸演化的焦度 来考虑水环境污染控制系统中参与群体间相互作用的行为动态调整过程，用演化博弈模型分 析参与群体策略自发形成的过程，构成一个水污染控制系统的宏观模型，以期为淮河流域水 环境控制规划提供贴切实际的理论依据。 本文较全面地分析评述了淮河流域水环境管理现状，通过对淮河流域中水环境现状的分 析，显示了舞聂本课题研究靛紧遍性、重要毪，为本文浸开研究奠定历史事实基础。黠演化 思想理论渊源、哲学基础、研究传统与现代发展进行介绍，阐述了演化博弈理论的产生、发 展及应用，分析了演化博弈论特征及其应用空间的拓展，构建了本文研究的理论平台。 全文理论研究的主要内容：将演化博穿论引入水环境系统研究中，分析讨论了淮河流域 和谐水环境系统演化机理。对复杂性淮河流域的水环境系统建立了水环境控制规划的动态博 弈模型，并运用演化博弈论建立了淮湾流域经济群体之闻的竞争合诈麓演 乞褥弈模型，分析 了竞争合作演化的动态过程。由于淮河经济群体间竞争合作模式的自发演化依赖于合作和不 合作的相对收益，这个收益又与政府监管制度有关。接着又运用动态博弈模型研究了监管法 规演化与经济群体闼尝试合作的企业问的动态媾弈过程。分析了铡度安排和淮河流域经漆群 体合作的进化制度的形成。 运用演化溥弈毽论黠潍河东资源管理中群决策阀题进行初步研究，对水资源酌并发利用 模式与多层次决策规划方案提出了群决策演化博弈模型。并提出了建模、求解方法；建立了 流域水污染扩散演化问题的控制模型，并设计了基于蛋白质分泌调节机制的生物情智学习行 为的演化博弈算法进行求髂分橇，并建立多霉标阏题协憨进化博弈分橱酶技术路线翻计算步 骤，对水资源配置优化问题进行分析，并进行实例计算验证；分析构建了水资源配置中的水 较和水市场交易模型，建立了贝时斯薅弈缩含线性规翔法利益分配模型；并对位于淮河流域 蚌埠市水资源优化分配规划模型进行实例研究，提出蚌埠市水资源优化配置多目标规划优化 的具体方案。 上述研究成果不仅丰富了水环境管理理论的内容，也拓宽了传统水环境管理模型的应用 空间，为决策者进行实际的水环境管理规划决策提供了更充分的科学依据。 关键词：演化博弈论； 水污染扩散模型； 复杂性系统： 水资源优化配置： 水环境规划决策模型； 水权交易模型 a b s t r a c t w a t e ri si n d i s p e n s a b l et ot h ee x i s t e n c ea n dd e v e l o p m e n to fh u m a nb e i n g s h o w e v e r , w a t e r p o l l u t i o na n dw a t e rs h o r t a g eh a s b e c o m eo n eo ft h em a j o rp r o b l e m sf a c i n gt h ew o r l dt o d a y g e n e r a l l y , w a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n t i n c l u d e sw a t e rq u a l i t ym a n a g e m e n ta n dw a t e r r e s o u r c e s w a t e re n v i r o n m e n ts y s t e mi sac o m p l e xd y n a m i cs y s t e me x c h a n g i n gm a t e r i a l sa n d e n e r g yw i t ht h eo u t s i d ew o r dc o n t i n u o u s l y i th a st h ea t t r i b u t e so ft h ec o m p l e x i t ys y s t e m f o rt h e c o m p l e x i t yo fe v o l u t i o no ft h ew a t e re n v i r o n m e n t i t si n t e m a lm e c h a n i s m sa n dt h ee f f e c t sa n d m e c h a n i s mo fe x t e m a le n v i r o n m e n ta n di sn o tc l e a rt om e c h a n i s mo fi n t e r a c t i o na n dc o u p l i n g b e t w e e ni n t e m a lw i t he x t e r n a l t h eu s eo ft r a d i t i o n a lm e t h o d si sav e r yl i m i t e dt os t u d yw a t e r e n v i r o n m e n tm a n a g e m e n t t h i sr e q u i r e s t os t u d ys c i e n t i f i c m a n a g e m e n t f o r aw a t e r e n v i r o n m e n t b a s e do nt h es t u d yo ft h eh u a i h er i v e rb a s i n ，t h i sd i s s e r t a t i o nm a d es t u d yo nt h e w a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n t e v o l u t i o n a r yg a m et h e o r yh a sg a i n e dr a p i dd e v e l o p m e n ti nt h e19 9 0 s i ti st h ec u t t i n g e d g e t o o l si nt h ef i e l do fm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c s i t sa p p l i e dr e s e a r c hi nt h ef i e l do fw a t e rp o l l u t i o n c o n t r o lp r o g r a m si ss t i l la tt h ee x p l o r a t o r ys t a g e ，t h i sd i s s e r t a t i o nb a s e do nt h ec o m p a r a t i v e a n a l y s i so fd i f f e r e n tm e t h o d sa n dt h e o r y o fw a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n t ，i n t r o d u c e st h e e v o l u t i o n a r yg a m et h e o r yt ow a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n ts oa st op r o v i d es c i e n t i f i ca n d s y s t e m a t i c m e t h o df o rw a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n tp l a n n i n gr e s e a r c h t h e w a t e r e n v i r o n m e n tm a n a g e m e n ti sc a r r i e do u tw i t h i nt h el i m i t e dr a t i o ns p a c ei nu n c e r t a i n t y t o c o n s i d e rt h ep r o c e s so ft h ed y n a m i ca d j u s t m e n to fi n t e r a c t i o nb e h a v i o rb e t w e e nt h ep a r t i c i p a t e f r o mt h ep e r s p e c t i v eo ft h ee v o l u t i o no ft h ew a t e rp o l l u t i o nc o n t r o ls y s t e m u s i n gt h em o d e lo f e v o l u t i o n a r yg a m ea n a l y s i st h es p o n t a n e o u sf o r m a t i o np r o c e s so fp a r t i c i p a t eg r o u ps t r a t e g y t o b u i l dam a c r o m o d e lo fw a t e rp o l l u t i o nc o n t r o ls y s t e m w i t hav i e wt ot h ep r o v i d i n gt h e t h e o r e t i c a lb a s i sa c t u a l l ya p p r o p r i a t ef o rt h eh u a i h er i v e rb a s i nw a t e rp l a n n i n ga n d e n v i r o n m e n t a lc o n t r 0 1 t h i sp a p e ram o r ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so ft h ec o m m e n t st h es t a t u sq u o o ft h eh u a i h er i v e rb a s i nw a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n t t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y s e st h es t a t u sq u oo fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n dw a t e rp o l l u t i o n c o n t r o la n a l y s i so ft h eh u a i h er i v e rb a s i n ，s h o w st h eu r g e n c ya n di m p o r t a n c et oc a r r yo u tt h i s r e s e a r c h 1 a y i n gh i s t o r i c a lf o u n d a t i o nf o rt h ef u r t h e rr e s e a r c h t h e i n t r o d u c t i o nt ot h eo r i g i n t h e o r yo fi d e o l o g i c a lo fe v o l u t i o na n do nt h eb a s i so fp h i l o s o p h ya n ds t u d yo ft r a d i t i o n a l a n d m o d e md e v e l o p m e n ta n do nt h e p r o d u c t i o n ，a n d t h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h e e v o l u t i o ng a m et h e o r y , a n a l y s i so fc h a r a c t e r i s t i co ft h ee v o l u t i o ng a m et h e o r ya n di t sa p p l i c a t i o n ， t h ei n t r o d u c t i o nt ot h ee v o l u t i o ng a m et h e o r yi nt h es y s t e mo ft h ew a t e re n v i r o n m e n t ，a n a l y s i so f t h em e c h a n i s mo ft h eh a r m o n i o u se v o l u t i o no ft h eh u a i h er i v e rb a s i nw a t e re n v i r o n m e n ts y s t e m ， c o n s t r u c tt h et h e o r e t i c a lp l a t f o r mf o rt h i sd i s s e r t a t i o n t oe s t a b l i s had y n a m i cg a m em o d e lo f w a t e re n v i r o n m e n tp r o g r a m m i n gf o rt h ec o m p l e x i t y s y s t e mo f w a t e re n v i r o n m e n to ft h eh u a i h er i v e rb a s i n ，t h i sd i s s e r t a t i o nu s e st h ee v o l u t i o no f t h e g a m et h e o r yt ob u i l dag a m em o d e lc o n c e r n i n gt h ee c o n o m i cg r o u p so ft h eh u a i h er i v e rv a l l e y a n a l y s i so ft h ep r o c e s so ft h ed y n a m i c se v o l u t i o no fc o o p e r m i o na n dc o m p e t i t i o n a st h eg a m e m o d e lo fs p o n t a n e o u se v o l u t i o no fe c o n o m i cg r o u p so ft h eh u a i h er i v e rd e p e n d so nt h er e l a t i v e p a y - o f fo ft h ec o o p e r a t i o n ，n o n c o o p e r a t i o n ，a n dt h ep a y - o f fr e l a t e dg o v e r n m e n tr e g u l a t o r ys y s t e m t h e nt h ed i s s e r t a t i o ns t u d i e dt h ed y n a m i cg a m ep r o c e s so fe v o l u t i o no fr e g u l a t o r yr u l e sa n d e c o n o m i cg r o u p st ot r yt o c o o p e r a t ei n t e r - e n t e r p r i s eb yu s i n gd y n a m i cg a m em o d e lo nt h e a n a l y s i so ft h ee v o l u t i o no ft h ef o r m a t i o no ft h es y s t e mo ft h es t a t u sq u oo fi n s t i t u t i o n a l a r r a n g e m e n t sa n de c o n o m i cg r o u p sc o o p e r a t i o no ft h eh u a i h er i v e rb a s i ni nt h ee v o l u t i o no ft h e f o r m a t i o no ft h es y s t e m t h et h e o r e t i c a ls t u d i e si nt h ed i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s f i r s t ，u s i n gt h ee v o l u t i o n a r yg a m e t h e o r yt om a k eap r e l i m i n a r ys t u d yi nd e c i s i o n m a k i n gg r o u po ft h eh u a i h er i v e rw a t e rr e s o u r c e s m a n a g e m e n t ，e s t a b l i s h i n gt h ee v o l u t i o n a r yg a m em o d e lo fm u l t i s t a g eg r o u pd e c i s i o n - m a k i n g ， p u t f i n gf o r w a r das o l u t i o nm e t h o d ，b u i l d i n gt h ec o n t r o lm o d e lo ft h ee v o l u t i o ns p r e a do fw a t e r p o l l u t i o n ，p r e s e n t i n ga na l g o r i t h mo fe v o l u t i o n a r yg a m ew i t hb i o l o g i c a li n t e l l i g e n c e - l e a r n i n g b e h a v i o rb a s e do nt h em e c h a n i s mo fp r o t e i n s e c r e t e d ，m a k i n ga n a l y s i so ft e c h n i c a ll i n ea n d c a l c u l a t i o ns t e p so fm u l t i o b j e c t i v ep r o b l e mo fc o - e v o l u t i o n a r yg a m e ，a n a l y z i n gw a t e rr e s o u r c e s o p t i m i z e da l l o c a t i o n ，b u i l d i n gm o d e lo fw a t e rr i g h t sa n d w a t e rm a r k e to faw a t e rr e s o u r c e s a l l o c a t i o nt oe s t a b l i s h m e n to fm o d e lf o rt h ed i s t r i b u t i o no fb e n e f i t so fab a y e s i a ng a m ec o m b i n e d w i t hl i n e a rp r o g r a m m i n g ，s t u d y i n go p t i m i z a t i o nm o d e lf o rt h e a l l o c a t i o no fw a t e rr e s o u r c e s p l a n n i n go fb e n g b uc i t yo fl o c a t e di nt h eh u a i h er i v e rv a l l e y p r e s e n t a t i o no fs p e c i f i cp r o g r a m s o ft h em u l t i o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o np l a n st oo p t i m i z et h ew a t e rr e s o u r c e sa l l o c a t i o no fb e n g b u c i t y t h ea b o v e - m e n t i o n e dr e s e a r c hn o to n l ye n r i c h e dt h et h e o r yo fw a t e re n v i r o n m e n tc o n t r o lb u t a l s ob r o a d e n e dt h ea p p l i c a t i o n so ft h et r a d i t i o n a lw a t e re n v i r o n m e n tm o d e l ，p r o v i d i n gm o r e s u f f i c i e n ts c i e n t i f i ce v i d e n c ef o rd e c i s i o nm a k e r st om a k ew a t e re n v i r o n m e n tp l a n n i n gd e c i s i o n k e yw o r d s ：e v o l u t i o n a r yg a m et h e o r y ，s y s t e mc o m p l e x i t y ，w a t e re n v i r o n m e n t a lp l a n n i n g d e c i s i o n - m a k i n gm o d e l ，w a t e rp o l l u t i o ns p r e a dm o d e l ，w a t e rr e s o u r c e so p t i m a la l l o c a t i o n ，w a t e r r i g h tt r a d em o d e l 表格清单 表1 12 0 0 4 年淮河流域主要城镇入河排污表3 表1 22 0 0 5 年淮河流域主要城镇入河排污3 表2 1 水环境系统三类a g e n t 选择策略的期望收益3 5 表3 1g r p 的分布( 安徽1 9 9 8 ) 。3 8 表3 2 经济结构的演变( 安徽) 3 8 表3 3 全国和所研究地区的人口增长年。4 0 表3 4 对人口和人均收入分配的权重因子4 0 表3 5 淮河流域污水量、c o d 、n h 3 n 历年入河量。4 2 表3 6 水环境系统的演化博弈4 8 表3 7 水环境系统演化局部稳定分析结果4 9 表3 8 流域上下游企业协调博弈收益矩阵5 0 表3 9 捕鹿博弈5 1 表3 1 0 局部稳定性分析结果5 2 表3 1l 政府机构严格监管的相应结果5 3 表3 1 2 三类决策层策略选择的期望收益5 8 表3 1 3 技术人员决策层矩阵( 淮河水资源2 0 1 0 年预测数据) 6 1 表3 1 4 专家决策层满意度矩阵6 1 表3 1 5 管理决策层满意度矩阵6 1 表3 1 6 各层意向矩阵及决策结果6 l 表4 1 简化方程的计算结果6 5 表4 2p e p 算法种群1 的博弈矩阵6 7 表4 3p e p 算法种群l 的博弈矩阵6 7 表4 4 仿真实验结果6 9 表5 1 蚌埠市水资源协同博弈优化配置成果( p = 7 5 ) 7 3 表5 2 优化模型中的理想点值与最优变量对应的目标函数值7 4 表5 3 水资源优化配置结果7 5 表5 4 水资源优化配置结果7 5 表5 5 蚌埠市2 0 1 0 年水资源优化配置与区域经济协调发展方案7 6 表6 1 水资源协调度参数的演化博弈算法结果。8 2 表6 2 蚌埠市2 0 0 5 年的水资源优化配置结果8 3 表6 3 委托代理双方报价策略8 7 插图清单 图l - 1 我国现行水资源和水环境管理示意图9 图1 2 论文总体技术路线流程图。1 6 图1 3 论文框架图1 6 图3 1 水体污染源分类4 l 图3 2 水环境系统智能体演化博弈动态过程4 9 图3 3 上下游企业群体交往的动态演化过程5 2 图3 4 上下游企业群体的动态交往过程。5 3 图3 5 上下游企业群体的动态交往过程5 3 图3 6 演化均衡判据图示5 9 图3 7 三维连续演化策略的e s s 均衡点曲线图5 9 图4 1 水污染物扩散时空演化示意图6 4 图4 2 污染物扩散的演化过程6 4 图4 3p e p 算法中的种群结构6 6 图4 4 两种算法对不同测试函数进行优化得到的p a r e t o 前沿6 8 图5 1 流域水权交易中用水户权重变化关系曲线8 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 金罡王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 功毪 签字日期：2 0 0 8 年，乙月，7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金目巴兰些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权世 些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者毕业去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 奎、蓼仙 星、加 名期签日师字 导签锣计，孙彬日0 1 幻形月 加 氰年 签鸺者加 作 ： 文期 论日 位字 学签 致谢 时光尺波电逝，弹指间三年时光已过。三年间虽勤奋不懈，仍有很多相关知识领域的研 究未能深入，颇为遗憾，有负师长厚望；有待今后进一步学习探究。博士学业的完成意味着 又将迎接新的开端，美伦美奂的知识殿堂永远令人神往，做一名知识殿堂里的工匠，是我人 生不懈追求的目标，为此我愿付出今生全部的努力。 博士求学期间结识了许多聪明睿智、出类拔萃的同学，和他们一起探讨交流，使我在学 习研究中深受启发，也耳濡目染了学识渊博、德高于世的老师们的严谨求实的治学精神，使 我受益匪浅、沐浴斛兵古韵之灵气，轻飚学术理想之风帆，开启智慧人生之求索。 三年多来，感谢我的导师汪家权教授对我研究兴趣上的宽容和对治学要求上的严谨，汪 老师严谨的治学态度、深厚的学术底蕴、深遽的学术思想、敏锐的理论直觉、和民主的学术 作风，给了我深刻的影响，使我终身受益，在导师的悉心指导下，才有这篇论文的形成! 感 谢学习期间与我一起砥砺的同学、师长，相互间的交流、争论每每碰撞出学术的火花。 特别感谢管理学院杨善林教授对本文提出许多宝贵意见，如春风化雨，使我深受教益，在 此表示忠心感谢! 也感谢博士学习期间所有授课老师对我的教诲。 感谢我的家人多年来对我不断求学自始至终的支持和鼓励。感谢我的妻子张梅在我多年 学习期间独自对家庭的默默奉献，使我能够撇开一切琐事、俗务安心求学，她对我生活上的 支持是我学业得以完成的重要支柱。儿子钟文哲的聪明可爱、好学上进带给我莫大的欢乐和 精神激励，使我能够专心地完成论文。感谢研究同行的学术前辈、同仁们，正是在已有的学 术探索和积累基础上才有我论文中有一些创新方法理论的探讨，论文在参考文献中对他们辛 勤劳动的成果都作了列举，若偶有遗漏，也绝非有意。 论文完成时刻是新的开端起始，当今时代，科学规范正发生深刻变化，知识体系的快速 创新，惟有孜孜不倦，勤奋不辍，方能迎接新的知识挑战，今生我愿诺诺做一名知识殿堂里 添加片砖只瓦的工匠，哪怕仅仅是完成窗棂上的一朵雕花。最后真诚感谢在百忙中评审本文 的各位专家、学者! 同时向所有关心和帮助我的的人们表示衷心感谢! 作者：钟锦 2 0 0 8 年1 0 月1 6 日于合肥工大 第一章绪言 1 第一章绪言 我国水环境管理形势严峻，主要流域普遍存在着水污染和水资源短缺的矛盾，随着人口 增长和经济的发展，水环境问题日益凸显，水资源短缺和水污染严重己成为制约当今世界各 国经济，社会发展的重要因素。1 9 9 7 年1 月，联合国在对世界淡水资源的全面评估所作 报告中指出【1 】：水资源短缺将严重制约2 1 世纪社会经济的发展，并可能导致国家间的冲突。 据联合国环境署资料显示【z j ：世界各国版图在河流流域方面交叉重叠，且世界上有3 0 0 多条 河流或湖泊被两个或两个以上的多国共有，预计2 0 1 0 年全球缺水人口将达到1 0 亿，因此，对 水资源的争夺可能成为地区冲突的导火索。 淮河流域处于我国南北气候过渡带，是一条省际河流，它发源于河南桐柏山，横贯安徽，河 南，江苏，山东四省，流经3 4 个地( 市) 共1 8 2 个县( 市) ，耕地面积、人口密度居全国七大江河流 域之首，干流总长1 0 0 0 多公里，流域面积2 6 9 万平方公里，耕地面积1 2 2 7 万公顷，人口1 5 4 亿， 铁路、公路网交织发达，交通便利，是我国重要的商品粮供应基地和能源工业基地，淮河水污 染问题由来已久，特别是8 0 年代以来，随着社会经济的快速发展，淮河水系水质逐渐恶化，污染 不断加剧，成为我国七大水系中水质污染最严重的水系之一，淮河是近1 亿6 千万人民的生命 河，是中原中部地区人民赖以生存和经济、社会可持续发展的基础，淮河水污染治理关系到社 会稳定和构建社会主义和谐社会问题，治理好淮河，是推动沿淮区域经济，社会发展的重要因 素和统筹区域经济发展的重要组成部分。 本论文以淮河为例研究讨论了流域水环境管理的难点问题，如水权交易与水资源配置、 水污染扩散控制、水环境管理决策规划等问题，以演化博弈理论为支撑，对流域水环境管理 的展开分析讨论。 1 1 论文选题背景 1 1 1 淮河流域水环境管理形势严峻 淮河流域水环境问题由来已久，自2 0 世纪7 0 年代后期，淮河开始遭到污染，伴随社会经 济迅速发展，水资源开发利用过度，工业污水、生活污水的超标排放，淮河水污染日益加重，随着 城镇化发展和人口增氏，水污染和水资源短缺的矛盾日益加剧，淮河水环境形式更为严峻， 更为突出。水资源总量已远不能满足工农业生产和城乡居民的生活用水，在淮河流域8 2 个 水质监测断面中，只有5 4 8 的断面达到i 类水质，干流以高锰酸盐指数i 类为主，支流 多为，v 类。 党中央，国务院高度重视淮河治理，1 9 9 5 年8 月8 日，我国制定了第一部也是迄今为止的 一部流域性法规淮河流域水污染防治暂行条例，以此为标志，淮河治污工作全面启动，淮 河流域阶段性治污目标基本完成，近几年，由于部分企业超标排污，关停企业死灰复燃，自 2 0 0 4 年以来，淮河水污染反弹加剧，究其原因：1 ) 工业生产污水和城乡居民的生活污水未能有 效控制；2 ) 水环境系统是复杂的非线性系统，各种微观的，不确定的，随机的影响因素，在目前的 实际工作中还无法进行监测，3 ) 流域生态系统遭到破坏，水体生态功能退化，恶化。淮河水环 境管理是一项综合复杂的环境系统工程，不仅需要环境立法、制度的保障，还需科学的水环境 管理理论研究方法为指导，采取先进的污染控制技术，系统地治理管理，在经济全球化的今天， 2合肥工业大学博士学位论文 还需借鉴国外先进的水环境管理理论方法技术，打破流域区域之间的业务界限，使流域治理 走向多元化综合化。 淮河流域是我国最早进行水环境综合治理的河流之一，1 9 9 4 年5 月在安徽蚌埠召开的 淮河环保执法现场会，拉开了国家全面治淮的序幕，1 9 9 5 年8 月8 日，国务院颁布了我国 第一部流域水污染防治法规淮河流域水污染防治暂行条例，1 9 9 6 年6 月2 9 日，国务院 批复了淮河流域水污染防治“九五”规划，2 0 0 3 年1 月1 1 日，国务院又批复了淮河流 域水污染防治“十五”规划，淮河治污被列入国家“九五”“十五”重点治理的三河三湖之酋， 经过多年治理，淮河水质有了好转趋势，据资料显示p 】：全流域入河污染排污量明显下降， c o d 排放量己从1 9 9 5 年的1 5 0 万t 削减到1 9 9 8 年的1 1 6 7 万t 和2 0 0 0 年的9 4 7 万t ，干流 高锰酸盐指数( c o d 胁) 浓度值由1 9 9 4 年的6 7 8 m g l 降至2 0 0 3 年的4 9 1 m g l ，重大水污染 事故明显减少。目前淮河流域水质状况：近几年，淮河流域入河排污量逐年增加，流域水污 染加重，31 条主要跨省河流省界断面水质达标率逐年下降，2 0 0 4 年淮河流域4 6 个省界断面 实际共监测5 3 5 次，综合评价i 类水占总测次的o 2 ，i i 类水占8 4 ，m 类水占1 7 6 ， 类水占2 6 9 ，v 类水占8 4 ，超v 类水占3 8 5 ，淮河“十五”确定的水质目标，2 0 0 4 年水质达标率为5 1 8 。枯水期4 6 月份流域水质最差，达标率仅为4 0 ，丰水期8 1 0 月份水质稍好，达标率约为7 0 ，2 0 0 4 年淮河流域省界断面主要污染项目氨氮 ( n h 3 n ) ，b o d 5 ，c o d ，高锰酸盐指数，其中氨氮污染最重，氨氮全年共监测5 3 5 次，i 类 水占1 8 5 ，i i 类水占2 6 7 ，i i i 类水占1 1 6 ，类水占5 8 ，v 类水占3 9 ，超v 类 水占3 3 5 ，超标率为3 6 。2 0 0 5 年1 6 月份共监测2 7 0 次，水质达标率约为4 5 2 。前 一章所引用的国家统计局资料( 2 0 0 6 ，2 ) 显示：8 6 个国控监测断面中，i i i i i 类水质断面 占1 8 。6 ，i v 、v 类水质断面占4 1 。9 ，劣v 类水质断面占3 9 5 。淮河干流1 4 个断面中， i i 、i 、v 类水质比例分别为1 4 3 、2 1 4 、5 7 1 和7 1 。5 6 8 的省界河段水质为 劣v 类。 淮河流域位于我国东部，介于长江、黄河之间，西起桐柏山、伏牛山，东临黄海，南以 大别山、江淮丘陵、通扬运河以及如太运河南堤与长江流域分界，北以黄河南堤、沂蒙山与 黄河流域、r 山东半岛毗邻，流域面积2 7 o 万k m 2 ，淮河流域以废黄河为界，分成淮河和沂沭泗 河两大水系，流域面积分别为1 9 万k m 2 和8 万k m 2 。淮河发源于桐柏山。流经河南、安徽 至江苏的三江营入长江，平均比降为0 0 2 。自2 0 世纪8 0 年代以来，淮河水质成逐年恶化趋 势，到1 9 9 5 年末，全流域8 0 以上的河流和水域受到污染，水污染事故频繁发生。特别是 1 9 9 4 年和1 9 9 5 年汛初发生的水污染事故，使淮河中游3 0 0 多k m 的河段受到污染水体的侵 袭，沿淮城乡的饮用水安全及身体健康受到严重威胁，水生生态系统受到了很大破坏，工农业 生产受到严重影响。据1 9 9 5f f - - - 2 0 0 4 年全流域1 4 9 个国家基本站水质监测资料，参照g b 3 8 3 8 - - 8 8 地面水环境质量标准对淮河流域水域水质进行综合评价，可知淮河流域水质总体有 所改善，但水污染依然严重，形势十分严峻，水环境治理的任务还很艰巨。根据淮河干流实测资 料【3 1 ：1 9 9 5 2 0 0 0 年间选择淮滨、鲁台子、蚌埠闸、吴家渡、临淮关、小柳巷六个断面；2 0 0 1 2 0 0 4 年选择长台关、息县、怀斌、王家坝、老坝头、鲁台子、凤台、田家庵、大涧沟、蚌埠闸、 吴家渡、吴小街、临淮关、小柳巷和盱台1 5 个断面进行综合评价结果：1 9 9 7 年以来，劣v 类 水质所占百分比均在2 0 以内，其中2 0 0 0 年水质最好，自2 0 0 1 年起，淮河干流水质总体上没 有明显改善的趋势，2 0 0 4 年还出现反弹，i 类和优于i i i 类的水质仅占2 6 7 ，而v 类和劣v 类 水质达4 0 ，污染程度相当于1 9 9 7 年的水平。根据淮河流域水环境监测中心以及流域内河 第一章绪言 3 南、安徽、江苏和山东四省水环境监测中心的监测资料，对主要跨省河流省界断面的水质进 行综合评价， v 类和劣v 类水质百分比都在5 0 以上，但趋于逐年减小：i i i 类和优于i 类 的水质呈逐年增加，其中2 0 0 1 年省界河段水质达标率降至1 5 ，之后几年达标率逐年增加， 淮河流域跨省河流水质趋向改善，但污染仍相当严重，治理任务还很艰巨【3 j 【4 1 。 根据淮河片水资源公报( 2 0 0 2 年度) 资料显示：2 0 0 2 年淮河片废污水( 工业废水和城镇生活 污水) 排放总量共5 9 8 2 亿t 。淮河流域5 2 0 l 亿t ，其中河南l o 2 9 亿t ，安徽7 1 3 亿t ，江苏2 7 7 3 亿t ，山东6 7 6 亿t ，湖北0 1 0 亿t 。山东半岛废污水年排放量7 8 l 亿t 。城镇入河排污量：根据 2 0 0 2 年淮河流域片2 1 6 个城镇9 0 1 个入河排污口的实测结果，入河污废水总量4 4 5 亿t ，污染物 c o d 入河总量1 3 3 4 万t ，氨氮入河总量1 4 5 5 万t 。其中淮河流域1 8 3 个城镇8 0 6 个入河排污口 污废水总量3 9 7 4 亿t ，c o d 入河总量1 1 0 7 万t ，氨氮入河总量1 2 7 2 万t 。山东半岛3 3 个城镇9 5 个入河排污口污废水总量4 7 6 亿t ，c o d 总量2 2 7 万t ，氨氮总量1 8 3 万t 。 表1 12 0 0 4 年淮河流域主要城镇入河排污表表1 22 0 0 5 年淮河流域主要城镇入河排污 区域 粥 排污口 废水排放量 c o d 氨氮 ( 个1f 亿t a 1t 乃t a )f 万t a ) 河南 6 82 9 8 1 4 4 9 3 5 5 53 4 l 安徽 3 9 2 4 3 87 5 1 86 l 23 8 江苏3 9 2 9 9 1 2 1 53 3 0 22 6 8