（环境科学专业论文）基尼系数法在水污染物总量分配中的应用.pdf

a bs t r a c t w i t l lt h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n de c o n o m y , e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m si nc h i n a h a v eb e c o m em o r ea n dm o r es e v e r ea n db l o c k e dt h ep r o g r e s so fo u rc o u n t r y a so n e o ft h em o s ti m p o r t a n tb a s i ce l e m e n t so fe n v i r o n m e n t ，w a t e re n v i r o n m e n ti si n d a n g e r o u sa n db e i n gp a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n b u tn o wt h e r ea r es t i l lm a n y p r o b l e m so nt o t a lw a t e rw a s t el o a da l l o c a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ec o u r s eo fw a t e r p o l l u t a n tc o n t r o li sb e i n gd e c e l e r a t e d s oc h i n e s ea c a d e m yo fe n v i r o n m e n t a l p l a n n i n gp u tf o r w a r da ni d e ao fu s i n gg i n ic o e f f i c i e n tw h i c hi su s e di ne c o n o m i c si n e n v i r o n m e n t a la r e at oe v a l u a t ee n v i r o n m e n t a lf a i r n e s s b a s e do nw h a to t h e r sh a v e d o n e ，e n v i r o n m e n t a lg i n ic o e f f i c i e n t ，an e wc o n c e p t i o nb r o u g h tf o r w a r di n t h i s a r t i c l e ，i su s e dt oc a r r yo u tf a i ra l l o c a t i o n f i r s t ，t h e o r e t i cb a c k g r o u n d ( 1 1 1 ec o n c e p t i o na n ds o r to fe n v i r o n m e n t a lf a i r n e s s ， r e l a t i o n s h i pb e t w e e ne n v i r o n m e n t a lf a i m e s sa n de n v i r o n m e n t a le f f i c i e n c y , a n dt h e u n f a i r n e s si n r i g h te n v i r o n m e n t a ls y s t e m ) i sa l l d e t a i l e dd i s c u s s e d e s s e n t i a l l y , e n v i r o n m e n t a lf a i r n e s si sas o c i a l p r o b l e ma n d t h ec r i c i t a l p r o b l e mi n a l l e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s t h e n ，g i n ic o e f f i c i e n tw h i c hi sw i d e l yu s e di ne c o n o m i c si si n t r o d u c e dt o e n v i r o n m e n t a la r e a ，f o r m i n gan e wc o n c e p t i o no fe n v i r o n m e n t a lg i n ic o e f f i c i e n t b y e x t e n s i v e l yr e s e a r c h i n gt h ed i f f e r e n c e sb e t w e e ne n v i r o n m e n ta n de c o n o m ya n d c o n s i d e r i n gt h ef a c t o r si ne n v i r o n m e n t a la r e a ，t h em a i nc o n t r o li n d e x e s ，a l g o r i t h m ， a n dp r o c e s so ft h em e t h o do fe n v i r o n m e n t a lg i n ic o e f f i c i e n ta r ee s t a b l i s h e d r e s p e c t i v e l ya c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo ff a i r n e s s ，s i m p l e n e s sa n de a s yt oo p e r a t e a t t h es a m et i m e ，t h es o f t w a r ef o rc a l c u l a t i n ge n v i r o n m e n t a lg i n ic o e f f i c i e n tw a s d e v e l o p e dw i t hd i f f e r e n ta l g o r i t h m sa n dc a l c u l a t i n gp r o c e s s e si nd i f f e r e n ts i t u a t i o n st o m a k et h ec a l c u l a t i o nm o r ee a s i l y a tl a s t ，t h i sm e t h o di su s e di nt h ee l e v e n t hf i v e y e a rp l a n n i n go fw a t e rp o l l u t a n t c o n t r o li nt i a n j i no fh a i h er i v e r c o m p a r e dw i t ht h es t a t u so fw a t e rp o l l u t a n tc o n t r o l i ne a c ha r e ao ft i a n j i n ，t h er e s u l tg o tb yt h i sm e t h o dc a nh e l ps o l v i n gt h ep r o b l e mo f e n v i r o n m e n t a lf a i r n e s sp r o p e r l yb a s e do nt h es i t u a t i o no f e a c ha r e a ，a c h i e v i n gt h eg o a l o ft o t a lp o l l u t a n tc o n t r o lf i r s t l y a l li na l l ，t h i sp a p e ra d v a n c e san e wi d e af o rw a t e rp o l l u t a n tc o n t r o la n do b t a i n s s o m ep r o d u c t i o n so nm a i nc o n t r o li n d e x e s ，a l g o r i t h m ，t e c h n i c a lp r o c e s s ，c a l c u l a t i o n m e t h o da n ds o f t w a r e ，w h i c hi st h ef o u n d a t i o no ft h ef o l l o w i n gw o r k k e yw o r d s e n v i r o n m e n t a lg i n ic o e f f i c i e n t ，t o t a ll o a da l l o c a t i o n ， e n v i r o n m e n t a lf a i r n e s s ，e n v i r o n m e n t a le f f i c i e n c y , v a bp r o g r a m 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘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了谢意。 学位论文作者躲多寻峒竽字嗍t7 年月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丕盗盘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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：童砸旧 导师签名：吾舷佛 签字日翟：纱矿f ，月j 彳日签字日期：汐7 年7 月可日 第一章绪论 1 1 研究课题的提出 1 1 1 水环境现状 第一章绪论 随着我国社会和经济发展，环境问题已成为制约我国发展的瓶颈。水环境是 环境的重要组成要素之一，且污染最为严重，所面临的污染形势十分严峻。 虽然我国己采取了一系列的水污染控制措施，但有数据统计显示，2 0 0 5 年 全国废水排放量仍高达5 2 3 4 亿吨，比上年增长8 5 ；c o d 排放量达1 4 1 6 5 万 吨，比上年增加5 8 8 。污染物排放量依然很大，且呈逐步增长趋势，水环境污 染现状不容乐观。 2 0 0 5 年经过对我国重点流域6 水质及污染物排放情况分析发现，重点流域的 水体水质依然处于中度污染状态，主要污染指标为高锰酸盐指数、氨氮、石油类 等。采用单因子评价法后，部分重点流域水质状况见表1 1 及图1 1 。 表1 12 0 0 5 年部分重点流域监测断面水质状况表。 。数据来源：国家环境保护总局环境规划院，( 2 0 0 5 年度全国环境统计数据汇审会议材料。 6 重点流域包括：海河流域、淮河流域、辽河流域、太湖流域、巢湖流域、滇池流域、松花江流域、长江中 下游流域、三峡及长江上游流域、黄河中上游流域。 。数据来源：国家环境保护总局环境规划院。 第一章绪论 图1 12 0 0 5 年地表水水质类别组成情况图 从表1 1 和图1 1 可以看出目前我国重点流域的4 1 1 个监测断面中处于五类 及劣五类水质的有1 3 7 个，占监测断面总数的3 0 以上，水环境污染问题的严 峻形势可见一斑。 当前水环境污染的根本原因是水污染物排放量严重超过水环境容量，造成排 入水体的污染物远远超过水体自净能力。治理和改善水环境现状最有效方式是进 行污染物总量控制，即在污染源间合理分配水污染物排放总量，根据确定的总量 目标进行污染物削减，使水环境得到逐步改善。 关于污染物总量分配国内外已有多位学者进行了深入研究，但从目前实施效 果看都存在不同程度的问题使得环保机构尤其是基层环保机构苫于没有一套合 理有效的水污染物总量分配体系而难以将水污染物进行公平有效的分配，进而影 响到水环境治理目标的实现。因此建立一套行之有效的水污染物总量分配方案迫 在眉睫。 1 _ 1 2 研究课题的提出 该研究课题提出时恰逢全国重点流域“十一五”水污染防治规划编制的开展。 在规划编制中如何针对我国水环境现状将污染物总量进行公平合理分配将起到 关键性作用分配方案的可行性直接影响到“十一五”水污染防治规划方案的实 施进度，进而影响到我国水环境治理工作的整体进展。 天律市在全国水环境现状下，面对国家在“十一五”期问所制订的总量目标， 如何将污染物总量科学台理、公平有效地分配给各区县，使最终的分配方案既能 第一章绪论 达到国家规定的总体目标，又能够体现公平性和效率性，得到各区县的充分认可， 且分配方案简单易行、具有较强的可操俸性将成戈海河天津“十一五”水污染防 治规划编制成败的关键所在。本文就是以海河天津“十一五水污染防治规划项 目为依托，通过解决天津市在“十一五 规划中水污染物总量分配所面临的一系 列闷题，来展开对水污染物总量分配的研究。 研究中将在经济领域中广泛用来衡量公平性的基尼系数分析方法技术化地 应焉在环境领域，通过筛选和构建流域污染物排敖量与各控制指标的洛伦茨益 线，设计和开发适当的规划模型及其求解软件，求解出相对最优的基尼系数，确 定最终的总量分配方案，以反映流域内各区域污染物允许排放量穗对于其自然条 件和经济发展水平的公平性。 1 2 国肉外研究现状 1 2 。1 主要概念及核心内容 水污染物总量控制是国外2 0 世纪7 0 年代初期发展起来的一种比较先进的水 环境管理方法，是指在某个区域范围内，根据区域的实际情况，充分考虑区域经 济发展水平，从质和量两个方面，认真评估该区域水资源现状，科学合理的提出 该区域的水琢境保护冒标；计算盘该区域水体按此环境躁标所允许各类污染物的 最大年排放量；通过对污染源治污能力的经济、技术可行性分析和排污控制优化 方案的比较，将这些总量指标分别加以分解，以排污许可证的形式分配到备摊污 单位，作为法定摊污指标h 】。 水污染物总量控制的核心内容是研究区域污染物的产生、治理、排放规律和 保护资金的需求与经济、社会发展的协调关系，以便从客蕊上定量把握经济、社 会发展对水资源的影响，提出保护对策，促进水资源的可持续利用和社会经济与 环境的协调发展。采震水环境污染物总量控制，可以有效的克服多年来我国一直 实行的水污染物浓度控制所遗留的弊端，从宏观上把握水污染形势，确保水环境 治理得到逐步改善和提高。 在水污染物总量控制过程中，关键步骤为：确定水污染物的总量；将水 污染物进行公平有效的分配；将分配指标以排污许可证的形式发放，进行科学 统一管理进两达到总量控制的鹭的。扶这几个关键步骤中可以发现水污染物总量 分配是排污许可证的核心工作，是污染物总量控制的技术关键。 第一章绪论 1 2 2 国外水污染物总量控制发展历程 ( 一) 美国水污染物总量控制发展历程 污染物总量控制最早是由美国提出的，美国从1 9 7 2 年开始在全国范围内实 行水污染物莽 放许可涯制度，并使之在技术路线器方法上不断得到改善糯发震 【2 】。1 9 7 2 1 9 7 6 年，美国实施了第一轮许可证制度，即所谓的“泡泡政策”，并 制订了实施污染总量分配的技术指南1 3 】。这些技术指南均是基于水质模型建立总 量分配，主要采用以判断为依据的方法，即最佳专业判断( b p j ) 方法，它是在 充分收集工业行业可利用的数据和资料的基础上，经过离质量技术分析做出的判 断。当时，在确定污染源毒l 减量中使用这种方法所占的比例，赢达7 5 ，得到 美国水法的承认，在历史上做出了巨大贡献。与此同时，美国亦采用以技术为依 据方法，即针对工业行业及其子行业颁发排放限擅准则( e 己g s ) 麓方法。这群 方法在以后的阶段很快得到推广，陆续颁布了备行业的排放限值准则，逐步代替 了以判断为依据方法的作用。 ， 在1 9 7 2 年美国执行排污许可证的同时，提出了t m d l ( t o t a lm a x i m u md a i l y l o a d s 最大日负荷总量) 计划 4 1 ，即在满足水质标准情况下，水体能够接受的某 种污染物的最大毯负荷量。包括污染负荷在点源纛菲点源之闻的分配，同时考虑 了安全临界和季节性的变化。t m d l 计划总的目标就是用来识别具体污染区域和 地利用状况，并晟考虑对这些具体区域点源和毒暑点源污染物浓度和数量提出控 制措施，从而引导整个流域执行最好的流域管理计划【5 1 。t m d l 计划在整个美国 广泛实施，在点源和非点源污染综合控制方面成效显著【6 1 。 譬前，以技术为依据的方法己成为美藿实施排污许可证制度的主要方法，以 判断为依据的方法只在某些特定的污染物或某工业行业尚未有排放限值准则的 情况下采用。美国予1 9 8 3 年1 2 胃正式立法，实麓以水质限制为基点的水污染物 排放容量总量控制。为了在满足水体的环境标准下充分利用其自净能力，美国采 用了季节容量总量控制的方法，它是为适应水体不同季节不同用途对水质的标准 要求，如一年中水生生物产卵期实行严格的溶解氧标准，丽在其余时间则可实行 另一水质标准，允许排污量在一年内的不同季节有所变化，可根据水量、水温、 蝉值等因素在各季节豹差异寒确定。同时，美国有些州还实行一种“变量容量 总量控制 ，它以河流实测的同化能力来变更允许排污量，而不同于根据历史资 料以临爨条件为根据两碍出固定的排污限量，这更能充分利用水环境容量。为更 有效地分配已经确定的污染负荷总量，美国有些州还推行在污染源之间进行污染 负荷对换制度。包括“点源对换法”和“点源非点源对换法”，前者允许将部分 分配给某个排污者豹污染负荷转换给其它难以用比较经济的手段达到要求朗减 第一章绪论 量的排污者，后者允许用非点源控制方法来替代点源的进一步控制，因为非点源 污染控制的投资比工业点源和城市污水处理厂的投资少而效果明显。采用以上各 种总量控制方法均可使污染物排放量大大减少，水环境污染控制取得明显成效。 ( 二) 日本水污染物总量控制发展历程 2 0 世纪6 0 年代末，日本为改善水和大气环境质量状况，提出了污染物排放 总量控制问题。1 9 7 1 年开始对水质总量控制计划问题进行研究，1 9 7 3 年制定的 赖户内海环境保护临时措施法中，首次在废水排放管理中引用总量控制，以 c o d 指标限额颁发许可证。日本环境厅于1 9 7 7 年提出“水质污染容量总量控制” 方法，与此同时水质污染防治法规定的浓度标准继续使用。所谓“水质污染容量 总量控制”，就是通过采取统一有效的措施，把流入一定水域的污染负荷总量控 制在一定数量之内，降低流入该水域的污染负荷总量，改善水域的水质，使其达 到预先所规定的目标。1 9 7 8 年6 月修改的水污染防治法，正式以c o d ( 化学需氧 量) 为对象，开始了总量控制工作。到1 9 8 4 年，日本将总量控制法正式推广到东 京湾和伊始湾两个水域，并严禁无证排放污染物。由于采取了上述方法，日本的 这两个海湾8 0 以上的污染大户受到控制，水环境状况得以改善。 ( 三) 其他国家水污染物总量控制发展历程 联邦德国和欧洲共同体各国采用水污染物容量总量控制管理方法后，使6 0 以上排入莱茵河的工业废水和生活污水得到处理，莱茵河水质有了明显好转。 其他国家如瑞典、前苏联、韩国、罗马尼亚、波兰等国家也都相继实行了以污染 物排放总量为核心的水环境管理方法，取得了一定的效果。 1 2 3 国内水污染物总量控制发展历程 水污染物总量控制也是我国实施水环境管理的重要措施。我国的水污染物总 量控制研究始于2 0 世纪7 0 年代末，以制定第一松花江b o d 总量控制标准为先导， 进行了最早的探索和实践。接着在“六五”期间( 1 9 8 1 1 9 8 5 年) ，以沱江为对 象，进行了水环境容量、污染负荷总量分配的研究和水环境承载力的定量评价。 上海市于1 9 8 5 年开始试行污染物排放总量控制这项新制度，在黄浦江上游水资 源保护地区实行了以总量控制为目的的排污许可证制度。在其后，徐州、厦门、 金华、深圳、常州、重庆等一批城市陆续推广这项管理办法，都取得了显著的成 果 1 】o “七五”期间( 1 9 8 6 - 1 9 9 0 年) ，在全国多个水域开发水环境容量的利用研 究，把水环境容量的研究成果落实到污染物总量控制，陆续在长江、黄河、淮河 的一些河段和白洋淀、胶州湾、泉州湾等水域，以总量控制规划为基础，进行了 水环境功能区划和排污许可证发放的研究【l 】。 第一章绪论 9 0 年代国家环保局编制了跨世纪绿色工程计划及污染物总量控制总 体方案等，特别是编写了淮河流域水污染防治规划和“九五”计划，表明 我国的水质规划与总量控制研究工作逐步进入到政府领导下的有效实施阶段，并 提出了落后工艺淘汰指标和工业结构调整方案，为我国水环境总量控制制定了先 按达标排放控制污染总量，再按水质目标规定允许排污量的总量控制基本模式 【i 】 o 1 9 9 6 年，国务院正式批复淮河流域水污染防治规划和“九五”计划，表 明我国水质规划和污染物总量控制进入了一个新的阶段，揭开向“三河三湖”8 水 污染进军的序幕，同时也为我国的水质规划与总量控制提出了更为艰巨的任务： 在水质规划的可操作性和排污总量监督管理的有效性方面提供有实质性指导性 的新成果。“十五”期间继续实行以总量控制为目标的“三河三湖”水污染防治 “十五”计划【。 以发放排污许可证为手段的水环境污染物总量控制在实施几年后，针对具体 工作中出现的问题和情况，国务院于2 0 0 0 年3 月2 0 日颁布了水污染防治法实 施细则，其中用多项条款对总量控制作了细化和更具可操作性的规定，确保水 污染物总量控制管理办法在我国科学、严格、顺利的实施。2 0 0 2 年国家环保总 局又下发了关于汇总核实全国水环境功能区划及开展环保重点城市水环境功能 区划汇总工作的通知( 环办1 2 0 0 2 1 1 1 7 号) 。要求对面积在1 0 0 0 k m 2 以上的流域 必须进行水环境区域的划分，这更充分证明了国家现在对水污染物排放总量控制 的重视【1 1 。 1 2 4 水污染物总量分配技术现状 由于水污染总量控制对我国乃至世界的水环境改进起到了不可磨灭的促进 作用，因此作为其关键技术水污染物总量分配技术在国内外引起了广泛关注 和研究。但国内外在研究过程中所关注的重点有所侧重。 ( 一) 国外研究现状 总体来说，国外学者在进行水污染物总量分配技术研究过程中多是基于经济 优化原则建立的最优化数学模型。r o n a l d a c h a d d e r t o n t 7 】等分析评价了八种比较 流行的污染负荷分配方法。在研究初期，模型约束条件多为确定性水质约束，随 着随机理论在水环境领域的广泛应用，模型约束条件也由确定性水质约束转向不 确定性的概率水质约束。r u o c h u a n g u 等 8 】利用确定性水质分析模拟模型，研究了 美国i o w a ) h d e so n i n e s 河沿岸点源和非点源污染负荷的分配。e c k e r 等【9 】以及 三河：淮河、辽河、海河。三湖：太湖、巢湖、滇池 一6 一 第一章绪论 c o n v e r s e 等人【l o 1 1 】以确定性水质条件为约束条件，以区域污水处理费用之和最 小为目标函数建立优化模型，再由线性规划、动态规划或整数规划等优化技术， 实现污染物在排污口间的优化分配。而r e v e l l e 等人【1 2 】、t h o m a n na n ds o b e l 1 3 】贝0 在将污水处理费用，即目标函数线性化后，运用线性规划方法对确定性条件下优 化模型进行分配计算。 由于确定性模型不能够反映水环境系统随机波动性的本质特征，于是人们开 始将研究的重点转向不确定性条件下的水质规划。l o h a n ia n dt h a n l a 1 4 】在河流水 质规划研究中建立了概率约束的规划模型。f u j i w a r aa n dg n a n e n d r a n 1 5 】等以区域 污水处理费用之和最小为目标函数，运用概率约束模型对给定水质超标风险条件 下河道排污负荷分配问题进行了研究，研究中只将河水流量视为已知概率分布的 随机变量。d o n a l d e d w a r d t l 6 】考虑了水质现象等随机波动性，并用一阶不确定 分析方法将随机变量转化为等价的确定性变量来构建优化模型，计算排污口允许 排放量。d o n a l d & b a r b a r a 1 。7 】还基于水文、气象和污染负荷等不确定性因子的多 重组合情况，提出了河流允许污染负荷分配模式。“等【1 8 】在考虑了河流断面横向 混合不均匀性基础上运用优化模型确定各排污口在给定水质标准下的允许排放 量。e l l i s m 采用嵌入概率约束条件的方式构建出一个新的随机水质优化模型。在 该模型中，不仅河水流量是随机变量，河段起始断面b o d 和d o 、废水中b o d 和 d o 、耗氧系数、复氧系数等也被视为随机变量，这是和以往水质优化模型的最 大区别。另外，c a r d w e l l 等【2 0 】也对污染物分配问题进行了研究。 基于排污权交易和拍卖等方式的总量分配也在研究之中。b u r t r a wd a l a s & p a l m e r k a r e ne ta l 和其他研究者 2 1 2 3 对祖父制( g r a n d f a t h e r i n g ) 和拍卖这两种主 要分配方式的优缺点进行了比较。kj o h nh o l m e s & r o b e r tmf r i e d m a n 等【2 4 、2 5 1 研 究者设计并分析了针对不同分配方式的排污权交易系统。 ( 二) 国内研究现状 我国对于水污染物总量分配的研究主要有均等分摊允许纳污量、等比例削减 现有排污量、区域内排污总量最小、区域内治理投资费用最小和公平分配允排量 和削减量等方法【2 6 1 。这些研究主要集中在以水环境容量或目标总量控制为基础， 基于经济优化分配原则( 即效率原则) 或公平合理原则进行的分配。 ( 1 ) 基于效率原则的总量分配 胡康萍等【2 7 】在研究珠江三角洲地区水环境容量问题中，以水体功能区划分、 水环境容量计算和区域水资源水环境规划为基础，提出了总量分配的三种可行方 法，并建立了相应的总量分配数学模型：尊重历史方法，出发点是充分考虑既 成事实，将总量分配前形成的排污状况合法化；最小处理费用方法，即分配方 案使所研究小区内污染物削减费用最小；边际净效益最大方法。这几种计算方 第一章绪论 法是基于不同预定目标的资源优化分配模式。但其中尊重历史方法只能适用于水 污染控制初期排污量的初始分配中，否则必将影响各排污源的治污积极性。 曹瑞玉等1 2 副以流域( 或区域) 各污染源的污染物削减总量为约束条件，以污 水处理厂经济费用最小为目标函数，建立污染物优化分配数学模型。由拉格朗日 极值法求得最小治理费用和最佳处理效果组合，由处理效率与允许排放量关系式 得到各排污源相应的削减量。尹军等【2 9 】也以给定削减总量所需总费用最小为目标 函数，建立污染物削减优化分配模型。 李开明等【3 0 】在多河段水质规划中，根据河段水质目标存在一个相应变化范围 而不是固定数值的特点，运用最优化原理建立了区域水环境容量优化分配模型。 该模型以各河段水环境容量之和极大为目标函数，以河段水质要求和引水流量限 制为约束条件构成，由单纯形算法求得各河段最大水环境容量，也即相应河段最 大允许排污量。王有乐p l 】则以多目标组合规划模式对相关问题进行了研究。 郑英铭等【3 2 】以淮河南段为研究对象，应用总量控制方法对流域水质管理问题 进行研究，提出了三种水污染物优化分配的模式：按污水排放量比例分配的模 式，即以河段允许排放量最大为目标，以水域水质要求和污水排放量比例关系为 约束建立优化分配模型。按污染物排放量比例分配的模式，也以河段允许排放 量最大为目标，以水域水质要求和污染物排放量比例关系为约束建立优化分配模 型。按河流白净能力比例分配的计算模式，该模式除具有与上述两种模式相同 的目标函数和水域水质约束外还考虑了各河段自净能力大小的比例关系。 徐鸿德【3 3 】从效率和公平两方面运用系统观点对水污染物允许排放量分配过 程进行定量化研究。首先利用已有的黄浦江静态水质模型和规划模型共同构成黄 浦江污染物分配规划模型，由此推算出总量分配的定量结果。针对优化模型中， 同一江段上两个排污单位对河流污染影响程度相同时，最优化分配结果可能相差 悬殊的实际情况，为“公平”起见，在各江段优化分配结果的基础上，提出了对 同一江段内各排污单位再进行“一刀切的污染物协调优化分配模式。这种从经 济优化角度出发，兼顾公平原则的分配模式比仅考虑经济优化原则的分配方案更 易于为各分配单元所接受。 李彦武等【3 4 】贝0 从技术和政策相结合的角度，对废水污染负荷分配计算的技术 方法进行探讨。研究从可分配的水环境容量出发，建立污染负荷分配相关关系， 提出按单位产值、水污染控制点等水质影响和等比例削减负荷的三种分配计算模 式。 这些分配模型，研究的都是确定性条件下污染物允许排放量优化分配问题， 也有人试图从不确定性角度进行研究，如夏军等 3 5 】利用河流水质灰色非线性优化 理论，张祥伟等【3 6 】运用灰色动态规划理论，曾光明【3 7 】则基于河流水质系统的非 第一章绪论 线性特征，对多河段水环境系统污染物削减分配问题进行了研究。熊德琪【3 8 】还从 模糊数学角度，依据水污染控制系统模糊规划理论研究了这一问题。 值得一提的是，在水污染物总量分配研究中，影响最大、使用最广泛的为离 散规划模型。自2 0 世纪8 0 年代初在北京大气环境质量标准指定中首次提出运用 离散规划问题以来，国家“六五”和“七五”规划的水环境容量攻关中，对离散 规划方法在总量优化分配的应用都作了大量研究和尝试，逐步形成了离散规划模 型的快速排除解法。目前，已在沱江水质规划、长江安庆段水环境容量开发利用 水环境保护研究、南京长江河段水质规划、松花江佳木斯段水质管理规划等多处 应用离散规划。针对上述离散规划模型不便于实现多个控制点或面同时优化、计 算规模和计算速度能力较弱的缺陷，胡炳清 ”】又作了进一步改进，提出了基于最 速下降搜索法的污染物分配离散规划模型。 上述研究都是基于经济优化( 效率) 原则，建立的水污染物削减量或允许排 放总量优化分配模式，目的是使总量分配在实现一定环境目标前提下，区域污染 治理费用最低。方法主要可归纳为：线性规划法，非线性规划法，整数规划法， 动态规划法，离散规划法，灰色规划以及模糊规划法等。 ( 2 ) 基于公平性原则的总量分配 林巍等人【4 0 、4 l 】根据已有的“公平分配”方法中所隐含的不公平性，利用环 境冲突分析理论，建立了关于公平的公理体系，设计出满足公理体系的排污总量 公平分配原则。 毛战坡等人【4 2 】也强调了排污总量分配中的公平性，阐明了公平合理的污染物 削减分配方案应满足的条件。在此基础上，提出污染物分配的非线性规划法、满 意度法、基于多人合作对策思想基础的协商仲裁法等分配模式，并给出各自求解 方法。 徐鸿刹3 3 】首先依据经济优化原则( 或效率原则) 建立污染物优化分配模型。 考虑到同一江段内多个污染源间污染物分配的公平性，提出在各河段优化分配结 果的基础上，同一河段内实施“一刀切”的协调优化方法。 李嘉等【4 3 卅从一维河流单种污染物的水质控制问题出发，以合作治理污染 为指导思想，在充分考虑各污染源对水环境容量资源竞争等因素后，推导并建立 了河段各污染源排污量限制和排污浓度限制的协同控制模型。再由这典型的合 作博弈模型，对污染物在河段的每个污染源间进行公平合理地分配，以使各污染 源达成协同控制污染的意愿。吴伟等【4 5 】也试图运用博弈理论研究环境污染问题。 苏惠波【4 6 】贝0 采用前苏联稀释倍数法改进后的数学模型对排污总量进行分配。 包存宽等【47 】根据污染源对河流控制断面水质影响系数确定各污染源允许排放量。 王西琴等【4 8 】基于改进的经济、环境、资源、污染治理投入产出模型，建立区域水 第一章绪论 环境经济多目标优化规划模型，对行业间污染物排放分配问题进行研究。贾桂林 1 4 9 1 依据排污单位的经济、环境和社会效益及其对水域功能的影响大小，确定分配 原则，并采用权系数k 值法确定排污单位应承担保护水环境的义务和有偿享受水 环境资源的权利。 李如忠【5 2 】研究了基于经济、社会和环境系统诸要素影响，设计了一种定 性与定量相结合描述判断矩阵的多指标决策层次分析法来进行排污总量分配。研 究结果表明，该方法与等比例分配等一般的数学优化方法相比，所考虑的因素更 为全面，由此所得的分配方案更趋科学、合理。该方法克服了等比例分配方法的 不公平性，又兼顾了各分区的差异，但在层次结构模型中指标选取的合理性对分 析结果有重要影响，具有较强的主观性，且层次结构模型中判断矩阵的构造与求 解比较复杂困难，造成实际操作性不强。杨玉峰等【5 3 】认为在水污染物总量分配中， 应当看到区域间经济、环境、资源和管理等方面所存在的差异性。另外，万飚等 人【5 4 】也对污染物分配进行了研究。 1 2 5 问题与不足 从以上对分配技术的分析中可以发现，目前基于这两种分配原则的分配方案 均存在一定的缺陷： ( 1 ) 传统的等比例分摊及等比例削减方案是基于水环境容量或总量目标 进行“一刀切 ，不论污染源的污染物排放情况及污染治理水平，给各污染物相 同的污染物排放量或削减指标，该方案一般是政府的强制手段，易于政府实施， 但它既未考虑公平性也未考虑效率性，导致各污染源对最终的分配方案均存在争 议，难以达成共识，进而难以将分配方案付诸实施。 ( 2 ) 基于效率原则的污染物总量分配方法，则仅从经济角度出发，建立模 型求解，片面追求经济成本最小化，忽视了总量分配过程涉及的社会、技术、管 理、资源等其它因素的影响，往往导致出现“鞭打快牛”的现象( 实践过程中， 污染治理效率高、边际治理费用低、管理得力的污染源要负担更多的削减量) ， 使治理得力的污染源对分配方案充满争议，挫伤其治理积极性。在现有水污染控 制体制和管理模式下，基于效率原则所制定的污染物优化分配方案往往难以有效 地付诸实施。 ( 3 ) 基于公平性原则的总量分配方法，要么停留在理论研究上，仅给出坚 持公平性原则需要遵循的原理和要考虑的因素，并没给出一套较完整的体系；要 么给出了一套体系，但过于理论化使得变量的选择难以定量化、分配方案过于复 杂而难以在实际中加以应用，最终难以达到预期目的；或者片面强调某一方面的 公平性，忽略了其他方面而造成貌似公平实际并未真正体现公平性的假象。 第一章绪论 目前分配方案中存在的这些问题势必严重挫伤污染源自我治理的积极性，激 发污染源的抵触情绪，使规划方案及污染治理措施在实施过程中遇到重重阻力， 难以有效实施。因此建立一套兼顾公平和效率原则，且被各污染源普遍接受，易 于定量化、便于实施的分配方案是解决这些问题的关键。 1 3 研究内容及意义 1 3 1 研究内容 ( 1 ) 环境公平的理论基础：探讨环境公平的含义、分类、环境公平与环境 效率的关系以及当前环境资源分配体制所导致环境不公平性的体现，阐述环境公 平问题是环境问题的根本问题。 ( 2 ) 在前人工作基础上把广泛用于经济学领域来评价公平性的基尼系数 技术化地应用在环境领域。应用环境基尼系数这一新概念建立一套全新的总量分 配体系，以期为解决长期以来在水污染物总量分配中难以将公平与效率有机结合 的问题提供一种新的思路和方法。一方面避免只从经济角度考虑成本最小化造成 分配的不公平，另一方面将环境公平理论切实应用到污染物分配中，在全面考虑 各地区的污染现状、自然地理条件、经济发展状况、人口社会等多方面的客观因 素后确定出公平分配方案。政府管理部门依照此公平方案进行分配可以最大限度 减少分配单元间的争议，至于经济效率的问题则通过建立排污交易市场，完善排 污权交易体系，由市场规则来解决，进而实现污染治理成本最小化。 ( 3 ) 制定基尼系数分配方法的具体技术路线。包括主要控制指标、运算规 则及具体计算方法的确定；根据相关约束条件建立模型；开发相应软件以简化环 境管理部门在应用该方法体系确定分配方案时的操作步骤；将基尼系数方法体系 应用于海河天津“十一五”水污染防治规划，确定“十一五”期间天津市各区县 的污染物允许排放量( 也即基于现状的削减量) ，进一步来验证该方法体系的合 理性和可操作性。 1 3 2 研究意义 ( 1 ) 通过研究环境公平性将水污染物总量分配、环境公平性等概念明确， 同时确定环境公平性在水污染总量分配中的重要作用。 ( 2 ) 将基尼系数这一广泛应用于经济领域的概念应用到水污染物总量分 配中，并将各区域的自然条件和经济条件的等客观条件都纳入到总量分配的考虑 因素中进而确定各区域的水污染物总量，避免现有水污染物总量分配方案的不 第一章绪论 足，以更为科学地体现公平性。 ( 3 ) 将基尼系数在经济学领域的应用规则针对环境领域的特点进行改造， 使更适用于污染物总量分配过程，也为后期进行更深入的相关研究提供一种新的 思路。 ( 4 ) 在整个的研究过程中立足于可操作性和可实施性，摆脱“纯理论”研 究难以在实际中加以应用的缺点，分配指标体系中变量的选择，运算规则的制定 都将各区域的地理条件、经济条件及社会条件等客观条件进行综合考虑，同时在 指标体系中选择易于定量化和统一化的变量。并设计开发相关计算软件，使分配 过程及分配方案均简单易行，提高环境管理部门的工作效率。 第二章环境公平性探讨 第二章环境公平性探讨 2 1 环境公平问题的提出 环境公平概念是美国环境运动发展到特定阶段提出来的。早期美国环境保护 团体并没有注意到环境公平问题，他们奋斗的目标是保护野生动物、呼吁生态保 护和资源管理、采取行动抵制和减轻污染等等，行动背后的假设是环境危害的整 体性，即对所有人都造成危害。这一时期，环境运动品格是由占据社会主导地位 的中上阶层白人所塑的，由于他们的社会地位使得他们直接倡导环保而无需关注 自己的社会权益。 2 0 世纪8 0 年代，居于社会下层的一些人参与到环境运动中来，他们的参与 改变了环境运动的方向，因为他们是从自己所遭遇的环境污染角度提出环保问 题。特别是，当他们觉得自己比别人更容易暴露于环境危害之中时，他们开始产 生不满，并要求维护自己的权利。 1 9 8 2 年在美国北罗卡莱纳州瓦伦县发生的一次事件成为环境运动的转折 点。当时在那里修建了一个填埋场，准备用于储存从该州1 4 个地区运来的聚氯 联苯( p c b ) 废料。此事遭到了许多人抵制，当局逮捕了5 0 0 人，由此激起人们 对歧视性使用社区土地的关注。此后，应国会议员瓦尔特方特里之请，美国审 计总署在南部8 个州进行了一次研究，以了解有害废物填埋场与其周围社区的种 族和经济特征之间的相关关系。研究结果表明，填埋场位于少数民族聚居区附近 1 5 5 o 1 9 8 7 年，美国统一基督教联合会发表的一份报告指出，在美国2 5 个州和5 0 个大城市中，有五分之三的黑人和拉美后裔居民与有毒废料场为邻，种族和经济 地位同样影响有毒废料场选址的重要变量。紧接着，美国“国家法律杂志 又进 行了一项研究，结果表明“美国环保局在举证少数民族社区的填埋场时要比举证 白人社区填埋场多花2 0 的时间，并且向少数民族社区倾倒废料的人要比白人 社区的污染者少交5 4 的罚款。此后各种官方、非官方的研究一再证明种族、 民族以及经济地位总是与社区的环境质量密切相关，与白人相比，有色人种、少 数族群和低收入者承受着不成比例的环境风险【5 5 、5 6 1 。 这样，越来越多的人意识到，环境问题实际上是社会问题的延伸，如果不将 环境问题与社会公平的实现紧密联系起来，环境危机就不会得到有效解决。环境 第二章环境公平性探讨 公平的概念由此得以确立。 1 9 9 1 年1 0 月2 7 日，美国有色人种环境领导人在华盛顿举行峰会，此次会 议提出了环境公平的1 7 项原则，引起了广泛关注。1 9 9 2 年，美国环保局成立了 环境公平办公室，旨在谋求各社区在环境质量上的平等。1 9 9 4 年2 月，美国总 统克林顿又发布1 2 8 9 8 号行政令，要求联邦机构重视与少数民族和低收入者相关 的环境公平问题，把维护环境公平作为他们工作的一部分。由此环境公平的观念 得以广泛传播，并很快成为全球范围内流行的概念【5 6 】。 在我国随着环境治理研究的逐步深入，环境公平概念也成为当前环境研究工 作的重要组成部分，并开展了许多与环境公平相关的研究工作。 2 2 环境公平含义及分类 2 2 1 环境公平的含义 环境本身不存在公平问题，因为环境是指“人类为主体的外部环境世界，主 要是地球表面与人类发生相互作用的自然要素及其总体”。每一个人、国家和地 区都客观地面临着一种环境，只有当这些和人类“互相发生作用”的自然要素及 其总体为人类所必需、具有某种价值时，才谈得上人类对这些具有价值的资源的 利用，并进而才谈得上对它的利用、开发的公平问题。环境作为一种资源具有生 存空间价值、经济资源价值、消解污染物价值、美学价值。随着人类不断“发现” 自然的价值，人与自然关系逐渐变成一种“价值关系”，即主体( 人) 与客体( 自 然要素及其主体) 之间的关系。自然具有价值是该价值关系得以成立的基础，主 体需求是构成价值的前提，而环境公平问题是人类在环境资源“享用”过程中产 生的，反应了人与人( 包括人、地区、国家) 之间的关系。由于人与自然关系构 成了一种价值关系，这种关系“映射”到人类变成了一种利益分配关系，在利益 分配过程中必然产生公平问题。因此，前者是后者的基础，后者是前者的发生， 这就是环境公平的实质【57 1 。 由于人们对环境公