（环境科学专业论文）天津市水污染物总量分配方法研究.pdf

a b s t r a c t w i t ht 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 sh a v e b e e nm 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 w a t e r e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yr e s o u r c ei si n c r e a s i n g l yr a r e ，a si tw a sp o l l u t e dm o s ts e v e r e l y , t h er a t i o n a la l l o c a t i o no ft h er i g h t st ou s ei th a sb e c o m eav e r yi m p o r t a n td i f f i c u l t p r o b l e mt h e o r e t i c a l l ya sw e l la st h ek e ya n dd i f f i c u l tp o i n to ft h ef u t u r ee n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o nw o r k n o wt h e r ea r es t i l lm a n yp r o b l e m so nt o t a lw a t e r w a s t el o a d a 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 rp 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 ot h a tt h et a s ki st ob u i l daf e a s i b l em o d e lo ft h et o t a lw a s t el o a da ll o c a t i o ni nt h e c o n s i d e r a t i o nb o t ht oe f f f i c i e n c ya n de q u i t y f i r s t ，k i n d so fp r e s e n tm o d e l so fw a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ya l l o c a t i o na r ea l l d e t a i l e di n t r o d u c e d t h ec h a r a c t e r i s t i co fa l l o c a t i o nm o d e l so nt h ep r i n c i p l eo f e f f i c i e n c ya n de q u i t yw e r ed i s c u s s e ds e p a r a t e l y s oa r et h er e s t r i c t i v eq u a l i f i c a t i o n s a n df a c t o r sd e t e r m i n i n gt h e s ec h a r a c t e r i s t i c t h er e s e a r c hp u r p o s ew a sc o n f i r m e dt h a t i st ob u i l dan e we a s i l y - h a n d l e da l l o c a t i o nm o d e lg i v i n ga t t e n t i o nt ob o t ht h et w o p r i n c i p l e ，a n dc a nb ea c c e p t e db yt h ep o l l u t e u n i t sl a r g e l y t h e n ，a l l o c a t i o ne o n t r o li n d e x e sw e r ec h o s e nf o ra r e a a l l o c a t i o n m o d e la n d i n d u s t r y 。a l l o c a t i o n m o d e l a c c o r d i n gt ot h et h r e ep r i n c i p l e so fe n v i r o n m e n t a lb e a r i n g ， e n v i r o n m e n t a lr e s o u r c eu t i l i z i n ge f f i c i e n c ya n de n v i r o n m e n t a le q u i t y , t h em o s tc o d l e t - o u ta l l o w a b l eb yw a t e rr e s o u r c ec a p a c i t y , c o dl e t - o u tp e rt e nt h o u s a n dy u a ng d p a n de n v i r o n m e n t a lg i n ic o e f f i c i e n to f p o p u l a r i t yt oc o do f t h es e c t i o n sa n dc o u n t i e s w e r ec h o s e nf o rt h ea r e a - a l l o c a t i o n m o d e l c o dl e t o u t p e rt e nt h o u s a n dy u a n p r o d u c t i o nv a l u ea n df r e s hw a t e ru s e dp e rt e nt h o u s a n dy u a np r o d u c t i o nv a l u ew e r e c h o s e nf o rt h ei n d u s t r y a l l o c a t i o n m o d e l t h i r d ，a r e a - a l l o c a t i o n m o d e la n d i n d u s t r y a l l o c a t i o n - m o d e lw e r e b u i l t e s p e c i a l l y , f o rt h ea r e a a l l o c a t i o n - m o d e l ，a n i d e a la l l o c a t i o nm o d e lr e s t r i c t e d t o e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ya tas p e c i f i e df u t u r ed a t ea n da n o t h e ra l l o c a t i o nm o d e l r e s t r i c t e dt oe n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yi nt h en e a rf u t u r ew e r eb u i l ts e p a r a t e l y a tl a s t ，t h i sm o d e li su s e di nt h et o t a lw a s t el o a da l l o c a t i o ni nt i a n j i n t h e o u t c o m es h o w st h a tt h em o d e li s f e a s i b l e ，t h ei n d e x e so p t i m i z e do fe n v i r o n m e n t ， e f f i c i e n c y , e q u i t yw e r eb e t t e rt h a na c t u a l i t yi nt h ea r e ap o ll u t a n ta l l o c a t i o n i nt h e i n d u s t r yp o l l u t a n ta l l o c a t i o n ，t h eo u t c o m es h o w sm o r el o a do fm i n i f yq u a n t i t yw a s a l l o c a t e dt ot h o s ei n d u s t r yo fp a p e rm a k i n ga n dc h e m i c a lf i b e rm a k i n gt h a tt h ec o d l e t o u tp e rt e nt h o u s a n dy u a np r o d u c t i o nv a l u ei sb i g g e rt h a no t h e r s ，o n l ys e v e r a l s e v e r ep o l l u t i n gi n d u s t r yg e tc e n t r a l i z e dc o n t r 0 1 a l s oi tw a ss h o w nt h a tw a t e r r e s o u r c eu t i l i z i n gi nt i a n j i nw a sn e a r l ys a t u r a t e d p r o d u c t i o nt e c h n i q u el e v e ls h o u l d b er a i s e di no r d e rt or e d u c ec o dl e t - o u tp e rp r o d u c t i o nv a l u ei fw es t i l lp u r s u et h e g o a lo fb o t hr a i s i n gt h ei n d u s t r yp r o d u c tv a l u ea n dr e d u c i n gt h ep o l l u t i o n i naw o r d ，t h i sp a p e ra d v a n c e san e wt h o u g h to fw a t e rt o t a lw a s t el o a da l l o c a t i o n m o d e l a f t e rc h o o s i n gs e v e r a li n d e x e s ，p l a n n i n gc o r r e s p o n d i n gt e c h n i c a lm e t h o d ，i t g e t ss o m ep r o d u c t i o nt h a tp r o v i d e ss c i e n t i f i ct h e o r yg i s to ft i a n ji nt o t a lw a s t el o a d c o n t r o la n dp u t t i n go u to ft h ee m i s s i o nl i c e n s e ，a n ds h o w ss o m er e f e r e n c ev a l u eo n c o n s u m m a t i n gt h ep o l l u t a n tg r o s sa ll o c a t i o nt e c h n i q u e ，w h i c hi st h ef o u n d a t i o nf o r t h er e s e a r c hg o - d e e p - i n k e yw o r d s ：w a t e rp o l l u t a n t ，t o t a ll o a da l l o c a t i o n ，t i a n j i n ，e f f i c i e n c y , e q u i t y , f e a s i b i l i t y 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，也不包含为获得苤连盘垒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己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：砷年舌月锣日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权岙聋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： 签字日期：沙7 年月”日 导师签名： 琴坎玄牟 签字日期：2 叼7 年月7 日 天津大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景及研究课题的提出 1 1 1 研究背景 “水是生命之源”世界上几乎没有一个文明发源地不是傍依河湖，并依靠 必要的可供水源而发展起来的，中国的黄河、埃及的尼罗河和印度的恒河等曾孕 育了人类早期的伟大文明。没有水就没有人类的文明，就没有城市。然而随着水 资源消费量的迅速增长和水污染的日益加剧，同时加上地区性的水资源分布不均 匀和周期性干旱，目前全国乃至全球都面临水资源危机，并且这种趋势仍在恶化。 有数据统计显示，2 0 0 5 年全国废水排放量高达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，比上年增长5 8 哈。污染物排放量仍然很大，且呈 逐步增长趋势，水环境污染现状不容乐观。对于水资源和其它生命维持系统的破 坏，已经使水不仅仅是生命之源和娱乐之依托，同时也成为制约我国发展的瓶颈。 而污染及从河道和水体过量取水的必然后果，是它成了疾病、生态受扰动和社会 混乱的诱因。 表1 12 0 0 5 年部分重点流域检测断面水质状况表6 2 0 0 5 年经过对我国重点流域。水质及污染物排放情况分析发现，重点流域的 。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。 “数据来源：国家环境保护总局环境规划院。 重点流域为：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。 l ” 学m 十学位论k 第绪沦 水体水质依然处_ 二蕈度污染状态主要污染指标为高锰酸盐指数、氨氮、石油类 等等。部分重点流域水质状况见表卜l 及图i - l 。 7 口4 口2 6 l 。! 堕j 粗亟要。叵亘奂亟 闰i - 12 0 0 5 年地表水水质类别组成情况翻 从表1 - 1 和圈1 i 上可以看出目前我国的重点流域的4 1 1 个检测断面中处于 五类及劣 i 类水质的有i3 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。 当前水环境污染的晟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，即在污染源问合理分配水污染物排放总量，根据确定的总 量日标进行污染物削减使水环境得到逐步改善。 水是经济发展的命脉，而水资源己成为现代社会发展和人类文明建设的基本 物质条件和重要制约因素。保护水资源，防治水污染是当今世界性的问题，更是 加速我闺城市水污染防治进程，促进水资源的合理开发利用，以推动城市建设和 经济发展所而临的当务之急。为从根本上解决水资源供需矛盾和水环境污染问 题，各国各地纷纷重视和加强水环境规划 ：作，将水资源开发利用和水坏境保护 结合起柬，促使水环境与人口、经济执调同步发展。城市忭为流域污染的主要来 源，其水环境规划就显得尤为重要，周此，早在改革开放之初，我国深圳特区便 首先进行了环境质量影响评价和环境规划的研究，珠海、汕头、厦门等城市髓之 开展了相应的t 作，其他沿海开放城市也在此之后陆续进行了环境规划。 然而，从目前实施效果看各种分配方案均存在不同程度的问题使得环保机构 天津大学硕士学位论文第一章绪论 尤其是基层环保机构苦于没有一套合理有效的水污染物总量分配体系而难以将 水污染物进行合理有效的分配，进而影响到水环境治理工作的推行和目标的实 现。因此，在水环境容量有偿分配和使用成为一种不可避免趋势的情况下，研究 出一套行之有效的水污染物总量分配方案，为后期排污许可证制度顺利、有效地 推行，使污染物排放总量控制在环境容量允许的范围内，实现经济和环境的协调， 具有重要的理论意义和现实意义，成为目前一项紧迫的研究课题。 1 1 2 研究课题的提出 本研究课题属于全国重点流域“十一五”水污染防治规划编制工作的一部分。 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有效合理的分配将起 到关键作用，分配方案的有效性将直接影响到“十一五”规划方案的实施进度，从 而影响我国水环境治理的工作进展。 根据国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，“十一五”期间国家对 化学需氧量( 以下简称c o d ) 实行排放总量控制计划管理，计划到2 0 1 0 年，天 津市c o d 的排放量要比2 0 0 5 年减少1 0 。天津市面对国家在“十一五”期间所制 定的总量目标，如何将污染物总量有效合理地科学分配给各个区县、行业，最后 下放至个体，使最终的分配方案既能够满足国家规定的总体目标，又能够合理有 效，得到各区县、行业、个体的充分认可，使之可行，且分配方案简单快捷，易 于操作将成为衡量天津市“十一五”水污染防治规划工作优劣与否的关键所在。本 文以海河区域天津地区“十一五”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相关问题，来展开对水污染物总量分配的研究。 本研究中，将讨论污染物各种总量分配方式的优劣，结合其长处，并引入在 经济领域中广泛应用的基尼系数分析方法，设计和开发一套合适的规划模型及其 求解软件，分别求解出最理想、最佳、最可行的分配方案，最后确定最终的总量 分配方案，为后期进行天津地区的排污许可证的发放提供技术支持。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 主要概念和核心内容 h 水环境容量 环境容量是环境科学的一个基本理论问题，也是环境管理中的一个重要的实 际应用问题。环境容量反映污染物在环境中的迁移转化和积存规律，也反映在特 定功能条件下环境对污染物的承受能力。在实践中，环境容量是环境目标管理的 3 天津大学硕士学位论文第一章绪论 基本依据，是环境规划的主要环境约束条件，也是污染物总量控制的关键技术支 持。开展环境容量研究，不仅可以揭示自然环境的内在属性，而且对于制定污染 物的环境质量标准、工农业合理布局以及环境质量影响评价和环境规划等均具有 相当重要的意义。尤其是在污染物排放总量控制的大背景下，作为环境容量最重 要的组成部分和水环境污染总量控制的理论基础，水环境容量的研究己成为人们 关注的焦点和热点问题。 环境容量的概念首先是由日本学者提出来的。6 0 年代末，日本为改善水和 大气环境质量状况，提出污染物排放总量控制问题。欧美国家的学者较少用环境 容量这一术语，而是用同化容量、最大容许纳污量和水体容许排污水平等概念。 环境容量的研究在我国已取得一些成绩，但是，目前国内外对环境容量的定 义仍未统一，认识和理解尚不一致。大致可分为：环境容量就是环境质量标准 与环境单元内总体积的乘积；环境容量等于环境质量标准与本底的差值乘以总 体积；把环境容量看成是最大允许排污总量的增量与控制浓度的增量的比值； 环境容量定义为环境自净能力的度量，它是自净系数与总体积的乘积；环境 容量就是指环境介质容量容纳各种污染物质的多少；环境容量就是一源地释放 某种有害物质于环境中，由于环境作用而不造成环境危害的最大允许释放频率； 环境容量是指某环境单元所允许承纳的污染物质的最大数量。 通常将水环境容量定义为“水体环境在规定的环境目标下所能容纳的污染物 量。”环境目标、水体环境特性、污染物特性是水环境容量的三类影响因素。水 环境容量的大小不仅取决于自然环境条件，以及水体自身的物理、化学和生物学 方面的特征，而且与水质要求和污染物的排放方式有密切关系。它是以环境目标 和水体稀释自净规律为依据的。以环境基准值作为环境目标是自然环境容量；以 环境标准值作为环境目标是管理环境容量。严格的自然环境容量是很复杂的，不 是短期所能解决的，当前水环境容量研究的主要研究对象是管理环境容量。它不 仅和自然因素有关，而且考虑了各种社会和经济因素，求算方便、快捷，兼顾科 学性和可操作性。 一般水质管理环境容量与水质模拟计算容量之间的相对误差不超过 1 0 0 o - - , 2 0 ，这在实际管理中是可以接受的，模拟模式本身也存在误差，例如模 型，多参数的取值。 水质管理环境容量的理论基础是，在理论上，水环境容量w 可以分为两部 分： w = k + r ( 1 一1 ) 其中，k 为稀释容量，指水体通过物理稀释作用使污染物达到规定的水质目 标时所能容纳的污染物的量。r 为自净容量，是指水体通过物理、化学、物理化 4 天津大学硕士学位论文第一章绪论 学、生物作用等对污染物所具有的降解或无害化能力。 水污染物总量控制 所谓水污染物总量控制，是国外2 0 世纪7 0 年代初期发展起来的一种比较先 进的水环境保护管理方法。是指在某个区域范围内，根据该区域的实际情况，充 分考虑区域经济发展水平，从质与量二个方面，认真评估该区域的水资源现状， 科学合理地提出该区域的水环境保护目标；计算出该区域水体按此环境目标所允 许的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 形式分配到各排污单位，作为法定排污指标【l 】。其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 客观上定量地把握经济、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1 2 。 每一排污口浓度达标乘以排水量所得排污总量相加，虽然亦是区域排污总 量，但这不是真正意义上的总量控制。总量控制的真正意义是负荷分配。根据排 污地点、数量和方式，对各控制区域不均等分配环境容量资源。根据每一污染源 排污总量削减的优先顺序和技术、经济可行性，不均等地分配技术、经济投入。 通过在流域范围内不均等地分配环境容量资源，在区域范同内不均等地分配技 术、经济投入，实现最小投资条件下的最大总量负荷削减，或在最小投资条件下 实现环境目标，并将实施方案和控制措施落实到源，体现为总量控制负荷指标分 配到源，而不是单纯的排污量相加【6 】。 采用水环境污染物排放总量控制，可以有效的克服多年来我国一直实行的水 污染物浓度控制遗留的弊端，从宏观上把握水污染形势，确保水环境质量得到逐 步改善和提高。 在水污染物总量控制工作中，关键步骤为：确定水污染物总量；将水污 染物进行合理有效的分配；将分配指标以排污许可证的形式发放，进行科学统 一管理进而达到总量控制的目的。 1 2 2 国外水污染物总量控制发展历程 美国水污染物总量控制发展历程 污染物总量控制，最早是由美国国家环保局提出的。美国从1 9 7 2 年开始在 全国范围内实行水污染物排放许可证制度，并使之在技术路线和方法上不断得到 改进和发展1 3 】。1 9 7 2 1 9 7 6 年实施第一轮许可证制度阶段，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，经过高质量技术分析做出的判断。当时，在确定污染源削减 天津人学硕士学位论文 第一章绪论 量中使用这种方法所占的比例，高达7 5 ，它得到美国水法的承认，在历史上 做出了贡献。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 行业颁发排放限值准则( e l g s ) 的方法。这种方法在以后的阶段很快得到推广， 陆续颁布了各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。目前， 以技术为依据的方法已成为美国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些工业行业尚未有排放限值准则的情况下采 用。美国于1 9 8 3 年1 2 月正式立法，实施以水质限制为基点的排放总量控制。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，而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、p h 值等因素在各季节的差 异来确定。同时，美国有些州还实行一种“变量总量控制”，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界条件为根据而得出固定的 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“点源一非点源兑换法”，前者允许将部分分配给某个排污者的污染负荷转换 给其它难以用比较经济的手段达到要求削减量的排污者，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有效得多。采用以上各种总量控制方法可大大减少污染控制 的费用。从采取水染物排放总量控制制度至今，美国的水环境污染控制取得了明 显的成效。 日本水污染总量控制发展历程 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。在1 9 7 1 年开始对水质总量控制计划问题进行了研究，于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了总 量控制，以c o d 指标限额颁发许可证。日本环境厅于19 7 7 年提出了“水质污染 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 污染总量控制”，就是通过采取统一的、有效的措施，把流入一定水域的污染负 荷总量控制在一定的数量之内，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。并于1 9 7 8 年6 月修改了部分水污染防治法， 以c o d ( 化学耗氧量) 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。 6 天津火学硕士学位论文第一章绪论 其它国家水污染总量控制发展历程 联邦德国和欧洲共同体各国采用水污染总量控制管理方法后，使6 0 以上 排入莱茵河的- t 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 国内水污染总量控制发展历程 地区实行了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 9 8 8 年3 月，国家环保局关于以总量控制为核心的水污染排放许可证管理暂行办法 和开展排放许可证试点工作通知的下达，标志着我国开始进入总量控制、强化水 环境管理的新阶段1 5 】。而污染物排放总量控制正式作为中国环境保护的一项重大 举措，出现在1 9 9 6 年全国人大通过的国民经济和社会发展“九五”计划和2 0 1 0 年远景目标纲要中1 3 j 。原国家环保局为落实“九五”环保计划，特编制了“九 五”期间全国主要污染物排放总量控制计划。在其后的一年时问内，我国的污染 物排放总量控制由思路框架落实成为了一项具体的国家级的环保政策。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，在 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，确保了水环境污染 物总量控制管理办法在我国的科学、严格、顺利的实施【4 】。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 2 0 0 2 】l1 7 号) ，要求对面积在10 0 0k 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环境污染物排放总量控 制的重视。 据调查，国内实行污染物总量控制的方法和形式依据各地条件和各地问题的 不同有所改变。各地都根据本地区的地理特点、规划布局、经济发展、环境状况 等各种因素，分别采取了相应的控制方式。例如：沈阳市化工行业污染物流失量 的控制；沈阳市西部污水系统的总量控制：辽宁省的点源排放总量指标管理；松 花江水系的污染物总量控制；天津市的重金属排放总量控制等。其中有区域总量 控制、有水系总量控制、有行业总量控制、也有特定污染物的总量控制。他们的 探索和试点经验，为全国开展这方面的工作提供了宝贵的经验。 “十一五”期间国家对化学c o d 、二氧化硫两种主要污染物实行排放总量控 制计划管理，排放基数按2 0 0 5 年环境统计结果确定。计划到2 0 1 0 年，全国主要 污染物排放总量比2 0 0 5 年减少1 0 ，具体是：化学需氧量由1 4 1 4 万吨减少到 7 天津丈学硕士学位论文第一章绪论 1 2 7 3 万吨：二氧化硫由2 5 4 9 万吨减少到2 2 9 4 万吨。在国家确定的水污染防治 重点流域、海域专项规划中，还要控制氨氮( 总氮) 、总磷等污染物的排放总量， 控制指标在各专项规划中下达，由相关地区分别执行，国家统一考核。鼓励各地 根据各自的环境状况，增加本地区必须严格控制的污染物，纳入本地区污染物排 放总量控制计划。 主要污染物排放总量控制指标的分配原则是：在确保实现全国总量控制目标 的前提下，综合考虑各地环境质量状况、环境容量、排放基数、经济发展水平和 削减能力以及各污染防治专项规划的要求，对东、中、西部地区实行区别对待。 1 3 研究内容及意义 1 3 1 研究内容和路线 基于天津市水环境和经济发展的具体特点，研究影响天津市水环境的主要因 素，制定水污染物c o d 分配的依据指标，选择适合的计算方法，以指标2 0 0 5 年的统计数据为基础，在合理的假设条件和约束条件下，制定近期( “十一五期 间”) 以天津市l8 个区县为控制单元的区域总量分配方案，以天津市1 2 个主要 水污染行业为控制行业的行业总量分配方案，并对方案的效果和可行性进行评价 和分析。具体技术路线如下： ( 1 ) 确定分配指标。通过比较各种总量分配方式的优劣所在，根据天津市 的具体情况确定区域总量分配和行业总量分配的原则，指定相应的分配依据指 标。 ( 2 ) 提出分配方案。将体现公平性和效率优先性的分配模型特点结合起来， 探讨区域水环境容量有效合理利用，以天津市18 个区县为控制单元的提出区域 总量分配方案，以天津市1 2 个主要水污染行业为控制行业提出行业总量分配方 案。 ( 3 ) 方案比较评价。对所提出分配方案的效率、环境、公平效果进行评估， 结合天津市水环境管理的具体特点，进行方案比较，选择出可行的分配方案。 1 3 。2 研究意义 ( 1 ) 通过对各种总量分配方案的介绍和分析，进一步明确水污染总量分配 等概念，分析分别以效率和公平为原则的分配方案的特点及决定其特点的限制条 件和因素。 ( 2 ) 在研究过程中立足于可操作性和可实旌性，摆脱“纯理论”研究难以在 8 天津人学硕士学位论文第一章绪论 实际中加以应用的缺点。建立可操作的数学模型，使得分配过程和方案均简单易 行，提高环境管理部门的工作效率。 ( 3 ) 以现有数据为基础，得出天津地区各区县、行业及各控制单元的污染 物允许排放量，为后期发放排污许可证提供数据支持。 9 天津大学硕j j 学位论文第二章污染物总量分配方法的比较分析 第二章污染物总量分配方法的比较分析 2 1 总量的分配原则 当水域功能区或控制单元的允许排放总量和削减量确定后，可以由多种总量 分配方案使之满足总量削减目标。如何合理而科学地将污染物的控制总量分配到 每个污染源，是总量控制方法的核心问题。 2 1 1 总量分配的一般原则 ( 1 ) 等比例分配原则：即在承认各污染源排污现状的基础上，将总量控制系 统内的允许排污总量等比例地分配到源。各源等比例分担排放责任。这是一种在 承认排污现状基础上比较简单易行的分配方法。这种等比例分配，实际上是不平 等的。因为，一个技术革新做得好的环保先进企业与一个生产工艺落后，污染物 排放量大的落后企业，承担相同的义务，实际上是鼓励落后的分配原则，在承认 现状，简单方便这一点上，等比例分配原则仍可供参考，但其不合理性是明显的。 ( 2 ) 费用最小分配原则：又称经济优化规划分配原则。该原则系以治理费用 作小为目标函数，以环境目标值作为约束条件，使系统的污染治理投资费用总和 最小，求得各污染源的允许排放负荷。显然，此数学优化规划求得的结果反映系 统整体的经济合理性，即有很好的整体经济效益、社会效益和环境效益。但并不 能反映出每个污染源的负荷分担是合理的。有些源为了总体方案最佳化，可能要 被强迫承担多于自己该承担的削减量，而另外一些源则准予承担少于自己应该承 担的削减量。这种分配结果对于有计划的商品经济体制来说，不利于企业在平等 的市场交换条件下开展竞争，束缚企业高效率。因此，产生了第三种分配原则。 ( 3 ) 按贡献率削减排放量的分配原则：即是按各个污染源对总量控制区域内 水质影响程度的大小，按污染物贡献率大小来削减污染负荷，对水质影响大的污 染源要多削减，反之则少削减，它体现了每个排污者平等共享水环境容量资源， 同时也平等承担超过其允许负荷量的责任。对排污者来说，这是一种公平的分配 原则，有利于企业提高效率开展竞争。但是，这种分配原则并不涉及污染治理费 用，也不具备治理费用总和最小的经济优化规划的特点，在总体上不一定是合理 的。但易于为各厂家所接受，易于推行，这是种值得研究予以发展和完善的分 配原则。 l o 天津人学硕士学位论文第二章污染物总量分配方法的比较分析 因此，在进行总量控制，实行分配时，往往要进行总体系统分析，综合运用 各种原则，并运用行政协调的方法，求得既达到总体合理，又使每个污染源尽量 公平地承担责任。 ( 4 ) 按污染范围和程度大小的( 包括污染长度、面积的大小) 分配原则：由于在 功能区或污染控制单元内污染源的位置不同，有的污染源污染距离长、面积大， 有的污染源污染距离短、面积小，这意味着各污染源的污染影响的范围和程度不 同，应当作为污染责任分担率的重要因素加以考虑。 ( 5 ) 按污染物毒性大小承担污染责任分担率的原则：在排污总量或排污责任 分担率的分配中，对毒性大，危害严重的危险污染物应提高其治污责任，加大其 污染责任分配比例的原则。 ( 6 ) 按企业污染治理的先进性考虑污染责任分担率和削减率的分配原则。 2 1 2 容量总量分配的技术原则 ( 1 ) 由河流水域功能区控制断面或控制点的水质标准计算和分配各排污口的 实际排放强度和允许排污强度以及实际排放总量和允许排放总量。 ( 2 ) 由进入河流排污口的允许排污强度或允许排放总量计算和分配各个工厂 排污口的允许排放总量和削减量。 ( 3 ) 按各工厂的实际排污强度的百分率分配进入河流排污口的允许排放强度 和削减率。 ( 4 ) 按各厂家所排污染物的排放强度与出厂后被污染自然环境的长度( 距离) 或面积之乘积的百分率分配治理责任。 ( 5 ) 根据污染物毒性之大小影响系数调整和分配治理责任。 ( 6 ) 根据污染物所进入之功能区的重要程度及敏感性( 即i 类、l i 类、1 1 1 类、 i v 类、v 类) 系数调整和分配治理责任。 ( 7 ) 根据工厂环境管理和污染治理的先进性系数，调整和分配治理责任。 总的来说，水环境容量的分配方法很多，但从目标原则上总结起来基本分为 两大类，即基于效率原则和基于公平原则的总量分配。 2 2 基于效率原则的总量分配方法 2 2 1 分配方法概述 总体来说，国外学者在进行水污染总量分配技术研究过程中多是基于经济最 天津大学硕士学位论文 第_ 二章污染物总呈分配方法的比较分析 优化原则建立的最优化数学模型。从最初水环境容量被用于污染控制以来，对它 的研究主要侧重于水环境容量的测定和对水环境容量使用权、即排污权分配上。 1 9 6 8 年美国人戴尔斯( j ，hd a l e s ) 提出排污权交易思想。从上世纪7 0 年代中期开 始，美国等发达国家把排污权( 环境容量使用权) 的初次分配逐渐从无偿转向有偿 ( 拍卖、奖励等) 1 7 】。排污权交易制度在美国等国家已经发展的比较成熟，确立了 一些行之有效的制度。 作为最早实施总量控制的国家之一，美国自1 9 7 2 年开始在全国范围内实行 污染物排放许可证制度，并已制订了实施污染负荷分配的技术指南晦j 。如何分配 污染负荷的研究在世界上也早己开展，如r o n a i da c h a d d e r t o n 等分析评价了8 种比较流行的污染负荷分配方法1 9 】。r u o c h u a ng u 等利用水质分析模拟模型研究 了美国i o w a 州d e s m o i n e s 河沿岸点源和非点源污染负荷的分配【i 。但这些分配 模式都没有很好地考虑初始分配的公平问题。国外目前的相关研究主要集中于对 不同分配方式的比较和对分配机制的具体设计。c a t h e r i n e l k l i n g 和 j i n h u a z h a o ( 2 0 0 0 ) 基于污染物的不同区域特性，对不同分配方式的长期效率进行 了分析】。p e t e rc r a m t o n 和s u z ik e r r ( 2 0 0 2 ) 和其他一些研究者对拍卖方式和“祖 父制”( g r a n d f a t h e r i n g ，即根据历史产量或排污量等因素无偿分配) 两种主要分配方 式的优缺点进行了比较，提出了各自的结论【1 2 乃1 4 1 。 以上研究方式是针对排污权的首次分配，以水质优化为目标函数建立模型的 方法，而有某些学者，以处理费用或治污费用最小化为目标建立了另外几种模型。 e c k e r 等【1 5 】以及c o n v e r s e 等人1 刀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之间的优化分配。而r e v e l l e 等人l i 剐、 t h o m a n na n ds o b e l i1 9 】则在将污水处理费用，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计算。 国内的学者对于水污染总量分配的效率模型研究主要有区域内排污总量最 小、区域内治理投资费用最小等方法【2 0 】。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，给予经济优化分配原则( 即效率原则) 进行的分配。 胡康萍等f 2 ”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、 水环境溶量计算和区域水资源水环境规划为基础，提出了总量分配的几种可行方 法，并建立了相应的总量分配数学模型：最小处理费用方法，即分配方案使所 研究区域内污染物削减费用最小；边际净效益最大方法。这几种计算方法是基 于不同预定目标的资源优化分配模式。 曹瑞钰等【2 2 j 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 天津大学硕士学位论文第二章污染物总量分配方法的比较分析 l a g r a n g e 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 3 】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。 鞠建林对环境容量的价值及经济学特性进行了论述，分析了环境容量配置的 难点及市场失灵的原因，指出由于外部性的存在，导致市场失灵，并提出外部费 用就是环境容量资源的占用费的观点1 2 4 1 。方秦华等提出以经济总量为基础按比 例分配环境容量的模式1 2 5 j 。李如忠设计了一种定性与定量相结合描述判断矩阵 的多指标决策的排污总量分配层次结构模型，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1 2 6 j 。 郑英铭等【2 巧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：按河流自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。 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问题，另外 还有人试图从不确定性角度进行研究，如河流灰色非线性优化理论，灰色动态规 划理论，模糊规划理论等等。 值得一提的是，在