（环境工程专业论文）基于delphiahp和基尼系数法的流域水污染物总量分配模型研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 基于d e l p h i a h p 和基尼系数法的流域水污染物总量分配模型研究 摘要 流域水污染物总量控制是流域水环境管理的主要内容，而流域水污染 物总量分配是实施总量控制的核心工作。在我国众多流域中，存在人口密 度大，工业发展多样化，而基础设施建设跟不上发展步伐，导致河流污染 负荷强度较高的问题。使得流域内的各行政区之间、上下游之间、各支流 之间等存在污染物排放的跨界冲突，各区域对整个流域污染物允许排放量 的合理配置有较强烈的诉求，因而研究更公平合理的流域水污染物总量分 配模型具有重要的现实意义。 本次研究以总量分配满足公平性原则为基本，兼顾各区域的经济技术 水平和社会发展状况等，作为本次研究总量分配的宗旨。以此宗旨提出“流 域行政区一污染源”的分配主线，对“流域一行政区”的污染物最大允 许排放量分配，采用d e l p h i a h p 法和基尼系数法，得到符合公平原则兼顾 各区域经济现状的分配结果；对“行政区一污染源”的现状削减量分配中， 采用等比例分配法，计算各污染源的现状削减量，分配结果符合公平性原 则。主要研究内容与成果如下： ( 1 ) 分配主线的确定：从便于行政管理的角度出发，选择“流域一行 政区一污染源”的二步分配主线，分别对“流域行政区”进行最大允许 与排放量分配，对“行政区一污染源”进行现状削减量分配。这种分配主 线可使流域的总量目标逐层下放到行政区和污染源，为总量控制做铺垫。 ( 2 ) 分配模型的构建：在水环境容量计算模型的基础上，通过面源污 染源调查与经验参数，核算农村生活源、农业面源、分散养殖源的污染物 入河量，构建最大允许排放量模型和现状削减量模型。对最大允许排放量 选择d e l p h i a 肿法，设计系统的指标体系，进行总量初次分配。采用基尼 t 太原理工大学硕士研究生学位论文 系数法对初次分配结果做评估和调整，通过选择人口、g d p 和地表水资源 量作为基尼系数判定指标，使调整后的总量修正分配满足公平性原则，且 在定程度兼顾各行政区的经济水平。对现状削减量采用等比例分配法进 行总量分配，满足公平性原则。 ( 3 ) 指标体系的建立：对最大允许排放量的分配，建立了总量分配指 标体系，将各行政区的社会发展状况、经济技术水平、水环境状况和水资 源状况作为总量分配权重的4 个决定因素，共筛选1 8 项分配指标，建立分 配指标体系，根据统计资料，耦合处理统计数据，构建的指标计算模型。 并分别对正负效指标建立归一化计算模型。 ( 4 ) 实例研究：以晋城市境内的丹河流域作为研究对象，对所建的总 量分配模型进行实例研究。在“流域行政区”污染物最大允许排放量计算 中，由d e l p h i a h p 得到的初次分配结果对基尼系数调整有促进作用，最终 分配结果与流域内各行政区发展现状相符。通过三个方面对分配结果分析， 分配方案与符合实际情况，由此可知，总量分配主线、分配模型、分配指 标体系设置合理，分配方案基本可行。 关键词：流域总量分配，最大允许排放量，现状削减量，d e l p h i a 砌 法，基尼系数法，等比例分配法 i i 太原理工大学硕：t 研究生学位论文 一一二一 s t u d yo nr i v e r b a s i nw a t e rp o l l u t i o n t o t a l a m o u n ta ss i g n m e n tb a s e do n d e l p h i a h pa n d g i n i c0 e f f i c i e n tm e t h o d a bs t r a c t t h et o t a la m o u n tc o n t r o lo fr i v e rb a s i nw a t e rp o l l u t a n t si st h ef o c u so fr i v e r b a s i nw a t e re n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t ，a n dr i v e rb a s i nw a t e rp o l l u t a n tt o t a l d i s t r i b u t i o ni st h ec o r ew o r ko ft h ei m p l e m e n t a t i o no ft o t a lq u a n t i t yc o n t r 0 1 a s t h eh i g hd e n s i t yo fp o p u l a t i o ni nm a n yo fo u rr i v e rb a s i na n dl a r g ep o l l u t i o n l o a di n t e n s i t y ，t h e r ee x i s t sc r o s s 。b o r d e rc o n f l i c tw i t h i nb a s i na r e a sb e t w e e n a d m i n i s t r a t i v ea r e a sa n db e t w e e nt h eu p p e ra n d1 0 w e rr e a c h e s a sw e l la s b e t w e e nt r i b u t a r i e s t h e r ei sab i gd e m a n df o ra l l o w a b l ed i s c h a r g ea m o u n to f r e g i o n a lw a t e r s h e dp o l l u t i o ne m i s s i o n t os o l v et h i sp r o b l e m ，ar e a s o n a b l et o t a l d i s t r i b u t i o ns c h e m ei sr e q u i r e dt ob ei m p l e m e n t e d ，b u tt h et o t a ld i s t r i b u t i o n s c h e m ei np r o c e s sf a i l st om e e tt h ep r i n c i p a lo ff a i rd i s t r i b u t i o na n de f f i c i e n c y ， w h i c hm a k e st h ed i s t r i b u t i o ns c h e m ei n1 a c ko fr a t i o n a l i t y s ot h er e s e a r c ho f m o r ef a i ra n dr e a s o n a b l ew a t e rp o l l u t a n tt o t a la m o u n ta l l o c a t i o nh a ss o m e i m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i nt h i sr e s e a r c ht h eb a s i cp r i n c i p l eo ff a i rd i s t r i b u t i o nh a sb e e np r o p o s e da s w e l la st h ec o n s i d e r a t i o no fe c o n o m i cl e v e lf o re a c hc o n t r 0 1u n i ta st h ea i mo f o u rs t u d yo ft o t a la m o u n ta l l o c a t i o n a c c o r d i n gt ot h i st h o u g h t ，ap r i n c i p a ll i n e o fd i s t r i b u t i o ni s r i v e rd i s t r i c t a d m i n i s t r a t i v er e g i o n p o l l u t i o ns o u r c e i s p u tf o r w a r d a st o ”r i v e rd i s t r i c t a d m i n i s t r a t i v er e g i o n m a x i m u mp o l l u t a n t e m i s s i o n sa l l o c a t i o n t h em e t h o do fd e l p h i a h pa n dg e o r d i ec o e 筒c i e n th a s l l i 太原理工大学硕士研究生学位论文 b e e nu s e dt om e e tt h ep r i n c i p l e so ff a i r n e s s ，a n de f f i c i e n c yo ft h ed i s t r i b u t i o n r e s u l t s ； f o r ”a d m i n i s t r a t i v ea r e a p o l l u t i o ns o u r c e c u r r e n tr e d u c t i o n d i s t r i b u t i o n ，t h ep r o p o r t i o n a la l l o c a t i o nm e t h o di sb e i n gu s e df o rt h ec a l c u l a t i o n o fc u r r e n tr e d u c t i o n so fp o l l u t i o ns o u r c e ，t h ea l l o c a t i o nr e s u l ta c c o r d sw i t ht h e p r i n c i p l eo ff a i r n e s s t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ei d e n t i f i c a t i o no fp r i n c i p a ld i s t r i b u t i o nl i n e ：f r o m t h ep o i n to f f a c i l i t a t i n g a d m i n i s t r a t i v e m a n a g e m e n t ， s e l e c t t h e ” r i v e r d i s t r i c t a d m i n i s t r a t i v er e g i o n p o l l u t i o ns o u r c e ”t w os t e pd i s t r i b u t i o n l i n e ， a l l o c a t et h ea l l o w a b l em a x i m u me m i s s i o n r e s p e c t i v e l y i n r i v e r d i s t r i c t a d m i n i s t r a t i v e r e g i o n ，d i s t r i b u t e t h ec u r r e n tr e d u c t i o ni n a d m i n is t r a t i v er e g i o n p o l l u t i o ns o u r c e ”t h i sd i s t r i b u t i o nm e t h o dc a nh a n d o v e rt h et o t a lt a r g e tl a y e rb yl a y e rt ot h ea d m i n i s t r a t i v ea r e a sa n dp o l l u t i o n s o u r c e s ，p a v i n gt h ew a y f o rt o t a la m o u n tc o n t r 0 1 ( 2 ) t h ec h o i c eo fa l l o c a t i o n ：i nt h ew a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t yc a l c u l a t i o n b a s e do nt h em o d e l ，t h en o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ns o u r c es u r v e ya n de m p i r i c a l p a r a m e t e r s ，c a l c u l a t i o no f r u r a ll i f es o u r c e ，1 1 0 1 1 一p o i n ts o u r c e ，s c a t t e r e df a r m st h e p o ll u t i o n i n t ot h er i v e r , t ob u i l dam a x i m u ma l l o w a b l ee m i s s i o n sm o d e la n d s t a t u sr e d u c t i o nm o d e l t h em a x i m u m p e r m i s s i o n e m i s s i o nc h o o s e s d e l p h i a h pa st h et o t a li n i t i a la l l o c a t i o n ，c a na v o i dt h es u b j e c t i v ep r o b l e mo f t h en o r m a ll e v e la n a l y s i st os o m ed e g r e e t h eg i n ic o e f f i c i e n tm e t h o dm a k e s o m ee v a l u a t i o na n da d j u s t m e n to ft h ei n k i a la l l o c a t i o nr e s u l t b yc h o o s i n gt h e p o p u l a t i o n ，g d pa n dt h ew a t e rr e s o u r c ea st h ei n d e xo ft h eg i n i c o e f f i c i e n t a l l o c a t i o n ，i tm a k et h ea d j u s t e dt o t a l a l l o c a t i o no u t c o m ec a nm e e tt h ef a i r p r i n c i p l ea n dt a k ea c c o u n to fe a c ha d m i n i s t r a t i v er e g i o n t h ea p p l i c a t i o no f e q u a lp r o p o r t i o nm e t h o dt o a l l o c a t et h ec u r r e n ta b a t e m e n ta m o u n tm a k ei t s o u t c o m em o r ef a i r ( 3 ) t h ee s t a b l i s h m e n to ft h ei n d e xs y s t e m ：t h et o t a le s t a b 1 i s h m e n to ft h e i n d e xs y s t e mf o rt h em a x i m u mp e r m i s s i o no ft h ee m i s s i o na l l o c a t i o n ，t h ef o u r d e c i s i v ef a c t o r sf o rt h et o t a la l l o c a t i o n i n c l u d i n gt h ed e v e l o p m e n to fe a c h t v 太原理工大学硕士研究生学位论文 a d m i n i s t r a t i v er e g i o n ，t h el e v e lo ft h ee c o n o m ya n dt e c h n o l o g y , t h ew a t e r e n v i i r o n 【m e n ta n dt h ew a t e rr e s o u r c e t h ec h o i c eo f18a n a l y s i si n d e xm a k eu p t h es t r u c t u r eo ft h et o t a li n i t i a la l l o c a t i o n ，m a k i n gt h e c a l c u l a t i o no ft h e a l l o c a t i o nc o v e rt h es o c i e t y , e c o n o m y , w a t e re n v i r o n m e n t ，w a t e rr e s o u r c eo f t h e a d m i n i s t r a t i v er e g i o na n dt h eo u t c o m em o r er e a s o n a b l e ( 4 ) t h ec a s es t u d y ：t a k i n gd a nr i v e ri nj i n c h e n ga st h es t u d yo b j e c t ，w e c a r r yo u tm ec a s es t u d yo ft h e t o t a la l l o c a t i o nm o d e l i nt h ep a r to f r i v e r d i s t r i c t a d m i n i s t r a t i v er e g i o n ”，b a s e d o nt h ed e l p h i a 肥t h e g e n e c o e f f i c i e n th a db e e np r o m o t e d t h ea l l o c a t i o no u t c o m eo ft h e m a x i m u m p e r m i s s i o ne m i s s i o no fw a t e r w a s t ei si na c c o r d a n c ew i t ht h ec u r r e n ts i t u a t i o no f t h es o c i e t y ，e c o n o m ya n dt e c h o n o l o g y ，w a t e re n v i r o n m e n ta n dw a t e rr e s o u r c e t h ea l l o c a t i o no u t c o m ei so fm o r ee q u i t y t h ea l l o c a t i o no u t c o m eo ft h ec u r r e n t a b a t e m e n ta m o u n tw i l 】b a s i c a l l ym e e tt h ef a i rp r i n c i p l e t h u s ，t o t a l a m o u n t d i s t r i b u t i o nl i n e ，d i s t r i b u t i o nm o d e l ；s e t t i n gu pi n d e xs y s t e mo fr e a s o n a b l e a l l o c a t io na n da l 】o c a t i o ns c h e m eisf e a s i b l e k e yw o r d s ：t o t a la m o u n ta l l o c a t i o no ft h er i v e r , t h em a x i m u mp e r m i s s i o n e m i s s i o n ，t h ec u r r e n ta b a t e m e n ta m o u n t ，d e l p h i a h p , g i n ic o e f f i c i e n t ，e q u a l p r o p o r t i o nm e t h o d v 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 选题背景及研究意义 第一章绪论 水是人类赖以生存的重要资源之一，也是社会进步、经济发展的重要物资基础，是 维系地球生物不可或缺的生命之源。然而，我国众多河流受到污染，根据2 0 1 0 年的中 国环境状况公报，我国七大水系中，长江和珠江水系的水质总体良好，松花江和淮河水 系总体属轻度污染，黄河和辽河水系的水质总体属中度污染，海河水系的水质总体属重 度污染，由此可见，我国五大水系的水质受不同程度的污染。造成河流污染的原因除与 我国的经济技术水平、地方政府重视程度和公众环保意识等有关外，水环境管理也是不 可忽视的重要环节。一方面，由于水环境管理制度的不健全，使遭到污染的水体得不到 及时有效的治理，造成许多水体的环境质量下降，进而导致水质恶化；另一方面，不科 学的水环境管理，又会导致水体自净能力得不到有效利用，造成人力、物力、财力等的 浪费，进而阻碍经济发展，背离可持续发展的宗旨。 江河水系的水质恶化对水环境管理提出了更高的要求，而江河流域的水污染物总量 控制是遏制水质恶化和改善水环境质量的重要手段。总量控制核心思想是根据流域的社 会、经济发展情况，将污染物排放总量控制在水环境所能承受的范围之内。体现在控制 手段上，是通过控制流域范围内各区域( 行政区或支流域) 的污染物排放总量，实现对 整个流域水环境的有效管理。因而，流域7 k 污染物允许排放总量，如何合理的分配到各 区域，是实施总量控制的关键，具有重要的研究意义。 流域水污染物总量的分配，应遵循“流域共享，上下游公平”的原则，分配方案应 公平、合理、经济可行。由于各区域在社会、经济、环境和资源等方面存在差异性，在 总量分配中也需要考虑上述因素，使分配结果兼顾公平性与效率性。如今，我国已开展 了排污权交易工作，但在排污权交易前，如何实现科学、合理地污染负荷的分配，仍值 得进一步研究。本研究对流域水污染物总量分配主要分为两步：流域一行政区的允许 排放量，e 2 , 量分配，从构建水污染物总量分配指标体系的研究入手，在综合各分配对象的 社会、经济、水环境、水资源等因素，用d e l p h i a h p f l 】法确定各指标在总量分配中所占 的权重，结合地区统计资料，用基尼系数法对总量分配结果进行评估与调整；行政区 一污染源的现状削减量总量分配，用等比例分配法确定各污染源的分配比例。并研究晋 太原理工大学硕士研究生学位论文 城市丹河流域的水污染物总量分配。 1 2 国内外研究综述 1 2 】国外研究进展 水污染物总量控制的概念来源于曰本的“闭合水域总量规制”，而技术方法则引自 美国的水质规划理论。总量控制指标分配方法的研究始于美国2 0 世纪6 0 年代的排污权 交易，也称为污染负荷分配方法、允许排放量总量分配方法、总量控制下排污指标分配 方法【3 5 1 、初始排污权免费分配方法等【2 1 0 美国的总量控制开展较早。1 9 4 8 年，通过立法实施水污染控制；1 9 6 5 年，颁布水 质法，要求州政府制定州际水体的水质标准6 1 ；1 9 7 0 年，成立联邦环保局【6 - 7 】，提出水 污染总量控制的目标是工业点源和生活源的控制，并在全国设置7 0 0 0 个水质监测站； 同年，联邦环保局提出t m d l ( 最大日负荷量) 的概念，综合了污染点源负荷、非点源 负荷、不确定因素所需的安全余量等多方面【4 。部分州政府考虑到河流的季节性变化， 在t m d l 基础上，推行“变量总量控制”得以更充分的利用水环境容量。为更有效的 分配确定的污染负荷总量，一些州政府提出“污染源间污染负荷对换”点源对换法 和点源一非点源对换法【7 9 】；1 9 7 2 年，联邦环保局实行水污染物排放许可证制度；】9 8 3 年，正式立法实施以水质限制为基点的排放总量控制；1 9 8 4 年，联邦环保局推出总量分 配技术支持文件总量负荷分配技术指南；1 9 9 2 年制定总量分配计划规则，总量分配 工作在全国展开，主要对象为b o d d o , 氨氮等；19 9 7 年以后，其总量控制目标更明 确了对生态系统健康的保护，并修订了t m d l 新法案，增加了实施总量控制的污染物 种类( 1 0 】。 欧洲的水体受工业、城镇生活、水电开发、航海运输及农业面源污染影响较大。2 0 世纪7 0 8 0 年代，欧洲理事会出台对水体保护的政策，主要有饮用水指令控制特 定危险物质排放水体指令等，各相关指令中明确欧共体范围内部分污染物质排放限值， 及地表水和近海岸海域水质保护目标；1 9 9 1 年和1 9 9 6 年，欧洲理事会相继颁布并实施 了市政污水处理指令综合污染防治指令，要求各成员国的城市城镇要建立污水收 集和处理系统，提出污染物排放的控制标准等。但上述指令的实施并未很好的解决水资 源及环境问题。2 0 0 0 年，欧洲议会和理事会颁布实施水框架指令( w f d ) ，以水生 态良好为总体目标；2 0 0 3 年，将欧洲各流域分为基本水体管理单元，并开展生态评价和 太原理工大学硕士研究生学位论文 监督监测等工作，对每个流域确定水环境目标，并要求经济可行，从而实现区域内水污 染负荷的总量控制与合理分配【6 j 。 日本国土面积小，人口和工业过份集中，使其水体污染严重。2 0 世纪5 0 6 0 年代， 日本水污染遍及全国各处的河流及沿海水域，发生了骇人听闻的“水俣病事件”和“骨 痛病事件”，使很多地区的人、畜中毒死亡。1 9 9 5 年，日本开始对各水系的水质实行定 点、定期监测；1 9 5 8 1 9 7 0 年间，相继制定了水质保全法水污染防治法海洋污 染防治法等，并开始对水污染负荷总量控制进行研究；1 9 7 3 年制定并批准了濑户内 海环境保护特别措施法，提出污染负荷总量消减的概念，以c o d 为主要控制对象展开 总量控制管理，并推广到其他污染物；1 9 7 8 年，将实施总量控制的流域和地域推广到东 京湾、伊势湾等地，由政府制定污染负荷削减目标j 。上述法规、措施的制定和实施成 效显著，从2 0 世纪8 0 年代开始，日本国内各类水污染物均能达标排放，地表水污染状 况得到明显改善1 1 2 1 。 就污染物总量分配的模式而言，1 9 6 5 年d e i n i n g e r 率先把数学规划技术引入解决河 流水质问题，在其研究中，用不同河流断面的d o 微分方程的逼近值建立线性规划模型。 此后，国外学者多采用在经济优化的原则下与系统优化数学理论相结合的方法，即在计 算水环境容量的同时得出污染负荷分配。在有确定性水质条件的前提下，t h o m a r m 和 s o b e l n i ”】把污水处理费用作为目标函数，对目标函数线性化处理后用优化模型做分配计 算。r u o c h u a ng u l l 4 】等利用确定性水质分析模拟模型，研究了d e s m o i n e s 河沿岸点源和 非点源的污染负荷分配。e c k e r 1 5 j 等以确定的水质条件作为约束条件，把污水处理费用 之和最小作为目标函数，利用优化技术计算污染物在排污口间的分配；在有不确定性水 质条件的前提下，d o n a l d 和e d w a r d l l6 1 采用一阶不确定性方法，将随机变量( 水质现象) 转化为确定变量，利用优化模型计算总量分配。f w a r a 【】7 j 等把流量作为已知概率分布 的随机变量，用概率约束模型对超标风险下的污染负荷分配进行了研究。e l l i l 】埘通过嵌 入概率约束条件，建立随机水质优化模型，得到总量分配结果。l e e 1 9 1 等运用多目标规 划的方法，对流域水环境管理进行了研究，规划模型中同时包括了经济和环境目标，确 定了污水治理费用。r o s s m a n 【2 0 】提出季节排放计划的方法，控制超标风险。k j o h nh o l m e s 和r o b e r tmf r i e d m a n l 2 1 1 针对不同分配方式，设计并分析了各自的排污权交易系统。总 上来说，上述分配方法都有不完善的方面，且大都忽视了初始分配的公平性问题，而且 由于地区差异的影响，这些方法较难直接应用于国内的总量分配计算中。 1 太原理工大学硕十研究生学位论文 1 2 2 国内研究进展 我国的污染物总量控制始于2 0 世纪7 0 年代，在发展过程中逐步应用于环境管理， 如今，已形成涵盖总量控制、排污许可证等的环境管理基本制度。在2 0 世纪8 0 年代， 在第一松花江水污染问题研究中，夏青【2 2 】率先将b o d d o 水质模型和b o d 负荷量分配 的线性规划方法用于河流水污染控制，成为我国水污染物总量控制和水质规划理论的最 早实践。紧接着，到“六五”期间，展开了对沱江的水环境容量测算、污染负荷总量分 配的研究以及水环境承载力的定量分析。“七五”期间，相继在长江、黄河和淮河的一 些河段，以及胶州湾、泉州湾等水域，做污染物总量控制规划和水环境功能区划，试推 行了排污许可证制度。在“九五”和“十五”期间，我国将实施污染物排放总量控制作 为环境保护的主要目标，并展开了对“三河三湖”的水污染防治工作。又陆续地开展了 一系列的水质规划、水污染物总量控制方面的理论研究和实践应用工作，对减缓全国水 质恶化势头发挥了重要作用。“十一五”期间，我国逐步在各省、市、县展开对c o d 和 s 0 2 两种主要污染物的环境容量测算和排放总量控制计划 2 3 1 。到2 0 1 0 年，主要污染物 排放总量比2 0 0 5 年减少约1 0 。 在2 0 世纪9 0 年代，我国开始研究污染物的允许排放总量的分配问题，起初研究多 集中于公平原则或经济效益原则上的分配问题。张天柱和胡康平等 2 4 - 2 5 1 提出对允许排放 量可采用同等百分比削减排放的方法进行分配。徐百福【2 6 j 贝0 考虑到同等百分比削减排放 法未兼顾经济效益，而提出用最小费用法异，即根据各污染源对某污染物边际处理费用 的不同分配各污染源的污染物的削减量，使得区城污染物处理费用最小，并在此基础上 利用税收补贴等方法进行公平协调，从而实现初步的兼顾公平与效益的方法。到9 0 年 代中叶开始，很多学者将数学线性规划理论引入到总量分配中。李彦武和胡康平等2 7 t 8 1 依据总量分配的经济优化原则建立了优化分配模型，得到的分配结果忽视了社会因素， 其结果很难直接应用于分配中。徐鸿德【2 9 】从效率与公平两个方面出发，借鉴系统观点， 对污染物的允许排放量分配做了定量研究。林巍等i3 0 】利用环境冲突分析理论，提出基于 公理体系原则的污染负荷公平分配方法，解决原有的公平分配中隐含的不公平性。张存 智f 3 i j 等在利用质量守恒和线性迭加原理，在计算大连湾允许入海的负荷总量及各排污口 的分摊量时，提出了响应系数的概念。毛战坡等【3 2 】在公平合理的污染物削减分配方案应 满足条件中，加入了污染物分摊满意度法和协商仲裁法等分配模式。胡炳清等建立离散 规划模型，用最速下降搜做法，实现了对于区域内多控制点源或面源的同时优化。 太原理工大学硕士研究生学位论文 进入2 1 世纪，我国对总量分配的研究进入了较活跃的时期。王有乐i j 纠将治理投资、 运行费用、等作为规划目标，建立了水污染综合防治的多目标规划模型。王亮1 3 4 j 等在进 行多目标区域的水污染负荷按行业优化分配的过程中，将行业水环境经济综合指数引入 分配模型。张志耀【35 j 等将系统理论引入污染物排放总量分配中，并提出以经济最优性、 合理公平性和经济发展连续性为基点，建立了群体决策污染物总量分配模型。李如忠、 梅永进、孙秀喜等3 6 - 3 8 分别采用层次分析法对河流污染物总量分配建立模型，此方法可 以综合考虑社会、经济、环境和技术等方面对总量分配的影响，是一种兼顾公平与效率 的方法，但其缺点是有较强的主管性。李如忠l 对层次分析法的主观性问题提出了采用 d e l p h i a h p 的概念，通过对多专家打分的几何平均，可以在一定程度上减轻主观的缺 陷。林高松等【”j 把平均分配与等贡献量分配作为公平准则，综合考虑了排污者的自然条 件、经济能力和可利用的水环境容量等因素，设计出基于公平区间的允许排放量分配方 法。孟祥明、肖伟华、樊华、张丽风等【4 0 4 3 】应用环境基尼系数法对水污染物做总量分配， 此方法可以从g d p 、人口数、水资源量等方面对污染物允许排放量做分配和评估，也属 于兼顾公平和效益的总量分配方法。郝信东”4 1 对所分析地区的人口、g d p 、水资源量、 c o d 允许排放量作为基础信息，利用信息熵的方法，通过绘制环境库兹涅茨曲线，计 算出水污染物总量分配。些学者将总量分配研究与地理信息系统( g i s ) 相结合，裴 相斌等f 4 5 】首次将线性规划模型和g i s 结合应用于污染排放总量控制的研究中，以海域的 水质目标为约束条件，将空间优化决策用于线性规划的模型中。何强1 46 j 利用g i s 的可视 化特点对水质进行模拟与预测，利用g i s 的数据库设计功能和w p c p g i s 的设计功能， 可更好的对水污染控制规划与管理，并在实践中对凤嘴江做了水污染控制规划的决策方 案。此后，方晓波4 7 1 也应用g i s 做了淮南市水环境规划。吕俊【4 8 】通过对g i s 进7 7 - 次 开发，将水环境容量系统与g i s 结合，得到水环境容量计算及总量分配系统。 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 依据前人对总量分配研究的理论与方法，建立流域水污染物总量分配的的模型，并 以山西省境内丹河流域为研究对象，对所建模型做实例分析。具体研究内容包括： ( 1 ) 研究流域水污染物总量分配的基础理论和技术方法，为建立合理科学的总量 分配模型做好必要的理论研究和技术准备。 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 2 ) 分配主线和总量目标：从便于行政管理的角度出发，选择“流域一行政区 污染源”作为总量分配主线。其中“流域一行政区”的总量目标为污染物最大允许排放 量；“行政区一污染源”的总量目标为现状削减量。 ( 3 ) 总量分配模型：在河流环境容量基础上确定各总量目标的计算模型。根据总 量分配的主线，以d e l p h i a h p 法为基础，建立“流域一行政区”的最大允许排放量的 初次分配模型，得到最大允许排放量初次分配。以基尼系数法为基础，建立总量初次分 配调整模型，得到最大允许排放量的最终分配。选择等l u c t j 分配法计算“行政区污染 源”的现状削减量的分配结果。 ( 4 ) 指标体系：在“流域行政区”的e 2 , 量分配中，综合各行政区的社会发展状 况、经济技术发展状况、水环境现状和水资源现状，选定具有代表性的总量分配指标， 确定总量初次分配的指标体系，使总量分配指标能系统的体现各控制单元的状况。 ( 5 ) 实例研究：以晋城市境内的丹河流域作为控制区域进行实例研究，应用所建 模型，确定丹河流域水污染物总量分配方案，并对总量分配结果的公平合理性做分析。 1 3 2 研究技术路线 根据论文研究的目的、主要内容和技术方法，确定研究的技术路线见图1 。1 。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 l 资料收集、整理l - q 水环境容量l 上 控制指标和水环境容量的确定一总量控制理论j f i1 k 环懵t + i 的陌书l 公i +1 月、l 、况圳日匕i 叁卫q 7 j f 分配主线：流域一行政区一污染源和总量目标的确定 + 流域一行政区最大允许排放量分配 上 构建指标体系 1 l 社会经济技术 水环境水资源 d e l p h i a h p 法 、r 得到初次分配权重和初次分配结果 基尼系数法 r 修正初次分配权重得到最终分配结果 i 一 0 一一一一 行政区污染源现状削减量分配 等比例分配法 1r 得到各污染源现状削减量 图1 - 1 流域水污染物总量分配研究技术路线图 f i g 1 1t e c h n o l o g yr o u t eo fs t u d y i n go ud i s t r i b u t i o no ft o t a la m o u n to fw a t e rp o l l u t a n ti nr i v e rb a s i n 7 太原理j 大学硕士研究生学位论文 第二章流域水污染物总量分配研究的基础理论与方法 2 1 基础理论 2 1 1 河流水环境容量 2 1 1 1 基本概念 水环境容量的概念，是在2 0 世纪7 0 年代由日本学者提出的，经过多年的发展，目 前普遍认可的定义为，水体在规定的环境目标下所能容纳的污染物的最大负荷】。从定 义可知，水环境容量既能反映污染物在环境中的迁移、扩散、转化和积存的规律，也能 反映在满足水体功能要求下，水体对污染物的承受能力。 水环境容量有多种分配方式，根据水体的稀释自净，水环境容量包括稀释容量和自 净容量两部分，它们分别反映了污染物在水体中的迁移转化过程和水体本身的自然净化 过程，且水体的稀释容量通常大于白净容量5 0 ；根掘污染物类型，水环境容量分为易降 解有机物水环境容量、难降解有机物水环境容量、溶解态重金属环境容量和吸附态重金 属环境容量等刚。 2 1 1 2 计算模型 河流水环境容量可根据研究河段的水质目标、设计水文条件和选择的水质模型进行 计算，计算模型可分为水体总体达标和控制断面达标两种： ( 1 ) 水体总体达标计算模型 水体总体达标计算模型是基于零维水质模型( 见图2 一1 ) 构建的， 图2 - 1 零维水质模型示意图 f i g 2 1t h es c h e m e so fz e r odw a t e rq u a l i t ym o d e l 将研究河流分为门段，在第i 河段的污染物浓度为 印筹老k | v t + q i 七q l 式中，c 。一河段内污染物浓度，r a g l ； ( 2 1 ) 太原理工大学硕士研究生学位论文 c ，厂废水排放浓度，m 3 s ； 日f 一污染物入河量，1 3 1 3 s ； c ，o 一上游来水的污染物背景浓度值，n a g l ； q ，o 一河流、水库等的设计流量，i t l 3 s ； k 厂污染物降解系数，1 d ； 以一区域的水体体积，m 3 。 在式( 2 1 ) 中，当年g 时，水环境容量彬= c ? l g ，其计算式为 彬o = 8 6 4 q o ( e 。一g o ) + 0 0 0 1 k y c , + 8 6 4 9 ，c 。 ( 2 2 ) 式中，c ，。一河段的水质目标浓度，m g l ； 彤0 、一河段的水环境容量，k g d ；其余符号意义及量纲同前式。 由于此方法计算结果偏大，需要引入不均匀系数a i 进行修正，不均匀系数的 取值与河流的水文特征有关，具体计算方法如下 对于小型河流( 河宽 5 0 m ，平均流量1 5 m 3 s ) ，d ，为第一河段的一维水自净 容量与零维水自净容量的比值。 河流的一维水自净容量( 1 ) 采用断首达标控制的方法计算，即以断首为水质 目标时，污染物经过河道降解作用后到达段末时的降解量。的计算方法为： 呼8 6 w 。卜p r 揣) 协3 ， 式中，l 厂河段长度，m ； 甜厂河流流速，m s ；其余符号意义及量纲同前式。 河流的零维水自净容量( o ) 为 唆= 0 0 0 1k , v , c ，、 ( 2 4 ) 则仅，可按式( 2 5 ) 计算。 葡w ： ) _ q , o c , 蜷, l - e x p 剖8 6 4 0 0 u , 式中，a 厂不均匀系数；其余符号意义及量纲同前式。 由于。x p f j 垡l 1 1 ，则式( 2 4 ) 可按麦克劳林展开式【5 2 1 得到 i8 6 4 0 0 u j ( 2 5 ) 太原理工大学硕士研究生学位论文 一_-_-_-_-_-_q-_一一 q , o c , i l - 旧ik 竺i l 兰燮k i 剑l i ! 小型! 亿6 ， 根据前人按式( 2 6 ) 计算的经验【4 9 】，小