（环境工程专业论文）安昌河流域绵阳市涪城区段水污染物总量控制研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 摘要 随着绵阳市经济的高速发展，水环境污染日益恶化，安昌河流域涪城区段 由于污染源较多，入河排污口相对密集，水环境污染由为严重，已经成为绵阳 市经济发展的瓶颈。 以上事实说明绵阳市传统的浓度控制为核心的环境管理体制已经有些落 后，急需开展水污染物总量控制的研究来有效的控制水环境污染。但目前，绵 阳市还很欠缺关于总量控制的研究和水环境管理手段。 本文结合目前绵阳市水环境管理的实际情况，参考绵阳市相关部门的资料 数据，应用等标污染负荷法进行污染物评价、应用单因子评价法进行水质评价， 找出超标总量控制因子；然后进行污染源评价，找出主要的水污染物总量控制 的规划对象：然后系统分析各种水环境容量计算模型的适用条件，选用符合安 昌河流域涪城区段实际情况的计算模型进行超标总量控制因子的水环境容量的 计算；最后咨询有关专家的基础上，综合考虑环境、经济、人口、社会等因素， 应用层次分析法进行超标总量控制因子的总量控制规划，即提出超标总量控制 因子的削减负荷分配方案。 关键词安昌河流域涪城区段；环境容量；总量控制；层次分析法 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t 、斫t 1 1t h eh i g h - s p e e dd e v e l o p m e n to fm i a n y a n g se c o n o m y , w a t e rp o l l u t i o ni s m o r ea n dm o r es e r i o n s ，e s p e c i a l l yi na n c h a n gr i v e rr e a c hi nf u c h e n gs e c t i o n ，i n w h i c ht h e r ei sm o r es o u r c eo fw a t e rp o l l u t i o na n dm o r ew a s t c w a t e rd i s c h a r g e e n t r a n c e i t1 1 a sb e c o m eas e r i o u sr e s t r i c t i n gf a c t o rf o r 也em i a n y a n gd e v e l o p m e n to f t h ee c o n o m ya n ds o c i e t y t h ef a c t su p w a r d st e l ll l sm o r e t r a d i t i o n a le n t i r o n m e n t a lm a n a g e m e n ts y s t e m w h i c hc o r ei sc o n c e n t r a t i o nc o n t r o li sb e h i n d h a n d ，t o t a la m o u n tc o n t r o lo fw a t e r p o l l u t i o ni ss t a r v e df o rc o n t r o l l i n gw a t e rp o l l u t i o n a tt h ep r e s e n tt i m e , m i a n y a n g i s v e r ys h o r to fs t u d ya n de n t i r o n m e n t a lm a n a g e m e n tm e a n sc o n c e m i n gt o t a la m o u n t c o n t r o lo f w a t e rp o l l u t i o n a c c o r d i n gt ot h ef a c to fm i a n y a n g se n t i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t , c o n s u l t i n g i n f o r m a t i o na n dd a t ao fc o r r e l a t i v ed e p a r t m e n t s ，t h ep a p e ra p p r a i s e sp o l l u t a n t sb y u s i n gs a l t l es t a n d a r dp o l l u t i o nb u r t h e np r o c e s s ，a p p r a i s e sw a t e rq u a l i t yb yu s i n g s i n g l ef a c te s t i m a t ep r o c e s st of i n dt h ee x c e e d i n gc r i t e r i o nt o t a la m o u n tc o n t r o lf a c t ； t h e na p p r a i ss o u r o eo fp o l l u t i o nt of i n dp r o g r a m m i n go b j e c t ；a n dt h e n b y a n a l y s i n gc o n d i t i o ni np o i n to f a l lk i n d sc a l c u l a t i n gm a t r i c e s ，c h o s e sonet oc a l c u l a t e w a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t y ；f i n a l l yu n 4 e r c o n s u l t i n ge x p e r t ，c o n c e r n i n g e n t i r o n m e n t , e c o n o m y , p o p u l a t i o n ，s o c i e t ye t c ，t o t a la r f l o u n tc o n t r o ls c h e m eo f a n c h a n gr i v e r i sd e t e r m i n e db y u s i n gt h ea n a l y t i ch i e r a r c h y p r o c e s s ( a h p ) k e yw o r d sa n c h a n gr i v e rr e a c hi nf u c h e n gs e c t i o n ；w a t e re n v i r o n m e n t c a p a c i t y ；a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ；t o t a la m o u n tc o n t r o l 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 第l 章绪论 1 1 研究背景与研究意义 随着国家“西部大开发”政策的夷施，中国西部的重要城市绵阳的经济 也在飞速发展，水环境污染随之加剧，水资源供需矛盾日趋尖锐，已经成为 制约绵阳经济发展的瓶颈。为从根本上解决水资源供需矛盾和水环境污染问 题，迫切要求绵阳环境管理部门变更管理方法，加大管理力度，加强水环境 规划工作，将水资源开发利用和水环境保护结合起来，促使水环境与人口、 经济协调同步发展。 绵阳市的浓度控制是以控制污染源排放口排出污染物的浓度为核心的 环境管理的方法体系，其核心内容为国家环境污染物排放标准。此外，绵阳现 行的环境管理制度之一一“排污收费”也是依据污染物浓度排放标准来进行 收费的，“三同时”和环境影响评价等制度也都是以浓度排放标准为主要评价 标准。 随着绵阳市加大浓度控制力度，绵阳市的主要流域水质得到了明显的改 善，主要的污染源基本能够达到达标排放，但近年来安昌河流域( 尤其是涪城 区段，这一段工业企业较多，排污口相对集中) 在污染源达标排放的情况下水 质仍有所恶化，资料显示，涪城区段安昌河在桔水期氨氮、c o d 都超标，这 些都说明随着绵阳市经济的高速发展，污水排放量逐渐加大，污水进入水体 比例日益增加使其原有的水质逐渐被排放水水质所代替，而污水排放标准与 地面水水质标准的要求相去甚远，排入水体的污染物数量和种类也越来越多， 依然导致了水环境污染的继续恶化，传统的浓度控制已经不能完全依赖于控 制绵阳市水环境污染，真正控制水污染问题必须从整个水体所能容纳、自净 污染物的能力出发，制定相应的控制目标，即总量控制。但是，绵阳市在此 方面( 尤其是安昌河) 做的工作还不够。在这种形势下，开展安昌河流域绵阳 市涪城区段水污染物总量控制的研究，从人口、经济、水资源、水环境所组 成的大系统角度，模拟经济发展、污染物的产生、排放和治理的关系，探讨 如何在充分利用水环境容量的同时，制定合理的污染物排放总量控制目标， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 使流域污染物的排放不超过城市水环境的承载能力，促进水环境保护和经济 同步协调发展，这无疑是一个具有重大现实意义的课题。 1 2 总量控制的国内外现状 日本学者首先提出环境容量的概念。2 0 世纪7 0 年代末，日本为了改善 水和大气环境质量状况，提出污染排放总量控制问题，并于1 9 8 4 年将第一个 水污染总量控制目标规划实际运用于水质污染控制。美国采用了季节总量控 制方法，它是为了适应水体不同季节不同用途对水质不同的标准要求，如一 年中水生生物产卵期实行了严格的溶解氧标准，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、 d 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放量，而不同于根据历史资 料以界定条件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负 荷对换制度。联邦德国和欧盟各国采用水污染物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。 我国的水环境污染总量控制研究始于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，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，“七五”期间，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。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，提出了落后工艺淘汰指标和工 业结构调整方案，为中国的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总量的基本模式。在水污染物总量控制规划 方面，现在绝大部分研究主要针对环保投资一费用最小法，但此法有失公平， 必须全面考虑环境、经济、入口、社会等因素来进行总量控制规划，这也是 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 一个总量控制研究领域的空白。 1 3 本文的内容和技术路线 ( 见下图1 1 所示) 水环境总量控制规划，应包括两个核心内容：即水 环境容量计算和以此为基础的总量控制规划。由于国家对1 2 种污染物进行 总量控制，其中废水污染物指标有c o d 、石油类、氰化物、砷、汞、铅、镉、 六价铬8 项。那么要对绵阳市安昌河流域提出总量控制规划方案，就是要提 出超标总量控制因子的削减负荷分配方案，所以必须对安昌河流域进行水质 评价和污染物评价，找出超标总量控制因子，同时还应该进行污染源评价， 找出主要污染源作为总量控制对象。在水环境功能区划的基础上计算超标因 子的水环境容量，进而提出削减负荷分配方案。 制对象配方案 图1 1 本文技术路线图 污染物评价采用等标污染负荷法，即各个污染物化成同一标准比较，找 出最主要的污染物。 找出规划对象，即最主要的污染源。 找出应用现在常用计算水环境容量模型存在问题 算模型计算。 找出常用削减负荷分配方法一最小费用法的弊端 济、社会等情况全面考虑负荷分配方案。 选用符合课题情况计 结合环境、人口、经 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章水污染物总量控制的理论和方法 2 1 水环境容量一总量控制的理论基础 环境容量是环境科学领域的一个重要概念，更是环境污染总量控制的理 论基础。开展环境容量的研究，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。尤其是在推行污染物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 容量的研究已成为人们关注的焦点和热点问题。【1 1 2 1 1 环境容量的概念 环境容量的概念源于日本的污染物排放总量控制思想，各国学者有不同 的定义。矢野雄幸提出：“环境容量就是遵循环境质量标准，在一定范围内的 环境所承纳的最大污染物负荷总量”。日本学者西村肇认为：“环境容量可以 定义为在不影响生态系统的前提下，环境所能承纳的最大污染物负荷总量”。 西村肇还根据污染物总量控制的基本原则，给出了环境容量的定义表达式： x = k y 其中，x 表示污染负荷总量，y 为污染物的环境浓度，k 则称为环境容 量，它表示环境中污染物浓度每增加一个单位相应增加的污染物排放量。显 然，这比浓度控制前进了一步。 我国学者汤鸿霄在此基础上，提出了物理意义更为明确的环境容量的概 念，数学表达式为： y = i x 厂称为环境容量函数，x ，y 意义同上。环境容量函数的提出，使环境 容量的计算在水质模式中得到了应用。 叶常明根据热力学第二定律，从熵的角度提出以下定义： w = v p 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 式中w 为环境容量，取质量单位；v 为环境体积；p 定义为环境比容。 环境比容表示单位体积的环境介质中，可净化污染物的数量，它是污染物的 性质、环境介质和环境状态等因素的函数。t s l 1 1 1 i 2 。1 。2 水环境容量的概念 所谓水环境容量，指在保证某一水体水质符合规定标准的前提下，单位 时间内能够承纳的某种污染物的最大允许负荷量。它的大小取决于水体的自 然特性、要求的水质标准及污染物本身的特性等。【9 】 污染物进入水体后，即开始其随水迁移、分散及降解转化运动，这些过 程与水体的几何形状、水文动力学参数、底质以及水中理化性质和生物降解 等条件有关。有些外部条件会随着季节的变化而不同。因此，同一污染物在 不同水体或同一水体中的不同时刻，其水环境容量是不同的。水环境容量在 时间和空间上存在着明显的差异。同时，不同种类的污染物在同一水体中的 迁移和转化特性是不一样的，降解速率和毒害作用也存在很大的差异，这导 致了不同的污染物在同一水体中有不同的水环境容量。因此可以认为，水环 境容量是反映水热平衡、化学元素在水环境中的迁移转化能力和生物与环境 之间的物质能量交换等特性的综合指标，是水体环境的基本特性之一，由水 体自然特性和污染物特性共同确定。 在理论上，水环境容量w 可以分为两部分： = k + r 其中，k 叫做稀释容量，尺被称为自净容量。前者表征的是水体的自然 环境特性，后者则反映污染物本身的特性。【1 刭 2 1 3 水环境容量计算模型 水环境容量的计算是环境污染总量控制和水环境规划的重要环节和技 术关键。只有了解和掌握水域的水环境容量，才能求得水域的容许纳污量， 才能分配允许负荷总量和应削减量，实施总量控制。计算水环境容量所使用 的方法乃是各类水质模型，而后根据水质模型进行反推求得。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 水质模型根据维数可分零维、一维、二维和三维水质模型。若把湖库、 海湾看成均匀混合或河流的径污比在1 0 - 2 0 以上，不考虑降解时，就可以把 问题简化为零维处理。若只须考虑个方向上的浓度变化时，则用一维模型。 在大型水域中，若考虑排污口混合区分布时，必须使用二维水质模型。 按水质模型的描述方式可分为确定性模型和随机模型。其中确定性模型 是在空间和时间上真实地模拟水质的状况，给定一套输人，就会产生一个响 应。随机模型则是用风险、可能性、可靠性等一些定性度量对水质加以描述。 从模型自身阐述规律的程度又可分为白箱模型、黑箱模型和灰箱模型。 白箱模型所描述的系统内部机制完全清楚。而黑箱模型则是只根据因果关系 把输入、输出联系起来，根本不考虑内部具体机制，它完全由观测的历史时 间序列利用回归分析的方法建立，在复杂的水环境系统中，这种方法实用性 较强，也经常用来预测水质。而灰箱模型介于上述两者之间。 3 3 1 2 1 4 水环境容量与水环境规划 水环境容量是水体自净能力的度量，它也是一种自然环境资源，合理开 发和利用这一宝贵资源可以减少污水处理费用，直接获得经济效益。人类的 各项活动都必然不同程度地依赖于水环境资源，人口和经济的迅速发展，致 使水污染问题日益突出，在目前经济技术还受到限制的条件下，开发利用水 环境容量资源仍占有举足轻重的地位。因此水环境容量的研究和应用也显得 越来越重要。城市水环境规划的目的是协调经济发展与水环境的关系，促进 生产，保护环境。使经济发展目标与环境目标统一，经济效益与环境效益统 一。概括起来，水环境容量在水环境规划方面主要有以下几方面的实际应用。 ( 1 ) 在区域水环境总体规划中，水环境容量是制定各阶段水环境目标 的依据，同时，作为一个具体的边界条件，会对人口、社会经济的发展都产 生重大影响，它们既依赖于水环境容量这一资源，同时又受它的约束。 ( 2 ) 以国家规定的水质标准作为水质目标，根据当地的自然地理条件、 水体稀释自净能力和污染物迁移转化规律反推出水环境容量，再结合当地在 经济和技术上的具体条件确定各种水污染物的允许排放量，以此制定地方水 污染物排放标准。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 ( 3 ) 按照水环境容量的计算结果，优化分配污染物负荷总量和应削减 量到各污染源，由此确定污染源治理最优方案。 ( 4 ) 根据水环境容量的分布确定排污口的设置，并以此为依据实现工 业的合理布局。【1 1 l 【1 3 】 2 2 总量控制方法类型 2 2 1 按“：总量”确定的方法分类 总量控制一般分三种类型：容量总量控制、目标总量控制和行业总量控 制。 2 2 1 1 容量总量控制 把允许排放的污染物总量控制在受纳水体给定功能所确定的水质标准 范围内，这种总量控制方法称之为容量总量控制法，即容量总量控制的“总量” 系基于受纳水体中的污染物不超过水质标准所允许的排放限额。容量总量控 制的特点是把水污染控制管理目标与水质目标紧密联系在一起，用水环境容 量计算方法直接推算受纳水体的纳污总量，并将其分配到陆上污染控制区及 污染源。 2 2 1 2 目标总量控制 把允许排放污染物总量控制在管理目标所规定的污染负荷削减率范围 内，这种总量确定方法称之为目标总量控制法。即目标总量控制的总量是基 于源排放的污染不超过人为规定的管理上能达到的允许限额。该方法的特点 是目标明确，用行政干预的方法，通过对控制区域内污染源治理水平所投入 的代价及所产生的效益进行技术经济分析，可以确定污染负荷的适宜削减率， 并将其分配到污染源。 2 _ 2 1 3 行业总量控制 从行业生产工艺着手，通过控制生产过程中的资源和能源的投入以及控 制污染物的产生，使排放的污染物总量限制在管理目标所规定的限额之内， 这种总量确定方法称之为行业总量控制法。即行业总量控制的“总量”是基于 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 资源、能源的利用水平以及“少废6 、“无废”工艺的发展水平。该方法的特点是 把污染控制与生产工艺的改革及资源、能源的利用紧密联系起来，通过行业 总量控制逐步将污染物限制或封闭在生产过程之中，并将允许排放的污染物 总量分配到污染源。 从上述诸概念的叙述中可以看出，容量总量控制法是从水体出发推算出 允许纳污总量，再分配到污染源，对污染物加以定量的控制。它适用于确定 总量控制的最终目标，也可作为总量拉制阶段性目标可达性分析的依据。对 于水质较好、污染源治理技术经济条件较强、管理水平较高的控制区域，容 量总量控制法可直接作为现实可行的总量控制技术路线加以推行。 目标总量控制是从污染源出发规定排污削减率，再分配到污染源，对污 染物的排放加以定量化控制。对于排污负荷较大，水质较差，而限于技术经 济条件的制约近期内又达不到远期水质功能目标的水污染拉制区域，可以用 较简单而易行的目标总量控制法确定阶段总量控制量，当然，对于已达到水 功能目标的控制区，也可以用目标总量控制法，继续改善水环境质量。 行业总量控制是从生产工艺出发，规定资源能源的投入量以及污染物产 出量，再将其分配到污染源，加以定量化控制，考虑到现阶段我国一些生产 工艺比较落后，资源和能源利用率偏低，浪费现象较突出的现实，所有实旌 水污染物总量控制的区域或部门，都应首先从改革生产工艺入手，减少投入 和污染物的产出，推广“少废”、“无废”生产工艺，努力提高行业总量控制的水 平。【1 4 】 1 8 】 2 2 2 按总量控制的层次分类 总量控制分为管理目标总量控制和质量目标总量控制两大类。所谓管理 目标总量控制，是以城市当前污染物排放总量为基础，结合原有控制方法， 维持城市大部分地区的环境质量现状， 善最严重污染区域的环境质量为目的， 通过控制少数重点污染源来明显地改 根据城市近期的现实可行条件确定控 制总量作为管理目标的一种宏观控制方法。而质量目标总量控制，是建立污 染物排放量和环境质量的关系，通过控制排污量，将环境质量的改善提高进 行量化并纳入规划，此种控制对改善投资效益和指导治理计划有明显的效果。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 由于我国目前的总量控制处于探索、起步阶段，加之质量总量控制所需技术 条件和资料条件都比管理总量控制要严格，因此，我国目前的总量控制多处 于总量控制的初级阶段管理目标总量控制。如何实现由管理目标总量控 制到质量目标总量控制的过渡，将是我国科研人员需要亟待解决的问题。 2 3 污染物允许排放量的分配一总量控制的技术关键 随着水环境管理工作的不断深入，人们愈来愈认识到，仅对污染源排放 实行浓度控制，无法确保水环境质量的改善，在此背景下，以污染物总量控 制为手段的排污许可证制度应运而生，并显示强大的生命力。水环境污染物 允许排放总量的分配是发放排污许可证的核心工作。制定科学的总量分配方 案，是实施水污染物总量控制的技术关键。由于区域容纳的排污总量有限， 因此分配允许排放量实质上是确定各排污者利用环境资源的权利，确定各排 污者削减污染物的义务，即利益的分配和矛盾的协调。在市场经济条件下， 允许排放总量的分配关系到各污染源的切身利益。公平性原则应是排污总量 分配中应遵循的首要原则，然后在公平的基础上以交易或补偿等手段来追求 效率，使之既体现总体费用最少，达到保护区域水环境，促进经济发展的目 的，又尽量避免了各污染源之间允许排污量或削减量费用不均导致的不公平。 由于实际工作中对允许排放量分配的公平性存在很大分歧，因此，建立一套 被各污染源接受的定量化允许排放量公平分配方案是问题的关键。下面将具 体分析说明已有的污染物允许排放量分配原则及方法中隐含的不公平性，并 尝试建立定量化的允许排放量公平分配原则。【1 】 ”卜【2 0 】 2 3 1 分配原则 2 3 1 1 等比例分配原则 该原则即在所考虑的区域范围内，承认各污染源排放现状的基础上，将 总量控制系统内的允许排放总量等比例地分配到污染源，各污染源分担等比 例排放责任。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。该 分配原则前提是承认排污现状，而一个公平的分配方法应基于充分考虑历史 西南交通大学硕士研究生学位论文第l o 页 责任的基础上得出的。例如，同一河流上的两个炼油厂，其一是现有c o d 排放量花费了昂贵的代价经过污水处理后排入河流的，另一个是未经任何处 理就直接排入河流，那么，根据等比侈f 分配原则要求两个炼油厂削减同样比 例的c o d 排放量，显然有欠公平。由此看出，等比例分配原则非但不具有 所谓的。公平性”，而且实际上是一种“鞭打快牛”、鼓励落后的分配原则。 2 3 1 2 费用最小分配原则 该原则是以治理费用作为目标函数，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，数 学优化规划求得的结果反映系统整体的经济效益、社会效益和环境效益。但 有文献指出，即便是最有效率的经济安排，如果它是不公平的，亦即对能做 到的工作和获得的报酬没有公正的分配，就可以明确地认为它是不适当的。 由于费用最小分配原则只追求社会整体效益最大，忽略了各排污者之间的公 平性问题，在实践中不可避免地造成污染治理效率高，边际治理费用低j 管 理得力的污染源负担更多的削减量。允许排放量分配的不公平不利于企业在 平等的市场交换条件下开展竞争，严重挫伤企业防治污染的积极性，激发企 业的抵触情绪，从而导致规划方案难以落实。国内外的大量实践均表明，只 依照最小费用原则分配允许排放量的作法在实践中遇到了极大的阻力。 2 3 1 3 按贡献率削减排放量分配原则 该原则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。这种分配原则在一定程度上体现了每个污染源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的公平性。但是它不涉及不同 行业污染治理费用的差异，因而在污染治理费用方面存在一定不公平性。此 外，该分配原则中所引起的下述不公平问题也应给予足够的关注。不同地理 位置的企业对同一控制断面，其污染影响是不一致的。靠近控制断面的污染 源排放污染物在水体中稀释扩散转化的时间和过程较少，其污染贡献必然比 远距离的污染源大。按贡献削减排放量时，势必要较多地削减近距离的污染 源污染物的排放量。从水环境容量资源共享角度而言，这是公平的。但如果 近地源早已存在，而且当初设置时并未划定水源控制区域对污染进行严格控 制，那么现在要求近地源再削减较多的污染排放量仍是不公平。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 通过对上述总量控制分配原则及方法的公平性分析，可以总结出导致污 染物允许排放量分配中不公平问题的下列主要因素： ( 1 ) 污染源所处的地理位置不同导致的不公平。由于水体的自净作用， 不同地理位置污染源排放污染物具有不同的转输率。这使得污染物允许排放 量分配中公平原则难以度量。导致已有“公平”分配方法中隐含着不公平性， 清华大学林巍曾对该问题作了较深入的研究。 ( 2 ) 污染物削减边际费用差异引起的不公平。由于污染源边际削减费 用不同，因而不同的污染源具有不同的排污边际净效益。污染物允许排放量 分配过程中如果单纯从经济上考虑，按费用最小优化分配以达到环境资源的 最佳配置，必然导致企业处于不公平的竞争环境之中。即使按污染源贡献率 来进行污染物允许排放量进行分配，若不考虑到这种费用差异，也将造成不 同污染源尤其是不同行业间费用负担明显的不公平。 ( 3 ) 未充分考虑历史责任造成的不公平在污染物允许排放量分配过程 中如果不基于对历史责任的考虑，即只承认各污染源排污现状，那么郎使再 公平的分配方案也隐含着不公平。它将导致一个革新挖潜做得好的环保先进 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。 此外，由于历史原因形成的污染源所处不同地理位置，造成污染物贡献率之 间的差异，其中政府决策失误应是一种不可推却的历史责任，如果因这种原 因造成的后果由近地源独自承担其责任显然也是有欠公平的。【1 9 】 1 2 5 】 2 3 。2 现有分配方法 2 3 2 1 等比例分配法 ( 1 ) 一般等比例分配。所有参加排污总量分配的污染源，以现状排污 为基础，按相同的削减比例分配允许排污量。 ( 2 ) 排污标准加权分配。考虑各行业排污情况的差异，以污水综合排 污标准所列备行业污水排放标准为依据，按不同权分配各行业允许排放量。 同行业按等比例分配。 ( 3 ) 分区加权分配。将所有参加排污总量分配的污染源划分为若干控 制区或控制单元，根据与区域或单元相应的水环境目标要求，确定出各区域 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 或单元的削减权重，将排污总量按权重分配至各区，区域内仍按等比例分配 方法将总量负荷指标分配到污染源。 2 3 2 2 费用最小分配法 已知目标削减总量，凡能做出各区域、各资源的各种削减方案的投资效 益分析，或能给出削减的费用函数时，可按区域治理费用最小、污染物削减 量最大的原则，进行数学优化规划和分配。 ( 1 ) 使用浓度排放标准和等标污染负荷率值控制标准，对各污染源进 行基础平权，求得各污染源的基础允许排放量和基础水龙头量。 ( 2 ) 以各污染源的基础允许排放量为初值，使用按贡献率大小的分配 原则，求解目标函数，得出各污染源的平权允许排放量和平权削减量。【2 1 卜口4 】 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 第3 章安昌河流域水环境现状分析与评价 安昌河( 见图3 1 ) ，涪江一级支流。上游分二源；西源为茶坪河，发 源于千佛山南华岭西侧安县境内，北向南流至石林口折向东流；东源为苏宝 河，发源于千佛山南华岭东侧北川县境内，西向东流至擂鼓镇折向南流入安 图3 1 安昌河流域图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 县境内。茶坪河与苏宝河在安县城关安昌镇南相汇，汇后称安昌河，向东南 流，经黄土镇、花菱镇、界牌，后入绵阳市涪城区，经永兴镇后至绵阳市涪 城区东南角南山西侧山脚汇入涪江。安昌河对绵阳市的城市建设和经济发展 起着十分重要的作用，但由于长期以来人为破坏加剧，管理薄弱，加上经济 增长所造成的负面影响，河道保护、整治和建设始终处于滞后状态，安昌河 流域污染日益严重，安昌河己成为绵阳市涪城区的污染集散地之一，因此安 昌河流域特别是涪城区段总量控制的研究对绵阳市水环境规划有着十分重要 的现实意义。 3 1 绵阳市概况 3 1 1 地理环境 绵阳市位于四川盆地西北部，涪江中上游地带。距四川省会9 0 公里， 地理坐标为：东经1 0 3 。4 5 一1 0 5 。4 3 ，北纬3 0 。4 2 - - 3 3 。0 3 。东邻广元市的 青川、剑阁县和南充市的南部、西充县；南接遂宁市的射洪县；西界德阳市 的罗江、中江、绵竹县；西北与阿坝州和甘肃省的文县接壤。全市幅员面积 2 0 2 4 9 平方公里。其中山区、丘陵区和平原区分别占幅员面积的6 1 0 、 2 0 4 和18 6 。 绵阳市地貌受区域地质格局的控制而分属于四川三个不同的地貌单元， 安县雎水到江油马角坝一线以北属于龙门山山地区：东南部盐亭、梓潼属于 盆地低山区；西南三台、市区属于盆地中山丘陵区。全市地势自西北向东南 倾斜，地貌也由山地向丘陵过渡。地势北高、南低，高差悬殊大：地貌形态 的发育与地貌格局的形成，都直接受地质构造的控制；全市地貌类型的空间 分布差异很大。地貌类型复杂；西北部以中山、低中山为主；到西南则以丘 陵、平坝为主；东南部主要是深丘和低山。市境西北部地势高峻，降水丰富， 多成为河流发源地。主要以涪江干流及其支流组成密集的水网，呈西北向东 南流向，陆续汇入涪江，于三台百顷出境。涪江水系密布全市，加之地貌类 型多、地区差异大，为工农业提供了宝贵的水资源，也为水能源的开发和水 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 资源的综合利用，提供了条件。 3 1 2 气候特征 绵阳市四季分明，夏少酷暑，冬无严寒，夏秋雨水充沛。年平均气温为 1 4 7 1 7 3 。年极端最高气温为3 6 6 3 9 8 。年极端最低气温为o 0 - 2 4 。季节平均气温为：春季为1 5 4 1 7 8 。夏季为2 3 3 2 6 5 ， 冬季为5 2 7 5 秋季为1 4 9 仃3 。年降水量8 2 6 1 4 1 7 毫米，年降 水日数为1 1 1 1 6 4 天，季降水量为：春季为9 7 1 4 9 毫米，夏季为3 3 4 5 8 8 毫米，秋季为3 0 2 5 7 3 毫米，冬季为1 1 3 2 毫米。年日照数为1 0 3 9 1 5 6 0 小时。 3 1 3 自然资源 绵阳市矿产品种丰富，目前己探明的有铁、锰、铜、铅、锌、铝、金、 银、汞、煤、磷、油页岩、石油、天然气、玻璃砂岩、耐火粘土、澎润土、 高岭土、石棉、水晶等非金属矿产资源5 0 多种。开发价值大、储量居四川 省重要地位的共计1 5 种，其中黄金、锰、澎润土、溶剂自云岩的探明储量 居四川省的首位，玻璃砂岩、重晶石居第二位，天然气、水泥灰岩、水泥配 料、铸型砂居第三位，溶剂灰岩居第四位，磷块岩居第六位。 绵阳市林业工作，以天然林资源保护、退耕还林工程和生态环境综合治 理建设为重点，依托科技兴林，充分发挥林业建设在生态环境建设中的主力 军作用。全市林业用地1 0 6 2 3 万公顷，占全市幅员面积的5 2 4 。有林地 7 7 6 7 万公顷，活立木总储积8 7 8 2 9 8 万立方米，森林覆盖率3 8 8 ，林业 总产值5 6 9 亿元。 绵阳市降水丰沛，平均降水量1 9 6 1 3 亿立方米，平均降水深9 6 7 毫米。 其中约6 0 的水量形成地表径流，能够满足绵阳市人民生活和生产建设用水 的需要。绵阳市有涪江、安昌河等大型干流及几十条支流。河流纵横，沟渠 交错，加上武都引水水利工程，三江水利水电工程，沉抗水库等水利设施。 有效灌溉面积达3 2 1 2 3 万亩；治理水土流失面积1 9 7 平方公里，全市蓄、 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 引、提水能力达到1 8 7 5 亿立方米。 3 2 安昌河流域概况 安昌河全长3 6 3 k i n ，其中安县境内流域长2 4 6 k m ，涪城区境内长 1 1 7 k m ，落差1 5 0 0 m ，平均比降1 7 6 o ，流域面积9 4 3 k m z 。 安昌河流域地处龙门山脉中段与成都平原过渡地带，属华夏构造体系。 地势西北高、东南低，山区、丘陵、平坝三类地貌兼具。流域西北部为山区， 含：l l ：j i i 县苏宝乡、五星乡、擂鼓镇及安县茶坪乡等，以中低山为主，出露岩 层以岩浆岩为主：平坝区系安昌河冲积而成，是流域内主要粮油产地，丘陵 台地分布于龙门山前地带、平坝两侧，砾岩与灰岩广泛出露，受水的侵蚀作 用，广布石笋、石芽、石林、石洞，有石林洞乡之称。流域内最高处千佛山 峰，海拨2 9 4 2 m ，最低处安昌河口，海拔4 4 0 m ，相对高差2 5 0 2 m 。地震烈 度为七度。 安昌河流域属中亚热带湿润季风气候区，气候温和，雨量充沛，无霜期 长，冬暖春早，夏长秋短，四季分明。年平均温度1 6 3 ，1 月均温5 7 ， 7 月均温2 5 7 ，1 0 活动积温5 1 3 2 ，无霜期2 9 1 天，目照1 0 5 9 小时。 坝区和丘陵台地区气温差异不大，山区立体性气候明显，气温随高度上升而 下降。年平均降水量1 2 6 1 m m ，年内分配不均，冬春雨水稀少，夏季降水集 中，秋季雨水较多；1 1 月至次年4 月占年降水总量1 3 ，5 月至8 月占6 3 ， 9 月至1 0 月占2 4 ：降水量年际变化较大，多雨年达1 7 2 8 m m ( 1 9 6 7 年) ， 少雨年仅8 8 7 m m ( 1 9 6 9 年) ，相差一倍。全年0 i m m 的降水日数1 6 2 天， 降水量地区分布不均，西北山区和山前地带多于坝丘地区。多年平均蒸发量 约3 5 0 m m 。主要灾害有冬春干旱、夏秋洪涝以及冰雹等。 3 3 安昌河流域污染源分析及评价 安昌河上游( 界牌镇以上) 位于安县境内，人口稀少，污染源较少，比 较大的有安县肉联厂、安县银河建化集团、安县浮山集团二分厂等，寥寥无 几的几个排污口主要也是排放生活污水，所以上游水体容纳生产、生活污染 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 物很少，这也是安昌河上游水清见底、水质优于规定的地表水水质标准的原 因。 3 6 】 安昌河涪城区段内有1 0 个排污口，1 0 4 个污水排放源，每年有8 6 1 万 吨废水直接排入安昌河，相当于每天安昌河要接纳污水2 3 6 万吨。除此之外， 安昌河还接纳草溪河汇入的废水。据了解，草溪河有4 8 个排污单位，年排 废水5 1 2 4 万吨，日排污1 4 0 4 吨。安昌河枯水期流量每秒又只有数立方米， 加上接纳大量污水，这直接导致了安昌河下游在枯水期流域流量较小时水质 较差，并且日益恶化。所以本文污染污染源分析评价乃至以后总量控制主要 针对安昌河下游流域涪城区段污染比较严重的区域。安昌河流域涪城区段的 废水排放量年变化趋势见下图3 2 。 9 59 69 7粥9 9虬0 3y 图3 2 安昌河涪城区段废水排放量年变化 安昌河受纳污染物的来源，按其空间分布特征可以划分为点源和面源。 其点源主要是指城镇集中排放的生活污水和工业废水；面源是指在降水形成 的地表径流冲刷作用下带入水体的污染物，主要包括农田化肥、农药，农村 居民点的污水和固体废弃物，农村畜牧业产生的污水和废物以及水土流失等。 由于面源污染的特殊性，本文的数据主要来自绵阳市水环境质量达标规划的 内容，并作为水质本底值处理，不参与总量控制规划。 瞅 。 ， 。 ， ； ， 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 3 3 。1 点污染源的分类 3 3 1 企业点源 ( 1 ) 工业企业：生产废水直排或混排进入安昌河，主要排放c o d c ，等 有机污染物，有些排放少量六价铬、铜等污染物。 ( 2 ) 餐饮服务业r 直排或混排进入安昌河，主要排放动植物油和有机 物。 ( 3 ) 畜禽养殖业：废水大多就近排入河道，主要排放c o d c ，和氨氮。 3 3 1 2 生活点源 ( 1 ) 生活污水：主要是指居民的厨房用水，洗涤用水和冲厕所用水。由 于管网覆盖率、雨污分流不彻底等问题，导致排放的生活污水未能进入了绵 阳城市污水处理管网而直接排入了安昌河。 ( 2 ) 化粪池直排：这类污水包括未建造化龚池而直排入河道和化粪池出 水排入河道的两种，多出现在城郊结合部的河流周边。 ( 3 ) 农贸市场：包括农贸市场的洗涤用水、水产品的养殖废水、鸡鸭屠 宰洗涤污水等。一般通过雨水管就近排入河道。 3 3 2 污染源组成分析 分析污染源的组成目的在于找到主要的污染源，使以后的总量控制工作 有的放矢。可根据调查和排污申报情况总结分析污染源组成。因为安昌河特 别是涪城区段主要是一些印染厂、纺织厂、酒厂等，而排放特征污染物的主 要有银河化工( 六价铬) 、志远冶金( 铜) 等等，所以因子选择下表所列各项。安 昌河流域各污染源的组成分析见下表3 1 。 表3 1 污染源组成分析表 污染源 c o d c ，氨氮六价铬铜 类型 排放量 比例排放量比例排放量比例排放量比例 ( t a )( t a )( t a )( t a ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 企业点源 1 5 8 0 54 6 18 9 63 2 50 1 91 0 001 31 0 0 生活点源 1 6 6 9 54 8 61 3 2 74 7 5oo00 面源 1 8 15 35 7 12 00 0 00 总计3 4 3 1 1 0 02 7 9 41 0 00 1 31 0 0 0 1 31 0 0 图3 3 污染源排放c o d c ，组成分析图 图3 4 污染源排放氨氮组成分析图 由上图3 3 和3 4 可以看出：安昌河流域c o d c ，排放量最大是生活 点源，排放量为1 6 6 9 5 t a ，其次是企业点源与其相差不多，排放量1 5 8 0 5 t a ， 分别占总排放量的4 8 6 和4 6 1 。氨氮排放量最大是生活点源1 3 2 7 t j a ， 其次是企业点源8 9 6 t a ，分别占总排放量的4 7 5 和3 2 5 。 绵阳涪城区是绵阳工业比较发达的地区，高新区企业密集，加上有很多 生产成本投入小、生产工艺落后、能耗高、环境污染严重的小工厂和小作坊 使污水的排放日益增多。随着绵阳市安昌河综合整治工作的阶段性胜利，关 闭了这些重污染小工厂，并且在生产规模较大的水污染企业都配置了工业废 水治理设施，使得废水的排放近些年稳定在较低水平( 见图3 2 ) 。但现在 仍然存在不少问题，重污染的小工厂因为投入生产成本较低，利润相对又较 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 可观，容易死灰复燃，现在是屡禁不止 水治理设施，但设备闲置现象非常普遍 不检查时就不运转。 3 t j 较大生产规模的企业虽已配置了废 往往是环保部门检查时运转一下， 3 4 安昌河流域污染物分析及评价 污染物分析与评价的目的是找出主要的污染物，是实施总量控制，确定 控制因子必不可少的一步。 3 4 1 评价因子的选择 综合考虑目前绵阳涪城区的工业种类、结构，污染物评价的目的，以及 相关数据的可获得性等因素，本文选取了4 项评价指标：化学需氧量 ( c o d c ，) 、氨氮( n h 3 n ) 、铜、六价铬( c r 6 + ) 。安昌河流域涪城区段水体 年接纳各污染物的量见下表3 - - 2 。 表3 2 安昌河流域涪城区段各污染物的排放现状 污染物 c o d c r n h 3 一n六价铬铜 排放现状( t a ) 3 4 3 12 7 9 401 90 1 3 3 4 2 评价方法一等标污染负荷法 本文采用等标污染负荷法对安昌河每年接纳的各类污染物进行评价，并 对各个污染因子的等标污染负荷进行排序，找出最主要的污染物，为总量控 制提供前提。 p ：旦( 3 1 ) 既 式中：只为第i 种排放污