（环境工程专业论文）湖北省水污染物总量分配方案研究.pdf

武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 主要污染物总量控制政策是我国环境管理体系中一项基本政策，国内自“九五 开始 就对特定污染物设定了总量控制目标。水污染物总量初始分配是总量控制政策的关键技 术，是排污权交易的前提。 湖北省主要污染物排污权交易尚处于试点工作中，特别是化学需氧量初始分配方案至 今缺少相对完善的分配体系。 针对湖北省缺少水污染物初次分配的情况，以主要污染物总量分配方法比较分析为基 础，对国内多种水污染物初始分配技术进行了横向比较和论述。对湖北省近几年地表水环 境资源统计数据和相关年份主要污染物数据进行了统计分析研究，比较了容量总量控制与 目标总量控制，建立了适合湖北省的主要水污染物总量分配体系，明确了省级行政区一区 域( 市、县) 一点污染源的总量分配方法。其中，区域到子区域的分配过程采用基尼系数法 作评估和优化，区域到点源的分配过程采用综合法做分配，且采用变异系数法计算权重， 最终分配结果的公平性用基尼系数法进行评估。评估结果表明，综合法较好的保证了分配 过程的公平性。以l + 8 城市圈各城市和武汉市各工业行业为分配对象做分配示范，为湖北 省新近实施的排污权交易计划提供了可靠的基础。 关键词：初始分配；武汉城市圈；化学需氧量；基尼系数法；变异系数法 第1 i 页 武汉科技大学硕士学位论文 a b s t i a c t 1 1 1 ep 0 1 i c eo f t o t a l 锄。皿tc o n 们l ( t a c ) o f s p e c i 丘e dp o l l u t a n t sh a sb e e nb a s i co n eo ft 1 1 e p o l i c i e si nc h i i l e s ee n v i r o n m e n ts y s t e m ，恤o b j e 砸v eo ft o t a lq u a n t 畸c o m o lw e r ep u tf o n v a r d f o rs p e c i f i e dp o l l u t a n ti i lc l l i n as i n c et 1 1 e 血m f i v e y e a rp e r i o d 1 1 1 i t i a la l l o c a t i o no fs p e c i f i e d p o l l 讹m t ，f o ro n eh a l l di sm ek e yt e c h n o l o g yo f t a c ，f o rt l l eo ：i e rh a l l di st 1 1 ep r e i i l i s eo f t l l e e i i l i s s i o n 缸a d i n g e 芏1 1 i s s i o n 仃a d i n go f h u b e ip r o 诎1 c ei ss t i l ls t a yi nt l ：l ep i l o tp e i i o d ，aw h 0 1 es e to fi 1 1 i t i a l a l l o c a t i o ni sf 打丘- 0 mp e r f e c te s p e c i a l l l yf o rc o d 。 h lo r d e rt 0s o l v em ep r o b l e mt h a ti 斑t i a la l l o c 撕o nh a sn o tb e e nd o n ei nh u b e ip r o v i l l c e ， b a s i i l go nm ec o m p 撕s o nb 鲍e e nab u i l c ho fs p e c i f i e dp o l l l l t a i 】ti 1 1 i t i a la l l o c a t i o nm e m o d s ， s e v e r a l lk i i l d so fw a t e rp o l l u t a n ti i l i t i a la 1 1 0 c a t i o nm e m o d sh a v eb e e nd i s c u s s e d s t a t i s t i c a l a n a l y s i sa r l dr e s e a r c ho ns u r f ：k ew a t e rr e s o u r c e s 砒l ds t a t i s t i c so fs p e c i f l e dp o l l u t a n t si nr e l a t i v e y e a r s ，m 赫gac o m p 撕s o nb 咖e e nt o t a l 锄o tc o 心o lo f 嘲e ta n dc o n t e n t ，e s 切b l i s has e to f s p e c m e dw a t e rp 0 1 l u 伽1 t sa j l o c a t i o ns y s t e mw h i c hs u i th u b e ip r o v i n c e ，a d d i t i o n a l l yc 1 撕丘e dt l l e d e t a i la l l o c a t i o nm e t l l o di n r e g i o n r e g i o na n dr e g i o n p o i n tp o l l u t i o ns o u r c e1 e v e l r e s p e c t i v e i y a d d i t i o n a j l y ，g 证c o e 伍c i e n th a sb e e na p p l i e di nt 1 1 er e g i o n _ r e g i o nl e v e la n d s y m e s i sm e m o dh a sb e e n 印p l i e di nt h er e g i o n _ p o i n tp o l l u t i o ns o u r c el e v e lw m l ev ，l r i a t i o n c o e 伍c i e n th a sb e e nu s e dt od e t e n i l i n em e 、耽i g h t so fe a c hi n d e x g “c o e m c i e n th a sb e e nu s e d t om e a s u r ef 弛e s so fm ef i n a la l l o c a t i o nr e s m t g i n js t a t i s t i c sd e m o n s t r a t e 也a ts y n t l l e s i s m e m o dc o l l l de n s u r et 1 1 ef a i n l e s so ft l l ea l l l o c a t i o np m c e s s e v e 巧m e m b e ro fw b h a n c i 母c i r c l e a n d h n a 9i n d u s 缸ys e c t o i i si 1 1w h h a l lh a v eb e e nr e g a r d e da sa l l o c a t i o no b j e c t i v e si i lm et r i a l a 1 1 0 c a t i o n p r o c e s s喊c h谢l l o 脆rr e l i a b l ef 0 1 l i l d a t i o nf o r r e c e n t l y e r n i s s i o n的d i l l g i m p l e m e n t a t i o no fh u b e ip r o v i n c e k e y w o r d s ：1 1 1 i t i 2 l la 1 1 0 c a t i o n ；c h e 血c a lo 珂g e nd e m a n d ；w u l l a i lc i 够c i r c l e ；g m ic o e 伍c i e n t ； v 撕a t i o nc o e 妇丘c i e n t 武汉科技大学硕士学位论文 第1 页 第一章绪论 1 1 选题背景与研究意义 1 1 1 选题背景 从2 0 世纪末以来，随着我国经济实力的迅速提升，向环境排放的污染物量有逐渐加大 的趋势，随之导致水体质量迅速下降，进一步加剧了我国用水紧张的状况，严重影响了我 国的可持续发展进程。为了实现经济与环境的协调发展，缓解水体污染与水资源紧缺的矛 盾，总量控制自“九五 起成为我国一项重要的环境政策。 先期实行的浓度控制政策在一定程度上缓解了水质恶化趋势，但也存在明显不足。如 为数不少的工厂企业将污废水加水稀释后就能轻松满足排放标准，规避环境监管，因此， 需要实行更为严格的总量控制。在经济发展初期，人类活动对水环境的冲击较轻，水体存 在较为充裕的环境容量，对污染物实施浓度控制既简单易行，又不致造成水环境污染。但 是随着社会经济发展，污废水排放量加速膨胀，水环境容量日益饱和或过饱和，浓度控制 无济于事，就必须实行总量控制。就我国当前水环境污染形势而言，城市周围水体基本上 已无剩余环境容量，对主要污染物实行总量控制就成为水环境管理的首要选择。 2 0 1 0 年，尽管统计公报数据显示“十一五”实行总量控制的两项主要污染物化学需氧 量和二氧化硫排放量分别比2 0 0 5 年下降1 2 4 5 和1 4 2 9 ，均超额完成“十一五减排任务 【l j 。但是，整体上我国水质状况恶化的趋势并未有效缓解。长江、珠江、黄河的国内主要 水系水体质量并不容乐观，大量水库、湖泊水华现象频繁发生，近岸海洋赤潮现象愈演愈 烈。全国超过两百多条河流中有四百多个监控断面监测数据显示劣v 类水体断面合计 超过4 0 。其中，c o d 5 、n h 3 - n 和高锰酸钾指数等为主要污染物，2 0 1 0 年全国七大水系水 质类别比例见图1 1 。 1 1 2 课题来源 本课题来源于湖北省环保厅“湖北省主要污染物排污权总量初始分配及污染物排放监 管体系建设研究”项目，属于武汉科技大学与湖北省环保厅横向合作项目( 项目编号： 腿p 2 0 1 1 0 2 ) 。 1 1 3 研究内容与意义 本研究课题从湖北省尚未做初次分配的实情出发，搜集近5 年内湖北省水资源统计数 据和相关年份主要污染物统计数据，基于湖北省社会经济发展和环保现状，分析容量总量 控制与目标总量控制的优劣之处，建立较适宜的适合湖北省的主要水污染物总量分配体 系，即明确省级行政单位指向下级行政单位，再具体到各点源的总量分配体系，公平合理 的分配总量控制指标。并以湖北省1 + 8 城市圈各城市和武汉市各主要工业行业为分配对象 做分配示范，以期为湖北省新近实施的排污权交易计划提供技术支持，为将来向容量控制 的过渡打下基础。 第2 页 武汉科技大学硕士学位论文 图i 一类( ) 圈一v 类( ) 园劣v 类( ) 长江 黄河珠江松花江淮河海河辽河总体 图1 1 七大水系水质类别比例 1 2 国外水污染物总量控制及相关技术研究现状 1 2 1 美国研究进程与现状 在美国，污染物控制政策发展历程分为三个时期，美国总量控制发展情况见表1 1 。 第一个时期属于准备阶段，以排放标准为基准的控制政策。为了控制城市生活和工业 生产中污染物的排放，实行以排放标准为基准的总量控制，与此同时，以排放标准为依据 的方法渐渐取代了专业判断法，普遍作为各工业行业制定排放限值标准的参考依据。 第二个时期属于大范围推广阶段，即基于水质标准为基础的控制政策，且美国于2 0 世 纪八十年代前期颁布相关水法，与准备阶段不同的是，该阶段以满足功能区水质为基础。 第三个时期属于深入发展阶段，即以生态环境系统最优为准则的控制政策。该实施阶 段特点在于扩大了污染物的控制对象，同时强调对整体生态环境系统的优先保护。 目前，基于排放标准和水质标准的两种控制技术同时应用于美国的总量控制体系。在 满足特定水质要求的情况下，各污染源均需满足各自所属行业排放标准，然后对没能达标 的区域制定严格的总量控制计划。两种控制技术的搭配在保护水体的同时，可有效降低污 染控制成本。清洁水法总体实施流程见图1 2 。 1 2 2 日本研究进程与现状 为了缓解持续恶化的水体及大气环境质量，自二十世纪七十年代初以来，日本提出需 对部分污染物进行总量控制的设想，并着手制定了众多以保护水体和大气的环保法案。由 于关于濑户海的环境保护特别措施法提出了污染物总量控制和c o d 总量的概念，且制 定了详尽的削减支持技术和工作方案，所以该法案于1 9 7 3 年在日本被批准通过。在该法案 通过后的第五年，污染物控制计划实施于濑户海、东京湾和伊势湾等诸多流域。基本步骤 踟 绚 加 0 武汉科技大学硕士学位论文 第3 页 表1 1 美国总量控制发展阶段 有，第一，政府发布规定目标污染物；第二，由内阁总理大臣在规定的总量控制流域内制 定污染物削减目标量。此外，政府为总量控制政策的顺利实施，而进行了整备下水道管网 和处理厂，并制定了一系列相关控制标准等工作。尽管使主要污染物排放量出现了明显下 降，但没能实现环境质量的同步改善，由此引出了下一阶段更为严格的总量控制技术。 对于总量控制，日本今后的设想有：继续实施化学需氧量削减政策，努力使水环境 质量得到改善；下一阶段要以人口规模、地区经济水平、自然条件状况等现实因素为考 量基础制定污染物控制规划，并充分了解当地污水处理水平、污废水管网建设情况，同时 兼顾政策的综合性及平衡性；考虑到生活源排放污染物量所占份额增加的趋势，应加强 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 图1 2 清洁水法总体实施流程 污废水管理建设；要充分考虑到控制标准与控制对策搭配衔接，以及保持政策整体的平 衡性；注意累计前一阶段产生的经验教训，研究更为合理公平的控制对策；可以将制 定地域和流域内对相关产业和生产设施的污染负荷分配总量控制标准视为促进污废水管 网及行业污染治理的积极措施。 1 2 3 欧洲研究进程与现状 由于长期以来的经济的发展和对自然资源的过度开发，使得原本并不缺水的欧洲地区 也频繁出现用水紧张的状况，且多属于水质型缺水。水体污染主要来源于工业源、生活源、 农业源及其他工业项目，而且不同区域面临的水问题各异，水环境保护工作仍需要大量工 作。出于保护水体环境，并最终保护人类自身的目的，从2 0 世纪7 0 年代开始，欧盟制定为 数众多的水保护法律法则，欧盟水立法各阶段内容见表1 2 。 由于前两个阶段的众多水立法并没有明显改善水质状况，达到保护人体健康和环境的 目标，1 9 9 5 年，欧洲理事会、环境委员会以及欧洲委员会和欧洲议会就水环境管理改革达 成共识。欧盟理事机构和委员会一致认为水环境的管理保护应涉及到相关流域内水管理政 策的综合利用、排放标准设定、水质管理以及公众参与等综合管理的方方面面，而且有必 要将这些与各种涉水法律法规集成为一个整体的政策框架，使该框架成为具有整体指导能 力，综合开发的和可持续改进潜力等特点的水管理保护政策。于是在欧洲议会和理事会的 主导下，于2 0 世纪初颁布了水框架指令，该指令的颁布表明了欧盟水管理政策进入综 合管理的新阶段。 水框架指令的制定初衷是从流域( r i v e rb a l s i l ld i s 仃i c t ) 尺度强调水环境管理要综合 考虑水质水量、水体功能、多学科专家协同评估、生态环境现状、基本水环境法规及管理 措施，并考虑公众意见等诸多因素，同时适时跟进相关政策和措施的制定工作，并指明流 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 表1 2 欧盟水立法阶段 时间段制定的水法案立法目的标志性成果 1 9 7 6 年颁布游泳水指令； 制定游泳、渔业和 1 9 7 6 年颁布控制特定危险 1 9 7 0 1 9 8 0 年 饮用水用水水质标 物质排放污染水体指令 准 1 9 8 0 年颁布饮用水指令； 1 9 91 年颁布的市政污水处 理指令( u w w t d ) ；控制工业排放废 1 9 9 0 2 0 0 0 年1 9 9 1 年颁布硝酸盐指令；水、市政污水和农 1 9 9 6 年颁布的综合污染防业退水 治指令( i p p c ) 游泳水指令针对地表水和 海水浴场等场所中对人体健康 有影响的污染物建立强制性指 导标准； 饮用水指令建立了饮用水 水质标准，并于1 9 9 8 年增加了 人类及环境健康影响因子； 控制特定危险物质排放污染 水体指令设定了近海岸海域 和地表水保护目标 市政污水处理指令要求欧 盟成员国的所有城市和较大型 村镇有计划的制定集中式污水 处理工程设施方案； 硝酸盐指令划定硝酸盐敏 感水域，并制定相应的保护计 划；非敏感区域则在自愿原则 的基础上，鼓励采用最优耕作 方式( g o o da g r i c u l t 眦lp r a c t i c e ，g a p ) ； 综合污染防治指令在最优 可行技术( b e s ta v a i l a b l et e c h n o l o g y ，b a t ) 基础上提出污染 排放控制标准 保护水生态利功植 物的健康r g 0 0 d 长期开发和完善的水框架指 2 0 0 0 年至今 2 0 0 0 年颁布水框架指令s t a t u s ) ，进斋从根令共包含了2 6 条河1 1 个附件。 本上亲证水资源的 明确了水环境保护目标，规定 可持续利用 各项保护工作的完成期限 域水环境管理的基本方向和具体步骤。与前两阶段水立法不同之处在于，水框架指令 的终极目标是保护水生态和动植物的健康( g 0 0 ds t a t u s ) ，进而保证水资源良好的可持续利 用性，构建水环境管理和水资源的可持续利用的整体框架。 欧盟水框架规划见表1 3 。 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 1 3 国内研究现状 我国水环境容量和总量控制技术研究起步较晚，但是发展较快，并逐步融入到环境管 表1 3 欧盟水框架协议的时间规划 时间问题 将w f d 指令转述到本国的法律体系中 将各流域划分为水体管理单元，其目的是为了方便、准确地开展生态评价、目 标考核、监督监测等后续工作 分析各水体管理单元存在的环境压力及其造成的影响，以及环境目标实现的风 险 组织完善相应的监测网络并使之投入运行 为每个流域区域制订管理计划，确定实现w f d 指令环境目标的经济可行性措 施。国际性河流要制订综合管理计划，上游区域必须积极治理污染，而不是将 其转移到下游 完善并实施用水收费政策 开始实施流域管理计划中提出的各项措施 实现当年环境目标 第一次实施过程结束 第二次实施过程结束，水质达标的最后期限 理体系中，进一步充实了我国环境管理制度。同国外发展进程相似，我国总量控制及相关 技术的研究按时间进程可分为四个阶段。 启动阶段 该阶段为2 0 世纪7 0 年代初期，国内研究学者运用各类水质模型等数学方式，在北京东 南郊、黄河兰州段、松花江、图们江、漓江和黄海、渤海等环评项目中，分析了水污染物 自净规律、制定各类排放标准，并开始提出水环境容量概念。 扩大研究阶段 “六五”期间，随着政府对水环境污染问题重视，大批科研机构和重点高校纷纷开展 水环境容量的研究工作。如“沱江有机物的水环境容量研究 、“湘江重金属的水环境容 量研究”、“深圳河有机物的水环境容量研究”、“黄浦江污染综合防治规划方案研究”、 “鸭绿江下游水质评价及污染综合防治规划方案研究”、“苏州河水网水污染综合防治规 划方案研究”、“京津地区水域有机污染及防治规划”等项目，做出大批研究成果。这一 阶段，水污染物在水体中的迁移转化行为、物理化学变化规律得到更为深入的研究，水质 模型及各类参数的研究均有较大进展，水环境容量的相关理论研究成果与水体控制规划进 一步紧密结合。 深入研究阶段 “七五”期间，水环境容量的研究仍被列为国家环保科技攻关项目。随着更多科研机 吆 舛 凹 m 屹 b 甜 加 加 加 加 加 加 加 加 加加 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 构和院校的加入，水环境容量的理论研究工作得到进一步的扩展和深化。在水环境容量理 论研究的带动下，水动力及水质模型的研究进展迅速，河流、河口、湖泊、海湾等水域水 体的需氧有机物、富营养化、重金属、石油和废热利用等研究均有一定突破，建立了多目 标综合决策评价模型、复杂地区多组分水质评价模型、富营养化评价模型及非点源模型等。 研究对象也拓展到氮、磷、废热和石油类。水环境容量手册【4 j 、 水环境容量开发与 利用 5 】、总量控制技术手册 6 】、水资源手册【7 】等技术文献使水污染物总量控制技 术更加规范化。在这一期间，水环境功能区划的理念得到充实和发展，大批研究成果有效 推动了排污许可证制度和总量控制政策的发展。 “八五”期间，长江安庆段、芜湖段、南京段、渭河咸阳段、胶州湾等3 0 余个水域， 以总量控制为基础，在“排放水污染物许可证工作大纲”、“地表水环境保护功能区划分 技术纲要”、“水环境综合整治规划技术纲要”三个指南指导下，发放排污许可证并划分 水环境功能保护区。这一时期，总量控制理论与水污染物排放标准和水环境质量标准相衔 接，水域分类管理和污染源分级控制的策略得到全面推广。 拓展研究阶段 “十五”期间，原国家环保总局将二氧化硫和化学需氧量列为实施总量控制的目标污 染物；城市排污收费政策得到推广；经济的快速发展有效推动了集中式污水处理设施的建 设；部分地区实施容量总量控制成为可能；渤海碧海行动计划开始实施。 在我国台湾地区，环境容量被称为“涵容能力”【8 1 ( c a n y i n gc a p a c 时) ；t m d l 被译为 “总量管制”。香港吐露港地区因为早期城市规划只要求达标排放而没有考虑环境容量， 导致赤潮的频繁发生。有鉴于此，目前香港地区各类环境规划及工程开发项目的环境影响 评价，均采用考虑了环境容量的排放标准。 1 4 湖北省目前主要污染物分配现状 从“十一五 初期开始，我省在可借鉴经验极其有限的情况下积极探索排污权交易。 2 0 0 3 年，湖北省武汉市作为首批六个被选择开展排污许可证的试点城市之一，在污染物总 量控制和排污权交易实施方面相对来说一直走在全国前列，也为今后湖北省环保工作的开 表1 4 湖北省的8 次排污权交易 编号转让标的物 转让数量( t ) 成交日期 p w 0 9 0 0 1 p w 0 9 0 0 2 p w 0 9 0 0 3 p w 0 9 0 0 4 p w 0 9 0 0 5 p w 0 9 0 0 6 p w 0 9 0 0 7 p w 0 9 0 0 8 二氧化硫 化学需氧量 二氧化硫 化学需氧量 二氧化硫 化学需氧量 二氧化硫 化学需氧量 8 8 6 6 2 2 0 0 1l， 1 l 1 ，l - - - - - - - 3 3 5 5 8 8 2 2 o o 0 0 0 0 l 1 9 9 9 9 9 9 9 9 0 o 0 0 0 o 0 0 o 0 0 o o 0 0 o 2 2 2 2 2 2 2 2 x o 0 o 0 0 7 l 姗 m 瑚 枷 一 姗 m 孔 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 展积累了不少经验。2 0 0 8 年湖北省环保厅颁布了关于特定污染物的排污权交易的试行办法 和具体实施细则等一系列规则章程，明确了排污权交易在我省的发展方向，并于2 0 0 9 年成 立了以位于武汉光谷的联合产权交易研究所为平台的排污权交易中心。迄今为止，该交易 中心一共进行了八次排污权交易，为今后省内排污权交易范围扩大至1 + 8 城市圈积累宝贵 经验，湖北省八次排污权交易情况见表1 4 。 但是到目前为止，湖北省并没有进行过特定污染物排放配额的初始分配，排放配额交 易初级市场的建设亟待完善。而之前进行的八次排污权交易，主要是通过淘汰落后产能而 无偿回收，以及部分单位实施工艺更新、清洁生产等措施使年度主要污染物有了结余排污 指标。根据省环保厅有关章程规定，以2 0 0 8 年1 0 月为节点，该节点以后的由国家和省环境 主管部门负责审批的新、改和扩建以致需增加排污配额的单位，通过湖北武汉联合产权交 易研究所搭建的交易平台，竞拍所需配额。而目前之所以尚没有进行特定污染物初始分配 的原因有四条： 在法律层面上，没有明确各参与方法律责任，配套的支持技术研究工作相对滞后。 环境管理体系不够完善，基础环境监测不够充分。 还不具备将特定污染物的削减技术转化为实际应用能力。 各地方政府部门对环境保护的认同感不够，缺乏参与积极性 因此，迫切需要探讨出一整套较为适宜的分配体系来服务于湖北省排污权交易进一步 发展。 1 5 研究方法技术路线 本论文研究在针对目前湖北省主要污染物排污权初始分配真空的现状，从实际情况出 发，设计出一整套相对完善的初始分配体系，来服务于湖北省排污权交易的进一步发展。 初次分配研究技术路线见图1 3 。 文献资料搜集分析省社会经济及环境现状 总量控制类型，及应遵循的分配原则 箸配武汉城市圈i 源分配 武汉市内重点c o d 排放行业 形成相对完善的省内水污染物初次分配体系 图1 3 初次分配研究技术路线 武汉科技大学硕士学位论文 第9 页 本课题研究可分为四个层次：首先是根据现有文献资料，探讨湖北省目前应实行的总 量控制类型，以及应遵循的总量分配基本原则。其次，对目前的分配方法做较为系统全面 的分类分析，对比各自优劣之处，以及探讨各自应用层次。再次，以武汉1 + 8 城市圈内各 城市为分配对象，做区域一区域层次的分配示范。最后，以武汉市内规模以上重点工业行 业为分配对象，在扣除必要部分后( 如生活源等) ，做区域_ 点源的分配示范，进一步完善 省内排污权初始分配体系。 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 第二章分配原则的探讨和分配体系的建立 2 1 容量总量控制和目标总量控制 依据我国2 0 0 8 年修订实施的水污染防治法有关精神，针对特定排污量较大的污染物实 行总量控制的情形，适用于已满足达标排放却仍未能满足各水体功能区质量标准的区域【9 j 。 随后，总量控制的概念得到了扩展，从单纯的用于不达标水体扩展到达标水体。即对于达 标水体，要求采用容量总量控制，考虑新、改、扩建项目的新增排放量不致导致水体质量 恶化；对于非达标水体，实行目标总量控制，重点对污染源排放削减。 以某一区域( 或流域) 自然地理状况、水体纳污能力和当地环境质量标准为依据，严格 管制特定污染物的排放，鼓励更新减排工艺，降低排污水平，以不超过当地自然环境的总 体纳污能力为目标的政策，称为总量控制。污染物排放配额分配的主要思想是在已设定的 控制目标前提下，充分考虑当地自然环境的纳污能力，采用一定的技术手段，合理分配排 污配额【1 0 1 。污染物允许排放量、允许排放区域和允许排放时间段三者构成了总量控制的核 心内容。 基于水环境容量的总量控制，是指通过对水体纳污能力的测算得出的控制目标，并依 据一定的原则和操作方式将允许的排放量逐级分配到有关地区和污染源。容量总量的基本 依据是水环境功能区，受到功能区水质目标的制约，这就意味着只要污染物的实际排放量 小于允许排放量，当地水体质量控制目标就可以得到满足。因为总量分配方法的计算过程 是从水体环境容量出发，逆着污水流动方向行进，所以这种总量分配法属于逆向算法。 目标总量控制是在现有或预测的污染物排放总量的基础上制定的、在一定时间内削减 的污染物量。目标容量与现状污染物排放量挂钩，控制目标明确，便于管理。由于目标总 量的确定与预定水环境质量无关，根据目标总量作出的水污染防治规划是否能够实现预定 的水环境质量目标，存在一定的盲目性。 由于工业源总量控制是总量控制框架下的一个组成部分，所以部分研究者将工业总量 控制与容量总量和目标总量控制相提并论的做法并不科学。 结合湖北省的实际情况分析，对水污染物实行容量控制暂时仍有诸多障碍，全面施行 的必要条件仍然不充分。原因有： ( 1 ) 数据的缺乏 水环境容量测算需大量的水文数据、污染源数据以及各种水体模型及理论参数的研 究，但从目前来看，尚不具备以上条件。 ( 2 ) 动态数据的难预测性 由于受到水文和排污等不稳定因素的影响，水环境容量为动态数据，模型计算的结果 与实际情况肯定有偏差，因此，水环境容量测算更多的时候只能作为参考。 ( 3 ) 流域管理理念上的相对滞后 湖北水系发达，省内不仅湖泊众多，而且流经省境的河流也多，有长江、汉江、三峡 武汉科技大学硕士学位论文 第1 1 页 库区及其他支流和湖泊，其中汉江全长3 4 流经省境。正因如此，不少城市有不止一条 江河流经，造成供水情况和环境容量分摊情况复杂。目前为止，省内尚无清晰的流域 划分资料。 综合分析可知，目前湖北省仍以目标总量控制为主，结合水环境质量现状以及各流域 社会经济需求，制定相应目标总量，施行总量控制；局部有技术有条件地区，以国家分解 下达的总量控制指标为上限，结合本地实际情况，以及未来规划发展为依据，制定相应的 容量总量控制计划。 2 2 分配原则探析 主要污染物总量分配方法众多，具体分配方法需要遵循一定的目标原则。 公平性原则一环境公平的概念最先是由美国人提出。为了真正有效的解决环境危机， 人们意识到就必须将环境问题与社会公平问题联系起来。作为每一个个体，人人都平等的 享有使用环境资源的权力，尤其是当环境容量成为社会稀缺资源的情况下，公平性就显得 至关重要。根据外部性内在化的原则，可以将公平性定义为：相等的外部影响产生者内在 化是应该要求相等【1 2 】。这意味着，排放相等的污染物量或造成相同的环境影响的污染源应 该承担相同的消除环境污染的责任，所以污染负荷量的分配应体现公平的原则【l3 1 。即每个 人、每个地区、每个企业在某一条件约束下获得各自对应当量的排污权。 注重效率原则一实质是利用各种数学最优化方法，在污染治理综合费用最低或污染物 削减率最大或环境管理成本最低等条件约束下，对规划区内各分配对象进行允许排放量的 分配。这类方法普遍具有运算精度高、逻辑缜密等特点，可以实现规划分配方案的最高效 率。在很多情况下，公平性和效率优先的原则存在矛盾。为了追求效率，人们有可能忽略 公平，而过分强调公平，有可能降低效率。效率准则的实施，可以促进社会经济的发展， 而公平原则有利于保持社会稳定，两者既矛盾，又统一。而在公平的基础上，注重提高效 率，是一种合理的选择。 尊重区域差异特别是在以地区为分配对象的水平上，要求更多考虑到各区域在人口 数、经济贡献水平、水资源状况等多因素角度，权衡利弊得失，尊重区域间差异，采取有 倾向的分配策略。 良好的可操作性要求具体的分配方法在具备目标可达性的基础上，分配方法要简单 易行，过于复杂的手续和管理很可能使允许排放量的分配流于形式。因此要最大程度简化 分配方法，减轻各级环境部门管理成本。 科学性要求以科学思想为指导，以事实为依据，宏观分配体系与微观具体分配方法 均要求反映事物内在本质与发展规律，在具象化层面则要求论据充分，实验材料可靠，实 验数据可信，实验结果经得起考验，实验方法符合科学标准等。 2 3 分配体系构建 本课题的研究范围是湖北省内c o d 总量分配，寻求建立由省级行政区_ 各市( 州) _ 各 重点行业( 或重点点源) 的相对完善的分配体系。 第1 2 页武汉科技大学硕士学位论文 基于湖北省目前的水环境管理现状，在实行目标总量控制的思想指导下，以2 0 1 0 年湖 北省各市州环境统计年报排放统计数据为基础，和国家下达的强制性削减指标为上限，结 合湖北省每年出台的年度环保规划中制定的总量削减计划，对武汉1 + 8 城市圈进行区域_ 子区域的分配操作。 在区域_ 各重点行业( 或重点点源) 的分配层次，是在确定了排放目标后，扣除不可控 的污染源，仅保留可控源进入分配环节。 一般而言，限排总量是工业点源、城镇生活源、非点源、安全余量等几项之和。排污 权的分配是在扣去生活源、非点源和安全余量等之后，仅对工业点源进行分配。原因在于， 非点源的污染排放比例具有一定的季节性。在多雨水季节，由于水体的污染汇集等特性， 非点源污染排放比例较高，可以考虑将非点源作为重点污染源对待；而在少雨季节时，非 点源污染排放所占比例较小，可以忽略不计。而城镇生活源由于主要是通过集中式污水处 理设施进行控制，而集中式污水处理设施在设计之初，就确定了自身的污染物排放标准， 所以无法通过总量削减减少污染物排放量。而安全余量作为管理预留和保守分析的部分， 由于自身的不确定性，不宜参与总量分配环节。 但是无论是国家环保部的环境统计公报还是省级环境统计公报中，针对化学需氧量排 放的统计，都是只限于工业源和生活源。由于本论文的数据均以各级环保部门的环境统计 公报公布数据为基础，所以本研究讨论的化学需氧量排放总量是指工业源和生活源的总 和。 武汉科技大学硕士学位论文第1 3 页 第三章初始分配方式解析比较 在水污染物分配环节，国内外众多学者进行了深入而卓有成效的研究。 总的来说，外国研究者更多的从数学角度出发，建立简化的数学模型，设定约束条件， 求最优解。如1 1 1 0 m a l l l l 等先把目标函数作线性化处理，然后用优化数学模型求解各排污单 位允许排放量【1 4 】；e c k e r 贝慵! 流量等参数设为确定性变量，对水域环境容量进行了计算和分 配【l5 j ；j o s l l i 等人对各排污口之间允许排污量的分配运用了直接推断法进行研究【1 6 】；l e e 等 人采用多目标决策法，建立包括了经济和环境双重目标的数学规划模型，对流域管理中各 部分污水治理费用进行了计算研究1 1 7 j ；c a r d w e l l 和e l l i 等则采用基于不确定参数和模型的方 法，研究了多点源的允许排污量的分配问题【1 8 。2 0 j ；d o n a l d 和b a r b a r a 等人则基于气象和水文 等多重因子综合考虑，对水污染物允许排污量分配进行了研究【2 l 】；f u j i w a u f a 等构建了基于 概率的数学模型，在已知流量分布的情况下，对各点源排放配额进行分配研究【2 2 】； v o o m e v e l dm 设计了基于人口因素的污染物分配方案【2 3 】；b u m 等人等则研究了遗传算法用 于区域污染负荷分配幽j 。 相较于国外研究者偏重于分配理论的研究，国内研究者则更注重于理论与实际的结合 运用。如李如忠运用a h p c a n 曲y r t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ) 设计了一种满足定性和定量双重要求 的分配模型，在流域各分区之间进行了排污总量分配【2 5 j ；王媛、张宏伟等在公平准则的基 础上，创造性的设计了一种以加权信息熵最大化为目标的信息熵分配模型，应用于区域中 的公平分配【2 6 j ；吴悦颖等将经济领域内用于评价公平性指标一基尼系数引入流域间水污染 物的总量分配f 7 j ；李嘉等在协同管理的指导思想下，构建了以河段为单位的各点源之间配 额分配的合作模型【2 8 j ；林高松等设计了一套以平均分配的等贡献量分配为基础的公平准则 下定量化的水污染物允许排放量公平分配方法，并对流域内各行业进行分配研究【2 9 1 。 3 1 可用分配方法 3 1 1 等比例法 以区域内各个分配对象的排放现状为基准，基于公平原则按相同比例削减排污量的方 法，即为等比例法。 具体分配方式为： q = g ，( 1 一r )( 3 1 ) 心一 ( 3 2 ) 其中，a 广表示第i 个区域的初始分配量( t ) ： r 表示污染物削减比例( ) ； q 。i 。n _ 表示上一级区域( 流域) 目标控制总量( t ) ； ( 卜表示基准年( 一般为分配前一年) 上一级区域排放总量( t ) ； 第1 4 页武汉科技大学硕士学位论文 q 广表示第i 个区域基准年排放总量； 3 1 2 绩效分配法 通过计算未来一段时间内控制总量与产值( 或产值增加值或利税) 的比值，确定未来一 段时间内流域或区域平均排放绩效，然后将各排放源基准年内产值( 或产值增加值或利税) 乘以该平均排放绩效，所得即为各排放源初始分配量。具体计算公式为： 尸= b ( 3 3 ) q2 砖 f 3 4 ) 式中，a 广表示第i 个排放源初始分配量： 喇乏示平均排放绩效( t 万元) ； b 广表示第i 个排放源基准年产值( 产值增加值或利税) ； q 。i i i 广_ 表示全流域或区域目标控制总量； b - 表示基准年全区域或流域产值( 产值增加值或利税) 总和； 3 1 3 层次分析法 层次分析法是上世纪七十年代初美国运筹学家s a a 够教授提出的用于解决定性和定量 问题的分析决策方法【3 0 1 ，层次分析见图3 1 。一般步骤有： 图3 1 总量分配层次结构 武汉科技大学硕士学位论文第1 5 页 ( 1 ) 在充分了解系统构架的情况下，明确系统最终目标，理顺决策分析涉及的规 模大小，具体实施方案，以及所要遵循的各项原则和边界条件。 ( 2 ) 分层次构建决策模型，并确定阶段目标和因果相应的差异，将系统多等级层 次化。 ( 3 ) 利用数学方法计算结构中上下层次相关影响因素间相关性大小，构造比较判 断矩阵并计算相关联程度，按影响大小排序，最终确定各因素权重。 ( 4 ) 对各决策层影响因素对系统总目标所占权重的计算结果进行排序，以明确决 策层中最底层影响因素与系统总目标的关联性大小。 ( 5 ) 对计算出的结果综合分析做出最有利于总目标实现的决策。 3 1 4 基尼系数法 又称“坚尼系数”，最初是用于评价社会经济领域内各社会阶层收入差异的一项重要 指标。洛伦兹曲线见图3 2 ，基尼系数法技术路线见图3 3 。 1 0 0 摹 睁 * m ，一形l ( 3 1 1 ) jjn，、l 厶一jl 、7 j ) l 户1 式中，l ( c j 传递系数。 对于水质监控断面传递系数l ( c i ，应该综合考虑排污渠入河系数、渠道修正系数、温度 及河道内衰减等诸多影响，传递系数按公式( 3 1 2 ) 计算： 式中，k l j _ 入河系数； k 2 j _ 渠道修正系数； = 毛j 七2 毛j k j ( 3 1 2 ) 第1 8 页武汉科技大学硕士学位论文 k 3 j 温度修正系数； k r 河道对控制断面影响系数。 各类影响系数修正方式： 入河系数以工厂污水排放口和城市污水处理厂污水排放口到入河排污口之间的直线 距离) 确定，参考值见表3 1 ；渠道修正系数和温度修正系数分别见表3 2 和表3 3 。 表3 1 入河系数取值 表3 3 温度修正系数取值 气温温度修正系数 1 0 1 0 3 0 3 0 0 9 5 1 0 0 8 0 9 5 0 7 0 8 污染贡献率最主要的体现在于对水质控制断面影响系数，计算公式为： 七4 j = p 一叫8 ” ( 3 1 3 ) 式中，l 【- 综合降解系数，d - 1 ； x _ 到控制断面的距离，m ； u 一功能区的平均流速，州s 。 3 1 6 排污权交易法 指在实行总量控制的区域内，基于区域目标污染物总排放量满足控制目标的前提下， 内部各相关污染源之间通过一定的交易平台，以货币为结算手段，借助市场来调节目标污 染物排放量，以确保达到减少污染物排放和保护环境的双重目标。 在国外的实践证明【3 1 1 ，排污权交易是美国应用最成功的环境政策之一，是实现环境资 源优化配置的有效手段之一【3 2 1 。关于排污权交易，国内外已有很多研究人员从法律属性 【3 3 3 6 】、制度建设 3 1 1 、理论分析m 2 4 7 】和应用实践h 8 渤】等多方面进行了广泛而卓有成效的研 武汉科技大学硕士学位论文 第1 9 页 究。排污权交易运作方式一般有两种。 e r c ( e 血s s i o nr e d u c t i o nc r e d i t s ) 模式 当某个污染源在满足排放标准( 美国的b a r 或w q b e l ) 的基础上，可以对剩余的e r c s 进行储备或交易，e r c 模式是以现有的排放机制为基准。 e a ( e i n i s s i o na l l o w a n c e ) 模式 称为总量控制模式( c a pa n dn a d e ) ，也是我国当前执行的模式。这种模式则是以总量 控制要求为基准，政府首先将污染负荷以某种方式( 一般是排污许可证) 分配给相关排污企 业，企业在不超出指定配额的基础上，可以将剩余的排污权进行储备或自由交易。 排污权交易类型有多种，包括点源与点源之间的交易和点源与非点源之间的交易，前 者又包括两个点源之间的交易和多个点源之间的交易。 3 1 7 综合归一法 各地区综合分配比例是各影响因素下指标权重与归一化比例乘积的加和【5 l - 5 2 1 。计算方 法为： 6 ，= w 。其中，w ：= 1 ( 3 1 4 ) 七= l七= l 某一特定影响因素下归一化比例的计算为： ：毒l ，其中，羔：1 卢1 = l 最终各区域分配公式： q j = b j q 咖 式中，b j 为第j 个区域综合分配比例； b j k 为第k 个指标第j 个区域在全区域所占比重； 钒为第k 个指标下第j 个区域统计值； q j 为第j 个区域分配 3 2 分配方式横向比较 ( 3 1 5 ) ( 3 1 6 ) 对等比例法、绩效法、层次分析法等众多方法进行优缺点对比，并分析了各自的适用 层次，分析结果见表3 4 。 由表3 4 分析可知，在区域一子区域的层次，可采用的分配方式有等比例法、层次分 析法、基尼系数法、综合法。 在区域一点源层次，可采用的分配方式有等比例法、绩效法、层次分析法、定额达标 法、综合法。 在湖北省以武汉城市圈为重点构建分配体系的过程中，分配方法的选用需要充分考虑 湖北省实际情况。 第2 0 页武汉科技大学硕士学位论文 表3 4 分配方式比较 武汉科技大学硕士学位论文 第2 1 页 第四章湖北省水污染物总量分配 4 1 湖北省概况 湖北省是位