（环境科学专业论文）水污染物排放总量控制研究——以天津市为例.pdf

独创性申明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：秀i 饧 2 0 1 0 年莎月j 习日 水污染物排放总量控制研究 一以天津市为例 r e s e a r c ho nw a t e rw a s t el o a dc o n t r o lo ft i a nj i nc i t y 姓 2 0 1 0 年6 月 江苏大学硕士学位论文 摘要 水资源是影响社会经济发展的重要冈素，随着水污染的不断加剧，改善水环境质量 已成为我国环境保护的主要任务之一。社会经济的不断发展，致使许多城市不断的面临 水质型缺水的问题，并以期通过更强烈的人工调控水体来解决水资源短缺问题，但往往 导致这些地区在环境治理以及总量控制方面不断出现新的问题，例如研究区域的水文、 水资源特性、水污染物输移、转运规律发生剧烈改变等，使之无法简单套用传统总量控 制方法。目前对水污染物总量控制的研究，缺乏对人工影响强烈地区水污染物总量控制 方法的系统性研究，因此，针对人工影响强烈地区的水污染物排放总量控制这样一个特 殊的研究对象来说，研究一套解决上述问题的容量总量控制方法，显得尤为必要。 本文以海河流域下游某市为例，针对其水环境污染严重、水资源紧缺、闸坝众多、 受人工调控强烈影响的特征，对其进行水污染物排放总量控制研究，以期为我国北方缺 水干旱，且人工调控强烈地区的水污染物总量控制，提供一个可行的新思路和方法。其 控制方法具体足结合排污去向，并与污染控制单元内实施水污染物排放总量控制。需要 补充的是，由于在总量指标分配方法中，必须对污染源对地表水环境的影响进行综合评 价。考虑到行业结构的复杂性、污染特性的多样性，以及环境、经济、社会指标间相互 关系的复杂性，以及现有的污染源评价方法( 如等标污染负荷法、综合判别指数法) 难 以反映现实非线性特征的局限性。因此，确定选取b p 人工神经网络对行业污染源进行 综合评价，并通过m a t l a b 软件来实现。在此基础上，提出适合于人工影响强烈地区的 水污染物排放总量控制方法，即基于区域行业结构优化分配的控制单元容量总量分配方 法。舅体来说，首先是依据水污染源点源的排放去向特征及其管理功能，将控制范围划 分为自然地表水体控制区域与非自然地表水体控制区域。然后，对自然地表水体控制区 域实施容量总量控制，即基于区域行业结构优化分配的控制单元容量总量分配方法，而 对非自然地表水体控制区域主要以目标总量控制为主，针对区域内水污染物类型，采用 不同的污染物控制方法。 本课题为水污染物总量分配方法提供了一条新的思路，对污染物总量分配技术的研 究具有一定的参考价值，为区域污染物总量控制和排污许可证的发放工作提供了科学依 据。 关键词：水污染物，总量控制，公平原则，排污去向，污染控制单元 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t w a t e rr e s o u r c ei st h ei m p o r t a n tf a c t o ro ft h es o c i o - e c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，a n dw i t ht h e g r o w i n gw a t e rp o l l u t i o n ，i m p r o v e m e n to ft h ew a t e rq u a l i t yh a sb e c o m eo n eo ft h em a j o rt a s k s f o re n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i o - e c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，m a n y c i t i e sc o n t i n u e dt of a c es e r o u sw a t e rr e s o u r c e ss h o r t a g et o g e t h e rw i t hp o l l u t i o n i n d u c e dw a t e r s h o r t a g e t h e nm o r es t r o n ga r t i f i c i a lr e g u l a t i o no fw a t e rb o d yi su s e dt os o l v ew a t e rs h o r t a g e i nm a n yc i t i e s a sa r e s u l t ，i ti sd i f f i c u l tt ou s et h et r a d i t i o n a lt o t a lw a s t el o a dc o n t r o lm e t h o d s b e c a u s eo ft h ea c u t ec h a n g e so nh y d r o l o g i c ，w a t e rr e s o u r c e s ，t r a n s p o r t a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si n t h o s er e g i o n s h o w e v e r , a tp r e s e n t , t h e r ea r ef e ws y s t e m a t i cr e s e a r c h e so nw a t e r w a s t el o a d c o n t r o li ns t r o n ga r t i f i c i a lr e g u l a t e dr e g i o n s t h e r e f o r e ，i ti sp a r t i c u l a r l yn e c e s s a r yt om a k ea c a p a c i t yt o t a lq u a n t i t yc o n t r o l l e dm e t h o dt os o l v et h ep r o b l e mf o rs u c has p e c i a ls t u d yo b j e c t t h r o u g ht h ec a s es t u d yo fac i t yi nh a i h er i v e rb a s i n ，w h i c hw i t hs e v e r ew a t e rp o l l u t i o n ， s h o r t a g eo ft h ew a t e rr e s o u r c e s ，m o r ed a ma n ds t r o n ga r t i f i c i a lr e g u l a t i o n ，w es t u d i e dt h e w a t e rt o t a lw a s t el o a dc o n t r o lm e t h o dt op r o v i d ean e wf e a s i b l ei d e aa n dm e t h o d sf o rt o t a l w a s t el o a dc o n t r o li na r i da r e a s , s h o r t a g eo fw a t e ra r e a sa n dw i t hs t r o n ga r t i f i c i a lr e g u l a t e d r e g i o n s t h ec o n t r o ls c h e m ei m p l e m e n t e di nt h ep o l l u t i o nc o n t r o lu n i ti nc o n j u n c t i o nw i t h p o l l u t a n td i s c h a r g ed i r e c t i o n s n e e dt oa d dt h a t , t h ep o l l u t i o ns o u r c e s 0s u r f a c ew a t e r e n v i r o n m e n t a li m p a c te v a l u a t i o ni sv e r yi m p o r t a n ti nac a p a c i t yt o t a lq u a n t i t yc o n t r o l l e d m e t h o d c o n s i d e r i n gt h ec o m p l e x i t y o fi n d u s t r i a l s t r u c t u r e ，t h ec o m p l e x i t y o ft h e i n t e r r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ei n d i c a t o r so fe n v i r o n m e n t a l , e c o n o m i ca n ds o c i a l ，e x i s t i n g e v a l u a t i o nm e t h o d so fp o l l u t i o ns o u r c e s ，s u c ha se q u a l - s t a n d a r dp o l l u t i o nl o a dm e t h o da n d i n t e g r a t e dd i s c r i m i n a t o ri n d e xm e t h o d ，i sd i f f i c u l tt or e f l e c tt h er e a l i t yo ft h el i m i t a t i o n so f n o n - l i n e a rc h a r a c t e r i s t i c s t h e r e f o r e ，b pa r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kw a sa p p l i e dt oa s s e s st h e i n t e g r a t e de n v i r o n m e n t a l e c o n o m i c a t t r i b u t e so fi n d u s t r yp o l l u t i o ns o u r c ea n du s e dm a t i _ a b t od e s i g nt h en e t a n dt h es c h e m et oc o n t r o lt o t a lw a s t el o a di sp r o p o s e d ，w h i c hi ss u i t a b l ef o r s t r o n ga r t i f i c i a lr e g u l a t i o n sr e g i o n sc a l l e de n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yd i s t r i b u t i o ni np o l l u t i o n c o n t r o lu n i tb a s e do no p t i m a li n d u s t r yd i s t r i b u t i o n i nt h es c h e m e ，a tf i r s t ，a c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i ca n dm a n a g e m e n tf u n c t i o no fw a t e rp o l l u t i o np o i n ts o u r c e s p o l l u t a n td i s c h a r g e d i r e c t i o n , w ed i v i d e dt h ec o n t r o l l e da r e ai n t on a t u r a ls u r f a c ew a t e rc o n t r o l l e da r e aa n d n o n n a t u r a ls u r f a c ew a t e rc o n t r o l l e da r e a t h e nw ea d o p t e dd i f f e r e n tp o l l u t a n tc o n t r o l l e d m e t h o d st od i f f e r e n ta r e a s r e g a r d i n gt ot h en a t u r a ls u r f a c ew a t e rc o n t r o l l e da r e a s ，w e a c t u a l i z e dc a p a c i t yt o t a lq u a n t i t yc o n t r o l l e dm e t h o d h o w e v e r , w em a i n l ya c t u a l i z e dt a r g e t 江苏大学硕士学位论文 t o t a lc o n t e n tc o n t r o l l e dm e t h o dt ot h en o n n a t u r a ls u r f a c ew a t e rc o n t r o l l e da r e aa n du s e d d i f f e r e n tp o l l u t i o nc o n t r o lm e t h o d st od i f f e r e n tw a t e r p o l l u t i o nt y p e s 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 e t h o d s a n dt 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 o t a lw a s t el o a dc o n t r o la n d p u t t i n go u to f t 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 nc o n s u m m a t i n gt h ep o l l u t a n tg r o s s a l l o c a t i o nt e c h n i q u e k e y w o r d ：w a t e rp o l l u t a n t s ，t o t a lw a s t el o a dc o n t r o l ，f a i rp r i n c i p l e ，p o l l u t a n td i s c h a r g e d i r e c t i o n ，p o l l u t i o nc o n t r o lu n i t i i i 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 目录 1 1 弓i 言1 1 2 研究目的和意义。1 1 2 1 研究目的1 1 2 2 研究意义。2 1 3 水污染物排放总量控制的研究现状。3 1 3 1 国外水污染物排放总量控制的现状3 1 3 2 国内水污染物排放总量控制现状4 1 3 。3 国内水污染物排放总量控制现存主要问题6 1 4 研究方法、主要内容及技术路线7 1 4 1 研究方法与主要内容7 1 4 2 技术路线8 第二章水污染物排放总量控制理论和方法分析 9 2 1 容量总量控制的相关概念9 2 2 总量控制的基本分配原则1 0 2 3 容量总量控制的方法分析1 1 2 3 1 等比例分配法。1 1 2 3 2 费用最小分配法。1 1 2 3 3 分区加权法1 2 2 3 4 排污指标有偿分配法1 2 第三章研究区域概况及特性 3 1 研究区域概况1 3 3 1 1 地理位置一1 3 3 1 2 自然环境条件1 3 3 1 3 人工调控水体情况1 5 3 1 4 社会经济条件1 6 3 2 污染控制单元的划分1 6 3 3 研究区域总体规划和环境规划要求2 1 第四章总量控制方法的确定 4 1 结合排污去向的总量控制方法2 3 江苏大学硕士学位论文 4 2 污染源评价2 5 4 2 1 人工神经网络简介2 5 4 2 2 人工神经网络在水环境科学中的发展2 6 4 2 3b p 神经网络在水污染物排放总量控制研究中的应用及存在问题2 6 4 2 4b p 神经网络模型的选取2 8 4 3b p 神经网络模型的实现3 0 4 3 1 评价指标的确定3 0 4 3 2 训练样本数据的采集及处理3 0 4 3 3b p 神经网络的建立3 3 4 3 4b p 神经网络模型的训练结果及仿真3 7 第五章自然地表水体污染物容量总量分配方法 5 1 容量总量分配方法4 3 5 2 行业结构优化分配4 4 5 3 控制单元容量分配4 7 5 3 1 控制单元容量分配方案的确定4 7 5 3 2 控制单元容量分配方案中各指标的确是_ 4 8 第六章非自然地表水体污染物容量总量分配方案 6 1 非自然地表水体控制区域水污染物排放总量控制方法5 3 6 2 污水处理厂控制区域的污染物排放总量控制方法5 3 6 3 市政排污河汇水控制区域的污染物排放总量控制方法5 4 6 4 坑塘沟渠汇水控制区域的污染物排放总量控制方法5 4 6 5 近岸海域直排污染物总量控制方法5 4 第七章结论与建议5 5 7 1 主要结论5 5 7 2 建议5 6 致谢 参考文献 5 7 5 8 附录ab p 网络评价原始数据6 2 附录bb p 网络评价数据8 9 在学期间发表的论文 v 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 ， 社会经济的不断发展，致使水环境污染不断加剧，水质型缺水问题成为制约 城市经济发展的重要因素，如何改善水环境质量足社会经济更好发展所面临的一 大难题。特别足我国北方一些地区，水资源更足匮乏，许多城市通过建造闸坝等 人工调控水体措施来解决缺水问题，致使这些地区在环境治理以及总量控制方面 出现新的问题，例如研究区域水文、水资源特性、水污染物输移、转运规律发生 剧烈改变等，使之无法简单套用传统总量控制方法( 包括传统的目标总量控制方 法和浓度控制方法) 进行水污染物排放的总量控制。 此外，近年来随着我国整体经济实力的提高以及人们对环境质量要求不断提 高，推行容量总量控制的呼声已经越来越高。然而；从目标总量控制过渡到容量 总量控制并非一件简单的事情，要妥善地完成这样一个转变，不仅管理部门自身 需要做好相应的工作准备，更需要环境管理和规划人员从科学的角度进行深入细 致的调研分析，研究制定科学合理的实施方案。而对于人工影响强烈地区的水污 染物排放总量控制这样一个更加特殊的对象来说，研究一套新的水污染物排放总 量控制方法，在充分利用区域水环境容量的同时，确定合理的污染物排放总量控 制目标及其在各行业和各地区间分配指标，使流域污染物的排放控制在城市水环 境的承载能力以内，并对污染物进行合理有效的分配，以促进水环境保护与经济 同步协调发展，这无疑足一个具有重大现实意义的课题。 1 2 研究目的和意义 1 2 1 研究目的 针对人工影响强烈地区的水污染物排放特征，划分合理的容量总量控制范 围，并结合目标总量控制对重点水污染物排放进行容量总量控制研究。通过构建 人工神经网络系统进行污染源行业综合评价，建立重点水污染物容量总量控制目 标确定公式和分配模型，考虑指标分配对未来经济结构增长方式的影响，以及与 水污染物排放现状之间的协调，以此实现水污染物排放指标的合理分配，从环境 管理的角度，优化行业机构，推动区域产业结构升级，充分体现容量总量控制方 江苏大学硕士学位论文 案的公平与效益原则及实际可操作性。本文以天津市为例，针对其水环境污染严 重、水资源紧缺、闸坝众多、受人工调控强烈影响的特征，对其进行水污染物排 放总量控制研究，确定合理的污染物排放总量控制方案及其在各行业和各地区间 分配指标，以促进水环境保护与区域经济的同步协调发展，以期为我国北方缺水 干旱且受人工调控强烈地区的水污染物总量控制，提供具有实践应用价值的思路 和方法。 1 2 2 研究意义 水污染物总量控制是针对经济高速发展，污染日益严重的现象而提出的环境 管理新方法，是制定水污染物排放标准的依据。我国早期试行的水污染物总量控 制方法，其浓度控制没有考虑经济发展的变化，排污控制方案的确定忽视了经济 效益原则。此方案实施所依托的理论依据缺乏科学性，故因此展开了对水污染物 总量控制的后续深入研究。大部分学者都认同，总量控制不仅是一种将总量削减 指标简单地分配到各污染源的技术方法，而且是将区域连续定量管理和经济学的 观点引入到环境保护中的综合考虑【卜7 l 。因此在目标总量控制方法与浓度总量控 制方法的思想基础上，又发展出水污染物容量总量控制方法。容量总量控制是以 水质标准为控制基点，以污染源可控性、环境目标可达性两个方面进行总量控制 负荷分配，与目标总量控制相比，更能反映出排污总量与各污染源之间对应关系， 便于总量控制技术方案的确定。 基于水污染物容量总量控制思想的水污染物排放总量控制方法的确定在水 环境管理及经济发展方面具有重要意义。其理论意义主要表现在于：能够确保总 量控制计划和排污许可证总量核定的合理性和科学性，并对其提供技术支持；为 水污染物排放标准提供理论依据，并保证了水环境与经济的协调可持续发展。同 时，水污染排放容量总量控制也具有明显的现实意义：可提高环境管理水平，促 进环境管理的可实施性；总量控制方案的分配结果，可以进一步帮助完善排污收 费制度，改善地方水环境质量；容量总量控制方案的行业结构优化分配方案，可 为经济结构的战略性调整和产业结构布局优化提供决策依据，同时兼顾公平和效 益原则，促进区域经济的公平竞争发展。 2 江苏大学硕士学位论文 1 3 水污染物排放总量控制的研究现状 水污染物排放总量控制，是在国外六七十年代发展起来的一种先进的水环境 管理方法，在美国和日本已应用较长时间，由于在配套政策中注入经济激励机制， 从而收效明显。目前，污染物排放总量控制工作已成为国内外环境管理工作的热 点，并经证明此方法足环境管理的有效手段。 1 3 1 国外水污染物排放总量控制的现状 国外学者在进行水污染总量分配技术研究过程中，多足基于经济最优化原则 建立最优化数学模型，并确定水污染物排放总量控制方案。 美国是实行总量控制比较完善的国家。从1 8 9 9 年的河流和港口法到2 0 0 2 年1 1 月2 7 日新修订的联邦水污染控制法，其水污染控制立法经历了一个逐 步完善的过程，建立了一套控制点源污染的法律制度，并通过联邦制定基本政策 和排放标准，由州强制性实施管理制度。现行的联邦水污染控制法采用了以 “命令控制”为主，以“经济激励”为辅，以“公众参与”为补充的水污染防治 的调控机制【8 - 9 1 。并基本形成了以基于污染控制技术的排放标准管理为主，以水 质标准管理为补充，以总量控制和排污许可证为主要内容的水污染防治机制。 美国是一个成熟的市场经济国家，特别注重运用市场机制和经济手段来刺激 污染源防治水污染，执行排污许可证交易制度是采取的主要措施。美国从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，水污染控制取得明显成效，水 环境质量有了明显改善，城市污水排放量基本得到控制，污染物排放总量逐年下 降；工业废水处理状况有很大改进，限期治理的政策成效显著【1 m 1 。 美国随着经济的快速发展，技术的进步以及研究的不断深入，作为水环境规 划指导思想和水环境管理策略的水污染物排放总量控制方法，变得更加完善和灵 活。为使水体在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方法， 以适应水体不同季节、不同用途对水质不同的要求。为了保证总量分配的合理性 以及科学性，美国实行“变量总量控制”法，它以河流实测的同化能力来变更允 许排放量，与以往根据历史资料以界定条件而得出固定的排污限量相比，更能充 分利用水环境容量，同时保证分配方法的科学性【1 z l 。除此之外，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。 3 江苏大学硕士学位论文 这种制度，主要包括“点源对换法 和“点源一非点源对换法”。点源对换是允 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的一种方法。点源一非点源对换法是允许用非点源控制方法 来替代点源控制的进一步控制的方法。这是冈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要少很多，且污染控制有效得多【1 3 l 。 日本早在1 9 7 1 年开始对水质总量控制进行研究，并于1 9 7 3 年制定赖户内 海环境保护临时措施法，这是首次在废水排放管理中引用了总量控制技术，于 1 9 7 8 年6 月修改部分水污染防治法，以c o d 为对象开始了总量控制研究，之后 又做出推广，严禁无证排放污染物，使水环境状况得到很好的改善【1 4 1 。 1 3 2 国内水污染物排放总量控制现状 我国从2 0 世纪8 0 年代开始引入水污染物排放总量控制的思想，同时开始了 总量控制方法的研究，并推行水污染物排放总量控制以代替对单一排污口的浓度 控制，但受经济、技术、环境容量等多方面条f 二的限制，仅采用目标总量控制模 式并不能真正有效控制污染物排放总量，更难烈实现水质的全面达标【1 5 】。因此， 容量总量控制逐渐提上议事日程，有关的科学研究准备也逐步展开，其中包括管 理制度、管理方法方面的研究探讨【1 6 。1 9 1 ，以及z ( 环境容量模型计算等方面的研究 1 2 0 - 2 2 1 o 目前，国内学者对水污染物排放总量控制方法的研究多是基于水环境容量建 立水污染物削减量的最优化数学模型进行容量总量控制，其分配方法主要追求公 平和效益两方面达到最优。常见的有运用线性规划【矧、博弈原理【肄2 5 1 、灰色规划 【2 6 伽、模糊规划【2 8 铡、遗传算法 3 0 - 3 1 1 、人工神经网络【3 2 】，以及引用经济学中基尼 系数概念【3 3 】等，从数学、经济学、计算机辅助决策等方面，对传统分配方法( 如 等比例分配法、等污染贡献分配法、加权分配法) 等进行改善。这些分配方法分 别从不同的角度考虑如何在总量控制分配的过程中保证污染负荷分配的公平性 与效益性，具体包括：水污染负荷量的公平分配、收益和处理费用的公平分配、 行政协调的公平分配、区域内治理费用最小分配、最优组合治理方案分配、边际 净效益最大分配等方法。另外，还有一些研究彳e 综合考虑水环境、社会、经济之 间的协调发展的基础上，提出了多目标优化分：j 己方法，以治理投资、运行费用、 收益、污染物削减量等因素作为规划目标，建立了多目标规划模型【3 4 。3 5 】。 4 江苏大学硕士学位论文 除容量总量控制方法外，行业总量控制法也是目前水污染物排放总量控制方 法中较为常用方法。它是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，再将其分配到污染源，并加以定量化控制。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。由于 现阶段我国仍存在一些生产工艺比较落后，资源和能源利用率偏低，所实施水污 染物总量控制的区域，所以应首先从改革生产工艺入手，减少投入和污染物的产 出，推广清洁生产工艺，以此提高行业总量控制的水平。 确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，达到保护区或水环境，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。在 兼顾公平与效益的分配模式中，公平与效率协调主要可分为三种方式：在公平 优先分配模型中，添加经济效益指标；在经济效益优先分配模型中，使用区域 企业双层治理费用分配模型、增加企业所在地理位置等指标，改善经济效益优先 分配的公平性；采用税收和补贴的方法【3 6 1 ，克服公平优先分配和经济效益优先 分配的不足。例如双层费用最小分配模型，它将环境容量分配分为两层，上层以 区域整体污染物总量控制费用最小为目标，它反应上层决策者对整体效率的要 求；下层以每个污染单元控制费用最小为目标，反映下层决策者对自身利益要求， 并自下层决策者中引入地理位置差异所确定的公平规则相互协调，然后将经过协 调的下层视为一个整体，再与上层相互协调，最终解决环境容量分配的公平与效 益协调问题【明。 2 0 世纪9 0 年代年后，水污染物排放总量控制分配方法主要有区域污染负荷 分配方法和多点源污染负荷分配方法两类。但是受技术、时间以及认识水平等方 面的制约，水环境研究工作方面资料欠缺，使得水污染物总量控制的实施和流域 水污染防治规划的研究缺乏技术支持，从而致使水污染物控制规划方案仍停留在 5 江苏大学硕士学位论文 浓度控制和目标总量控制阶段，总量控制目标和水资源保护规划中很多问题的确 定带有随意性和主观性。 1 3 3 国内水污染物排放总量控制现存主要问题 从上述研究可以看出，近年来水污染负荷分配方法、模型和方案的研究开始 逐步脱离于纯粹的数学方法和数学模型，多是将几种分配原则综合起来进行应 用，更多地关注于污染负荷分配方法的可行性。然而，尽管近年来污染物总量控 制与分配的研究进展显著，遗憾的是，在实际工作中，以水环境容量为基础的容 量总量分配仍难以执行。这根源于以下三个方面的原因。国内许多水环境容量 的研究都是基于某条单独河段展开的，缺乏对包含有多种水环境功能区内的某区 域进行整体的水环境容量计算，而现实工作中的总量控制都是在各行政区域内依 托于各行政机构进行实施，以此协调各污染源的排污权，因此这种仅基于某条独 立河段所给出的总量控制方案，难以为全行政区和全流域的总量控制提供方法和 数据支持。尽管我国曾于2 0 0 3 年进行了一次全国范围的地表水环境容量核定， 但由于这毕竟是我国首次进行全国范围的水环境容量核定，受水文资料、污调资 料、科研条件不佳和历史积淀不足、环境监测数据不够充分等等诸多客观因素的 制约，因此尽管这次的水环境容量核定为我国日后开展更为精确的水环境容量核 定工作和以环境容量为基础的总量控制工作打下了良好的基础，开了个好头，但 其环境容量核定结果的精度稍显不足，在有些地区( 如控制单元过细、过小的地 区) 尚不足以支撑精细到控制单元和排放点源的容量总量控制。容量总量分配 实施过程中存在很多实际困难和不确定性因素，如水质标准体系不够完善f 1 5 1 、在 分配c o d 总量指标时，为满足当地经济发展的需要所设定预留指标难以确定， 等等。 综上可见，研究一套既科学同时又可以被各污染源接受的公平合理的总量控 制方案，对于任何一个行政区的总量控制规划和环境规划来说，都是一个极为重 要的科学问题。本文重在从如何提高环境规划方案的可实施性的角度( 在满足规 划方案的科学性要求的前提下) ，为人工影响强烈地区制定水污染物排放总量控 制方案，主体思路是：基于污染控制单元，同时考虑环境、经济及资源三个方面 的影响因素，以环境容量和经济效益为制约，进行容量总量控制并辅助以目标总 量控制，确保总量控制方案可实施性，具体方法见下文。 6 江苏大学硕士学位论文 1 4 研究方法、主要内容及技术路线 水污染物排污总量控制的核心内容就是确定各排污者的允许排放量，从经济 学的角度来说，分配允许排放量实质上就足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。为确保容量总量 控制方案的顺利实施，必须科学地确定可分配的总量，同时所制定的削减方案要 遵循公平效益原则。因此，如何制定既科学同时又可行性高的总量分配方案，是 实施水污染物总量控制的技术关键。 1 4 1 研究方法与主要内容 近几十年的环保实践证明，实施以水环境容量为核心约束的水污染物总量控 制制度是改善水环境质量的根本手段。但并不足所有的受纳水体的纳污量都可以 通过容量总量控制的方法进行解决。一方面，许多河流的汇流情况都比较复杂， 并且同一流域的污染物往往存在多个排放去向，例如排入河流、坑塘沟渠、排污 河、污水处理厂、直排海等，这些排放去向并不全包含在污染控制单元中参与水 环境容量计算，因此对于同一流域内的污染源管理存在严重交叉，不宜仅用容量 总量一个标尺进行控制。另一方面，即使有充分的水环境容量的计算结果，但由 于长期以来施行目标总量控制的管理方法，在管理体制上难以短时间内贯彻执行 容量总量控制管理，不论是在管理方法、管理制度还是人员培训等方面，均需要 一定的时间来准备和过渡。 综上，对于这些人工影响强烈地区的水污染点源总量控制，可以采取按照排 放去向划分容量总量控制区域，分别制定相应的管理办法。具体实施方案为，依 据水污染源点源的排放去向特征及其管理功能，将控制范围划分为自然地表水体 控制区域与非自然地表水体控制区域，对自然地表水体控制区域实施容量总量控 制，而对非自然地表水体控制区域主要以目标总量控制为主，不同区域采用不同 的污染物控制方法。 7 江苏大学硕士学位论文 1 4 2 技术路线 图1 1 技术路线图 f i g1 1t e c h n o l o g yr o a d m a p 8 江苏大学硕士学位论文 第二章水污染物排放总量控制理论和方法分析 2 1 容量总量控制的相关概念 自2 0 世纪7 0 年代，我国相继开展了关于水环境容量、水功能区划、水质模型、 流域水宛然防治综合规划及排污许可证管理制度的研究，将总量控制技术与水污 染防治规划想结合，逐步形成了以污染物目标总量控制技术为主，容量总量控制 和行业总量控制为辅的水质管理技术体系【3 8 1 。 总量控制是污染物排放总量控制的简称，是针对我国经济高速发展，污染日 益严重而提出的水环境管理新方法，是制定水污染物排放标准的依据。总量控制 指以控制一定时段内一定区域中的“排污单位排放污染物的总量为核心的环境 管理方法体系。水污染物排放总量控制主要研究区域内污染物的产生、排放规律、 治理和保护资金的需求及其与经济、人口发展的协调关系，以便从客观上定量地 把握经济、人口发展对水资源的影响，提出相应的保护对策，促使水资源的永续 利用和社会经济与环境的协调发展【4 1 。它主要包含了三个方面的内容：一是排放 污染物的总量；二是排放污染物总量的地域范围；三是排放污染物的时间跨度【3 9 1 。 水污染物排放总量控制是实施环境管理的一种重要手段，它不仅仅是一种将 总量削减指标分配到各污染源的技术方法，并且将区域定量管理和经济学的观点 引入到环境保护中的综合考虑。现阶段水污染物排放总量控制可以分为目标总量 控制、容量总量控制和行业总量控制三种类别。以下对三种总量控制方法进行分 析： ( 1 ) 目标总量控制足以排放控制为基点，把允许排放总量控制在管理目标 规定的污染负荷削减率范围内，即目标总量控制的总量是基于污染源排放的污染 物不能超过认为规定的管理上所能达到的允许限额。该方法的特点在于目标明 确，可通过行政干预的方法，对控制区域内的污染治理水平的投入代价及产生的 小益进行技术经济分析，以此来确定污染负荷的削减率，并将其分配给各污染源。 目标总量控制主要适用于一些排污负荷较大，水质较差，并且受经济技术条件的 制约，近期内又达不到远期水质功能目标的污染控制区域，实现区域水环境的渐 近改良，以改善其水环境状况，也适用于已经达到水环境功能日标的污染控制区 域，用于继续改善水环境质量。 9 江苏大学硕士学位论文 ( 2 ) 容量总量控制是以环境质量标准为控制基点，从污染源可控性、环境 目标可达性两个方面进行总量分配，即基于受纳水体中污染物不超过水质标准所 允许的排放限额。该方法的特点是可以把水污染控制管理目标与水质目标紧密联 系在一起，通过计算得到的水环境容量值来推算受纳水体的纳污量。容量总量控 制可用于确定总量控制的最终目标，也可作为总量控制阶段性目标可达性分析的 依据。它主要适用于水质较好、污染治理技术水平以及经济水平较强，同时管理 水平又较高的污染控制区域，可直接作为现实可行的总量控制技术路线加以推 行。 ( 3 ) 行业总量控制是以能源、资源合理利用以及“少污“少废工艺的发 展水平为控制基点，从最佳生产工艺和实用处理技术两个方面进行总量分配。它 是从生产工艺出发，规定能源资源的推入量，以及污染物产生量，使水污染物排 放总量限制在管理目标所规定的限额内。该方法的特点是把污染控制与生产工艺 的改革及资源能源利用紧密联系起来，并可通过行业污染物水平控制逐步将污染 物限制在生产过程中。行业总量控制主要适用于一些生产工艺比较落后，资源和 能源的利用率均偏低，且浪费严重，应及时加大改革生产工艺的区域，以减少经 济投入和污染物的产出与水环境质量的改善。 2 2 总量控制的基本分配原则 总量控制方案的有效实施必须满足一定的原则，才能更好的权衡各污染源之 间的利益，同时又可保证总量分配削减方案的执行。在总量控制过程中，需要遵 循的基本原则主要包括以下几个方面： 环境有效性原则。水环境容量具有有限性和再生性的特点，考虑到其有限 性，就必须保证分配的排放量不应超过预先设定的水污染物排放总量指标。考虑 到其再生性，就要在满足经济增长对水资源的需求的同时，尽可能的使各污染源 得到排污总量控制指标的最大值，但应保持一定的总量控制指标的盈余，否则容 易导致意外环境安全事故发生，且新建、扩建的项目得不到足够的排污指标而影 响其发展。 公平性原则。排污权是各污染源共同享有的权利，各污染源之间应该共同 承担污染治理费用。容量总量控制方案的制定过程中，其公平性可以从两个方面 来体现。一是从区域上讲，污染治理项目工程设施的布局要体现其公平性，考虑 1 0 江苏大学硕士学位论文 经济、技术条件以及管理的可实施性合理布局；二是各污染源之间污染治理任务 分配的公平性，主要也是考虑其经济、技术条件，以及污染源自身污染排放现状 等因素，合理分配排污指标。 经济效益原则。总量控制方案的有效实施，不仅要考虑其技术的可行性， 还要考虑区域总体的治理总费用最小，这就要求总量控制指标尽量分配给对区域 经济贡献率大或者边际效益大的氽业。 技术可行性原则。总量控制方案的制定必须在确保总量控制技术可以实现 预定水环境质量目标的同时，在经济方面又是可以实现的。 实施管理可行性原则。污染排放指标的分配涉及多方面的利益问题，冈此 总量控制方案的制定必须妥善协调好各污染源的矛盾，便于环境管理与监督部门 贯彻执行总量控制方案。 在市场经济条件下，总量控制中污染物排放份额的确定关系到各污染源的切 身利益。排污总量分配中应特别重视公平性原则，然后在此基础上以排污权交易 或者补