基尼系数法在水污染物总量分配中的应用_樊华.pdf

基尼系数法在水污染物总量分配中的应用 樊 华 1 2 陈 然1 1 南昌大学环境与化学工程学院 江西南昌 330031 2 南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室 江西南昌 330047 摘要 借鉴评价收入公平性的指标 基尼系数的基本概念 提出流域间水污染物总量分配方案合理性的评估方法 以江西 5大水系 流域水污染物总量分配为例 应用基尼系数法分析了人口 国内生产总值 GDP 水资源量等指标对分配的影响 绘制各影响因素与主 要污染物的洛伦茨曲线 根据洛伦茨曲线对分配方案的合理性进行评估 并提出相应的削减方案 结果表明 应用基尼系数法对江西 5 大水系流域的水污染物总量方案进行评估和调整 可使方案更具公平性和合理性 关键词 流域 基尼系数 总量分配 水污染物 中图分类号 X131 2 文献标识码 A 文章编号 0517 6611 2009 24 11678 03 Application ofGiniCoefficientM ethod on Totalpollutant Load Allocation forWaterBodies FAN Hua et al SchoolofEnviron m ent and Che m istry Engineering Nanchang Un iversity Nanchang Jiangxi330031 Abstract According to the basic concept ofGini coefficientwh ich w as an index to estm i ate equity of the inco me a specificmethod ofG ini coefficientw as established to evaluate the scenario of totalpollutant load allocation a m ong river basins Th ism ethod can be used to assess the rationality of totalpollutant load allocation in river basins Five river basins ofJiangxiProvince used as an exa mple and correlative factors of the Gini coefficient for totalpollutant load allocation w ere analyzed w ith thism ethod in detai l such as population GDP water resources and so on and the rationalitywas evaluated by the Lorenz curves of correlative factors and correspond ing reduction sche me were put for w ard The results showed that the sche me wasm ore fair and reasonable through evaluating and adjusting the sche me of total pollutant load allocation of five river basins in JiangxiProvince by Gin icoefficientm ethod Keywords River basin Gini coefficien t Total load allocation W ater pollutant 基金项目 国家 十一五 科技支撑项目 2007BAB23C02 作者简介 樊华 1963 女 江西南昌人 副教授 从事环境污染防治 及资源化方面的研究 通讯作者 E ma ilrg il l126 com 收稿日期 2009 04 23 实施水污染物总量控制是控制污染源发展的趋势和改 善环境质量 实现经济社会可持续发展的重要途径 如何制 定科学的总量分配方案 各个排污单位或污染源之间如何科 学 合理地分配允许排放污染物量 是实施水污染物总量控 制技术的关键 1 目前 污染物总量分配有等比例分配法 层次分析法和 Delphi法等 2 等比例分配法数据易得且使 用简单 但缺乏科学性和公平性 层次分析法和 Delphi法考 虑的因素较为全面 具有较好的科学性 但数据获取繁琐 权 重或因素受主观影响较大 且实用性相对较差 为此 笔者 采用基尼系数法 以江西 5大水系流域为评价对象 选取人 口 GDP 水资源量 3个评价因子 进行基于公平性的水污染 物总量分配基尼系数的计算和分析 1 基尼系数及其在总量分配公平性分析中的应用方法 1 1 基尼系数的内涵 基尼系数是经济学中综合考察经济 社会中居民收入分配差异状况的指标 可较直观地反映不同 收入的居民在收入分配中所处的位置及分配公平的大致过 程度 在国际上得到广泛应用 3 基尼系数的计算如图 1所 示 设收入的实际分配曲线 洛伦茨曲线 和绝对平等分配 曲线之间的面积为 SA 实际分配曲线右下方的面积为 SB 以 SA SA SB 值表示不平等程度 该值称为基尼系数 曲线 弧度越大则基尼系数越大 表明分配越不平等 根据基尼系 数原理 将其用于水污染物总量分配方案的公平性评估 该 评价结果可作为总量分配方案修改的依据 使方案更为合 理 公平 1 2 基于 基尼系数法进行水污染物总量分配公平性分析 的步骤 基于公平性的水污染物总量分配的基尼系数分析 的基本思想是 在全面了解各分配对象的自然属性 并承认 图 1 洛伦茨曲线 Fig 1 The Lorenz curve 其社会经济发展现状的前提下 对分配对象应排放的污染物 总量进行分配 以人口 GDP 水资源量为基尼系数的分配指 标 分配过程中 通过基尼系数的调整体现公平的思想 分 析步骤如下 对研究的环境影响因素进行分析 选择合适 的评估指标 收集整理各分配对象的相关指标数据及主 要污染物的污染排放量数据 绘制各指标与水污染物总 量相对应的洛伦茨曲线 计算相应的基尼系数 绘制时应按 各指标的单位污染量对数据进行由低到高排序 根据基 尼系数在环境评价领域的合理范围 判断各基尼系数的合理 性 若不合理 则需采取相关措施进行修正 修正原则 主要 因素的基尼系数由高到低进行调整 其他因素的基尼系数符 合合理范围 直至所有的环境基尼系数达到合理时为止 根据上级下达的指标 确定各分配对象的污染物允许排放量 及削减量 责任编辑 姜丽 责任校对 况玲玲安徽农业科学 Jour nal ofAnhuiAgr i Sc i 2009 37 24 11678 11680 11685 2 实例研究 以江西 5大水系赣江 抚河 信江 饶河和修河流域为研 究对象 采用基尼系数法对 5大流域的水污染物总量分配方 案进行评估和案例分析 各流域的人口 经济 水资源和排污 量等各类指标占总量的比例见表 1 表 1 江西省 5大水系流域各类指标占总量的比例 Table1 The percentage of indexes in 5 river basins in Jiangxi Prov ince 流域名称 Basin name 评估指标 Evaluation index 人口 Population GDP 水资源量 W ater resources quantity 水污染物排放量 water pollutants discharge COD 氨氮 Ammonia nitrogen 赣江 G anjiang59 964 841 360 757 2 抚河 Fuhe12 49 912 912 010 7 信江 X injiang14 912 213 414 516 9 饶河 R aohe7 19 119 37 49 0 修河 X iuhe5 74 013 15 46 2 2 1 基尼系数的求取及洛伦茨曲线的绘制 目前 基尼系 数有多种求法 4 5 如不依赖洛伦茨曲线的直接计算法 近 似洛伦茨曲线的回归曲线法 利用洛伦茨曲线分组求和的人 口等分法 一级城市和乡村的收入分布完全不重叠时使用的 城乡分解法 4 等 叶礼奇根据洛伦茨曲线的面积分解 提出 了三角形面积法和弓形面积法 5 笔者采用梯形面积法 将 洛伦茨曲线下方的面积近似为若干梯形进行计算 其公式 如下 Gi n i 1 n i 1 Xi Xi 1 Yi Yi 1 1 式中 Xi为评估指标的累计比例 Yi为污染物的累计比 例 i为分配对象的数量 当 i 1时 Xi 1 Yi 1 视为 0 0 以累计的人口 GDP 水资源量指标的累计百分比作为 横坐标 累计水污染物 COD 氨氮 排放量作为纵坐标 绘制 相应的洛伦茨曲线 在绘制曲线时 应注意按单位排污量从 小到大为分配对象排序 根据基尼系数法 以人口 COD排放量洛伦茨曲线为 例 先按人均 COD排放量对 5大水系流域进行排序 根据该 排序对人口累计所占比例和 COD排放量累计所占比例进行 统计 表 2 制作洛伦茨曲线 图 2 根据图 2计算人口 COD排放量基尼系数 根据同样的方法 分别求得 5大水系 流域所有指标的基尼系数 表 3 表 2 江西省 5大水系流域人均 COD排放量排序及所占比例 Table2 COD discharge load per capita of 5 river basins taxis and percentage statistics 流域名称 Basin name 人均 COD排 放量 kg 人 COD discharge per capita 人口所占 比例 Percentage of population 人口累计 所占比例 Percentage of accu mulated population COD排放量 所占比例 Percentage of COD discharge COD排放量 累计所占比例 Percentage of accumulated COD discharge 修河 X iuhe17 405 75 75 45 4 抚河 Fuhe17 9912 418 112 017 4 信江 X injiang18 0514 933 014 531 9 赣江 Ganjiang18 8559 992 960 792 6 饶河 R aohe19 287 1100 07 4100 0 图 2 人口 COD排放量的洛伦茨曲线 Fig 2 Lorenz curve of the population andCOD discharge 表 3 江西省 5大水系流域各指标的基尼系数 Table3 TheGini coefficient of each index in 5 riverbasins 污染物名称 Pollutant 人口 Population GDP 水资源量 W ater resources quantity COD0 0130 0660 249 氨氮0 0530 0890 216 2 2 基尼系数的公平性分析 在评估总量分配方案之前 需要界定基尼系数的合理范围 在经济学中 由于社会发展 的局限性 人均收入的分配不可能完全均衡 因此基尼系数 在 0 0 2的可能性很小 基尼系数的合理范围为 0 2 0 4 但在流域间环境基尼系数的计算中 由于各流域间没有水资 源冲突 没有不平等前提 故应认为基尼系数趋近于 0是最 合理的 因此将基尼系数的合理范围界定为 0 0 2 6 由表 3可知 人口 水污染物排放量的基尼系数最小 GDP 水污染物排放量次之 仍处于合理范围内 说明从社 会 经济发展的角度来比较 江西省水污染物的排放情况大 致公平 但水资源量相对于水污染物排放量的基尼系数较 大 超出了合理范围 说明从水资源量的角度分析 江西省水 污染物的排放情况不够均衡 2 3 总量分配方案的调整 以全国环境保护 十一五 规划 的初步思路为依据 考虑到社会经济发展水平 认为 十一 五 期间全国的污染物总量削减率约为 5 较为适宜 对此 方案进行调整 必须遵循以下原则 污染物总量削减率在 5 左右 主要指标的基尼系数由高到低进行调整 其他指 标的基尼系数不超过合理范围 污染物总量削减率不得超 过地区可承受范围 由表 3可知 水资源量 水污染物排放量的基尼系数较 高 属主要调整指标 而单位水资源污染物排放量高的水域 为重点污染水域 对上述水域进行主要削减是总量削减的原 则 因此 笔者选择水资源量作为主要因素进行调整 同 1167937卷 24期 樊华等 基尼系数法在水污染物总量分配中的应用 时 人口 水污染物排放量和 GDP 水污染物排放量的基尼 系数不能超过合理范围 各流域基于水资源量的洛伦茨曲线见图 3 4 由图 3 4 可知 洛伦茨曲线的最右端的点为单位水污染物排放量高的 流域 分别是赣江和信江 在 COD和氨氮 2个污染物排放 指标上基本一致 而饶河 修河和抚河的单位水资源污染物 排放量较低 与已知的全省流域污染情况相一致 图 3 水资源量 COD排放量洛伦茨曲线 Fig 3 Lorenz curve based on the water resourcequantity and COD discharge 图 4 水资源量 氨氮排放量洛伦茨曲线 Fig 4 Lorenz curve based on thewater resource quantity and NH3 N 根据上述分析 选择赣江和信江作为主要削减目标 以 降低水资源量的基尼系数 选择这 2个流域的削减比例约 为 6 10 饶河 修河和抚河的削减比例约为 0 1 以 保持总削减比例在 5 左右 削减后的方案如表 4所示 基 尼系数变化情况如表 5所示 表 4 污染物削减方案 Table 4 Sche me of pollutants reduction 流域名称 Basin name COD 现状排放量 万 t Status discharge 削减比例 Reduction rate 排放方案 万 t D ischarge scheme 削减量 万 t R eduction amount 氨氮 Ammonia nitrogen 现状排放 量 万 t Status discharge 削减比例 Reduction rate 排放方案 万 t D ischarge scheme 削减量 万 t R eduction amount 饶河 Raohe4 6604 6600 7100 710 修河 X iuhe3 3803 3800 4900 490 抚河 Fuhe7 5317 450 080 8410 830 01 信江 X injiang9 1288 390 731 3391 210 12 赣江 Ganjiang38 23635 942 294 5074 190 31 合计 Total62 92559 823 107 8757 430 44 表 5 污染物排放量削减后的基尼系数变化 Table5 ChangeofGini coefficients 基尼系数 G ini coefficients COD排放量 COD discharge 人口 Population GDP 水资源量 W ater resource quantity 氨氮排放量 Ammonia nitrogen discharge 人口 Population GDP 水资源量 W ater resource quantity 原值 O riginal value0 0130 0660 2490 0530 0890 216 新值 N ew value0 0160 0670 2400 0540 0950 203 减少幅度 Range reducing 0 003 0 0010 009 0 001 0 0060 013 2 4 实施效果分析 由表 5可知 根据削减方案对总量分 配进行削减后 各区域的水污染物总量分配更合理 更趋于 公平性 人口 水污染物排放量和 GDP 水污染物排放量 的基尼系数经过调整虽然有所增加 但仍低于 0 2 未超出合 理范围 水资源量 水污染物排放量的基尼系数通过削减 有较明显的下降 虽仍未降至合理范围 但这是由于污染物 总量削减率 5 左右的局限性所致 所以该方案基本符合全 省目前的水污染治理水平和能力 符合阶段性目标的要求 该削减方案基本可行 3 结语 用基尼系数法对流域水污染物总量分配方案进行评估 根据评估结果进行方案调整 可使方案更具公平性和合理 性 由于水资源是水环境保护的主要对象 因此 在调整基 尼系数时 以水资源量作为主要指标进行调整是合理的 在 实例分析中 也符合实际需求 笔者以江西 5大水系流域水污染物总量为分析对象 选 择人口 GDP和水资源量为评价指标 通过计算发现该流域 水资源量 水污染物排放量的基尼系数偏大 属于不公平分 配 应进行相应的削减 根据该指标拟定水污染物排放削减 方案对基尼系数进行了调整 使基尼系数有一定程度的下 降 但仍未降至合理范围 从一定程度上反映了江西 5大水 下转第 11685页 11680 安徽农业科学 2009年 均浓度分别为总氮 26 6 g kg 总磷 9 1 g kg 按研究区全年 垃圾排放总量 19 883 1 t 年计算 垃圾中污染物排放负荷分 别为总氮 528 9 t 年 总磷 180 9 t 年 人均排放负荷为总氮 4 56 kg 年 磷 1 56 kg 年 根据对研究区垃圾清运情况的 调查 37 不能被清运的垃圾污染物将会堆存而对当地环境 造成直接影响 据此计算 生活垃圾中污染物在当地潜在流 失量分别为 总氮 195 7 t 年 总磷 66 9 t 年 人均潜在流 失量为总氮 1 69 kg 年 总磷 0 58 kg 年 这部分污染物将 随垃圾渗滤液直接污染地下水 并在多雨季节大量流失 造 成难以控制的面源污染 图 6 垃圾清运周期及相应村庄比例 Fig 6 Garbage clearance cycle and the corresponding propor tion of villages 4 结论 1 研究区农村除基本生活用水外 其他用水浪费现象 突出 应增强农户的综合节水意识 因生活污水量并不高 建 设小型的污水处理设施以及生态技术的应用是较为可行的 目前农村厕所仍以浅坑旱厕为主 多数粪便被作为农肥还 田 未被处理的部分虽然只占少数但对环境的危害仍较大 传统的堆肥方法将受到耕地的缩减 农村改厕工程的冲击 提高粪便的净化处理与再利用率任务艰巨而紧迫 受季节 性因素的影响 农村生活垃圾成分和排放量均有较大差异 应积极倡导农户对垃圾的分类利用 垃圾桶收集 因方便卫 生得到了多数农户的认可 但垃圾清运量不及产生量 将会 有大量堆存而造成污染 应缩短清运周期 扩大清运量以及 增建或扩建垃圾池的数量及存储量 2 对生活污水 人粪尿 生活垃圾三类主要的农村生活 污染来源进行估算比较 生活垃圾与人粪尿的潜在危害最 大 这部分污染源虽然在少雨季节对水体没有太大危害 但 却是雨季时本地区非点源污染暴发的重要原因 因而农村 生态建设中垃圾与人粪尿的回用与处理不容忽视 生活污 染防治与村镇卫生环境关系密切 做好村镇卫生环境条件的 改善工作是农村生活污染源头防治的最有效途径 重视配 套的环境保护基础设施建设 倡导并引导农民养成积极的环 境友好型生活方式 将成为当前农村建设的重要转折 参考文献 1 王晓燕 王一峋 王晓峰 等 密云水库小流域土地利用方式与氮磷流 失规律 J 环境科学研究 2003 16 1 30 33 2 MARKUS BOLLER Small wastewater treat ment plants A challenge to wastewater engineers J W ater Science and Technology 1997 35 1 12 3 孔刚 许昭怡 李华伟 地下土壤渗滤法净化生活污水研究进展 J 土 壤 2005 37 3 251 257 4 李适宇 日本琵琶湖流域的生活污水治理对策 J 环境污染与防治 1997 19 3 21 24 5 段永蕙 张乃明 滇池流域农村面源污染状况分析 J 环境保护 2003 309 7 28 30 6 张大第 张晓红 章家骐 等 上海市郊区非点源污染综合调查评价 J 上海农业学报 1997 13 1 31 36 7 李荣刚 夏源陵 吴安之 等 江苏太湖地区水污染及其向水体的排放 量 J 湖泊科学 2000 12 2 147 153 8 陈能汪 张珞平 洪华生 等 九龙江流域农村生活污水污染定量研究 J 厦门大学学报 自然科学版 2004 43 S1 249 253 9 金相灿 中国湖泊环境 第三册 M 北京 海洋出版社 1995 397 404 10 杜桂森 孟繁艳 李学东 等 密云