水污染物總量分配原則及方法研究進展

程玲玲，夏 峰

(1．云南農業大學資源與環境學院，云南 昆明 650201;2．云南省環境科學研究院，云南 昆明 650034)

研究表明，我國是世界上污水排放量最大的國家，也是污水排放速度最快的國家。當前，作為保護水環境、防治水體污染的一個重要手段——水污染物總量控制已經成為當前的研究熱點之一。污染物總量如何公平、合理的分配，是污染總量控制的核心問題。隨著科學技術的進步與發展，總量分配的方法日漸增多，本文將著重介紹國內外總量分配的發展狀況，列舉國內污染物總量分配的一般原則，并分析水污染總量分配兩種常用的具體方法。

1 背景

據《全國環境公報》顯示，全國廢水排放量呈逐年增長趨勢。2005年，全國廢水排放量524.5億t;2006年，廢水排放量536.8億t;2007年，廢水排放量556.8億t;2008年比上年增加2.7%，全國廢水排放總量為571.7億t;2009年，全國廢水排放589.2億t，比上年增加3.0%。從2009年《中國環境狀況公報》看，在26個國控重點湖泊(水庫)中，滿足Ⅱ類水質的只有1個，Ⅲ類的5個，Ⅳ類的6個，Ⅴ類的5個，劣Ⅴ類的9個，占到了湖泊總數的34.6%。從這些數據不難看出，開展水污染物總量控制工作已經刻不容緩。

2 總量分配的一般原則

目前，總量分配的方法很多，根據立足點和側重點的不同，分配的一般原則常見有以下兩個不同方向的闡述，一個方向是:等比例分配原則，費用最小分配原則，按貢獻率削減排放量的分配原則，根據污染范圍和程度大小的分配原則，按污染物毒性大小承擔污染責任分擔率的原則，按企業污染治理先進性考慮污染責任分擔率和削減率的分配原則;另一方向包括可持續性原則，公平性原則，效益性原則，技術可行性原則，方案可操作性原則，非經濟要素標準原則，清潔生產原則，先易后難原則，不重復削減原則，重點控制原則，集中控制原則和公正原則。本人認為，總量分配的一般原則可以列為以下幾條:

(1)等比例分配原則

等比例分配，指的是各污染源等比例分擔排放責任，以承認污染源排污現狀為前提，把總量控制確定的允許排污總量等比例分配到源。

(2)重點控制原則

二八定律認為一個關鍵的小的誘因、投入和努力，通常可以得到大的結果、產出和酬勞。遵循二八定律，應當首先對重點排污單位進行容量總量控制。

(3)先易后難原則

首先對濃度和行業總量未達標企業進行總量削減，在濃度達標排放之后，再對總量負荷的削減量進行分配。

(4)集中控制原則

首先考慮對位置臨近、污染物種類相同的污染源實行集中控制，然后再將排污量余量分配給其他的污染源。

(5)費用最小分配原則

即經濟優化規劃分配原則，是一種以經濟模型為基礎，以達到經濟利益最大化為準則，以治理費用最小為目標函數，以環境目標值作為約束條件，使系統的污染治理投資費用總和最小的原則。

(6)按污染物毒性大小承擔污染責任分擔率的原則

指在排污總量或排污責任分擔率的分配過程中，對毒性大、危害嚴重的危險污染物應提高其治污責任，加強其污染責任分配比例的原則。

(7)按貢獻率削減排放量的分配原則

即按各個污染源對總量控制區域內水質影響程度大小、污染物貢獻率的大小來削減污染負荷，對水質影響大的污染源要多削減，反之則少削減。它體現了每個排污者平等共享水環境容量資源，同時也平等承擔超過其允許負荷量的責任。

(8)根據污染范圍和程度大小的分配原則

這種分配原則是考慮到在功能區或污染控制單元內污染源的位置不同，有的污染源污染距離長、面積大，有的污染源污染距離短、面積小，造成各污染源的污染影響的范圍和程度不同，從而將其作為污染責任分擔率的重要因素列入在內。

(9)按企業污染治理先進性考慮污染責任分擔率和削減率的分配原則

由于各企業污染治理技術的先進性程度不同，造成各企業的污染排放總量及濃度對環境的影響不同，治污成本也存在差異，所以也將它作為污染責任分擔率和削減率的重要因素之一。

3 總量分配方法研究現狀

3.1 國外總量分配發展與現狀

“總量控制”這一概念由美國最早提出。1948年，美國國會制定了《聯邦水污染控制法》(簡稱為《水污染法》)。1958年，日本開始實施《水質保護法》、《工業污水限制法》等法案，在國家環境管理上經歷了以“稀釋”、“架高”等為主要措施的早期限制時期和以濃度控制為核心的“單打一”治理時期。

美國也是最早關注非點源污染治理的國家。1972年修訂后的《聯邦水污染控制法》首次明確提出控制非點源污染。在此同時，美國開始在全國范圍內實行水污染物排放許可證制度，即所謂的“排放抵消”政策和“泡泡政策”，隨后，為進一步做好總量控制工作，美國提出了季節總量控制方法、“變量總量控制”，以及在污染源之間進行污染負荷對換制度，其中包括“點源對換法”和“點源—非點源兌換法”。

總量控制相關法律制度出臺實施之后，國外研究學者在水環境總量分配的模型及分配方式方面展開了大量研究。如Thomannan and Sobel等，將污水處理費用，即目標函數線性化后，運用線性規劃方法對確定性條件下優化模型進行分配計算;Converse，Ecker以確定水質為約束條件，以區域污水處理費用之和最小為目標函數建立優化模型，再運用線性規劃、動態規劃或整體規劃等優化技術，實現污染物在排污口間的優化分配;Lohani and Thanh在河流水質規劃研究中建立了概率約束的規劃模型;Ellis采用嵌入概率約束條件的方式構建了一個新的隨機水質優化模型，和以往水質優化模型的最大區別在于該模型中不僅河水流量是隨機變量，河段起始斷面BOD和DO、廢水中BOD和DO、好氧系數、復氧系數等也被視為隨機變量;Cardwell and Eills基于參數和模型的不確定性，對多點源的污染負荷分配進行了研究，開發了隨機動態規劃費用最小模型;Li S.Y.等在考慮了河流斷面的橫向混合不均性基礎上，運用優化模型確定各排污口在給定水質標準下的允許排放量;Catherine L K ling和Jinhuazhao基于污染物的不同區域特性，對不同分配方式的長期效率進行了分析;Peter Cramton和Suzi Kerr和其他一些研究者對拍賣方式和“祖父制”(grandfathering即根據歷史產量或排污量等因素無償分配)兩種主要分配方式的優缺點進行了比較，提出了各自的結論。

3.2 國內總量分配發展與現狀

20世紀70年代末，我國開始進行總量控制的研究工作，以1980年制定的第一松花江BOD總量控制標準為先導，進行了最早的探索和實踐。

“六五”期間，上海開始在黃浦江上游水資源保護地區實行以水污染物排放總量控制為目的的排污許可證制度。“七五”時期，上海頒布了《上海市黃浦江上游水源保護條例》，首次在地方立法中對總量控制制度進行了規定。1988年3月，國家環保局下達了《關于以總量控制為核心的〈水污染物排放許可證管理暫行辦法〉和開展排放許可證試點工作的通知》，標志著我國開始進入通過總量控制強化水環境管理的新階段;1991年開始，國家環保局在16個城市進行了排放污染物總量控制和許可證制度的試點工作，取得了一定的效果。

“九五”期間，全國人大通過的《國民經濟和社會發展“九五”計劃和2010年遠景目標綱要》(1996)中，將污染物排放總量控制確立為我國環境保護的一項重大舉措。同一年，國家制定了《“九五”期間全國主要污染物排放總量控制計劃》，并逐年下達年度計劃，對二氧化硫、煙塵、粉塵、工業固體廢物、化學需氧量、石油類、氰化類、砷、汞、鉛、鎘、六價鉻12項污染物排放實行總量控制;“十五”期間，總量控制制度的管理范圍縮減為二氧化硫、塵 (煙塵和工業粉塵)、化學需氧量、氨氮、工業固體廢物5種污染物;“十一五”期間，總量控制制度的管理范圍進一步縮減到二氧化硫、化學需氧量。2007年，我國二氧化硫和化學需氧量排放總量分別下降4.66%和3.14%，首次實現雙下降;在“十一五”化學需氧量和二氧化硫兩項主要污染物的基礎上，“十二五”期間國家將氨氮和氮氧化物納入總量控制體系，同時污染源普查口徑的農業源也納入總量控制范圍。

從“六五”至今30多a的研究成果看，總量控制的研究主要是圍繞總量分配原則和分配方法展開的。污染物允許排放量分配則多是在目標總量控制或水環境容量總量控制基礎上，基于公平合理原則或效率原則進行的分配。如徐華君等評價了同等百分比削減分配方法和最小處理費用法，探討了兼顧效益與公平的新分配思路;從效率和公平出發，吳亞瓊研究了初始排污權分配的一種協商仲裁制，對有關各方面的行為和結果以及結果的經濟效率和公平性進行了分析;方秦華等人提出了以經濟總量為基礎按比例分配環境容量的模式;立足于效率原則，王亮等提出了行業水環境經濟綜合指數的概念和確定方法，并建立了對目標區域水污染物總量行業優化分配模型;岳剛等采用定額達標分配、治理費用最小，及按現有排污總量進行達標分配的方法對水污染物進行了總量分配;通過分析總量分配的關鍵技術與核心問題，農家等針對等比例分配方法、費用最小分配方法、按貢獻率削減排放量分配方法以及數學規劃分配方法進行了初步探討，并研究了總量分配技術中的公平性問題，為入海污染物的總量分配提供科學參考。

3.3 總量分配的具體方法

3.3.1 層次分析法

層次分析法 (Analytichi－hyProcess，簡稱AHP方法)是美國運籌學家A.L.Saaty在20世紀70年代提出的，是一種對方案的多指標系統進行分析，將決策者對復雜系統的決策思維過程模型化、數量化、層次化、結構化的決策方法。層次分析法運用在流域水環境污染物總量分配可以分為以下幾個步驟:

(1)調查流域內各分區經濟、社會、環境和技術現狀。

(2)收集總量分配評價指標、構建指標體系框架。

(3)確定層次結構模型，設計專家咨詢方案，選擇專家并進行專家咨詢。

(4)統計咨詢結果，計算分析層次。

(5)確定各單項評價指標相對總目標權重。

(6)確定各分區相對總目標組合權重。

(7)確定排污總量分配方案。

層次分析法在我國已經被廣泛研究應用于污染物總量分配這一領域，如在建立定性與定量相結合的多指標決策的排污總量分配層次結構模型的基礎上，李如忠等將其運用在安徽合肥市區域水污染物排放總量的分配;孫秀喜等人利用這種模型結合矩陣，對各分區排污總量進行分攤，結合實例進行了計算分析;范平等以南方某市化學需氧量總量控制為例說明了這種模型的具體運用。2011年，李如忠在《基于Vague集的水污染負荷分配方法》中從水污染負荷分配涉及的社會、經濟、環境、技術與管理等因素出發，篩選16個評價指標，構建了具有多層次結構的水污染負荷分配評價指標體系。

3.3.2 基尼系數修正法

基尼系數 (Gini coefficient)是意大利經濟學家基尼 (Corrado Gini，1884－1965)在1922年提出的，用于定量測定收入分配差異程度。基尼系數是一個比例數值，在0和1之間，是國際上用來綜合考察居民內部收入分配差異狀況的一個重要分析指標。基尼系數修正法運用在流域水環境污染物總量分配可以分為以下幾個步驟:

(1)劃分子流域的污染控制區，利用SWAT(陸域面源污染物輸移模擬)和EFDC(環境流體動力學)模型，核算并確定不同子流域的污染負荷及流域的水環境容量。

(2)確定初始總量分配方案。根據流域的現狀和未來發展模式以及各子流域的功能定位，確定各子流域的初始分配值。

(3)確定基本參數 (主要包括各子流域人口或GDP、產值、水資源量等)，計算公平指數Gi。

(4)將Gi按由大到小的順序排列，將各子流域根據順序重新編號。繼而將對應的參數按照編號重新整理出來。

(5)按重排的順序，依照相應的公式，計算各子流域人口 (GDP)等指標的累計百分比和污染負荷分配的累計百分比。

(6)繪制洛倫茲曲線和絕對公平曲線。

(7)計算出基尼系數。

(8)依據計算的基尼系數，評估分配的公平性。如果分配不是公平的，則從步驟 (2)開始重新調整，反之則分配過程結束。

在研究成果方面，學者王麗瓊從基尼系數的經濟學內涵出發，將基尼系數的概念和意義應用于環境分析中，并以全國2006年各地區的水污染物總量分配為例，應用基尼系數法分析了人口、國內生產總值、水資源量指標對水污染物總量分配的影響;樊華等在江西五大水系流域的水污染物總量分配方案的評估和調整中運用了基尼系數法，使方案更加公平合理;趙娟等構建重點城市污染物總量分配的基尼系數法，評價了全國重點城市污染物總量分配的合理性公平性。

另外，研究者盛虎參考美國TMDLs的分配方式 (在分配過程中預留一部分容量不作分配，以促進水質改善)，運用層次分析法確定分配比例，運用基尼系數法判別分配公平性，采取層次分析法與基尼系數法交換反饋的方法，研究了基于人口和經濟的流域容量總量分配方案。

4 污染物總量分配方法中存在的問題

基于公平性原則的總量分配方法的問題在于實用與理論脫節:要么停留在理論研究上，僅給出堅持公平性原則需要遵循的原理和考慮的因素，而缺乏一套較完整的體系;要么給出了一套較完整的體系，卻過于理論化使得變量的選擇難以定量化，分配方案過于復雜而難以在實際中加以應用，最終難以達到預期目的;或者片面強調某一方面的公平性，忽略了其他方面而致使真正的公平性并不能體現出來。

基于效率原則的總量分配方法，大多關注于如何使經濟成本最小、治污費用最小，忽視了總量分配過程中應該考慮到的社會、環境、技術等因素。這種方法要達到經濟成本最低，治污得力而花費較少的企業承擔相應較多的污染責任分擔率，分配的不合理性很容易引起企業之間的糾紛從而導致總量分配實施程序很難順利進行。

5 結語

從“六五”的開始實行到“十二五”的規劃，污染物總量控制與分配問題一直是我國環保工作中不可忽視且越來越關鍵的環節。本人認為:在相對公平合理的基礎上，尋求環境、經濟、技術系統整體最優配置，結合多種污染物總量分配方法的優點，同時把GIS、計算機等先進科技手段融入到污染物總量控制中來，形成一套理論與實用較好結合的綜合體系是今后研究的重點;對于非點源污染因排放特征復雜形成不易于把握的許多不確定性也需要深入分析。

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