太湖西岸典型控制單元污染物排放核定方法研究

摘 要：本文通過研究控制單元的劃分目、與原則和具體方法，確定了控制單元的具體劃分依據。通過控制單元的劃分，根據各類污染源的特征及入河方式，將污染源分配至各控制單元，再通過優化計算公式核算企業排污總量和入河量，從而最終確定控制單元內重點污染源（工業企業、污水廠、規模化養殖場）的主要污染物最大允許排放量，為行政區域水環境容量總量控制提供依據。

關鍵詞：太湖西岸；排放核定；控制單元劃分；環境容量分配方法

太湖流域是我國人口密度最大、工農業生產發達、國民經濟產值和人均收入增長幅度最快的地區之一，然而自2007年太湖藍藻污染事件發生后，太湖水環境形勢卻一直不容樂觀，水環境治理工作仍重道遠。以行政區域為基本單位的水質管理體系已無法解決日益嚴重的跨區域污染問題[1]。在過去幾十年里， 許多發達國家也針對本國水污染狀況相繼開展了水質管理技術的研究，其中以美國 TMDL 計劃最具代表性[2]，其主要包含三個要素，即污染負荷核算、安全余量問題和排放負荷分配。

本文將借鑒TMDL計劃先進的水質管理理念和技術經驗及我國當前總量控制工作中的經驗，以宜興市為例，進行控制單元的劃分，通過對污染源調查和評價以及環境容量來計算污染源的允許排放總量，進行總量指標分配，實施排污許可證管理制度，研究基于排污許可證實施的控制單元總量控制技術，為整個太湖流域水質改善起一個示范作用。

1 控制單元劃分方法

1.1 劃分目的與原則

控制單元是對重要水質控制斷面影響的主要污染負荷所在區域。它為水質目標管理提供了基本的空間管理單元，可以兼顧行政區劃和流域的特點，克服單一區域水質管理的局限性，為污染治理提供具體的、具有可操作性的建議方案，促進水生態系統健康。

對控制單元的劃分，我們應綜合考慮污染源分布、水質斷面分布、河流水文特征、行政單元完整性及流域污染控制可操作性等原則，根據太湖流域主要水質控制斷面的分布，選擇重要控制斷面，確定控制單元。控制斷面水質達標是進行污染物總量控制、分配的基礎，因此控制斷面水質達標是控制單元劃分中必須考慮的核心原則。在進行控制單元的劃分時，應充分應用現有的控制斷面，同一控制單元的水系“入口”和“出口”應有控制斷面，以保障控制單元水系污染傳輸的封閉性[3]，有利于實現對控制單元的管理。

1.2 劃分方法

在上述劃分原則的指導下，獲取對研究區域相關地理信息數據，充分考慮自然地理指標（如河流基本特征流向，地形等）、水生態和水環境指標及社會經濟等多個指標，利用GIS軟件對這幾項數據進行整合分析，獲取研究區域的流域界限、水生態功能分區、行政界線等，再利用得到的行政區劃圖、流域水系圖與水生態區劃圖在軟件中進行空間疊加分析，得到控制單元劃分草圖。在進行單元劃分時，匯水區是基本的聚合單元，水生態功能區是污染控制單元確定的基本外邊界限制條件[4]，盡量避免污染控制單元跨不同水生態功能區，同時考慮控制斷面的分布與行政區邊界。在此基礎上，向地區環境、水利、農林等行政管理部門進行咨詢并結合實地勘察，對控制單元草圖進行修改，形成控制單元劃分終稿。

2 企業排放量核定

2.1 企業排放量核定方法

污染物控制單元劃分完成后，根據各類污染源的特征及入河方式，將污染源分配至個控制單元，我們將污染物分為兩類：

第一類：有固定排放口的污染源，包括工業點源、污水廠、集中式養殖場（畜禽、水產）。第一類污染源各污染物入河量分配至各控制單元時，主要根據排污口的經緯度信息，結合地理信息管理軟件將點位對應到各控制單元，得到各控制單元內固定點源各污染物的入河量。

第二類：分散式污染源，包括農田面源、農村生活、城鎮生活、分散式養殖（畜禽、水產）廢水。第二類污染源各污染物入河量分配至各控制單元時，以縣級區域為單位，根據控制單元面積，將區域該類污染源各污染物入河量按各控制單元所占面積比例分配至各控制單元。其中農村生活和城鎮生活污染源入河量分配至控制單元時還需參考農村和城鎮人口分布因素。

按照上述分配原則，最終得到各控制單元污染負荷，進而可初步分析各控制單元主要污染源構成情況，根據各污染物排放總量與各控制單元面積之比，可得出各分區各污染物污染負荷占比，從而掌握各分區污染類型與權重。

2.2 污染物入河量計算

2.2.1 生活污水污染源入河量

在統計生活污染物入河總量時，將控制單元內的生活污水分為進污水廠后入河量和直接入河量，直接入河量的計算方法參照下述計算公式。

Wij為計算中的最小空間計算單元和最小時間計算單元。計算中最小空間計算單元為河段（河段為兩節點之間的河道）；最小時間計算單元為天。

根據《江蘇省主要水域納污能力核定和限制排污總量研究》（2007年）研究成果，可得不同河寬條件下的河道不均勻系數；通過河網水量數學模型的建立，計算得到各河段邊界水文條件，即可匯總出各控制單元的環境容量值。

3.2 控制單元內水環境容量分配

目前，我國污染物的控制已由濃度控制進入了總量控制階段，而水環境容量在污染源間的分配是總量控制的基礎和核心。容量總量分配的原則一般有等比例分配原則、按貢獻率削減污染排放量原則、治理費用最小原則、經濟與環境效益兼顧原則、 按企業污染治理的難易程度承擔污染責任分擔率原則[5，6]，綜合考慮上述幾個原則，本文采用如下分配方法：

3.2.1 控制斷面達標條件下

控制斷面達標條件下，控制單元的水環境容量分配根據排污口所在控制單元位置直接分配給該控制單元。

3.2.2 功能區達標條件下

功能區水質達標條件下，影響控制單元水環境容量分配的主要因素有兩點：一是控制單元內水功能區劃情況，二是控制單元的水域面積。基于控制單元功能區長度、水質目標及功能區水域面積多重目標，對常用的分配公式進行改進，得到本次采用的水環境容量控制單元分配的計算公式：

其中：αj為某鎮j占的環境容量權重；W總為研究區域總水環境容量；Wj為某鎮j的水環境容量；Csi為i類水水質標準；Sj為某鎮j的水域面積；lij為某鎮j的i類水功能區總長；S為研究區域總的水域面積；li為研究區域的i類水功能區總長。

4 企業最大允許排放量確定

水環境總容量的計算及各控制單元的容量分配為后續確定各污染源排放限值奠定了基礎。同時，在確定排放限值時，應以水質保護為目標，污染物削減最佳可行該技術體系（BAT）為核心，以“分區、分類、分級、分期”為理念[7]。本論文依據控制單元劃分、污染負荷核定、各控制單元水環境容量核定等結果，通過概化控制單元排污口、分析控制單元內污染源和斷面水質的響應關系，在滿足行政區域水環境容量總量控制同時保證每個控制單元控制斷面或控制斷面邊界水質達標的條件下，采用動態層次分析法、績效型分配法等方法，最終確定控制單元內重點污染源的主要污染物最大允許排放量。

5 結論

宜興市是太湖西岸的主要城市之一，為解決太湖流域水污染問題，現以宜興市為例，進行太湖西岸典型控制單元污染物排放核定的研究，結合水污染管理現狀，具體完成可操作的、面向排污許可證實施的宜興流域控制單元劃分、污染物排放量核定、水質響應關系建立和水環境容量測算與分配等水質目標管理體系，為宜興市及整個太湖流域的水污染控制與治理方案提供方法論的指導。

參考文獻：

[1]孟偉，張楠，張遠，鄭丙輝.流域水質目標管理技術研究——控制單元的總量控制技術[J].環境科學研究，2007，20（4）：1-8.

[2]邢乃春，陳捍華.TMDL計劃的背景、發展進程及組成框架[J].水利科技與經濟，2005，11（9）：535-537.

[3]惠婷婷.水污染控制單元劃分方法及應用——以清河流域為例[D].2011.

[4]高永年，高俊峰，陳坰烽等.太湖流域典型區污染控制單元劃分及其水環境載荷評估[J].長江流域資源與環境，2012，21（3）：235-239.

[5]王彩艷，彭虹，張萬順.武漢東湖水污染控制TMDL計劃[J].人民長江，2010，41（10）：86-89.

[6]劉媛媛，錢新，王炳權，等.基于控制單元的水環境容量分配研究[J].生態與農村環境學報，2013，29（1）：110-116.

[7]孟偉，王海燕，王業耀.流域水質目標管理技術研究——控制單元的水污染物排放限值與削減技術評估[J].環境科學研究，2007，20（4）：1-8.

作者簡介：王大春（1980-），男，江蘇泗陽人，本科，工程師，2001年參加工作，2014年起擔任宜興市環境監測站副站長、技術負責人，2011年至今先后參與了《宜興市產業結構調整與生態恢復保護示范》等課題工作。