基于污染物通量超標排放的生態補償方法

劉軍政,猶 偉,祁蕓泉,趙鐘楠,黃火建,張新華

(1.四川大學水力學及山區河流開發保護國家重點實驗室，四川 成都 610065；2.四川大學水利水電學院，四川 成都 610065； 3.水利部水利水電規劃設計總院，北京 100011)

當前，新實施的《中華人民共和國環境保護法》(自2015年1月1 日起施行)和中國共產黨第十九次全國代表大會均對實施生態補償提出了明確的要求，生態補償制度已成為推進科學發展、加快生態文明制度建設的重要舉措和生態環境保護管理體制改革創新的重要內容。我國從20世紀90年代末開始關注流域生態補償，如今已經形成了多種補償類型和補償方式并存的局面[1]。目前，江蘇、福建、浙江、河北、河南、遼寧、山東、山西等省在全省范圍內開展了污染賠償型生態補償試點工作[2-3]。其中，生態補償標準是當前研究的熱點與難點，眾多學者對此進行了研究，如劉桂環等[4]、冉濤等[5]總結我國生態補償的實踐，提出了2種對于污染賠償型的生態補償標準核算方法，一種是按照水質濃度超標倍數扣繳一定數額的補償金；另一種是按照考核斷面超標污染物通量的削減成本確定補償金額。前者對生態補償的核算簡便，但誤差大。已有的研究和實踐多數主張采用污染物通量核算補償量，污染物通量全面考慮了水質與總量的關系，具有較強的科學性[6-8]。然而，目前該方法中單位污染物削減成本統一采用某一固定值，沒有考慮工業廢水、城市生活用水等不同廢水處理成本的差異，與實際值可能存在偏差。同時，在污染物通量核算上忽略了年內各水期的實際水文、水質特點，故也存在一定偏差。因此，筆者在基于Webb等[9]和郝晨林等[10]研究污染物通量核算模型的基礎上，以瀨溪河渝川緩沖區為研究對象，從污染物削減成本和污染物通量兩個方面進行改進研究。

1 研究方法

1.1 基于污染物通量超標排放量的生態補償標準核算方法

該方法首先求得時段內超過目標水質的排放總量，再與單位排放量補償金額進行乘積求得補償總金額，該方法從宏觀上把握了河流上下游斷面污染物的遷移規律。補償資金計算公式為

(1)

式中：P單為單因子補償資金；W超為考核斷面實測水質超過目標水質的污染物排放量，若實測水質濃度低于目標水質濃度則為負，即此時下游向上游反向補償；C(t)實測為t時刻考核斷面實測水質濃度；C(t)目標為t時刻考核斷面目標水質濃度；Q(t)為t時刻通過考核斷面流量；S為單位超標污染物排放通量的補償金額，可視為單位污染物削減的處理成本。

考慮到實際工作中很難取得河流每個瞬時的流量與污染物濃度值，且我國當前多數水文水質監測站監測數據不匹配[11]，多數水文站可達到流量每日一測，而大多數水質監測站則只能做到每月一測。因水文、水質數據時間跨度大、不連續，所以需對污染物通量估算公式進行離散。

(2)

式中：C(i)實測為考核斷面計算時期內第i次水質實測瞬時濃度值；C(i)目標為考核斷面計算時期內第i次水質目標濃度值；Q(i)為第i次監測代表時間段的流量；n為代表監測時段內污染物監測次數。

若需考核多因子指標，則最終補償金額為將各單因子補償金額進行正負疊加即可。

1.2 污染物通量估算方法

時段污染物通量是污染賠償型生態補償的重要依據，它的計算可簡化為以下5 種方法[9]。

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

由于實際工作中很難取得河流每個瞬時的流量與污染物濃度值，數據相對比較稀缺。因此，如何根據離散的水量、水質數據選擇恰當的通量估算方法，對提高通量估算的可靠性具有十分重要的意義。筆者在富國[12]和郝晨林等[10]對5種通量估算公式適用性研究的基礎上，對研究區域劃分不同水期，根據不同的水文、水質條件，判定不同水期內的污染物來源，從而選擇水期內相應的通量估算公式，進行通量估算，以此作為計算補償金額的依據(表1)。

表1 5種通量估算方法特征與適用性

1.3 單位污染物超標排放量補償金額的確定

本文以單位污染物削減成本計算確定單項污染物的補償金額。王佳偉等[13]、王曉青[14]、李燁楠等[15]的研究表明：不同來源的廢水污染物削減成本不同，工業廢水顯著高于城市生活污水削減成本。而目前污染物削減成本統一采用定值，沒有考慮工業廢水、城市生活污水等不同類型廢水處理成本的差異性。因此，筆者將污染物削減成本按照污染物來源分為點源污水(主要為工業廢水、城市生活污水)和農村非點源污水(主要為農村生活污水、農業生產污水)削減成本兩部分。根據不同廢水來源的處理成本，按污染物排放量比重加權平均得到削減成本。

2 實例研究與結果分析

2.1 研究區域概況

瀨溪河為沱江左岸一級支流，發源于重慶市大足縣，流經榮昌縣和四川省瀘縣，最終在瀘縣注入沱江，屬于長江流域沱江水系。河流全長約190 km，平均坡降約0.11%，其中重慶市境內河長123 km，四川省境內長65.5 km。流域總面積3 257 km2，多年平均徑流量11.67億m3，多年平均流量37 m3/s，枯水期多年平均流量4.14 m3/s。瀨溪河渝川緩沖區起始斷面為重慶市榮昌縣，終止斷面為四川省瀘縣(位于川渝省界交界處)，總長16.5 km。瀘縣福集鎮有一處水文站，緩沖區出境斷面設有水質監測斷面。瀨溪河徑流年內分配不均勻，汛期較長，多出現在6～10月，徑流量占年徑流總量的70%左右；平水期較短，多為4～5月和11月，徑流量占年徑流總量的20%左右；其余月份為枯水期，徑流量很小，只占年徑流總量的10%左右。瀨溪河面臨工業點源和農業非點源污染較重的情況，水質狀況較差，常年達不到Ⅲ類水質標準。流域主要超標水質項目為高錳酸鹽指數、氨氮和CODcr，屬于有機污染型河流。污染來源除受上游來水影響外，還受流域內密集工礦區廢水及農村面源污染影響，其中點源污染來源主要為工業廢水和城市生活污水，非點源污染來源主要為農村生活污水、農田徑流污染、畜禽養殖污染等。2015年調查數據顯示，瀨溪河流域瀘縣境內廢水排放3 061萬t，高錳酸鹽指數排放量4 870 t，氨氮排放量1 244 t。

2.2 污染物通量估算及其改進

2.2.1 污染物通量估算及存在的問題

四川省人民政府辦公廳關于《在岷江沱江流域試行跨界斷面水質超標資金扣繳制度的通知》(川辦函[2011]200號)[16]中規定：岷江、沱江流域，水質補償項目選擇高錳酸鹽指數和氨氮兩項指標。故筆者采用這兩項污染物指標進行上、下游生態補償金額的計算，所以只核算這兩種污染物指標的通量。

瀨溪河渝川緩沖區重慶出境斷面處有一福集水文監測站，并有多年逐日流量監測數據，緩沖區下游四川入境斷面設置有水質監測斷面，監測頻率為每月一次。筆者從多年流量系列中選取2015年監測的逐日流量數據和每月一次的水質數據，采用式(3)～(7)分別對渝川緩沖區進行污染物通量估算，具體結果見表2。

表2 5種污染物通量估算方法核算結果

由基礎資料可知，該省界緩沖區僅在下游斷面布設有水文、水質站，下游斷面要求水質達到Ⅲ類標準，根據我國《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中的規定可知，當水質類別為Ⅲ類時，高錳酸鹽指數和氨氮最大限值分別為6 mg/L和1 mg/L，2015年年均流量為35.5 m3/s，相應的最大容許污染物的年通量如表3所示。

將5種估算方法核算的結果與下游斷面容許限值進行對比(表4)，各污染物超標數據可作為上下游生態補償賠償金額的依據。

表3 下游斷面水質要求及容納負荷通量

表4 5種估算方法污染物超標情況

注：“正值”代表上游污染物超標，“負值”代表上游污染物未超標，下同。

表4為采用不同污染物通量估算方法核算各污染物超標排放量，通過對比可知：式(3)、式(4)、式(6)、式(7)高錳酸鹽指數核算結果均不超標(即表4中的W1、W2、W4、W5對應值)；而式(5)中高錳酸鹽指數核算結果超標471 t(即表4中W3對應值)。不同方法對于同一區域污染物超標核算結果大不相同，甚至出現矛盾。對于氨氮而言，雖然5種估算方法核算污染物是否超標未出現矛盾，但是超標總量核算結果差別較大。所以不同通量估算方法在補償中會出現不同結果，甚至出現矛盾。

2.2.2 污染物通量估算改進

將該流域全年劃分為豐、平、枯3個水期，考慮不同水期實際的水文、水質特征，選擇相應的通量估算公式。最終得到高錳酸鹽指數和氨氮的超標排放量，具體結果見表5。

表5 分水期改進后污染物超標情況

方法改進后，將全年劃分為豐水期、平水期、枯水期，根據不同水期污染物來源不同，采用相應的污染物通量估算公式，核算的高錳酸鹽指數、氨氮年通量分別為4 957 t、1 253 t，與下游斷面2種污染物年通量容許限值6 735 t、1 122 t對比可知，高錳酸鹽指數未超標，氨氮超標131 t。根據2015年調查資料顯示：高錳酸鹽指數、氨氮年排放量分別為4 870 t、1 144 t，可以看出污染物超標排放量核算結果比較接近實際調查情況，因此核算的補償金額結果也會更加真實可信。

2.3 單位污染物超標排放量補償金額的確定及其改進

四川省對岷江、沱江流域的主要污染物處理成本規定為：高錳酸鹽指數1 300元/t，氨氮17 000元/t，污染物削減成本統一采用定值，沒有考慮不同類型廢水處理成本的差異性。因此，筆者將污染物削減成本按照污染物來源分為點源污水(主要為工業廢水、城市生活污水)和農村非點源污水(主要為農村生活污水、農業生產污水)削減成本兩部分。根據不同廢水來源的處理成本，按污染物排放量比重加權平均得到削減成本。

工業廢水處理成本按照重慶市典型企業污染物削減成本的加權均值分別為：高錳酸鹽指數 1 600元/t、氨氮18 000元/t；城市生活污水2種污染物削減成本分別為160元/t和9 150元/t；農村生活污水2種污染物削減成本分別為190元/t和10 000元/t；農業生產污水分別為1 300元/t、15 000元/t。不同污染源單位削減成本及排放比例見表6

表6 不同污染源削減成本

按照污染物排放量比例加權平均最終得到點源和非點源的單位削減成本。其中，點源中高錳酸鹽指數總成本為1 283元/t，氨氮總成本14 903元/t;非點源中高錳酸鹽指數總成本為490元/t，氨氮總成本12 350元/t。由計算結果可知：不同廢水來源的污染物削減成本不同，且對于高錳酸鹽指數與氨氮而言，點源污染比非點源污染削減成本高。

2.4 補償金額計算結果

2.4.1 統一削減成本補償金額計算結果

方法改進后估算的污染物通量比較接近實際調查量，為了比較削減成本改進前后的效果，采用污染物通量估算方法改進后的污染物超標量核算補償金額，具體補償金額計算結果見表7。

表7 統一削減成本補償金額計算結果

由表7可看出，采用統一削減成本核算補償金額，該省界緩沖區上游斷面重慶市因超標排放氨氮需賠償下游斷面四川省223萬元，少排放高錳酸鹽指數又可獲得補償231萬元，所以疊加后重慶市獲得補償8萬元。

2.4.2 分水期改進后補償金額計算結果

將該區域全年劃分為豐水期、枯水期、平水期，分別計算不同水期內的污染物超標量和污染物削減成本，通過不同水期的補償金額進行疊加，得到全年的補償金額，具體污染物補償結果見表8。

表8 分水期改進后補償金額計算結果

由表8可看出，該省界緩沖區上游斷面重慶市因少排放高錳酸鹽指數可獲得補償124萬元，超標排放氨氮又需賠償下游斷面四川省205萬元，所以疊加后需賠償四川省81萬元。而削減成本改進前四川省需賠償重慶市8萬元，顯然不符合上游污染下游的實際情況。兩者補償金額結果出現差異性的主要原因是豐水期、平水期高錳酸鹽指數主要污染來源為非點源污染，單位污染物削減成本較低，而全年采用統一削減成本，會導致補償金額計算較大。所以根據不同水期內實際水質特征，判定不同水期污染物來源，從而確定不同污染源的削減成本，不采用統一固定值，這樣核算補償金額更加合理。

3 結 論

通過分析研究污染物通量超標排放量核算補償量方法，根據年內水文、水質變化特征對污染物通量的估算和削減成本的確定進行了以下改進：

a. 根據流域的實際水文、水質特點劃分豐、平、枯水期，判定不同水期的污染物來源，從而提出了根據不同污染物通量估算方法的適用條件選擇不同水期內相應的污染物通量估算方法。

b. 根據不同廢水來源其污染物削減成本不同，提出了補償中可根據實際水文條件劃分水期，判定不同水期污染物來源，按照污染物排放量比例加權平均確定不同污染源削減成本的方法。

通過以上改進計算的生態補償金額比按常規方法計算的補償金額更加科學、合理，對上下游的補賠償也會更加公平。因此，按筆者提出的方法實施污染型生態補償能夠促進流域水環境保護與水生態文明城市建設，保障上下游經濟社會的可持續發展。