基于污染物總量控制的流域水環境 す芾砑ㄐв嘔研究

冉欣　孫世軍

摘要：為探尋流域污染物總量控制和水環境管理績效之間的關系，建立覆蓋流域社會、經濟、生態的水環境綜合管理績效指標體系，計算環境績效并分析其變化趨勢，以水污染物削減量為決策變量，以投入資金量最小為優化目標，設置環境績效優化、控制斷面水質達標、污染物削減提升的約束條件，構建基于結構、工程、監管提升的流域水環境管理績效優化模型。以吉林省招蘇臺河流域為例，利用Lingo80軟件編程進行優化求解，得到優化方案總投資1509億元，COD、氨氮總削減量分別為9 8791 t，61968 t，規劃期末水環境管理績效提升至0856。水環境管理績效指標體系可較全面的反映績效值的定量變化，得到的優化方案滿足流域水環境質量改善和污染物總量控制的要求，有效降低資金投入，為流域管理和發展提供參考。

關鍵詞：水環境績效指數；總量減排；指標體系；優化模型；總量控制方案

中圖分類號：X522文獻標識碼：A文章編號：

16721683（2018）04012808

Optimization of water environment management performance based on total amount control of pollutants

—A case study of Zhaosutai River Basin in Jilin Province

RAN Xin1，SUN Shijun1，FENG Jiang1，CUI Peng1，LONG Zhenyu1，LIU Sihan2

（

1.School of Environment，Northeast Normal University，Changchun 130117，China；2.Jilin Environmental Engineering Assessment Center，Changchun 130117，China

）

Abstract：

In order to explore the relationship between total amount control of pollutants and water environment management performance，we established a comprehensive management performance index system for water environment covering social，economic，and ecological aspects of the basin.We calculated the environmental performance and analyzed its change trend.Taking the reduction of water pollutants as the decisionmaking variable，with minimum investment as the optimization objective，we set certain constraints，and built a water environment management performance optimization model.Taking Zhaosutai River basin in Jilin Province as a case study，using Lingo80 software programming to optimize the solution，we obtained an optimization scheme that required a total investment of 1509 billion Yuan，could reduce the chemical oxygen demand and ammonia nitrogen by 98791 tons and 619.68 tons respectively，and could improve the endofterm water environment management performance to 0856.The performance index system for water environment management can comprehensively reflect the quantitative change of performance value.The optimization scheme meets the requirements of water quality improvement and total amount control of pollutants in the basin，and effectively reduces capital input.It can provide a reference for water environment management and sustainable development of river basins.

Key words：

water environment performance index；total emission reduction；index system；optimization model；total amount control scheme

1960年起日本在水質規劃中相繼引入“總量控制”概念[12]。20世紀70年代，日本和美國同期將總量控制寫入法律文件中[2]。隨著美國TMDL計劃和歐盟水框架指令實行，污染物總量控制成為流域環境管理的指導思想[34]。從1988年《水污染排放許可證管理暫行辦法》至1995年《水污染防治法》，不達標水體實施重點污染物總量控制。從水資源總量及污染物總量角度[5]出發，劉年磊等利用熵值法與改進等比例法[6]進行污染物總量目標分配，于雷等應用環境預警分析長三角地區水環境承載力[7]對污染物總量控制的影響。1990年，ISO14031環境績效評估國際標準開啟了對流域水環境管理的研究[8]。2011年中央一號文件對“最嚴格水資源管理制度[910]”進行系統界定，在此背景下，陶潔等人構建三條紅線控制指標體系并應用到新密市水資源管理工作中[11]；郭唯等以鄭州市為例建立了水資源管理績效評估體系[12]；游進軍等提出多維調控的水資源總量控制方案[13]。王金南等將在地方政府績效考核中引入環境績效[14]。環境績效常用評價方法包括AHP法、模糊綜合評價法[15]、PSR模型[16]等，而水環境管理績效評價被融合到環境績效的研究中，尚未形成一套科學的評價體系和定量的研究方法，尤其是將總量控制思想與水環境管理績效相結合的研究鮮有報道。

“十三五”期間，我國實施質量改善及總量控制“雙約束”模式[17]。在此背景下基于污染物總量控制[1819]，綜合考慮流域環保投資、水環境管理績效、控制斷面水質等多項因素的影響，構建流域環境績效指標系統，定量探尋污染物總量控制和績效間的關系，以招蘇臺河為例，得到在目標環境績效下水污染物最優總量控制方案，以期對流域水環境管理和可持續發展提供更具實用性的參考。

1研究區域概況

吉林省招蘇臺河流域位于東經124°17′-124°57′，北緯44°13′-44°35′之間，流域總面積1 118 km2。招蘇臺河在吉林省境內長度約103 km，發源于梨樹縣十家堡鎮土門嶺（大黑山脈赫里峰），流經梨樹縣8個鄉鎮，在喇嘛甸鎮張家橋進入遼寧省昌圖縣境內，最終匯入東遼河。研究區域地理位置見圖1。

吉林省招蘇臺河流域屬北溫帶半濕潤大陸季風性氣候，四季分明。多年平均氣溫64 ℃，多年平均風速36 m/s，風向WSW（西南西）。招蘇臺河梨樹縣控制單元白山橋水文站集水面積47 km2，招蘇臺河平均寬度468 m，月平均水深026 m，多年平均徑流量為455億m3。河川徑流量主要由降水形成，年降水量平均為5772 mm，主要集中在6月至8月。豐水期降水占全年降水總量的80%；枯水期部分河段甚至出現斷流。區域水資源總量為38億m3/a，其中地表水資源量為169億m3/a。水資源現狀供水量為154億m3/a，現狀用水量1386 m3/a。

梨樹縣農業人口約占人口總數的75%，耕地、村鎮及工礦用地、交通運輸用地等人類干擾較大的面積占流域總面積的94%，流域受人類活動干擾強烈。招蘇臺河常年處于Ⅴ類和劣Ⅴ類水平，枯水期氨氮超標倍數更高。近年來伴隨著種植業和禽畜養殖業的快速發展，農業面源污染嚴重，招蘇臺河水污染問題亟待解決。

遼河是我國東北地區水污染較為嚴重的河流之一，招蘇臺河屬于東遼河流域，且為吉林省和遼寧省跨境河流，跨境河流水體不達標對下游水體影響范圍較廣。故以此為對象尋求如何提高流域環境績效水平具有一定代表性。

2指標體系構建

2.1構建依據

流域環境管理從早期單純追求經濟發展轉化為經濟、社會和生態環境協調可持續發展，流域水環境管理評價指標體系正是流域環境管理工作的努力方向和目標體現。

參考ISO14031：2013《環境管理環境績效評價指南》[20]和《GRI可持續發展報告指南》第四版[21]。選取其中與水環境、生態環境、社會環境及污染物排放相關的指標，遵循宏觀性、系統性、可操作性等原則[22]，從流域水環境管理績效內涵出發，基于社會、經濟及生態[23]三方面構建評價指標系統，指標體系見圖2。

2.2數據處理

指標參數來自梨樹縣統計局匯編《梨樹縣國民經濟統計資料》（2005-2010年）、《梨樹縣統計年鑒》（2010-2015年）、梨樹縣環境監測站提供招蘇臺河水質監測數據及2016年5月現場調查數據。

指標系統權重計算采用均方差決策法，具有“概念清楚、涵義明確、計算簡便、精度較高[2425]”等特點。基本過程如下：

（1）評價指標的標準化處理。

標準化處理公式見式（1）和（2）[26]。上述指標中Z1、Z2、Z3、Z7、Z12、Z13、Z16為效益型指標，Z4、Z5、Z6、Z8、Z9、Z10、Z11、Z14、Z15為成本型指標。

效益型指標：

3流域水環境管理績效優化

基于污染物總量控制構建水環境管理績效優化模型，與傳統模型相比，結合招蘇臺河流域實際情況，在保證環境績效目標前提下，得到流域水污染物減排的最優配置方案，對改善水環境質量更具有實用性及推廣性，該方法彌補了利用數學優化模型進行流域水環境管理績效研究的空白，為流域水環境管理工作提供了新思路。

隨著招蘇臺河流域梨樹縣經濟發展加快，排放污染物總量增多，[JP+1]需建設污染治理工程方案改善流域水環境。由梨樹縣污染治理防治方案可知：2020年前梨樹縣擬建77項流域污染治理工程方案，其中結構提升包括4項工業源污染防治工程；工程提升包括31項城鎮生活污染治理工程，23項養殖污染防治與資源化工程，18項河道面源污染修復工程；監管/管理提升包括1項流域監管能力建設工程。預計上述污染治理工程總削減量為COD：1 78361 t/a，氨氮：10298 t/a。對應2020年環境績效值為0818。以此作為流域污染控制原參考方案。

3.1績效提升指標系統

根據《“十二五”主要污染物總量減排核算細則》（環發[2011]148號），減排措施主要包括結構、工程和管理三項。結合指標設立要求[2728]和環境污染物總量控制的提升方法[29]，建立基于污染物總量控制的環境績效提升指標系統[30]，詳見表3。

3.5結果分析與討論

（1）在滿足以提升措施投入資金量最小為優化目標，以控制斷面水質達標，水環境管理績效和污染物削減量不低于原參考方案三個約束條件下的優化組合，規劃期內優化方案的總削減COD、氨氮分別為9 8791 t、61968 t，流域水環境管理績效提升總投資為1509億元，到規劃時限環境管理績效提升值為0856。與研究區域的原參考方案相比水污染物COD和氨氮的削減量分別增加了973%和293%，投入的總資金量較案例參考方案的171億元縮減了1175%，規劃期末的水環境管理績效較參考方案的0818增加了47%。與招蘇臺河流域現狀環境績效值相比增加了157%。

（2）在實際工作中對績效提升措施進行合理規劃配置，可滿足水環境管理績效要求，便于COD和氨氮減排符合實際，具有現實意義。其中工程提升措施削減效果最優，城鎮生活污染治理工程削減量分別占COD、氨氮總削減量的5090%和4821%。從績效提升措施的水污染物削減潛力上來看，招蘇臺河流域較為有效的提升措施為城鎮生活污染治理和養殖源污染防治[4041]。

4結論

基于總量控制構建基于結構、工程、監管提升的招蘇臺河流域水環境管理績效優化模型。以招蘇臺河流域為例，得到在目標環境績效下水污染物最優總量控制方案，有效降低流域水環境管理績效提升投入的總資金量，為流域水環境管理和可持續發展提供理論依據。

吉林省招蘇臺河流域在“十二五”時期水環境管理績效值不斷增長與城鎮基礎設施（污水管網、污水處理廠）的完善、水污染治理工程的實施密切相關。在規劃期間招蘇臺河流域管理部門應側重城鎮生活源與養殖源污染控制方面，污染治理工程的實施對流域環境管理績效提升具有重要作用。

本文選取的流域績效評價指標體系針對其他各省市水環境特性需進行有針對性的調整，因地制宜，改善水環境質量。基于污染物總量構建流域績效提升系統涉及評價指標較多，今后仍需進一步完善相關數據，提高研究成果的指導性和可操作性。

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