分行政區入河污染物總量監督管理信息系統構想

(長江水利委員會 網絡與信息中心，湖北 武漢 430010)

近年來，長江流域水資源保護與水污染防治取得了一定成效，干流及重點支流水質總體較好，但仍存在局部水域污染嚴重、湖泊富營養化、城鎮和農村集中居住區水體黑臭等問題。

現有法規和政策均明確要求對重點水污染物排放實施總量控制制度，強調地方首長負責制并進行考核問責。為落實“河(湖)長制”，做到“強監管、嚴問責”，實現長江大保護，確保一江清水，迫切需要量化各行政區的入河(湖)污染物總量，用一套以行政區為管理單元的客觀量化指標，為“河(湖)長制”的考核問責提供依據。

近年來，不少學者及專家對河流污染物通量的計算和實際應用開展了研究，但僅限于分析入河、入湖、入海污染物通量對水質的影響，以及如何準確計算等[1-8]。為此，周少林等人從落實區域水污染治理績效考核評價角度出發，倡導實行分行政區入河污染物總量監督管理理念[9]，構思了相應的監測計量模型[10]，并對其在長江流域的應用進行了剖析。其核心是在現有的技術和經濟條件下，以信息化和現代化監測為技術支撐手段，大膽創新，建立新的量化考核模式，強化對各行政區入河污染物總量的監督管理。

本文基于分行政區入河污染物總量監督管理理念，提出構建長江流域分行政區入河污染物總量監督管理信息系統。作者調研了長江流域內已有和規劃監測能力建設情況，證實系統建設在監測能力方面具有良好的基礎條件，并從落實水污染防治和污染減排監督管理的需求入手，設計了系統查詢統計的具體指標，可為“強監管”輔助決策提供客觀、量化的信息。

1 分行政區入河污染物總量監測計量模型

1.1 基本原理

周少林[10]等人提出，在流域范圍內，以行政區(省級或更小的行政區)為管理單元，流域邊界和行政區邊界迭加形成閉合圈，在跨界河流與行政區邊界的交點處設立監測站點，跨界河流流入時與行政區邊界的交點為入口，流出時與行政區邊界的交點為出口，對所有的邊界入口與出口的水量水質實行同步監測(或稱通量監測，下同)，根據監測結果，計算各有關行政區污染物的流入與流出總量。即所有入口監測斷面的污染物濃度與其徑流量的乘積之和為該行政區污染物流入總量，所有出口監測斷面的污染物濃度與其徑流量的乘積之和為該行政區污染物流出總量，以流入總量為本底值，以流出總量為表現值，在同一時段內的表現值與本底值之差即為該行政區的污染物入河總量，或稱之為該行政區污染物貢獻值。

這樣一來，不僅排除了河流水量豐枯對水質的影響，同時排除了相鄰行政區污染物排放的影響，以實際監測計量的客觀數據來真實反映、評價各行政區水污染防治成效，從而促使地方政府將水污染防治擺在與經濟發展同等重要的地位，破解有法不依、執法不嚴等難題。

1.2 污染當量

水污染物種類繁多。為表征各行政區對污染的貢獻度，需要將水體中不同的入河污染物量相加。為此，引入污染當量的概念，以其作為度量尺度，對各種入河污染物量進行歸一化處理，用相加后的數值來表征各行政區對污染的貢獻度，方便同一時期對各行政區進行橫向對比和不同時期對同一行政區進行縱向對比。

根據《環境保護稅法》(2018)，污染當量是指根據污染物或者污染排放活動對環境的有害程度以及處理的技術經濟性，衡量不同污染物對環境污染的綜合性指標或者計量單位。同一介質相同污染當量的不同污染物，其污染程度基本相當。污染物當量值可按照《環境保護稅法》所附的《應稅污染物和當量值表》查表確定。

1.3 計量表達式

1.3.1入河污染物總量計算

就單一污染物而言，可采取以下步驟計算總量。

(1) 斷面某污染物量計算。對于某一監測斷面，某一時段內某污染物量r表達式為

r=ρQt

(1)

式中，r為污染物量，ρ為污染物濃度，Q為斷面流量，t為持續時間。

(2) 行政區某污染物流入、流出量計算。假設流域內某行政區有m個邊界入口斷面，有n個邊界出口斷面，則該行政區某污染物流入、流出量分別為

(2)

(3)

(3) 行政區某污染物入河量(貢獻值R貢獻)計算公式為

R流出=R流入+R排放-R自凈-R底質

R貢獻=R排放-R自凈-R底質=R流出-R流入

(4)

式中，R流出為該行政區某污染物流出量，R流入為污染物流入量，R排放為污染物排放量，R自凈為污染物自然和人工降解量，R底質為污染物底質交換量(此值可正可負)。

當相鄰行政區為上下游關系時，可直接運用以上關系式。

但當相鄰行政區為左右岸關系時，則需要在界河段上下游邊界處各設一個監測站。下游監測站B計算得到的污染物量Rb減去上游監測站A的污染物量Ra即為界河段的入河污染物量R共。根據界河兩岸A、B行政區的面積、人口、工業發展等情況，確定A、B行政區的入河污染物量分配系數分別為α和β(α+β=1)，則A、B行政區在界河段的入河污染物量分別為

R共A=R共×α

(5)

R共B=R共×β

(6)

當兩行政區任何一方對界河段入河污染物量分配系數不認同時，也可以對界河段兩岸的所有入河排污口實施監測，從而提高行政區界河段入河污染物量計算的準確度。

1.3.2入河污染當量數計算

用We表示第e種污染物的污染當量值，用Re貢獻表示第e種污染物總量，用Ae表示第e種污染物的入河污染當量數，其表達式為

Ae=Re貢獻/We

(7)

對水體中的l種污染物進行計量時，入河污染當量總數A的表達式為

(8)

2 系統建設目標及總體構架

2.1 系統建設目標

以流域內行政區劃為單元，通過建立區域邊界斷面的水量水質監測站網體系，積累長序列的監測數據，核算各行政區的入河污染物總量/當量，為監督考核地方政府的治污減排成效提供依據，實現“界定現狀、記錄變化、評價效果”的目標。

2.2 系統總體構架

系統總體構架如圖1所示。

3 系統主要建設內容

系統主要建設內容包括監測能力及應用系統建設、安全保障環境、運行環境、應用支撐平臺、信息匯集與存儲的設計開發等。限于篇幅，本章僅介紹監測能力建設和應用系統建設。

圖1 系統總體架構Fig.1 Overall archiecture of the system

3.1 監測能力建設

3.1.1監測站網能力建設

長江流域水環境監測站網已建水質監測站點約4 500個，全部實現實時在線監測；水生態監測站點超過100個，已建水文站1 800多個，水位站4 500多個，部分實現了自動測報，多功能監測以及水量水質同步監測。

目前，長江水利委員會正著手開展長江流域全覆蓋水監控能力建設，目標是“采用整合與新建相結合的方式，匯集水文、水質、水生態、水土保持、采砂、河道、水工程管理等方面的水監測信息”，并將在247個省界斷面監測水量；隨著“河湖長制”在長江流域的全面落地，各級行政區跨界交接斷面的建設及監測將更加規范、標準。

已建站網和規劃建設站網為分行政區污染物總量監督管理的水質水量監測奠定了良好的基礎，只需在跨省界河段新增部分監測站點，且部分水量監測斷面增加水質監測，即可建成與長江流域省級行政區相對應的“閉合圈”水質水量監測站網。

3.1.2實驗室能力建設

長江流域現有流域級中心實驗室1個，分中心實驗室19個。實驗室配備有各類分析檢測儀器設備，或配有內河水環境監測船、移動監測實驗車等。一般每月監測1次，全年12次。其中長江水利委員會負責監測的常規斷面監測參數近40項，省界斷面監測參數24項。

自動監測站點雖然在監測時效和監測頻次上存在優勢，但是與實驗室內人工監測相比，自動監測指標數量有限，監測結果精確度偏低。因此，提升水環境監測實驗室能力，購置相應的儀器設備，能夠增加水質監測指標，并有效控制水質監測數據質量。

長江水利委員會正著手開展的長江流域全覆蓋水監控能力建設也將對流域中心實驗室和分中心實驗室的各項監測能力進行提升，這樣，在此基礎上相應完善實驗室監測能力即可。

3.1.3監測項目和頻次

省界斷面水質監測項目主要依據(GB3838-2002)《地表水環境質量標準》中的地表水環境質量標準基本項目以及SL219-2013《水環境監測規范》規定的地表水監測項目(包括必測項目和選測項目)進行選擇。同時，可以根據長江流域水環境特點和污染物排放特征，適當增加反映水體中主要污染物的監測項目。

基于水質水量同步監測的要求，并遵循(SL219-2013)《水環境監測規范》和(GB50179-93)《河流流量測驗規范》的規定，省界斷面的監測頻次可每月2次，指常規水質監測中需要實驗室分析的項目，而對于在線監測項目，則可以提高監測頻率，甚至可以與流量監測同步，監測頻次越高，計量的精度也會越高。汛期、非汛期超出歷年實測流量的水位時，對超出部分增加測次，以提高計量精度。

3.2 應用系統建設

建設長江流域分區入河污染物總量監督管理系統，設計開發污染物計量、水質趨勢分析、污染物控制管理工作評價3個應用子系統，通過網絡延伸到業務、管理及決策人員的辦公桌面，由計算機終端提供友好的人機交互界面，實現數據查詢、地圖瀏覽、視圖管理、地圖查詢、圖形展示以及模型計算、統計分析、數據管理維護、用戶管理授權等功能。限于篇幅，以下僅介紹系統的統計查詢功能及輔助決策功能。

4 系統功能

4.1 統計查詢

長江流域分區入河污染物總量監督管理系統可查詢統計以下4類信息。

4.1.1基礎信息和監測計量信息

通過共享的流域社會經濟庫，可以查詢、統計各行政區單元的國土面積、居住人口、耕地面積、國內生產總值(GDP)、用水總量、污水處理投資、污水處理能力及處理污水量等主要社會經濟指標和水務相關指標；可以按行政區單元或水系查詢、統計監測斷面的名稱、數量、位置、監測項目、監測頻次、具體的監測記錄、監測機構及監測人員等；可以查詢不同斷面、河段、河流的當前水質、當年及歷年總體水質；統計各類水質河道長度等；可以按照“行政區單元”及“時間序列”等維度查詢、統計入河污染物總量/當量數據。系統與氣象信息系統、水文信息系統實現信息交換與共享后，還可以按行政區單元及水系兩種方式查詢不同時段的降水量、產流量或徑流量。

4.1.2分析評價信息

可以查詢不同斷面、河段、河流的水質變化趨勢及變化速率等；某一行政區單元的各入河污染物總量/當量貢獻值變化趨勢及變化速率等；各行政區單元的監測計量及分析評價信息的對比結果；降水量、產流量或徑流量的歷史同期數據及變化情況。

4.1.3績效考核信息

可以查詢、統計、對比各行政區人均入河污染物總量/當量的貢獻值/削減率、單位面積入河污染物總量/當量的貢獻值/削減率、單位GDP入河污染物總量/當量的貢獻值/削減率、單位污水處理投資入河污染物總量/當量的貢獻值/削減率、單位GDP污水處理能力及投資、單位人口污水處理能力及投資等，反映各行政區的水污染防治和污染減排成效；可以對比入河污染物總量/當量與入河控制量的信息，反映各行政區的年度達標情況。

4.2 輔助決策

通過數據挖掘與多種角度的專題分析，系統采用數據描述與直觀展現、靜態報表、查詢與動態統計、多維分析、模型分析、主動分析與預測等信息化方法和模型，結合GIS技術，實現水污染防治和治污減排輔助決策支持功能。

4.2.1準確把握入河污染物總量變化趨勢

該系統既可以將全流域作為一個整體進行入河排污分析，也可以針對流域內某行政區單元進行入河排污分析，全面、準確地反映入河污染物總量變化趨勢。

4.2.2客觀評價流域各行政區入河排污行為

以流域內各行政區為分析單元，準確核算各行政區單元的單位入河污染物總量/當量貢獻值，以此客觀評價各行政區入河排污行為，明確界定各行政區治污減排責任，促進行政區獨立履行減排義務。

如果入河污染物總量/當量貢獻值的變化趨勢是增加的，即使河流水質達標或優于水質標準，都可以及時告警相關地方政府采取措施防治污染，從而規避水質惡化的風險；如果入河污染物總量/當量貢獻值的變化趨勢是減少的，即使河流水質仍未達標，都應該肯定地方政府的治污減排成效。

4.2.3制定落實入河污染物減排方案并考核減排工作成效

該系統能有效反映出各行政區入河污染物種類及總量/當量，有利于各行政區有針對性地制定并落實減排方案。同時，上級管理部門可據績效考核信息，對各行政區領導干部進行任期考核，評價其治污減排工作績效及達標情況。通過該行政區不同時期的縱向對比，引導各級政府樹立綠色環保的政績觀；通過不同行政區同時期的橫向對比，獎優罰劣，激勵各級政府治污減排。

5 應用前景

周少林等人展望了分行政區入河污染物總量監測計量模型的應用前景：可為行政區考核評價提供技術支撐，不讓管理者為前人的欠賬而代人受過，也不讓管理者因為河流的水質尚好而亂作為；有利于推行流域層面的排污權交易及生態補償；有利于維護流域社會經濟社會可持續發展[11]。

除此之外，該系統還可以為領域各省市“河(湖)長制”的考核評價提供有效的量化支撐，也是流域管理機構充分發揮協調、指導、監督作用的重要手段，可實現“河流納污容量核算”、“區域入河污染物總量限額擬定”和“入河污染物總量監督驗證”的管理閉環，有助于實現流域管理與行政區域管理的深度融合。

分行政區入河污染物總量監督管理不同于現行的水質評價，但可以與水質評價有機結合：以水質評價保證水的安全性和可用性，以總量反映自然界和人為活動導致的污染物排放強度與變化趨勢，兩者相輔相成。

建設和應用長江流域分行政區入河污染物總量監督管理信息系統，需要做好理念推廣工作。同時，還需參考其他學者對河流污染物通量的計算和實際應用研究，通過計算方法優化、模型適用性評估、典型試驗和試點應用等措施，進一步細化和完善監測計量模型，為推動長江流域分行政區入河污染物總量監督管理體系建設和應用積累經驗和創造條件。

6 結 語

長江流域分區入河污染物總量監督管理系統將入河污染物總量/當量貢獻值的計算方法與以行政區為單元的監測計量體系結合起來，實現了分行政區、分時段地計量入河污染物總量/當量貢獻值，可為解決水污染防治和污染減排的責任界定和考核提供強有力的技術支撐，為“河長制”在流域層面的落實提供科學、客觀、量化的考核評價指標，是控制入河排污總量的一種有效技術手段和途徑。