基于流域尺度的跨界水污染協同治理技術模式構建

趙軍慶

（河北省保定水文勘測研究中心，河北 保定071000）

造成我國水污染治理陷入困境的原因是多方面的，其主要表現為治理過程中協同度過低。 目前，在治理流域水污染時，多采用“各管一段、多頭管理”的模式［1-3］。 這種模式使得整個流域出現割裂式治理，導致跨界水污染愈發嚴重。 跨界水污染指在同一流域內， 由于一些區域或整個流域人為造成的污染源進入流域后，隨著水體流動導致流域性水污染現象。常見的流域性水污染可分為單向水污染及雙向水污染。 跨界水污染具有污染地域性、檢測復雜性、治理長期性與反復性的特征［4-5］。

為避免此現象的影響， 目前多采用跨界水污染協同治理技術模式實現污水治理。 但此模式中忽視了流域的整體性，治理效果較差。 因而，在此次研究中， 采用流域尺度對原有治理模式展開優化， 設計基于流域尺度的跨界水污染協同治理技術模式， 主要指的是跨越不同的行政區進行的水污染治理。 將流域尺度融入跨界治理中，提升水污染治理的效果。

1 基于流域尺度的跨界水污染協同治理技術模式設計

目前跨界水污染協同治理技術模式遵循屬地管理原則，各地區政府管轄轄區內水資源的開發、利用與保護［6］。 基于此種管理原則，流域的完整性遭到破壞，治理的過程中出現追求轄區利益最大化的現象，造成水污染治理呈現出區段化的線性。針對此問題，采用流域尺度對原有的治理模式展開優化， 并將多元主體協同水污染治理技術作為此次設計的模式基礎，具體如圖1。

圖1 多元主體系統協同水污染治理示意圖

由圖1可知，在此次設計中，要求政府、企業、公民都要發揮其主體作用， 實現基于流域尺度的跨界水污染協同治理［7-8］。 避免由于地域問題造成的各自為政、單一管理的方式，提升水資源治理能力。

1.1 污染源歸屬界定及排污量控制

流域尺度水污染治理中包含財政政策、工業結構與布局、流域生態補償、流域投資及跨行政區流域管理等內容。 在此次研究中，采用跨行政區流域管理理念，完成污染源歸屬界定。 在原有協同治理模式中， 由于對污染源的歸屬地界定不清，導致公共資源過度開發，水污染治理效果受到不良影響［9-10］。 通過構建污染點排放模型的方式，對排污量展開控制。

由于流域中每個污染排放點的行為是相互影響的，設定排放點的污染排放成本為不變數值j，每一污染排放點k的pi成本為：

在上式中， 排污點的單位排放可產生正負兩方面的效益， 正面效應是排放點通過排放污水給自己帶來的價值， 負面效應是流域內排污產生的價值下降。 通過此公式可知，第i個排污點排污量會隨之前排污點排放量的增加而遞減， 通過均差計算可得出流域中的總排污量為：

式中 r′為排污點總排污量， 在水污染治理中，r′的計算數值應小于rmax， 通過此公式控制流域內排污點的水污染源排放情況。

1.2 引用流域尺度設定治理內容

通過上述部分， 完成了對污染源的計算及流域的污染承載力計算， 將上述計算結果作為跨界水污染協同治理的數據來源與理論基礎。 此次設計中，根據流域尺度，將水污染區域設定為河源區、干流區及河口區三部分，設定水污染協同治理的技術內容。 采用流域尺度對跨界水污染進行劃分后， 三種區域位置的水體污染現狀（如圖2）及治理方式都有所不同。因而，將設定三種不同的水污染治理措施，并使用其展開水污染的協同處理。

圖2 流域尺度水體污染現狀

河源區作為流域中水體的源頭， 在水體污染的治理過程中，應及時對河流源頭展開詳細檢測工作，并將檢測結果進行及時的通報。 水體檢測中的關鍵指標設定如下：水體溶解固體量、pH值、堿度、硬度、鈣離子含量、磷離子含量。 在河源區水污染治理過程中，成立流域治理管理機構，提升流域內的水污染治理能力。

干流區在水污染治理中， 注重水污染源的確定與控制，避免污染源排放的污染物隨水體的流動，導致水體污染源的面積擴大，并形成污染遞增的現象。河口區的污染治理內容主要根據上述兩部分的治理內容為主，在流域的尾端控制水污染。

除上述流域設定外， 建立多層次的治理協調機構，一方面建立國家層面的區域環境協調機構，通過國家的權威性，控制區域內的污染治理；另一方面，建立適用于地區發展的水污染治理機構， 并下設專題工作組、信息溝通機構、糾紛調解部門及聯合規劃部門、應急部門［11-12］。 通過此機構調解區域水污染治理工作，達到協同治理的效果。 在跨界協同水污染治理的過程中， 將國家機構與地方機構的主要工作內容設定如表1。

表1 國家機構與地方機構的水污染治理主要工作內容

續表1

將上述內容與根據流域尺度設定的水污染治理措施有機融合， 作為跨界水污染治理技術模式建立的技術基礎。

1.3 區域水污染治理協同度計算

協同度是跨界水污染治理效果的重要評價指標之一， 通過此指標可計算基礎區域與區域之間的內在關系， 也可以表示治理中經濟發展與環境恢復的關聯程度［13］。 在此次設計中，將采用協同度模型展開計算。 將協同度模式分為三部分，分別為：功效函數、協同度函數及環境經濟協同度指標體系［14-15］。

設定水污染治理中的變量集合為ai（i=1，2，…，n），其取值為bi（i=1，2，…，n），ci與di為取值結果中的最大值與最小值。通過式（5）表示治理中經濟與環境之間的有效程度：

式中 Au（ai）為ai的有效功效，通常情況下其取值范圍為0～1之間，U為有效管理的穩定區間。通過此公式的計算，可將協調度函數表示如式（6）：

通過式（6）計算可知，F取值在0～1之間，當F值為1時，治理的協同度最高，治理工作有序發展；當F取值為0時，治理的協同度最差，治理工作秩序最差。將治理協同度的衡量標準設定如表2。

表2 治理協同度的衡量標準

通過表1內容，控制區域水污染治理之間的協同度，并根據協同度計算結果調整水污染治理的模式。至此， 基于流域尺度的跨界水污染協同治理技術模式構建完成。

2 治理測試

2.1 測試內容設定

為確保設計的協同治理技術模式具有有效性，采用與傳統的跨界水污染協同治理技術模式對比的形式，研究其使用效果。 在此次測試過程中，選定某河流流域作為測試目標， 并使用文中設計模式及原有模式對其展開治理測試工作，并對比治理效果。

圖3 測試流域

在此次測試中，支流A采用設計治理模式進行水污染治理，支流B采用原有治理模式進行水污染治理。在測試前對此流域進行分析可知，由于河流主干的污染，兩支流之間的污染現狀相同，且污染物含量一致。在測試中，不會對兩種治理模式的治理效果造成影響。因而，在此次測試中，通過兩支流的水體污染效果作為原有治理模式與設計治理模式的差異性分析基礎。

2.2 測試指標

此次測試采用實地考察的形式， 獲取河流治理效果的直觀圖像，并采集河流水體進行污染物檢測，對比污染物含量的處理情況。在實地考察前，在每一支流中設定3個測試點， 對此測試點的治理現狀，計算排污量并展開水體檢測，完成治理模式對比。排污量公式如下：

式中 n為污染物排放濃度；g為河流排水量。

使用此公式對河流的排污量進行。

2.3 實地考察測試結果

使用原有治理模式后， 支流中的污染沒有得到良好的治理，河流中依舊漂浮著固體污染物，水體顏色較深，沒有辦法分辨出支流中的生物，河流味道刺鼻。可見原有治理模式使用后，并沒有得到預想的效果。 通過計算可知，此河流的排污量為15426mg/L，污染情況較為嚴重，治理效果不佳。

圖4 原有治理模式使用效果

使用文中治理模式后，其治理效果較為明顯，支流中的固體污染物明顯減少，水質具有明顯的提升，河岸旁的綠色植物大幅度增加， 支流生態系統得到顯著優化。對此支流的河流排污量計算可知，此河流排污量為6452mg/L。 通過圖4與圖5對比可知，設計治理模式使用效果優于原有治理模式使用效果。 文中設定的治理模式對于水污染具有良好的治理效果。為對其進行精準分析，獲取部分水體，進行水質測試。

圖5 文中治理模式使用效果

表3 水體分析測試結果

2.4 水體分析測試結果

通過上述分析結果可知， 使用設計治理模式后水質得到了顯著的提升，測試指標含量大幅度下降。原有治理模式使用后，水質并沒有得到足夠的改善，大部分的測試指標處于超標狀態，固體污染物過多。通過文獻研究可知， 固體污染物是一種不可降解的污染物，會釋放多種有毒物質，造成水體二次污染，影響治理效果。 設計治理方法可將固體污染物進行有效回收，避免水體二次污染，由此可知，設計治理方法使用效果最佳。

將此部分測試結果與實地考察排污量測試結果相結合，通過系統分析可知，文中設計的基于流域尺度的跨界水污染協同治理技術模式使用效果優于傳統模式。

3 結語

由于水體具有流動性， 污染治理過程是一種動態的，需要跨地域協同開展。大部分的河流治理模式都忽略了流域對于水污染治理的影響， 造成治理效果不佳的問題。 在此次研究中，增加流域尺度，優化治理方案。通過優化后的測試可知，優化后的治理模式優于優化前治理模式，可見此次設計的有效性。將此次設計成果應用于實際的水污染治理過程中，以提升治理效果，構建良好的生態系統。