龐愛(ài)萍 李春暉 劉坤坤 沈 楠

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，水沙科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875)

基于水環(huán)境容量的漳衛(wèi)南流域雙向生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算*

龐愛(ài)萍 李春暉 劉坤坤 沈 楠

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，水沙科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875)

本文提出一種基于水環(huán)境容量的流域雙向生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法，闡述了補(bǔ)償特征、補(bǔ)償原則、和生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法。使用一維對(duì)流推移方程的段尾控制模型對(duì)水環(huán)境容量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合水功能區(qū)內(nèi)的污染物的排放量，得出水環(huán)境容量剩余，以污水處理廠的平均治理成本作為恢復(fù)成本，計(jì)算出流域生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。利用該方法對(duì)漳衛(wèi)南流域幾個(gè)重要水源區(qū)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，為漳衛(wèi)南運(yùn)河流域水源保護(hù)區(qū)的水資源保護(hù)和管理提供了依據(jù)。

流域生態(tài)補(bǔ)償;水環(huán)境容量;恢復(fù)成本;漳衛(wèi)南流域

生態(tài)補(bǔ)償指“在發(fā)展中對(duì)生態(tài)功能和質(zhì)量造成損害的一種補(bǔ)償，目的是為了提高受損地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，或者創(chuàng)建新的具有相似生態(tài)功能和環(huán)境質(zhì)量的區(qū)域”［1－9］。針對(duì)流域生態(tài)保護(hù)和修復(fù)措施帶來(lái)正的外部性的地區(qū)和部門(mén)補(bǔ)貼行為，有關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，逐漸形成一套完整的理論體系，但是對(duì)流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)碾p向行為研究較少。隨著我國(guó)水污染控制由目標(biāo)控制向總量控制這一環(huán)保政策的實(shí)施，污染源負(fù)荷統(tǒng)計(jì)及水環(huán)境容量核算在在全國(guó)迅速開(kāi)展，計(jì)算方法也趨于成熟［10－12］。采用環(huán)境容量研究成果，將環(huán)境容量整合到生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算的過(guò)程，一方面有利于明確生態(tài)補(bǔ)償?shù)闹骺腕w;另一方面有利于水污染控制由濃度控制和目標(biāo)總量控制向容量總量控制轉(zhuǎn)變這一環(huán)保政策的推行和實(shí)施。本文以恢復(fù)成本法和流域雙向補(bǔ)償為依據(jù)，提出基于水環(huán)境容量的流域生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的確定方法，并以漳衛(wèi)南流域?yàn)槔?，?jì)算流域生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)、并確定其生態(tài)補(bǔ)償?shù)闹黧w，為漳衛(wèi)南流域管理提供依據(jù)。

1 計(jì)算方法

1.1 流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)奶卣?/h3>

如果流域某一區(qū)域制定了一定期限的水環(huán)境治理目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，應(yīng)對(duì)上游的生態(tài)保護(hù)和修復(fù)等能產(chǎn)生正的外部性的行為進(jìn)行補(bǔ)償，而不利于或可能延遲目標(biāo)實(shí)現(xiàn)措施應(yīng)該對(duì)下游進(jìn)行補(bǔ)償，以便于下游進(jìn)行環(huán)境治理等措施的實(shí)施。因此，流域生態(tài)補(bǔ)償應(yīng)該是一種雙向行為。

1.2 補(bǔ)償原則

誰(shuí)保護(hù)誰(shuí)收益、誰(shuí)受益誰(shuí)補(bǔ)償:旨在表明流域下游受益群體對(duì)上游生態(tài)保護(hù)和修復(fù)行為的一種補(bǔ)償關(guān)系;

誰(shuí)損害誰(shuí)補(bǔ)償:旨在表明上游排污單位對(duì)下游相關(guān)群體的一種補(bǔ)償關(guān)系;

動(dòng)態(tài)性:根據(jù)水質(zhì)的情況和上游水量的釋放情況每年進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)，盡可能建立一種長(zhǎng)效機(jī)制，特別是通過(guò)上游的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和生活方式的改變，逐步實(shí)現(xiàn)地區(qū)的水資源的可持續(xù)發(fā)展。

1.3 生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法

在基于水環(huán)境容量的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的確定中，需要明確幾個(gè)重要的參數(shù)及其意義:環(huán)境容量(M)是指在人類生存和自然生態(tài)不致受害的前提下，某一環(huán)境所能容納的污染物的最大負(fù)荷量;污染物排放量(M0)是指污染源排入環(huán)境或其它設(shè)施的某種污染物的數(shù)量;恢復(fù)成本(P0)是指恢復(fù)水質(zhì)所需的費(fèi)用，一般用污水處理廠的處理成本來(lái)確定水資源污染損失單價(jià)。

1.3.1 水環(huán)境容量(M)計(jì)算

(1)水功能區(qū)的劃分。水環(huán)境容量計(jì)算過(guò)程中要對(duì)研究河流作計(jì)算分區(qū)的確定，劃分原則為:保證行政區(qū)劃的整體性;充分考慮水污染的空間分布及類型特征;充分考慮污染源類型及排放特征;以功能區(qū)劃分為基礎(chǔ);保證流域的相對(duì)獨(dú)立性。

(2)流域水環(huán)境容量模型。環(huán)境容量的計(jì)算需要建立水環(huán)境容量計(jì)量模型，它建立在水質(zhì)和水體稀釋與自凈的規(guī)律的基礎(chǔ)之上的，河流的水環(huán)境容量可用函數(shù)關(guān)系式表達(dá)為［8］:

式中:M為水環(huán)境容量;起始斷面污染物濃度(mg/ L);Cs為污染物段尾濃度，或者水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(mg/L); x、Q、q、t為分別表示距離、河流流量、排放污水量和時(shí)間。

水環(huán)境容量模型主要包括零維模型、一維水模型和二維模型(見(jiàn)表1)。

表1 主要水環(huán)境容量計(jì)算模型

本研究中河段長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于河段水面寬度，排入水體后橫向混合長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于河段的計(jì)算流程長(zhǎng)，因此采取水環(huán)境容量的一維模型。一維計(jì)算方法主要有段首控制法、段尾控制法和功能區(qū)段尾控制法［13］，段尾控制的目的在于讓水質(zhì)在各段末達(dá)到功能區(qū)段水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，就可以反推出該段段首處的環(huán)境容量，本文利用段尾控制模型，公式如下:

其中，M為功能區(qū)水環(huán)境容量，(mg);Cs為污染物段尾濃度(mg/L);C0起始斷面污染物濃度(mg/L);k為污染物綜合自凈系數(shù)(1/s);L為河段長(zhǎng)度(m);u為設(shè)計(jì)流量下岸邊污染帶的平均流速(m/s);Qr為設(shè)計(jì)流量，(L)。

參數(shù)確定原則為:

(1)Cs根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838－2002水源區(qū)制定水質(zhì)目標(biāo)確定;

(2)C0根據(jù)上一功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)來(lái)確定;

(3)K值的確定是河流水環(huán)境容量估算的關(guān)鍵，計(jì)算方法有分析借用法、實(shí)測(cè)法和經(jīng)驗(yàn)公式法。不同的河流降解系數(shù)差異較大，用分析借用法來(lái)確定降解系數(shù)是一種粗略的方法;實(shí)測(cè)法計(jì)算降級(jí)系數(shù)選擇的研究對(duì)象必須有代表性，即幾個(gè)測(cè)定點(diǎn)污染物濃度應(yīng)有一個(gè)從高到低的降解過(guò)程，如整個(gè)水質(zhì)均勻或者監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間濃度差很小，計(jì)算出的K值很小，甚至是負(fù)值，對(duì)實(shí)際的指導(dǎo)意義不大;本研究采用經(jīng)驗(yàn)公式法來(lái)估算河段的K值;

(4)Qr的確定方法主要有水文保證率法、最枯月平均流量法、徑流系數(shù)法等，本文根據(jù)GB3838－2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》制定地方水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)原則和方法，以研究河段采用90%保證率的月均最枯流量為設(shè)計(jì)流量;

(5)u的主要有以下兩種確定情況，當(dāng)實(shí)測(cè)資料比較豐富的地區(qū)，能繪制出水位－流量、水位－面積關(guān)系曲線，在已知設(shè)計(jì)流量情況下，即可以推求斷面設(shè)計(jì)水位和相應(yīng)面積;無(wú)資料時(shí)，可采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算斷面流速，也可通過(guò)實(shí)測(cè)確定。

1.3.2 總污染物排放量(M0)的確定

根據(jù)實(shí)地調(diào)查與收集漳衛(wèi)南流域工業(yè)生產(chǎn)廢水、城鎮(zhèn)生活污水等排放數(shù)據(jù)，計(jì)算水環(huán)境功能區(qū)內(nèi)排放的總的污染物的量(M0)。

1.3.3 恢復(fù)成本(P0)的確定

恢復(fù)成本計(jì)算公式如下:

其中，P0為恢復(fù)成本，單位為億元/t;D為污水治理成本，單位為元/t;CI為進(jìn)水的COD濃度，單位為mg/L;CO為出水的COD濃度，單位為mg/L。

我國(guó)主要城鎮(zhèn)污水處理廠的治理成本為1.29元/t，進(jìn)水COD濃度為253.79mg/L，出水的COD濃度為22.03 mg/L(根據(jù)2006年《中國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠匯編》主要城鎮(zhèn)污水處理相關(guān)數(shù)據(jù)平均得到)。

將數(shù)據(jù)帶入公式得出恢復(fù)成本P0為5.57×10－5億元/t。

1.3.4 補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的確定

基于水環(huán)境容量的水源地生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式為:

結(jié)果如果是正值，也就是還有環(huán)境容量的剩余，下游應(yīng)該因上游提供優(yōu)良水質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)償;如果是環(huán)境容量剩余為負(fù)值，也就是上游的來(lái)水沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，下游需要進(jìn)行水生態(tài)修復(fù)措施，才能達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此上游應(yīng)該對(duì)下游進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。

2 實(shí)例研究

2.1 案例研究區(qū)概況

漳衛(wèi)南運(yùn)河水系發(fā)源于太行山脈，是海河流域五大水系之一，流經(jīng)晉、冀、豫、魯、津五省市，流域面積3.8萬(wàn)km2。其中，上游山區(qū)2.5萬(wàn)km2，中下游平原區(qū)1.3萬(wàn)km2，漳衛(wèi)南運(yùn)河由漳河、衛(wèi)河兩大支流組成，兩河在河北省館陶縣徐萬(wàn)倉(cāng)匯合后稱衛(wèi)運(yùn)河，經(jīng)四女寺樞紐又分為南運(yùn)河(入海河干流)和漳衛(wèi)新河(入渤海)，漳衛(wèi)南水系重要的水源保護(hù)區(qū)有安陽(yáng)市彰武水庫(kù)(AY)、鶴壁市水源區(qū)(HB)、清漳河河北水源區(qū)(QZ)、岳城水庫(kù)(YC)、清漳東源水源區(qū)(QZD)。這些水源保護(hù)區(qū)大多處于流域的上游，肩負(fù)著提供優(yōu)良水質(zhì)的責(zé)任，犧牲了一些發(fā)展的機(jī)會(huì)，在提供優(yōu)良水質(zhì)的情況下，下游應(yīng)該對(duì)這些地區(qū)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償，彌補(bǔ)上游地區(qū)的損失;但是上游一些用水單位過(guò)度利用水資源和污水的無(wú)序排放會(huì)造成嚴(yán)重的水污染事故，犧牲了下游利用水資源的權(quán)利，采用基于水環(huán)境容量的流域雙向生態(tài)補(bǔ)償措施，可以明確生態(tài)補(bǔ)償?shù)闹黧w，為生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)。

2.2 漳衛(wèi)南水源地生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)確定

2.2.1 環(huán)境容量(M)計(jì)算

(1)水功能一級(jí)區(qū)劃的主要原則為:優(yōu)先保護(hù)飲用水水源地，將流域內(nèi)重要的地表水供水源地、重要河流源頭劃分保護(hù)區(qū);

(2)根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838－2002各水源區(qū)制定的水質(zhì)目標(biāo)確定COD的段尾控制濃度CS;

(3)根據(jù)上一個(gè)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)來(lái)確定起始斷面COD的濃度C0; (4)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法確定COD的降解系數(shù)K; (5)采用水文保證率為90%作為設(shè)計(jì)流量Qr; (6)采用經(jīng)驗(yàn)公式法來(lái)確定流速u。

根據(jù)以上的確定原則結(jié)合實(shí)際收集的數(shù)據(jù)(見(jiàn)表2)將參數(shù)CS、C0、K、Qr、L、u帶入公式(2)，計(jì)算漳衛(wèi)南運(yùn)河子流域主要的飲用水源保護(hù)區(qū)環(huán)境容量，結(jié)果見(jiàn)圖1。

2.2.2 污染物排放量(M0)以及生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的確定

圖1給出了各水源區(qū)污染物的COD排放量調(diào)查和資料整理后的的排放量(M0)，其中岳城水庫(kù)水源地保護(hù)區(qū)(YC)COD的排放量最小，說(shuō)明該水源區(qū)的水資源得到了很好的保護(hù)，而安陽(yáng)市彰武水庫(kù)飲用水源區(qū)(AY)COD的排放量最大，達(dá)到了1 088.1t/a。

表2 漳衛(wèi)南流域主要水源區(qū)

由前面的計(jì)算得出水資源的恢復(fù)成本P0為5.57× 10－5億元/t，把數(shù)據(jù)帶入公式(4)得出各個(gè)水源地的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(負(fù)數(shù)表示污染物排放量超過(guò)了水環(huán)境容量，上游償付相應(yīng)的費(fèi)用)。結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 各水源區(qū)的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

2.2.3 結(jié)果分析

鶴壁市飲用水源區(qū)、岳城水庫(kù)水源區(qū)和清漳東源山西保護(hù)區(qū)內(nèi)的企業(yè)和單位排放的污染物質(zhì)對(duì)水質(zhì)的影響均在水環(huán)境容量范圍之內(nèi)，并且還有水環(huán)境容量剩余，下游向上游償付一定的費(fèi)用，用于對(duì)提供優(yōu)良水質(zhì)的補(bǔ)償，鶴壁市飲用水源區(qū)、岳城水庫(kù)水源區(qū)和清漳東源山西保護(hù)區(qū)下游向上游的生態(tài)補(bǔ)償費(fèi)用分別為282，31和62萬(wàn)元/a。

根據(jù)安陽(yáng)市2006年水環(huán)境監(jiān)測(cè)，由于沿河沿岸大量生活污水和工業(yè)廢水的排入，轄區(qū)內(nèi)水質(zhì)呈現(xiàn)不同程度的惡化趨勢(shì)，安陽(yáng)市市內(nèi)主要河流和水庫(kù)等水域的水質(zhì)，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ－Ⅲ類水的很少，總體質(zhì)量較差。結(jié)合本文研究，安陽(yáng)市彰武水庫(kù)飲用水源區(qū)上游需向下游補(bǔ)償453萬(wàn)元用于下游污水處理、水生態(tài)恢復(fù)等措施的實(shí)施。

清漳河流域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水的需求不斷增加，工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水不加處理直接排放入河，造成河流水體污染;清漳河上游入境水量大幅度減少，入河污染物大大超過(guò)河流的納污能力，致使清漳河水質(zhì)嚴(yán)重惡化，對(duì)飲水水質(zhì)安全造成了極大的隱患，實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償措施，清漳河河北飲用水源區(qū)上游需向下游補(bǔ)償388萬(wàn)元用于水質(zhì)和水生態(tài)恢復(fù)。

3 結(jié)論與建議

(1)以恢復(fù)成本法和流域雙向補(bǔ)償為依據(jù)，提出基于水環(huán)境容量的流域生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的確定方法，如果上游來(lái)水超過(guò)水環(huán)境容量，上游排污單位有責(zé)任給下游進(jìn)行補(bǔ)償，用于污水的治理;相反，水環(huán)境容量還有剩余的情況下，下游應(yīng)該向上游償付提供優(yōu)良水質(zhì)的費(fèi)用。這種方法補(bǔ)償主體比較明確，有利于水污染控制由濃度控制和目標(biāo)總量控制向容量總量控制轉(zhuǎn)變這一環(huán)保政策的推行和實(shí)施。

(2)配合我國(guó)的污染容量總量控制政策，建立長(zhǎng)效的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，根據(jù)每年的水質(zhì)情況，對(duì)流域上下游動(dòng)態(tài)的進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的核算，確定上下游生態(tài)補(bǔ)償關(guān)系，根據(jù)水質(zhì)的污染情況和上游水量的釋放情況每年進(jìn)行調(diào)節(jié);同時(shí)，盡可能建立一種長(zhǎng)效機(jī)制，特別是通過(guò)上游的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和生活方式的改變，逐步實(shí)現(xiàn)地區(qū)的水資源的可持續(xù)發(fā)展。

(編輯:李琪)

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AbstractA method about ecological compensation computation of the basin’s water source areas is proposed based on water environmental capacity.The expounds compensation characteristics，compensation principles and standard calculation me thod of ecological compensation.By using end paragraph control model based on one-dimensional convection equation to calculate water environmental capacity，and combining pollutant emissions in water function area，the paper comes to the remaining of the water environment capacity.By taking the average treatment costs of the sewage treatment plant as the renewing costs，the calculates the compensation standard of water basin.Using this method，this paper calculates eco-compensation standards for some important sources of Zhangweinan Basin，and provides the basis for the water resources protection and management of Zhangweinan Canal Basin.

Key wordsbasin’s ecological compensation;water environmental capacity;cost renewing;Zhangweinan Basin

Ecological Compensation in the Water Source Areas of Zhangweinan Basin Based on Water Environmental Capacity

PANG Ai-pingLI Chun-huiLIU Kun-kunSHEN nan
(Ministry of Education Key Laboratory of Water-sediment Science，School of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100875，China)

X196

A

1002－2104(2010)05專－0100－04

2010-06-16

龐愛(ài)萍，博士生，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)補(bǔ)償。

李春暉，副教授，主要研究方向?yàn)樗Y源管理。

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):50709002)資助。