謝曉敏 蹇興超 馮慶革

(1.廣西大學(xué)環(huán)境學(xué)院，廣西 南寧 530004;2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)廳，廣西南寧 530028）

本文選取普遍認(rèn)可的污染指標(biāo)COD為主要計(jì)算因子，從上游經(jīng)濟(jì)發(fā)展受限的角度出發(fā)，核算水域的化學(xué)需氧量(COD，Chemical Oxygen Demand）水環(huán)境容量，估算了COD水環(huán)境容量的工業(yè)利用價(jià)值，確定了環(huán)境容量和流域生態(tài)補(bǔ)償之間的關(guān)系，并結(jié)合當(dāng)環(huán)境狀況和地經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度確定補(bǔ)償系數(shù)，提出了一種基于COD水環(huán)境剩余容量的流域生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法，從而為流域生態(tài)補(bǔ)償提出了一種新的補(bǔ)償思路。

1 基于水環(huán)境容量的流域生態(tài)補(bǔ)償分析方法

1.1 環(huán)境容量的計(jì)算方法

環(huán)境容量的測(cè)算各有特點(diǎn)，本文采用斷面水質(zhì)控制反向計(jì)算方法，所用的一維水環(huán)境容量模型適用于河寬小于200m的河道，通常先確定流域范圍的功能區(qū)劃設(shè)定的水質(zhì)目標(biāo)和一定保證率下的最枯月流量［1］，在忽略離散作用時(shí)，描述河流污染物一維穩(wěn)態(tài)衰減規(guī)律的模型為:

式中，M為計(jì)算單元的理想水環(huán)境容量(t/a），Cs為上游斷面控制濃度(mg/L），C為下游斷面控制濃度(mg/L），Q為河道流量(m3/s），u為河段的設(shè)計(jì)流速(m/s），x為計(jì)算單元的長(zhǎng)度(m），k為污染物綜合降解系數(shù)(L/d），α為不均勻系數(shù)，βs為允許排污河長(zhǎng)占總河長(zhǎng)的比例，不超過(guò)40%。

按照模型(1）計(jì)算得到的水環(huán)境容量是與設(shè)定的條件相對(duì)應(yīng)的一個(gè)確定的、理想的數(shù)值，理想的水環(huán)境容量容納了點(diǎn)源污染源和非點(diǎn)源污染源兩部分，非點(diǎn)源污染物不利于總量控制方案的實(shí)施［2］。在實(shí)際的河流水環(huán)境容量計(jì)算中，希望得到的是易于控制的、集中式排放的點(diǎn)源污染源的容量。因此，實(shí)際環(huán)境容量是式(1）的計(jì)算結(jié)果減去非點(diǎn)源污染源的入河量，如式(2）所示:

1.2 估算單位COD水環(huán)境容量的價(jià)值

式(3）中，C0為單位COD水環(huán)境容量的價(jià)值(萬(wàn)元/t），G為當(dāng)年該地排污企業(yè)對(duì)工業(yè)廢水處理的投資資金，E為當(dāng)年該地工業(yè)COD排放總量(t/a）。式(3）的意義是根據(jù)當(dāng)?shù)谻OD排放總量以及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)狀況的調(diào)查，計(jì)算排放每噸COD對(duì)應(yīng)的投資金額C0(萬(wàn)元/t），估算每噸COD水環(huán)境容量的工業(yè)價(jià)值。

1.3 計(jì)算流域中COD水環(huán)境容量的工業(yè)利用價(jià)值

本文基于COD水環(huán)境容量作為生態(tài)補(bǔ)償?shù)膮⒖蓟鶞?zhǔn)，根據(jù)式(4）確定流域剩余COD水環(huán)境容量的工業(yè)利用價(jià)值。式中，C為流域剩余COD水環(huán)境容量的工業(yè)利用價(jià)值(萬(wàn)元），M為按功能區(qū)斷面水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的類別計(jì)算的實(shí)際環(huán)境容量(t/a），Mi為按實(shí)際監(jiān)測(cè)水質(zhì)類別計(jì)算的實(shí)際環(huán)境容量(t/a），k為流域生態(tài)補(bǔ)償系數(shù)，由補(bǔ)償雙方GDP的比值和工業(yè)廢水的比重確定。計(jì)算結(jié)果若為正數(shù)，則說(shuō)明上游COD剩余環(huán)境容量為正，下游需支付補(bǔ)償費(fèi)用;反之，說(shuō)明上游COD剩余環(huán)境容量為負(fù)，需對(duì)下游支付治污補(bǔ)償費(fèi)用;若計(jì)算結(jié)果為零，則雙方無(wú)需支付補(bǔ)償。

2 實(shí)例研究

以左江崇左河段為例，其流域內(nèi)水源的主要利用方式是飲用水源和景觀用水(景觀娛樂用水區(qū)、飲用水源保護(hù)區(qū)），崇左市處于南寧市取水口的上游，影響著南寧百萬(wàn)人民飲用水質(zhì)量。從1991年以來(lái)，南寧市的自來(lái)水水質(zhì)綜合合格率均在99.45%以上，該河段達(dá)到《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838－2002）Ⅱ類水質(zhì)，排入該河段的主要污染源是點(diǎn)源污染源，包括城市生活污染源、工業(yè)污染源和規(guī)?；B(yǎng)殖污染源。

圖1為南寧市和崇左市排污總量、人均GDP的比較，從圖中可以看出，2003年至2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，下游南寧市的污水排放總量比上游崇左市高30%左右，都在2006年前后達(dá)到“倒 U 型”曲線［3－5］的峰值，但崇左市的人均GDP比南寧市低25%以上，反映了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境質(zhì)量的量化關(guān)系［6］，從某種程度上來(lái)說(shuō)，上游城市在水源保護(hù)中受到一定的經(jīng)濟(jì)發(fā)展限制［7］。因此，本文有必要以崇左市作為案例研究對(duì)象，考慮流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)沫h(huán)境管理手段來(lái)緩和南寧市和崇左市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異。

圖1 南寧市和崇左市排污總量、人均GDP的比較(2003－2010）

2.1 COD水環(huán)境容量計(jì)算分析

2.1.1 COD 排放總量的估算

(1）點(diǎn)源污染量。根據(jù)表1污染普查數(shù)據(jù)顯示，2007年崇左市排放工業(yè)廢水總量為4 692.49萬(wàn)t，經(jīng)處理排放的工業(yè)廢水COD總量為3.61萬(wàn)t;城鎮(zhèn)人口數(shù)量40.33萬(wàn)，城鎮(zhèn)廢水排放總量為2 767.52萬(wàn)t，COD排放量達(dá)0.97萬(wàn)t;折合規(guī)?；B(yǎng)殖豬共4.72萬(wàn)頭，廢水產(chǎn)生量共5.49 萬(wàn) t，污水排放量1.10萬(wàn) t，COD 排放量達(dá) 3 100t。綜合以上工業(yè)污染源、城市生活污染源、規(guī)?；B(yǎng)殖污染源排放的COD總量作為點(diǎn)源污染源排放總量，合計(jì)崇左市點(diǎn)源COD排放量為4.89萬(wàn)t，南寧市為15.53萬(wàn)t。

(2）非點(diǎn)源污染量。非點(diǎn)源包括農(nóng)村生活、農(nóng)田徑流、非規(guī)?；菪笊B(yǎng)、城市徑流、礦山徑流［2，8－9］，合計(jì)崇左市非點(diǎn)源排放量為11.14萬(wàn)t，南寧市為19.54萬(wàn)t。

表1 崇左市、南寧市點(diǎn)源和非點(diǎn)源COD排放量統(tǒng)計(jì)

2.1.2 剩余COD水環(huán)境容量的計(jì)算

(1）功能區(qū)及計(jì)算單元的劃分。明確功能區(qū)的劃分，在計(jì)算前，對(duì)河道進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化，左江崇左河段總共分為40個(gè)單元計(jì)算，每個(gè)單元的長(zhǎng)度不超過(guò)20km。

(2）計(jì)算邊界。污染源調(diào)查點(diǎn)上強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)污染源，水環(huán)境功能區(qū)的劃分，若出現(xiàn)上下游斷面水質(zhì)矛盾，按較高功能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。水文統(tǒng)一按照90%最枯月流量計(jì)算，不考慮現(xiàn)狀因素變化和優(yōu)化。模型計(jì)算的前提是，污染物進(jìn)入河流后，在一定范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)平流輸移、縱向離散和橫向混合后達(dá)到充分混合，或者根據(jù)水質(zhì)管理的精度要求允許不考慮混合過(guò)程而假定在排污口斷面瞬時(shí)完成均勻混合，按一維模型問(wèn)題概化計(jì)算條件［2］。

(3）模型參數(shù)的確定。①Cs上游斷面控制濃度和C下游斷面控制濃度

根據(jù)功能區(qū)的劃分，斷面水質(zhì)要求執(zhí)行GB3838－2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》;②取90%保證率最枯月平均流量作為設(shè)計(jì)流量，確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)流速，考慮安全因素，設(shè)計(jì)流速取0.1m/s;④x計(jì)算單元的長(zhǎng)度按不同功能區(qū)劃分，基本劃分為10km;⑤k污染物綜合降解系數(shù)的取值，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定COD濃度并經(jīng)過(guò)一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型確定。一般COD污染降解系數(shù)取0.2L/d;⑥α不均勻系數(shù)的取值，河寬0－50m取值為0.8－1，50－100取值為0.6－0.8，100 － 150 取值為 0.4 － 0.6［2］。龍州縣河段40m，扶綏縣河段80m，江州區(qū)河段110m，α分別取值1、0.8、0.6。⑦βs是允許排污河長(zhǎng)占總河長(zhǎng)的比例，β取值限制為40%。將以上參數(shù)帶入反向計(jì)算模型，根據(jù)反向計(jì)算模型計(jì)算得到的即為理想水環(huán)境容量，必須扣除無(wú)組織排放的非點(diǎn)源COD入河量才能得到能進(jìn)行總量控制的實(shí)際環(huán)境容量，如式5所示。非點(diǎn)源COD入河量為實(shí)際上非點(diǎn)源進(jìn)入河道的總量，大部分為無(wú)組織排放源或天然排放源。

表2 崇左市左江各行政區(qū)段按Ⅱ、Ⅲ類水質(zhì)的COD水環(huán)境容量匯總

(4）模型計(jì)算結(jié)果。根據(jù)以上的計(jì)算過(guò)程，得到2007年左江崇左河段環(huán)境容量的匯總表見表2。

圖2 崇左市河段各計(jì)算單元按Ⅱ類、Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的COD水環(huán)境容量比較

如表2所示，2007年崇左河段按Ⅲ類水質(zhì)計(jì)算的COD理想水環(huán)境總?cè)萘繛?44 557.3t，非點(diǎn)源污染物總?cè)牒恿繛?4 086.5t，COD 水環(huán)境實(shí)際容量為 240 470.8t。按Ⅱ類水質(zhì)計(jì)算的COD理想水環(huán)境總?cè)萘繛?83 417.9t，非點(diǎn)源污染物總?cè)牒恿繛? 086.5t，COD水環(huán)境容量為179 331.4t。

圖2為崇左市河段各計(jì)算單元按Ⅱ類、Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的COD水環(huán)境容量比較，圖中列出了主要流域范圍中龍州縣、江州區(qū)、扶綏縣的COD水環(huán)境容量情況。根據(jù)Ⅱ類、Ⅲ類水質(zhì)計(jì)算的剩余COD水環(huán)境容量為61 139.4t。

2.2 單位水環(huán)境容量?jī)r(jià)值的研究

根據(jù)調(diào)查，2007年全市排污企業(yè)的廢水處理總投資約為3.458億元，排放工業(yè)廢水COD總量為3.61萬(wàn)t，折合處理每噸COD需投資9 578.9元。

2.3 崇左市流域水環(huán)境COD水環(huán)境容量的工業(yè)利用價(jià)值

本文提出基于COD水環(huán)境容量的工業(yè)利用價(jià)值作為流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)膮⒖迹鶕?jù)式(4）可知:

本方法計(jì)算的剩余環(huán)境容量若全部用于工業(yè)生產(chǎn)，理論上可以多產(chǎn)生5.86億元的產(chǎn)值，但由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的復(fù)雜性，其計(jì)算結(jié)果往往偏大，所以只能作為補(bǔ)償?shù)牧炕瘏⒖?。水環(huán)境容量也不可能完全利用殆盡，因此生態(tài)補(bǔ)償額度需根據(jù)兩地環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異確定補(bǔ)償系數(shù)k，或由補(bǔ)償雙方協(xié)商確定。

2.4 流域生態(tài)補(bǔ)償系數(shù)的計(jì)算

根據(jù)2003－2010年的污普數(shù)據(jù)顯示，崇左市工業(yè)COD排放占總量的比重穩(wěn)定在75% －85%之間，2007年崇左市工業(yè)COD排放占總量的比重為78.9%。南寧市和崇左市的GDP比值如表3所示，2007年兩市該比值為0.216，最終確定流域生態(tài)補(bǔ)償系數(shù)k為0.170，那么本方法計(jì)算關(guān)于南寧市和崇左市的流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)念~度為C=5.86k，即9 962 萬(wàn)元。

表3 南寧市和崇左市的GDP及補(bǔ)償系數(shù)

3 結(jié)論

本文從COD水環(huán)境容量的角度出發(fā)，提出了基于剩余環(huán)境容量的流域生態(tài)補(bǔ)償，構(gòu)建了一個(gè)涉及環(huán)境和經(jīng)濟(jì)要素的流域生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償?shù)哪Ｊ?，并以左江流域崇左市和南寧市為案例分析，測(cè)算了上游崇左市為保護(hù)下游南寧市水質(zhì)所放棄的工業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)成本。結(jié)果表明COD水環(huán)境容量與流域生態(tài)補(bǔ)償有直接關(guān)系，可以采用COD水環(huán)境容量的價(jià)值計(jì)算出流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)念~度，此額度可用于衡量上游崇左市水質(zhì)保護(hù)效果高于功能區(qū)規(guī)劃所付出的代價(jià)，具有較高的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。這種方法有助于深化自然資源與環(huán)境承載力相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展原則，減輕上游發(fā)展過(guò)程中對(duì)流域生態(tài)環(huán)境投入的壓力，在全流域資源整合的層面上促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用。

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