汾河流域基于水環(huán)境容量 建立生態(tài)補償?shù)奶剿?/h1>
2013-09-19 09:06:28劉娜
水利技術監(jiān)督 2013年3期
劉 娜
（山西省水文水資源勘測局，山西太原 030001）
在我國，愈來愈多區(qū)域的人類活動逼近或者超出了水環(huán)境承載能力，導致水生態(tài)環(huán)境負面影響日趨明顯，水資源短缺、水環(huán)境惡化、水污染事故頻發(fā)、水生態(tài)系統(tǒng)受損等一系列問題嚴重影響著社會的可持續(xù)發(fā)展。
近年來，生態(tài)補償作為將生態(tài)保護外部效應內部化的有效手段，受到了各界廣泛關注。1998年修改的森林法提出，“國家設立森林生態(tài)效益補償基金，用于提供生態(tài)效益的防護林和特種用途林的森林資源、林木的營造、撫育、保護和管理”。2008年修訂的《水污染防治法》以法律的形式，對水環(huán)境生態(tài)保護補償機制做出明確規(guī)定“國家通過財政轉移支付等方式，建立健全對位于飲用水水源保護區(qū)區(qū)域和江河、湖泊、水庫上游地區(qū)的水環(huán)境生態(tài)保護補償機制?！苯⒔∪鷳B(tài)補償機制，是從制度上加強生態(tài)環(huán)境保護，促進生態(tài)文明建設的主要內容，對社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
基于水環(huán)境容量研究成果制定流域生態(tài)補償機制，不僅便于確定目前生態(tài)補償?shù)闹骺腕w，同時利于污染物限排總量的控制。
1 基本概念及特征
1.1 生態(tài)補償概念
廣義的生態(tài)補償不僅包括對損害資源環(huán)境的行為進行收費或對保護資源環(huán)境的行為進行補償，還包括因對環(huán)境保護而喪失發(fā)展機會的區(qū)域內的居民在資金、技術、實物上的補償、政策上的優(yōu)惠，以及為增進環(huán)境保護意識，提高環(huán)境水平而進行的教育科研費用的支出。
狹義的生態(tài)補償是通過制度創(chuàng)新實行生態(tài)保護外部性的內部化，讓生態(tài)保護成果的受益者支付相應的費用；通過制度設計解決好生態(tài)產品這一特殊公共產品消費中的“搭便車”現(xiàn)象，激勵公共產品的足額供應；解決好生態(tài)投資者的合理回報，激勵人們從事生態(tài)保護投資并使生態(tài)資本增值的一種經濟制度。也就是說，從狹義的角度理解生態(tài)補 償就是對由人類的社會經濟活動給生態(tài)系統(tǒng)和自然資源造成的破壞及對環(huán)境造成的污染的補償、恢復、綜合治理等一系列活動的總稱[1]。與國際上使用的“生態(tài)服務付費”和“生態(tài)效益付費”相似，主要采用的類型有直接公共補償、限額交易計劃、私人直接補償和生態(tài)產品認證計劃四類。
1.2 流域生態(tài)補償特征
水資源的流動性以及稀缺性是造成流域上下游矛盾的主要根源。如果一個流域制定了總量控制目標，為實現(xiàn)這個目標，應對上游生態(tài)保護和修復等有助于環(huán)境容量增加的外部行為進行獎勵性補償，而對于不利于目標實現(xiàn)的行為應進行懲罰性補償，以便于下游環(huán)境治理措施的實施。因此基于水環(huán)境容量的生態(tài)補償機制是一種雙項行為。
1.3 水環(huán)境容量和限排總量
水環(huán)境容量是指在給定水域范圍和設計水文條件下，水體滿足規(guī)劃水體功能水質目標的前提下，該水域的最大允許容納污染物的量。
河流水環(huán)境容量的計算模型主要有零維模型、一維模型和二維模型（見表1）。
表1 河流水環(huán)境容量計算模型
當入河污染物總量大于某一水質目標下的河段主要污染物水環(huán)境容量時，水功能區(qū)水體就不能實現(xiàn)水質目標，因此綜合考慮水功能區(qū)水質狀況、當?shù)丶夹g經濟條件和經濟社會發(fā)展水平等條件，在確定的時間內，允許污染物進入水功能區(qū)的最大數(shù)量，稱為限排總量。
2 實例分析
2.1 流域概況
汾河流域地處東經110°30′～113°32′，北緯35°20′～39°00′，位于山西省的中部和西南部，東西寬188km，南北長412.5km，呈帶狀分布，面積39471km2，占全省國土面積的25.3%。
據(jù)《山西省水功能區(qū)劃》統(tǒng)計，汾河流域共劃分水功能區(qū)50個，汾河干流23個，一級支流25個，二級支流2個?？缭叫弥?、太原、呂梁、晉中、臨汾、運城6市。
2.2 水環(huán)境容量計算
2.2.1 計算模型
本研究中河段長度遠大于河段水面寬度，污染物排入水體后橫向混合長度遠小于河段的計算流程長，因此采取水環(huán)境容量計算一維模型。一維計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[2]，段尾控制的目的在于讓水質在各段末達到功能區(qū)水質目標，進而反推出該段段首處的環(huán)境容量[3]，本文利用功能區(qū)段尾控制模型，公式如下：
其中：M為水域納污能力，t/a；C0為初始斷面的污染物濃度，mg/L；Cs水質目標濃度值，mg/L；k為污染物綜合衰減系數(shù)，1/d；u為設計流量下河道斷面的平均流速，m/s；L為計算河段河長，km；Q為初始斷面的入流流量，m3/s；q為廢污水排放流量，m3/s。
2.2.2 參數(shù)選擇
(1)根據(jù)地表水環(huán)境質量標準GB3838－2002以及各功能區(qū)制定的水質目標來確定COD、NH3的水質目標濃度值Cs。
(2)根據(jù)上一個水功能區(qū)的水質目標濃度值來確定起始斷面COD、 NH3的濃度值C0。
(3)根據(jù)經驗公式法和實測資料確定COD、NH3的降解系數(shù)k。
(5)采用枯季水文保證率為90%的初始斷面流量作為設計流量Q。
(6)采用經驗公式法來確定流速u。
(7)采用山西省水環(huán)境監(jiān)測中心實測資料確定廢污水排放流量q 。
2.2.3 結果分析
圖1、圖2分別給出了汾河流域主要城市COD、NH3環(huán)境容量與入河量對比，其中忻州市、呂梁市、運城市COD水環(huán)境容量均大于入河量，說明此三市入河排污口COD入河量在水環(huán)境容量范圍之內，并且有部分剩余對下游水環(huán)境容量具有正貢獻。而太原市、晉中市和臨汾市COD入河量則分別是水環(huán)境容量的3.7倍、4.2倍和2.8倍，入河量遠遠超出水環(huán)境容量，將使下游水環(huán)境保護壓力及成本增加。忻州市、運城市NH3水環(huán)境容量略大于入河量，基本能滿足本區(qū)域水功能區(qū)保護目標。太原市、晉中市、呂梁市和臨汾市NH3入河量超出水環(huán)境容量11.8倍、5.0倍、3.7倍和3.5倍，說明此4市入河排污口排放NH3量遠遠超出了水體自凈能力和稀釋能力，如要達到水功能區(qū)保護目標應大量減排，一旦上游減排任務未完成將轉移到下游，增加下游減排負擔和職務成本。
圖1汾河流域主要城市COD水環(huán)境容量與入河量對比圖
圖2 汾河流域主要城市NH3環(huán)境容量與入河量對比圖
根據(jù)2010年山西省水環(huán)境監(jiān)測，汾河干流由于沿河沿岸大量生活污水和工業(yè)廢水的排入，水污染較為嚴重，干流流經的5個地市23個水功能區(qū)中由上游至下游各地市水功能區(qū)個數(shù)達標率為忻州100%，太原44%，晉中、臨汾和運城0%。汾河干流水功能區(qū)達標率也說明由于太原市污染物入河量遠遠超出了水環(huán)境容量，其直接影響到下游水功能區(qū)達標狀況。與圖1和圖2水環(huán)境容量和入河量對比結果一致。
2.3 生態(tài)補償
2.3.1 生態(tài)補償?shù)谋匾?/p>
生態(tài)補償機制是以保護生態(tài)環(huán)境為前提，運用市場經濟和政府補償手段，調節(jié)利益相關者之間生態(tài)與經濟利益的一種公共制度安排[4]。建立汾河流域生態(tài)補償機制，是水生態(tài)環(huán)境外部成本內部化的體現(xiàn)，利于形成收益者付費、破壞者賠償、建設者和保護者受到合理補償?shù)牧夹赃\行機制，一方面有助于調動全社會保護生態(tài)環(huán)境，促進生態(tài)文明，另一方面有利于工業(yè)自覺減排，促進流域經濟可持續(xù)發(fā)展，保障全流域公平使用水生態(tài)資源。
2.3.2 補償原則
誰保護誰收益、誰受益誰補償：即流域下游受益群體對上游生態(tài)保護和修復行為的一種補償關系。
誰破壞誰補償：即上游排污單位對下游相關群體的一種補償關系。
2.3.3 補償標準計算方法
基于水環(huán)境容量的流域生態(tài)補償標準是通過治理超出水環(huán)境容量的污染物所需要得費用來計算，公式如下：
式中：P為補償費用，億元/a；P0為污染物恢復成本，元/kg；W為污染物入河量，t/a；W0為污染物水環(huán)境容量，t/a。
於方等[5]通過對污水處理廠調研分析，認為污水處理廠運行費用與COD去除率關系較為顯著。因此本文采用龐愛萍等[3]由《中國城鎮(zhèn)污水處理廠匯編》（2006）計算得COD恢復成本P0為5.57×10-5億元/t。
P如果是正值，水環(huán)境容量有剩余，下游因上游來水良好對其進行補償；如果P為負值，水環(huán)境容量被搶占，上游因未達到水質保護目標受到懲罰性補償用于下游水體污染治理及水生態(tài)恢復。
2.3.4 結果分析
通過計算忻州市、呂梁市、運城市三市由于排污量少使得汾河水環(huán)境受到了保護。因此可分別得到0.19億元、0.05億元和1.4億元的補償，而太原市、晉中市和臨汾市三市由于排污量遠遠超出了水環(huán)境容量，并且由于水的流動性給下游水環(huán)境造成損壞，應分別上繳懲罰性補償28.5億元、7.5億元、 10.3億元，除用于上游補償外，其余用于污水治理及下游水生態(tài)的恢復。
2.3.5 補償方式
汾河水生態(tài)補償是以改善和恢復汾河生態(tài)環(huán)境，促進人與自然和諧，保障汾河沿岸公平享有環(huán)境資源為目的的。筆者認為目前基于水環(huán)境容量的生態(tài)補償應采用限額交易的方式，即政府根據(jù)不同時期不同的保護目標，為汾河水生態(tài)系統(tǒng)設定一定時期內的允許破壞量。流域內各行政區(qū)可以通過各種保護措施直接完成其限額任務，也可以通過其上下游保護與恢復措施來平衡其造成的損失，通過市場價格獲得這種抵消措施，以達到補償目的。生態(tài)補償是公益事業(yè)應堅持政府指導、市場運作的機制，采用政府轉移支付的方式，徹底改變無償使用水環(huán)境容量的習慣。
3 結論與建議
(1)探討了汾河流域基于水環(huán)境容量的生態(tài)補償?shù)慕ⅲㄟ^水功能區(qū)水環(huán)境容量與入河量的對比，確定其生態(tài)補償對象，即如上游水環(huán)境容量有剩余則下游排污企業(yè)因上游來水水質良好對其補償，如上游排污量超出水環(huán)境容量，則上游企業(yè)需因對下游水環(huán)境造成損害上繳懲罰性補償，用以污水治理及水生態(tài)環(huán)境的恢復。這種方法補償主體明確，有利于主要污染物限排方案的實施。
(2)結合汾河水功能區(qū)水質達標控制目標確定不同時期污染物排放限額，建立長效的生態(tài)補償機制，對流域上下游動態(tài)的進行生態(tài)補償標準的核算，確定上下游生態(tài)補償關系。
[1] 呂宗梅.超越與保守——可持續(xù)發(fā)展視野下的環(huán)境法創(chuàng)新[M].北京：法律出版社.2003：56-58
[2] 蘇保林,賈海峰,基于排污口權重的一維河流水環(huán)境容量計算[J].水資源保護,2006,22(2),16－18
[3] 龐愛萍,李春暉,劉坤坤,等.基于水環(huán)境容量的漳衛(wèi)南流域雙向生態(tài)補償標準計算[J].中國人口資源與環(huán)境,2010,20(5), 100-103
[4] 陳錦其.浙江生態(tài)補償機制的實踐、意義和完善策略研究[J].中共杭州市委黨校學報,2006(6),17-22
[5] 於方,牛坤玉,曹東,等.基于成本核算的城鎮(zhèn)污水處理收費標準設計研究[J].中國環(huán)境科學,2011,31(9),1578-1584
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劉 娜
（山西省水文水資源勘測局，山西太原 030001）
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近年來，生態(tài)補償作為將生態(tài)保護外部效應內部化的有效手段，受到了各界廣泛關注。1998年修改的森林法提出，“國家設立森林生態(tài)效益補償基金，用于提供生態(tài)效益的防護林和特種用途林的森林資源、林木的營造、撫育、保護和管理”。2008年修訂的《水污染防治法》以法律的形式，對水環(huán)境生態(tài)保護補償機制做出明確規(guī)定“國家通過財政轉移支付等方式，建立健全對位于飲用水水源保護區(qū)區(qū)域和江河、湖泊、水庫上游地區(qū)的水環(huán)境生態(tài)保護補償機制?！苯⒔∪鷳B(tài)補償機制，是從制度上加強生態(tài)環(huán)境保護，促進生態(tài)文明建設的主要內容，對社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
基于水環(huán)境容量研究成果制定流域生態(tài)補償機制，不僅便于確定目前生態(tài)補償?shù)闹骺腕w，同時利于污染物限排總量的控制。
1 基本概念及特征
1.1 生態(tài)補償概念
廣義的生態(tài)補償不僅包括對損害資源環(huán)境的行為進行收費或對保護資源環(huán)境的行為進行補償，還包括因對環(huán)境保護而喪失發(fā)展機會的區(qū)域內的居民在資金、技術、實物上的補償、政策上的優(yōu)惠，以及為增進環(huán)境保護意識，提高環(huán)境水平而進行的教育科研費用的支出。
狹義的生態(tài)補償是通過制度創(chuàng)新實行生態(tài)保護外部性的內部化，讓生態(tài)保護成果的受益者支付相應的費用；通過制度設計解決好生態(tài)產品這一特殊公共產品消費中的“搭便車”現(xiàn)象，激勵公共產品的足額供應；解決好生態(tài)投資者的合理回報，激勵人們從事生態(tài)保護投資并使生態(tài)資本增值的一種經濟制度。也就是說，從狹義的角度理解生態(tài)補 償就是對由人類的社會經濟活動給生態(tài)系統(tǒng)和自然資源造成的破壞及對環(huán)境造成的污染的補償、恢復、綜合治理等一系列活動的總稱[1]。與國際上使用的“生態(tài)服務付費”和“生態(tài)效益付費”相似，主要采用的類型有直接公共補償、限額交易計劃、私人直接補償和生態(tài)產品認證計劃四類。
1.2 流域生態(tài)補償特征
水資源的流動性以及稀缺性是造成流域上下游矛盾的主要根源。如果一個流域制定了總量控制目標，為實現(xiàn)這個目標，應對上游生態(tài)保護和修復等有助于環(huán)境容量增加的外部行為進行獎勵性補償，而對于不利于目標實現(xiàn)的行為應進行懲罰性補償，以便于下游環(huán)境治理措施的實施。因此基于水環(huán)境容量的生態(tài)補償機制是一種雙項行為。
1.3 水環(huán)境容量和限排總量
水環(huán)境容量是指在給定水域范圍和設計水文條件下，水體滿足規(guī)劃水體功能水質目標的前提下，該水域的最大允許容納污染物的量。
河流水環(huán)境容量的計算模型主要有零維模型、一維模型和二維模型（見表1）。
表1 河流水環(huán)境容量計算模型
當入河污染物總量大于某一水質目標下的河段主要污染物水環(huán)境容量時，水功能區(qū)水體就不能實現(xiàn)水質目標，因此綜合考慮水功能區(qū)水質狀況、當?shù)丶夹g經濟條件和經濟社會發(fā)展水平等條件，在確定的時間內，允許污染物進入水功能區(qū)的最大數(shù)量，稱為限排總量。
2 實例分析
2.1 流域概況
汾河流域地處東經110°30′～113°32′，北緯35°20′～39°00′，位于山西省的中部和西南部，東西寬188km，南北長412.5km，呈帶狀分布，面積39471km2，占全省國土面積的25.3%。
據(jù)《山西省水功能區(qū)劃》統(tǒng)計，汾河流域共劃分水功能區(qū)50個，汾河干流23個，一級支流25個，二級支流2個?？缭叫弥?、太原、呂梁、晉中、臨汾、運城6市。
2.2 水環(huán)境容量計算
2.2.1 計算模型
本研究中河段長度遠大于河段水面寬度，污染物排入水體后橫向混合長度遠小于河段的計算流程長，因此采取水環(huán)境容量計算一維模型。一維計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[2]，段尾控制的目的在于讓水質在各段末達到功能區(qū)水質目標，進而反推出該段段首處的環(huán)境容量[3]，本文利用功能區(qū)段尾控制模型，公式如下：
其中：M為水域納污能力，t/a；C0為初始斷面的污染物濃度，mg/L；Cs水質目標濃度值，mg/L；k為污染物綜合衰減系數(shù)，1/d；u為設計流量下河道斷面的平均流速，m/s；L為計算河段河長，km；Q為初始斷面的入流流量，m3/s；q為廢污水排放流量，m3/s。
2.2.2 參數(shù)選擇
(1)根據(jù)地表水環(huán)境質量標準GB3838－2002以及各功能區(qū)制定的水質目標來確定COD、NH3的水質目標濃度值Cs。
(2)根據(jù)上一個水功能區(qū)的水質目標濃度值來確定起始斷面COD、 NH3的濃度值C0。
(3)根據(jù)經驗公式法和實測資料確定COD、NH3的降解系數(shù)k。
(5)采用枯季水文保證率為90%的初始斷面流量作為設計流量Q。
(6)采用經驗公式法來確定流速u。
(7)采用山西省水環(huán)境監(jiān)測中心實測資料確定廢污水排放流量q 。
2.2.3 結果分析
圖1、圖2分別給出了汾河流域主要城市COD、NH3環(huán)境容量與入河量對比，其中忻州市、呂梁市、運城市COD水環(huán)境容量均大于入河量，說明此三市入河排污口COD入河量在水環(huán)境容量范圍之內，并且有部分剩余對下游水環(huán)境容量具有正貢獻。而太原市、晉中市和臨汾市COD入河量則分別是水環(huán)境容量的3.7倍、4.2倍和2.8倍，入河量遠遠超出水環(huán)境容量，將使下游水環(huán)境保護壓力及成本增加。忻州市、運城市NH3水環(huán)境容量略大于入河量，基本能滿足本區(qū)域水功能區(qū)保護目標。太原市、晉中市、呂梁市和臨汾市NH3入河量超出水環(huán)境容量11.8倍、5.0倍、3.7倍和3.5倍，說明此4市入河排污口排放NH3量遠遠超出了水體自凈能力和稀釋能力，如要達到水功能區(qū)保護目標應大量減排，一旦上游減排任務未完成將轉移到下游，增加下游減排負擔和職務成本。
圖1汾河流域主要城市COD水環(huán)境容量與入河量對比圖
圖2 汾河流域主要城市NH3環(huán)境容量與入河量對比圖
根據(jù)2010年山西省水環(huán)境監(jiān)測，汾河干流由于沿河沿岸大量生活污水和工業(yè)廢水的排入，水污染較為嚴重，干流流經的5個地市23個水功能區(qū)中由上游至下游各地市水功能區(qū)個數(shù)達標率為忻州100%，太原44%，晉中、臨汾和運城0%。汾河干流水功能區(qū)達標率也說明由于太原市污染物入河量遠遠超出了水環(huán)境容量，其直接影響到下游水功能區(qū)達標狀況。與圖1和圖2水環(huán)境容量和入河量對比結果一致。
2.3 生態(tài)補償
2.3.1 生態(tài)補償?shù)谋匾?/p>
生態(tài)補償機制是以保護生態(tài)環(huán)境為前提，運用市場經濟和政府補償手段，調節(jié)利益相關者之間生態(tài)與經濟利益的一種公共制度安排[4]。建立汾河流域生態(tài)補償機制，是水生態(tài)環(huán)境外部成本內部化的體現(xiàn)，利于形成收益者付費、破壞者賠償、建設者和保護者受到合理補償?shù)牧夹赃\行機制，一方面有助于調動全社會保護生態(tài)環(huán)境，促進生態(tài)文明，另一方面有利于工業(yè)自覺減排，促進流域經濟可持續(xù)發(fā)展，保障全流域公平使用水生態(tài)資源。
2.3.2 補償原則
誰保護誰收益、誰受益誰補償：即流域下游受益群體對上游生態(tài)保護和修復行為的一種補償關系。
誰破壞誰補償：即上游排污單位對下游相關群體的一種補償關系。
2.3.3 補償標準計算方法
基于水環(huán)境容量的流域生態(tài)補償標準是通過治理超出水環(huán)境容量的污染物所需要得費用來計算，公式如下：
式中：P為補償費用，億元/a；P0為污染物恢復成本，元/kg；W為污染物入河量，t/a；W0為污染物水環(huán)境容量，t/a。
於方等[5]通過對污水處理廠調研分析，認為污水處理廠運行費用與COD去除率關系較為顯著。因此本文采用龐愛萍等[3]由《中國城鎮(zhèn)污水處理廠匯編》（2006）計算得COD恢復成本P0為5.57×10-5億元/t。
P如果是正值，水環(huán)境容量有剩余，下游因上游來水良好對其進行補償；如果P為負值，水環(huán)境容量被搶占，上游因未達到水質保護目標受到懲罰性補償用于下游水體污染治理及水生態(tài)恢復。
2.3.4 結果分析
通過計算忻州市、呂梁市、運城市三市由于排污量少使得汾河水環(huán)境受到了保護。因此可分別得到0.19億元、0.05億元和1.4億元的補償，而太原市、晉中市和臨汾市三市由于排污量遠遠超出了水環(huán)境容量，并且由于水的流動性給下游水環(huán)境造成損壞，應分別上繳懲罰性補償28.5億元、7.5億元、 10.3億元，除用于上游補償外，其余用于污水治理及下游水生態(tài)的恢復。
2.3.5 補償方式
汾河水生態(tài)補償是以改善和恢復汾河生態(tài)環(huán)境，促進人與自然和諧，保障汾河沿岸公平享有環(huán)境資源為目的的。筆者認為目前基于水環(huán)境容量的生態(tài)補償應采用限額交易的方式，即政府根據(jù)不同時期不同的保護目標，為汾河水生態(tài)系統(tǒng)設定一定時期內的允許破壞量。流域內各行政區(qū)可以通過各種保護措施直接完成其限額任務，也可以通過其上下游保護與恢復措施來平衡其造成的損失，通過市場價格獲得這種抵消措施，以達到補償目的。生態(tài)補償是公益事業(yè)應堅持政府指導、市場運作的機制，采用政府轉移支付的方式，徹底改變無償使用水環(huán)境容量的習慣。
3 結論與建議
(1)探討了汾河流域基于水環(huán)境容量的生態(tài)補償?shù)慕ⅲㄟ^水功能區(qū)水環(huán)境容量與入河量的對比，確定其生態(tài)補償對象，即如上游水環(huán)境容量有剩余則下游排污企業(yè)因上游來水水質良好對其補償，如上游排污量超出水環(huán)境容量，則上游企業(yè)需因對下游水環(huán)境造成損害上繳懲罰性補償，用以污水治理及水生態(tài)環(huán)境的恢復。這種方法補償主體明確，有利于主要污染物限排方案的實施。
(2)結合汾河水功能區(qū)水質達標控制目標確定不同時期污染物排放限額，建立長效的生態(tài)補償機制，對流域上下游動態(tài)的進行生態(tài)補償標準的核算，確定上下游生態(tài)補償關系。
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