秦之湄

(四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065)

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毗河流域污染物排放總量分配研究

秦之湄

(四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065)

指出了根據(jù)現(xiàn)有資料計算毗河水環(huán)境容量可知，毗河COD納污能力2618.06t/年，氨氮納污能力125.57t/年，總磷納污能力24.10t/年，這與入河的排污量相距甚遠(yuǎn)，減排任務(wù)艱巨?？茖W(xué)合理地分配限制排污量是水體污染控制的關(guān)鍵，根據(jù)各區(qū)縣入河排污量比例將限制排污量分配到各區(qū)縣得到初始分配值，但這樣的分配并不能保證分配的公平性，而基于基尼系數(shù)的檢驗也證實(shí)了這一結(jié)果。因此，在基尼系數(shù)的基礎(chǔ)上建立單因子基尼系數(shù)模型，對各區(qū)縣限制排污量進(jìn)行分配修正，可得到比較公平的分配方案。

毗河；水環(huán)境；容量；分配；基尼系數(shù)

1 引言

毗河為沱江一級支流，源于都江堰岷江的柏條河、徐堰河，兩河流至郫縣團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)石堤堰匯流，并被分流為府河和毗河。毗河干流從新都龍安鄉(xiāng)流入新都縣境內(nèi)，向東流到邵家寺進(jìn)入青白江區(qū)，最后在金堂三河匯流處注入沱江。沱江作為四川盆地腹部的一條重要河流，沿河均為四川省工業(yè)集中地和人口高密度區(qū)域，在四川省、成都市經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，毗河水環(huán)境質(zhì)量對沱江流域成都段水環(huán)境質(zhì)量有重要影響，而沱江成都段水環(huán)境質(zhì)量對沱江中下游水質(zhì)好壞有著極其重要的影響。而本次研究的重點(diǎn)就是沱江流域成都段的一級支流毗河。

沱江流域氮、磷污染嚴(yán)重，與毗河超標(biāo)指標(biāo)一致。因此，摸清毗河污染情況，計算其水環(huán)境容量并提出適當(dāng)分配、減排措施成為成都地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一個迫切問題。

2 研究區(qū)域概況

毗河為沱江一級支流，源于都江堰岷江的柏條河、徐堰河，兩河流至郫縣團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)石堤堰匯流，并被分流為府河和毗河。毗河干流從新都龍安鄉(xiāng)流入新都縣境內(nèi)，向東流到邵家寺進(jìn)入青白江區(qū)，最后在金堂三河匯流處注入沱江。全長65.55 km，首段年平均流量26.4 m3/s，年徑流量8.34億m3。

毗河主要涉及成都市都江堰、郫縣、新都、金牛區(qū)、青白江、龍泉驛、金堂7個區(qū)縣，其支流飲馬河發(fā)源自新都并由新都匯入毗河干流，西江河自龍泉驛流經(jīng)新都區(qū)自青白江匯入毗河干流，羊叉河、繡川河、長流河發(fā)源自新都區(qū)于青白江匯入毗河干流。

3 毗河水環(huán)境容量現(xiàn)狀核算

對沱江流域成都段選取一維計算模型的基礎(chǔ)上，利用水文站數(shù)據(jù)結(jié)合《四川省都江堰灌區(qū)毗河供水一期工程水資源論證報告書(報批稿)》定毗河設(shè)計流量3.66 m3/s，設(shè)計流速0.47 m/s；根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，定COD綜合降解系數(shù)K為0.2(1/d)，氨氮綜合降解系數(shù)K為0.1(1/d)；根據(jù)《成都市主要地表水水域環(huán)境功能類別劃分表》并參考排污狀況和當(dāng)?shù)丶夹g(shù)經(jīng)濟(jì)等條件，定毗河COD背景值為0.00 mg/L，目標(biāo)水質(zhì)濃度19.2 mg/L，氨氮背景值為0.00 mg/L，目標(biāo)水質(zhì)濃度1.00 mg/L。

一維計算公式如下：

式中，W為水功能區(qū)納污能力，t/a；L為水功能區(qū)長度，km；u為設(shè)計平均流速, m/s；Q為水功能區(qū)設(shè)計流量，m3/s；C0為水功能區(qū)上斷面污染物濃度，mg/l；Cs為水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)濃度，mg/l；K為污染物綜合衰減系數(shù)，1/d；qi為水功能區(qū)入河污水量，m3/s；x1為概化點(diǎn)距控制斷面的距離，km。

結(jié)果計算得毗河COD理論納污能力2618.06t/年，氨氮理論納污能力125.57t/年。

根據(jù)《成都市主要地表水水域環(huán)境功能類別劃分表》及《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)，定總磷背景值C0為0.00 mg/L，目標(biāo)水質(zhì)濃度0.20 mg/L?？偭椎木C合降解系數(shù)則選取0.105(1/d)，計算毗河總磷納污能力。結(jié)果計算得毗河總磷理論納污能力25.22t/年。

由于計算并未扣去來水背景值，故此將毗河石堤堰斷面2014來水水質(zhì)監(jiān)測值全年平均作為背景值計算,由公式可得COD實(shí)際納污能力2422.25t/年，氨氮117.23t/年，總磷16.59t/年。

4 污染物排放總量分配

前面所計算的納污能力為整個毗河干流所屬，如果需計算各行政區(qū)域內(nèi)的納污能力則需根據(jù)上述納污能力計算結(jié)果在行政區(qū)域內(nèi)進(jìn)行分配。 在確定區(qū)縣與各河段對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同區(qū)縣毗河流經(jīng)長度不同劃分初始環(huán)境容量。 得出各區(qū)縣環(huán)境容量如表1所示。

表1 各區(qū)縣環(huán)境容量

金牛區(qū)、成華區(qū)和龍泉驛區(qū)對沱江水質(zhì)的影響主要是將污染物排入西江河，而西江河最終匯入毗河青白江段，因此毗河青白江段的污染物入河量包括了青白江區(qū)、金牛區(qū)、成華區(qū)和龍泉驛區(qū)的污染物入河量。

根據(jù)青白江區(qū)、金牛區(qū)、成華區(qū)和龍泉驛區(qū)的人口比例將毗河青白江段污染物入河量分解到這四個區(qū)縣?？紤]到金牛區(qū)、成華區(qū)、龍泉驛區(qū)的污染物只是部分排入沱江水體，故近似選取金牛區(qū)、成華區(qū)、龍泉驛區(qū)人口的20%進(jìn)行計算。最終分配結(jié)果如表2所示。

表2 各區(qū)縣污染物排放總量初分配 t/年

5 基于基尼系數(shù)的排放總量分配評價

環(huán)境基尼系數(shù)計算采用梯形面積法，如下公式所示：

式中，j為指標(biāo)編號；i為鄉(xiāng)鎮(zhèn)編號；n為鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)；Gj為基于指標(biāo)j的基尼系數(shù)；Xij為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)指標(biāo)j的累積比例(%)；Yi為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)排放或分配污染物量的累積比例(%)；當(dāng)i=1時，(Xi-1，Yi-1)對應(yīng)(0,0)。

一般研究大多采用單因子基尼系數(shù)法評估環(huán)境容量配置的公平性，單因子指標(biāo)模型可避免計算指標(biāo)權(quán)重，又選取排放相關(guān)指標(biāo)，使總量分配更具有針對性，細(xì)化了分配方案，更有操作性。通過構(gòu)建工業(yè)產(chǎn)值-工業(yè)污染排放量、人口-生活污染排放量、農(nóng)田面積-面源污染排放量的洛倫茲曲線，分別計算各類污染源總量分配基尼系數(shù)，最后根據(jù)基尼系數(shù)最小化原則對污染物總量分配進(jìn)行優(yōu)化。

在總量分配方案合理性評估前，需對基尼系數(shù)的合理范圍進(jìn)行界定。按照國際慣例，通常把0.4作為收入分配貧富差距的“警戒線”0～0.2以下，表示分配“高度平均”或“絕對平均”；0.2～0.3之間表示“相對平均”；0.3～0.4之間為“比較合理”；0.4～0.5為“差距偏大”；0.5以上為“高度不平均”。

5.1 各區(qū)縣初始分配系數(shù)

為充分考慮總量控制的公平性和效率原則，水環(huán)境容量分配應(yīng)充分考慮社會因素、經(jīng)濟(jì)因素和自然因素等。本次研究選取個區(qū)縣人口總數(shù)作為社會效益因子，GDP產(chǎn)值作為經(jīng)濟(jì)效益因子，土地面積作為自然效益因子。根據(jù)2014年成都市統(tǒng)計年鑒及毗河水環(huán)境容量計算結(jié)果。

5.2 初始分配方案評價結(jié)果

根據(jù)公式可得出各“指標(biāo)-排污量”基尼系數(shù)如表3所示。

表3 各“指標(biāo)-排污量”基尼系數(shù)

表4 分配因子

由表3所見，結(jié)合基尼系數(shù)合理范圍界定，人口-污染物、GDP-污染物、面積-污染物三項項基尼系數(shù)在0.4～0.5之間，屬“差距較大”，說明從自然、經(jīng)濟(jì)角度來看，這種線性容量分法較不公平，故此需重新分配，使各指標(biāo)基尼系數(shù)回歸到合理范圍。而標(biāo)準(zhǔn)差0.01表示三者間公平性差距不大。

梳理各區(qū)縣各要素分配因子并從小到大排序可得到表4。

由表4可以看出，金堂、新都的分配量過大，郫縣、龍泉驛區(qū)分配量過小，因此應(yīng)該從這兩點(diǎn)考慮調(diào)整排放總量的分配。

6 排放總量分配方案調(diào)整及結(jié)果檢驗

6.1 排放總量分配方案調(diào)整

根據(jù)基尼系數(shù)定義及上述分析對方案進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后各區(qū)縣分配排污量如表5所示。

表5 各區(qū)縣調(diào)整后排污量分配

6.2 結(jié)果檢驗

對調(diào)整后氨氮、總磷排污量進(jìn)行基尼系數(shù)的檢驗。經(jīng)過對各區(qū)縣排污量調(diào)整之后，各因子及對應(yīng)污染物排放量的基尼系數(shù)都有不同程度的縮小，具體如表6所示。

表6 調(diào)整后基尼系數(shù)

如表所示，各指標(biāo)對應(yīng)基尼系數(shù)均在0.4以內(nèi)，達(dá)到相對合理的范圍，因此，調(diào)整后的排污量分配可在一定程度上視為較公平的分配。

7 各區(qū)縣出境斷面水質(zhì)劃分

根據(jù)分配結(jié)果可以反算出在毗河出水水質(zhì)滿足地表水三類水標(biāo)準(zhǔn)的前提以及公平的基礎(chǔ)上各區(qū)縣出境斷面所需達(dá)到的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

因為2014年各斷面COD濃度基本達(dá)標(biāo)，故將規(guī)劃水質(zhì)與2014年3、8、11月三月平均斷面氨氮、總磷濃度作對比，得到表7。

表7 各斷面污染物濃度對比

從表7可以看出，毗河氨氮、總磷超標(biāo)嚴(yán)重，而各區(qū)縣相應(yīng)面臨的氨氮、總磷的削減任務(wù)也都異常艱巨，各區(qū)縣排放量至少削減一半以上。

8 結(jié)論

從已知污染源分布來看，毗河上排口集中在新都，企業(yè)集中在青白江，污水處理廠集中在新都與青白江，污染源主要即分布在新都、青白江兩個區(qū)，也就是石堤堰至毗河二橋斷面之間。但金堂境內(nèi)(毗河二橋至毗河一橋段)大量總磷污染的來源還需深究。

從毗河水環(huán)境容量看，毗河COD納污能力2422.24t/年，氨氮納污能力117.23t/年，總磷納污能力16.59 t/年。將納污能力按照入河量比例分配至各區(qū)縣，所得基尼系數(shù)較大，分配較不公平，故此調(diào)整分配。

排污量的優(yōu)化配置體現(xiàn)了總量分配中的公平性，使分配更有所依據(jù)，促進(jìn)流域內(nèi)社會發(fā)展的平衡。

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2016-08-02

秦之湄(1992—)，女，四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院碩士研究生。

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1674-9944(2016)18-0060-03