水利工程論文-論水污染協(xié)同控制的基本原則摘要：本文以一維河流單種污染物的水污染協(xié)同控制理論模型為基礎(chǔ)，提出了對(duì)河流水污染進(jìn)行協(xié)同控制的一般思想和原則。在達(dá)到國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的重要原則下，充分考慮了各個(gè)污染源的生態(tài)情況、經(jīng)濟(jì)能力和競爭心理等諸多重要因素。把目前的總量控制思想、系統(tǒng)規(guī)劃原理、誰污染誰治理的政策方針、對(duì)重污染源實(shí)行重點(diǎn)控制的原則和有效治理污染等，均綜合地體現(xiàn)在水污染協(xié)同控制思想和基本原則之中。并詳細(xì)闡述了這些原則在水污染協(xié)同控制中的含義和作用，為建立河流水污染協(xié)同控制的理論方法奠定了基本處理框架。關(guān)鍵詞：水污染協(xié)同控制集體合理性個(gè)體合理性在“水污染協(xié)同控制”一文中(見文獻(xiàn)1)，作者對(duì)一維河流單種污染物的水污染控制問題，建立了協(xié)同控制模型，這個(gè)模型是一個(gè)合作博弈模型。因此，可以借鑒合作博弈理論中的若干分析原則和方法來研究水污染協(xié)同控制問題。合作博弈是目前公認(rèn)的研究效用公平合理分配的一般理論，本文的目的是在文獻(xiàn)1的基礎(chǔ)上，提出河流水污染協(xié)同控制的思想和基本原則，詳細(xì)闡述這些原則在水污染控制中的含義和作用，為建立河流水污染協(xié)同控制的一般理論方法奠定基本處理框架。如文獻(xiàn)1所述，河流水污染的協(xié)同控制問題可以描述為下面形式：如何限制各個(gè)污染源的排污量和每一種污染物的排放濃度，才能在國家要求的河流監(jiān)測點(diǎn)斷面上，使水質(zhì)達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)或用水標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，這種排污限制對(duì)該河流段的每個(gè)污染源而言，都是公平合理的，且任何單個(gè)污染源和污染源聯(lián)盟(某一圖1一維水污染控制的河流段AB及污染源示意部分污染源結(jié)成的集體，如地方的區(qū)、縣、市等)都找不到明顯的理由進(jìn)行反駁。因此，各污染源愿意協(xié)同控制水污染，從根本上改變水環(huán)境質(zhì)量。在文獻(xiàn)1中所描述和建立的一維河流單污染物的水污染協(xié)同控制問題與理論模型，在這里可以簡單敘述如下。在一維河流段上只有一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，且所有污染源都排放同一種污染物時(shí)，其河流段和污染源分布可以用圖1來表示。在圖1所示的河流段上，只有一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)B，所有污染源都只排放一種污染物質(zhì)，要求在B點(diǎn)這種污染物質(zhì)的濃度不超過pB，在AB之間一共有n個(gè)污染源，假設(shè)點(diǎn)A處的污染物濃度pB.污染源i的排放量是Qi，排放濃度是ci(i=1,2,n)，首先，n個(gè)污染源的全體所組成的集合表示為N=1,2,n，其中k個(gè)污染源組成的聯(lián)盟記為S，在AB之間只有污染源聯(lián)盟S排放污染物質(zhì)時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)B處污染濃度記為c(S).定義(S)=max(c(S)-pB,0)，則(S)表示要求污染源聯(lián)盟S應(yīng)該達(dá)到的對(duì)于監(jiān)測點(diǎn)B處的最小濃度控制量，由定義知(S)0.在文獻(xiàn)1中，稱(S)為污染源聯(lián)盟S對(duì)監(jiān)測點(diǎn)B的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)，或簡稱為濃度貢獻(xiàn)；并且證明了在穩(wěn)態(tài)情形，一維河流的許多污染物的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)(S)滿足下面的超可加性，即(TS)(S)+(T)，如果TS=因此，一維河流水污染協(xié)同控制的濃度貢獻(xiàn)控制量分配模型是一個(gè)n人合作博奕問題。關(guān)于使用合作博奕模型分析和解決水污染問題的思想，可以追述到1960年或更早，Shapley,L.S.和Shubik,M.在1969年2就用合作博奕理論討論過對(duì)稱湖泊的水污染治理經(jīng)濟(jì)效益問題，分析了在一個(gè)對(duì)稱湖泊中，各污染源應(yīng)該結(jié)成什么樣的聯(lián)盟，才能達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)治污效果。1979年，MaschlerM.、B.Peleg和L.S.Shapley3曾經(jīng)就三家工廠共建污水處理廠的問題，建立了一個(gè)合作博奕模型，并使用合作博奕的若干解概念詳細(xì)討論了如何在三家工廠進(jìn)行費(fèi)用分?jǐn)?。下面，作者將根?jù)總量控制思想、系統(tǒng)規(guī)劃思想和合作博奕的思想與原理等，提出水污染協(xié)同控制的基本思想和基本原則。1河流水污染協(xié)同控制的基本思想和原則河流水污染協(xié)同控制的基本思想是以各個(gè)污染源對(duì)環(huán)境容量的競爭和協(xié)作控制污染為基礎(chǔ)，對(duì)河流進(jìn)行分段分時(shí)期的水質(zhì)控制，以河流的分段監(jiān)測點(diǎn)斷面水質(zhì)達(dá)到當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐挠盟畼?biāo)準(zhǔn)或國家要求的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，考慮在監(jiān)測點(diǎn)上游和影響監(jiān)測點(diǎn)斷面水質(zhì)的污染源的現(xiàn)有排污狀況、治理污染的能力和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，建立以監(jiān)測點(diǎn)斷面水質(zhì)要求標(biāo)準(zhǔn)為總目標(biāo)的，與各個(gè)污染源的排污量和排污濃度密切相關(guān)的各污染源排污總量和排污最大濃度分配模型和理論。也可以理解為，在現(xiàn)有的情況下和各種相關(guān)條件下，建立能滿足國家和地方水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的各污染源應(yīng)減少的污水排放量和排放濃度分配理論和模型。由該理論和模型的解所確定的各污染源最大污水排放量和排放濃度，是充分考慮了各污染源對(duì)河流的自然降解能力的利用權(quán)利的，對(duì)所有的污染源和污染源聯(lián)盟都是公平合理的，任何污染源聯(lián)盟都找不到明顯的、有根據(jù)的理由要求其他污染源多控制排放量，而自己減少排放量控制。1.1水污染協(xié)同控制基本思想：在國家或地方要求的河流監(jiān)測點(diǎn)斷面上，以使水質(zhì)達(dá)到某種標(biāo)準(zhǔn)為總目標(biāo)(如環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、用水標(biāo)準(zhǔn)等)，公平合理地確定有關(guān)各污染源的最大排污量和排放濃度，同時(shí)充分考慮各污染源和自然降解能力的合理利用權(quán)利。從上述基本思想可以看出，河流水污染協(xié)同控制不是簡單地要求每個(gè)污染源按國際或國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放；也不是象總量控制理論和方法那樣，給每個(gè)污染源分配一個(gè)水環(huán)境容量資源，要求它們的排污總量不超過所分配的容量標(biāo)準(zhǔn)；而是要求在該河流中的若干監(jiān)測點(diǎn)斷面上(如圖1中的監(jiān)測點(diǎn)斷面B)，使水質(zhì)達(dá)到國際或國家要求的某種標(biāo)準(zhǔn)。由這種選定斷面上的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，來合理地確定各個(gè)污染源的限定排污量和排污濃度。因此，水污染協(xié)同控制與總量控制和系統(tǒng)規(guī)劃不是矛盾的和沖突的，而是總量控制和系統(tǒng)規(guī)劃的補(bǔ)充。水污染協(xié)同控制能有效地將水污染總量控制落實(shí)到各個(gè)污染源，公平合理地將水污染控制總量分配給應(yīng)該進(jìn)行污染控制的每一個(gè)污染源。所以，可以說水污染協(xié)同控制在宏觀的總量控制、系統(tǒng)規(guī)劃與微觀的各污染源具體控制量之間搭起了一座橋梁。由于水污染協(xié)同控制充分考慮了各污染源合理利用環(huán)境自然降解能力的權(quán)利，并且不要求每個(gè)污染源能達(dá)標(biāo)排放，因?yàn)橥耆倪_(dá)標(biāo)排放，在現(xiàn)有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段是很難做到的，同時(shí)也不是經(jīng)濟(jì)的。所以，從經(jīng)濟(jì)角度看，水污染協(xié)同控制還是使河流監(jiān)測點(diǎn)斷面水質(zhì)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)有效的水污染控制理論和方法。1.2水污染協(xié)同控制理論基本原則1(協(xié)同控制原則)：在各污染源都按照水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的污水排放量和排放濃度控制污水排放時(shí)，河流的水質(zhì)在國家或地方設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)斷面上將達(dá)到國家與地方要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如用水要求或環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)等).原則2(個(gè)體合理性原則)：由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源應(yīng)該控制的污水排放量和排放濃度，是根據(jù)各污染源對(duì)污染的貢獻(xiàn)和考慮了其對(duì)自然降解能力的合理利用權(quán)利來確定的。原則3(重污染源重點(diǎn)控制原則)：由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源污水排放量和排放濃度，將保證重污染源得到重點(diǎn)控制。即超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)(排污量)大的污染源所要求控制的濃度貢獻(xiàn)量將不少于超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)(排污量)小的污染源所要求控制的濃度貢獻(xiàn)量，排放濃度高的污染源所要求控制的排污濃度不低于排放濃度較低的污染源所要求控制的排污濃度。原則4(最大化原則)：由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源的污水排放總量和排放濃度，是各污染源合作控制水污染，保證河流水質(zhì)達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的最大允許排放量和排放濃度。原則5(最小化原則)：由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各個(gè)污染源的污水排放量和排放濃度，對(duì)河流水質(zhì)污染較輕或不對(duì)河流水質(zhì)造成污染的輕污染源，有可能沒有減少排污控制量要求。原則6(對(duì)等性原則)：如果兩個(gè)污染源在集體中對(duì)監(jiān)測點(diǎn)斷面上的污染影響相當(dāng)，則由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源污水排放量和排放濃度，對(duì)于這兩個(gè)污染源而言，要求控制的排污影響將是相同的。原則7(經(jīng)濟(jì)效益原則)：由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的污染源污水排放量和濃度，將要求排污時(shí)間較長、已通過污染而獲認(rèn)大經(jīng)濟(jì)效益的地區(qū)和污染源多控制污水排放量和排放濃度。原則8(最優(yōu)經(jīng)濟(jì)治污原則)：水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的治理水污染方案，將從合作治理水污染的角度，以各污染源之間的效用轉(zhuǎn)移為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的治理水污染目標(biāo)。根據(jù)上述基本思想和原則建立的水污染協(xié)同控制理論和模型，將為河流水質(zhì)按國家和地方以及環(huán)保要求，逐級(jí)分段達(dá)標(biāo)，并將水污染的宏觀總量控制思想落實(shí)到具體的目標(biāo)控制上，建立起一套公平合理的排污量控制分配機(jī)制。按照上述思想原則建立的水污染協(xié)同控制理論模型將具體地解決總量控制分配問題。2河流水污染協(xié)同控制基本原則的意義在本節(jié)中，作者將對(duì)上面提出的8條水污染協(xié)同控制基本原則的意義予以詳細(xì)的解釋和說明，為此，需要下面的幾個(gè)概念。定義1：設(shè)有污染源i和污染源j，稱污染源i(對(duì)河流監(jiān)測點(diǎn)斷面)的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)不低于污染源j的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)，如果對(duì)任何污染源聯(lián)盟S，只要聯(lián)盟S不包含污染源i和j，則有(Si)(Sj).在定義1中，取聯(lián)盟S為空聯(lián)盟，得到(i)(j).定義2:在水污染協(xié)同控制理論中，稱一個(gè)污染源i的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)為零，是指該污染源i加入到任何一個(gè)不包含i的聯(lián)盟S中時(shí)(包括空聯(lián)盟)，不增加聯(lián)盟的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)。用數(shù)學(xué)形式可以表示為：(Si)=(S),S不包含i.當(dāng)S為空聯(lián)盟時(shí)，即得(i)=0.定義3:在水污染協(xié)同控制理論中，稱污染源i和j的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)相同，是指對(duì)任何污染源聯(lián)盟S，只要聯(lián)盟S不包含污染源i和j，就有(Si)=(Sj).在定義3中，取聯(lián)盟S為空聯(lián)盟，得到(i)=(j).使用這三個(gè)定義中的概念，可以對(duì)前面提出的水污染協(xié)同控制理論的8條基本原則及其含義解釋和說明如下。原則1稱為協(xié)同控制原則，是因?yàn)樵撛瓌t對(duì)所有污染源的污染總效果進(jìn)行了限制，保證了在國家要求的河流監(jiān)測點(diǎn)斷面使水質(zhì)達(dá)到國家制定的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和某些用水標(biāo)準(zhǔn)，使環(huán)境保護(hù)政策和措施能夠得到落實(shí)。這是總量控制的一個(gè)替代形式，將排污總量用污染總效果來替代的結(jié)果。同時(shí)，原則1讓所有的有關(guān)排污戶明白，要獲得一個(gè)最低的總體排污控制量和良好的環(huán)境，必須靠大家的共同努力才行，任何一個(gè)污染源都不能單獨(dú)超規(guī)定容量排放污水。協(xié)同控制原則在博奕論中通常是以一個(gè)相似的原則來體現(xiàn)的，稱為集體合理性原則。原則2稱為個(gè)體合理性原則，是因?yàn)樵撛瓌t充分考慮了各污染源對(duì)河流自然降解能力的公平競爭與合理利用權(quán)利，可以避免各污染源推卸污染責(zé)任和把治理污染的事推卸給其他的排污戶而尋找適當(dāng)?shù)睦碛?。該原則要求每個(gè)污染源需要控制的污染濃度貢獻(xiàn)，至少是這個(gè)污染源單獨(dú)排放污染時(shí)的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)，即每個(gè)污染源都有一個(gè)最低水平的不可推卸的污染控制量。原則3稱為重污染源重點(diǎn)控制原則，是因?yàn)樵撛瓌t將保證重污染源將受到重點(diǎn)控制，從一定程度上消除了各污染源因排污量小反而要求多控制排污量，而覺得排污控制標(biāo)準(zhǔn)不公平不合理的抵觸心理和情緒。從水污染協(xié)同控制理論來看，重污染源重點(diǎn)控制原則一般不是以各污染源控制排污量為標(biāo)準(zhǔn)，而是以各污染源的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)；換句話說，該原則的具體含義是：如果污染源i的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)大于污染源j的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)，則水污染協(xié)同控制理論要求污染源i應(yīng)該控制的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)不會(huì)小于污染源j應(yīng)該控制的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)。因此，如果兩個(gè)污染源的地理位置不同，并且從環(huán)保角度來說在這兩個(gè)污染源到國家的河流監(jiān)測點(diǎn)斷面之間又沒有什么要求的話，將污染源應(yīng)該控制的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)換算成排污控制量時(shí)，可能得到不同的結(jié)果。因此，這個(gè)原則也體現(xiàn)了各污染源對(duì)河流自然降解能力的公平競爭與合理利用權(quán)利。原則4稱為最大化原則，是因?yàn)樵撛瓌t體現(xiàn)了合作治理污染的效益，它是在各污染源進(jìn)行充分合作時(shí)，允許所有污染源排放的污染總量。因此，該原則以另一種形式體現(xiàn)了總量控制的思想。如果各污染源進(jìn)行合作，那么，按照本文的理論和模型，將導(dǎo)出所有污染源允許排放的污染物總量，必然超過非合作時(shí)允許排放的污染物總量。因此最大化原則是以最有利的方式利用河流的自然降解能力和環(huán)境自然容量。根據(jù)水污染協(xié)同控制理論，所考慮的全體污染源N應(yīng)該控制的總超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)是(N)，而這個(gè)濃度貢獻(xiàn)(N)只有在全體污染源進(jìn)行合作時(shí)才能達(dá)到；如果各個(gè)污染源之間不進(jìn)行合作，設(shè)使河流監(jiān)測點(diǎn)斷面使水質(zhì)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要求各個(gè)污染源應(yīng)該控制的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)之和為u(N)，那么，最大化原則指出，必有u(N)(N).原則5稱為最小化原則，是因?yàn)樵撛瓌t體現(xiàn)了對(duì)輕污染排放和無污染排放的鼓勵(lì)，同時(shí)是對(duì)重污染源重點(diǎn)控制原則的一個(gè)有效補(bǔ)充。該原則的具體含義是：如果污染源i的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)為零，則水污染協(xié)同控制理論不要求污染源i控制超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)，因而也不要求污染源i控制或減少排污量。原則6稱為對(duì)等性原則，是因?yàn)樵撛瓌t表明在水污染協(xié)同控制理論和模型中，除了把所有污染源作為一個(gè)合作集體來考慮以外，還考慮了各污染源所在的地理位置和特殊的地理環(huán)境，體現(xiàn)了不同的污染源對(duì)河流自然降解能力的不同利用率。因此，對(duì)于處在河流不同地理位置的兩個(gè)污染源，盡管它們的排污量和濃度不同，但是，由于它們對(duì)國家設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)斷面的影響相同，可能要求它們作等量的污染效果控制。因此，從對(duì)等性原則來看，水污染協(xié)同控制理論認(rèn)為，如果兩個(gè)污染源對(duì)國家設(shè)定的河流監(jiān)測點(diǎn)斷面的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)相同，則要求這兩個(gè)污染源控制相同的濃度貢獻(xiàn)，但如果這兩個(gè)污染源處于河流的不同地理