基于控制單元的流域水環(huán)境容量總量分配研究

1001-4179(2011)23-0039-04經(jīng)過多年的研究，我國的流域水環(huán)境管理逐步形成了以污染物目標(biāo)總量控制為主，容量總量控制和行業(yè)總量控制為輔的水質(zhì)管理技術(shù)體系[1]?？偭糠峙涫窃诳刂瓶偭康幕A(chǔ)上，對可利用的環(huán)境承載能力及允許排放量進(jìn)行分配[2]，按分配的受體不同，可將容量分配分為流域總量分配和污染源總量分配兩種類型[3]。流域總量分配是將污染物排放總量分配到獨立的行政區(qū)，或分配到水系、支流、子流域、排污口的過程；污染源總量分配是將污染物排放總量分配到各污染源的過程，在實際操作中常作為流域總量分配的后續(xù)步驟[3]。流域水環(huán)境容量總量分配是用水環(huán)境容量計算方法推算受納水體的納污總量，并按一定原則將其分配到各污染控制區(qū)及污染源，以實現(xiàn)對流域水污染物的容量總量控制，并能更有效地利用水環(huán)境容量資源。由于流域水質(zhì)目標(biāo)管理是“國家-流域-區(qū)域-控制單元-污染源”的多層次體系[4]，因此，需從不同層次上對流域的水污染總量控制技術(shù)進(jìn)行研究。1研究區(qū)概況錦江系贛江一級支流，發(fā)源于江西、湖南兩省交界的幕阜山脈東麓的坪子嶺，自西向東流經(jīng)慈化、株潭、萬載、徐家渡、凌江口、上高、灰埠、高安、松湖、新建等地，于南昌市新建縣瑞河口匯入贛江，主河道長307.0km，干流天然落差391.0m，平均縱比降1.29%o[5]。根據(jù)控制單元劃分的一般原則，結(jié)合錦江流域的自然地理與社會經(jīng)濟(jì)特征、污染狀況以及水質(zhì)現(xiàn)狀等，將錦江流域劃分為4個控制單元，從上游至下游依次為萬載控制單元、上宜控制單元、高安控制單元和新豐控制單元(圖1)。2研究方法2.1分配模型研究區(qū)水環(huán)境容量總量計算的目標(biāo)函數(shù)采用簡單的線性目標(biāo)函數(shù)[2]2.2總量分配的合理性評估總量分配的合理性可采用基尼系數(shù)法和合理性指數(shù)法評估[3,7]，本研究采用合理性指數(shù)(TCRI)對各分配方案的合理性進(jìn)行評估，指數(shù)的分項指標(biāo)如表1所示，控制單元內(nèi)各排污口的容量總量分配暫不考慮公平性指標(biāo)(枯水期不考慮非點源貢獻(xiàn))，因此權(quán)重系數(shù)(2)下限約束條件。本研究在對各排污口進(jìn)行容量總量分配時，將排污口現(xiàn)狀排放量的10%作為該排污口的排放下限約束條件。2.4分配方法為排除不確定性因素對流域水環(huán)境管理帶來的潛在風(fēng)險，在進(jìn)行總量分配時需預(yù)留出一定的量作為安全余量不參與分配，一般取5%～10%[8-9]，本研究取10%。總量分配遵循“流域-區(qū)域、流域-子流域(支流)、流域-排污口(直排口)”的分配思路[3]，按照一定的分配原則，基于控制單元對錦江流域COD的水環(huán)境容量總量進(jìn)行分配，全部計算在Excel2003中利用“工具\規(guī)劃求解”內(nèi)嵌的規(guī)劃求解工具完成。2.5分配原則總量分配的方法很多，根據(jù)分析的角度和側(cè)重面不同，總量分配的一般原則有等比例分配原則、費用最小分配原則、按貢獻(xiàn)率削減污染排放量分配原則、按污染范圍和程度(包括污染長度、面積的大小)分配原則、按污染物毒性大小承擔(dān)污染責(zé)任分擔(dān)率原則、按企業(yè)污染治理的先進(jìn)性考慮污染責(zé)任分擔(dān)率和削減率的分配原則[10]。本研究主要考慮了以下幾方面原則。(1)按貢獻(xiàn)率削減排放量分配原則。即按控制單元內(nèi)各污染源對污染物排放總量的貢獻(xiàn)率，對水環(huán)境容量總量進(jìn)行分配。(2)合理性指標(biāo)最大分配原則。該分配原則考慮環(huán)境容量利用率和現(xiàn)狀負(fù)荷率，使容量總量分配的合理性指標(biāo)最大，直接規(guī)劃求解，得出分配方案。(3)在合理性指數(shù)最大條件下，對排放量進(jìn)行約束。該分配原則充分考慮排污口的排放情況，對排污口的污染帶長度進(jìn)行約束，同時保障排污口的排污權(quán)利，本研究中賦予排污口不低于10%的現(xiàn)狀排放量。(4)企業(yè)治污的難易程度。在合理性指數(shù)最大，對排放量約束的同時，考慮企業(yè)治理污染的難易程度，對有削減難度的排污口不進(jìn)行削減，規(guī)劃求解，得出分配方案。3結(jié)果與分析3.1萬載控制單元萬載控制單元COD容量總量分配方案如表2所示，合理性評估結(jié)果如表3所示。由表3可見，雖然方案1合理性指數(shù)較高，但其環(huán)境容量利用率較低，且沒有可增負(fù)荷，方案較差；方案2和方案3具有容量利用率高、合理性指數(shù)大的優(yōu)點，但是方案2不能保證萬載控制單元全流域水體COD達(dá)標(biāo)。目前，萬載控制單元COD最大納污量小于現(xiàn)狀排放量，剩余環(huán)境容量小，方案4與方案3比較并沒有顯著降低消減負(fù)荷，反而影響全流域的達(dá)標(biāo)。綜上分析，從現(xiàn)階段各因素考慮，方案3較優(yōu)。3.2上宜控制單元上宜控制單元COD容量總量分配方案如表4所示，合理性評估結(jié)果如表5所示。由表5可見，雖然方案1負(fù)荷削減率低，但其他技術(shù)指標(biāo)均較差；方案2不能保證上宜控制單元全流域COD水質(zhì)達(dá)標(biāo)；方案3和方案4，均具有容量利用率高、負(fù)荷消減率低、治理費用低、合理性指數(shù)大的優(yōu)點。目前，上宜控制單元COD最大納污量大于現(xiàn)狀排放量，尚有足夠的環(huán)境容量可利用(可增負(fù)荷率較高)，從現(xiàn)階段各因素考慮，在滿足發(fā)展的同時，應(yīng)盡可能降低消減負(fù)荷，因此，方案4更具優(yōu)勢。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污染負(fù)荷的增加，方案3作為備選方案，其優(yōu)勢也將逐步得到體現(xiàn)。3.3高安控制單元高安控制單元COD容量總量分配方案如表6所示，合理性評估結(jié)果如表7所示。由表7可見，方案1的各項技術(shù)指標(biāo)均較差；方案2不能保證高安控制單元全流域COD水質(zhì)達(dá)標(biāo)；方案3和方案4均具有容量利用率高、負(fù)荷消減率小、治理費用低、合理性指數(shù)大的優(yōu)點。目前高安控制單元COD最大納污量大于現(xiàn)狀排放量，從現(xiàn)階段各因素考慮，在滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的同時，應(yīng)盡可能地消減負(fù)荷，因此，方案4更具優(yōu)勢。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污染負(fù)荷的增加，方案3作為備選方案，其優(yōu)勢也將逐步得到體現(xiàn)。3.4新豐控制單元新豐控制單元COD容量總量分配方案如表8所示，合理性評估結(jié)果如表9所示。由表9可見，雖然方案1各項技術(shù)指標(biāo)均較好，但水環(huán)境質(zhì)量的潛在風(fēng)險較大；方案2不能保證新豐控制單元全流域COD水質(zhì)達(dá)標(biāo)；方案3和方案4，均具有容量利用率高、負(fù)荷消減率小、治理費用低、合理性指數(shù)大的優(yōu)點。目前，新豐控制單元COD最大納污量遠(yuǎn)大于現(xiàn)狀排放量，從現(xiàn)階段各因素考慮，在滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的同時，盡可能地消減負(fù)荷，因此，方案4更具優(yōu)勢。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污染負(fù)荷的增加，方案3作為備選方案，其優(yōu)勢將逐步得到體現(xiàn)。4結(jié)論水環(huán)境容量總量分配是流域水環(huán)境管理的一項重要工作。以錦江流域為例，遵循“流域-區(qū)域、流域-子流域(支流)、流域-排污口(直排口)”的分配思路，按照一定的分配原則，基于控制單元對錦江流域COD的水環(huán)境容量總量進(jìn)行