流域水污染物排放权交易比率技术框架研究

骆辉煌，禹雪中，马 巍，陈 丹

（1．中国水利水电科学研究院，北京 100038；2．中关村发展集团，北京 100080）

流域水污染物排放权交易比率技术框架研究

骆辉煌1，禹雪中1，马 巍1，陈 丹2

（1．中国水利水电科学研究院，北京 100038；2．中关村发展集团，北京 100080）

排放权交易是一种基于市场的经济手段，美国、德国、澳大利亚、英国等发达国家都在排放权交易方面进行了积极的实践。水污染物排放权交易比率是水污染物排放权交易的核心理论技术，在总结水污染物排放权相关研究的基础上，突出以流域水污染物排放权交易为研究对象，建立流域水污染物排放权交易比率的完整技术框架，明确水污染物排放权交易比率的涵义，提出了流域水污染物交易比率计算方法，统一了流域水污染物交易比率的表达方式，并以太湖流域为例开展水污染物排放权交易比率实例研究。

排放权交易；交易比率；太湖流域

1 概 述

排放权交易首先由戴尔斯（Dales JH．1968）于1968年提出，上世纪70年代末开始在美国推行，并在美国及其他国家大气环境治理和水环境治理方面得到较广泛的应用。美国是开展水污染物排放权交易较早的国家之一，科罗拉多州的Dillon水库是开展水污染物交易的代表［1］。除美国外，澳大利亚、加拿大、德国等国家也在一定范围内开展了排放权交易［2］。尽管水污染物排放权交易在理论上具有一定价值，但由于受制度和经济因素，技术、信息和管理方面缺陷的限制，实际开展的状况并不够理想［3］。

我国一些地区也进行了水污染物排放权交易的实践，其中上海市和嘉兴市开展较早。上海市是我国试行排放权交易制度最早的城市。1985年在黄浦江上游实行总量控制和许可证制度，1987年实行了排污交易［4］。嘉兴市自2002年开始进行废水排放权有偿使用的尝试，2007年该市成立了嘉兴市排放权储备交易中心，并且制定了《嘉兴市主要污染物排放权交易办法（试行）》，对COD和SO2进行排放权交易。

水污染物排放权交易比率反映了考虑空间位置不同、污染物类型不同的污染源排放权卖出与买入数量的比值。笔者在以往研究中将交易比率定义为：处于不同空间位置的污染源，在污染物输移和转化过程的作用下，交易双方买入和卖出排放权的比值称为交易比率［5］。交易比率等于不同空间位置污染源（点源）污染物同等排放量相对于下游同一断面的水质影响浓度的比值。建立符合自然规律水环境管理目标的交易比率分析方法，可为排放权交易的有效进行、保护区域水环境质量提供技术支持。本研究拟建立交易比率的技术框架，采用水环境数学模型建立河流水体的COD传输比率计算方法。

2 流域水污染物交易比率技术框架

2．1 水污染物排放权交易比率

如图1所示，假定河道中水流为均匀流，河流流量为Q0、流速为u、污染物衰减系数为k，且排污口废污水量Q污远小于河道中原有流量Q0，对于点源1在点污染源排放强度为W时，在其下游距离L1的控制断面A处污染物水质浓度为

对于点源2点污染源排放强度为W时，在其下游距离L2的控制断面A处污染物水质浓度为

点源1和点源2间的排放权交易比率分别为

图1 水污染物交易示意图Fig．1 W ater pollutant em ission trading map

式中：α12表示为点源1购买点源2一个单位污染物排放权可获得的污染物排放权数量；α21表示为点源2购买点源1一个单位污染物排放权可获得的污染物排放权数量。理论上，α12和α21互为倒数关系。

2．2 水污染物交易比率技术基本框架

水污染物排放权交易比率研究是一项复杂的工作。水污染物排放权交易比率不仅要考虑污染物在水体中的输移特性，同时也应考虑特殊水体的功能使用要求，以确保水污染物排放权交易后不致影响重点水域的水体使用功能。

水污染物排放权交易比率研究，首先从仅考虑污染物输移转化特征的水污染物排放权交易比率一般理论方法着手，通过水污染物输移转化数学模型，建立反映污染源空间位置和污染物输移转化特征的水污染物排放权交易比率的理论计算方法。通过计算不同点源相对于同一控制断面的水污染物单位排放量的水质影响浓度，来确定各点源间水污染物排放权交易比率的初值；然后，通过重要水体使用功能的辨析，以总量控制约束、浓度控制约束、经济目标最优等为水污染物排放权交易比率的调整原则，在保证重点／特殊水域水体使用功能的前提下，调整水污染排放权交易比率。水污染物排放权交易比率技术框架如图2所示。

2．3 水污染物交易比率计算方法

当有n个点源污染源时，各点源间污染物排放权交易比率为：

依照上述水污染物排放权交易比率计算方法所得的水污染物排放权交易比率开展水污染物排放权交易，可能会造成部分水体污染物排放量超过水污染物的总量管理控制目标，或造成部分水体水环境质量超过其水环境质量目标，破坏其水体使用功能。因而，在通过理论方法得出水污染物排放权交易比率初值后，应通过一定的技术方法，或浓度控制方法，或经济最优目标等方法来调整水污染物排放权交易比率。无论采用何种方法调整水污染物排放权的交易比率，各点源经水污染物排放权交易后所获得的污染物总排放权不得超过其减排目标，即实行总量控制，如果交易可能导致水污染物总排放权超过其减排目标，则交易自动停止。

2．3．1 总量控制约束条件

图2 水污染物排放权交易比率技术框架Fig．2 The technology framework of river water pollutant em ission trading ratio

总量控制的约束条件可用下式来表示，

由于矿井采用综采技术，加之煤层结构变化频繁，导致毛煤含矸量及原生煤泥量大幅度上升，使得汪家寨选煤厂原煤筛分破碎系统、重介质分选系统、浮选系统、煤泥水处理系统等均不同程度地出现产能下降，生产指标远低于同比水平，生产效益大幅度下降。主要表现在以下几个方面：

式中：αqi为第q个排污口从第i个排污口购买单位污染物排放权交易比率，其中αqq＝1．00；Wqi为第i个排污口向第q个排污口出售的污染物排放权；Wqq＝Wq为第q个排污口初始分配的水污染物排放权；Wqaim为第q个排污口当年的水污染物总量控制目标。q＝1，…，n。

总量控制方法是要求各个点源排污口在水污染物排放权交易后，各排污口所拥有的水污染物排放权不超过国家或地区所确定的水污染物总量控制目标，以确保国家或地区的总量控制目标能顺利实现。

2．3．2 浓度控制条件调整交易比率方法

实施水污染物排放权交易后，重要水体的关键控制断面水污染物浓度不劣于水质目标，水体特殊使用功能不受破坏。浓度控制方法表达为

式中：f0为河道上游对控制断面的浓度贡献值；fi为第i个排污口单位排污量对控制断面的影响浓度；Wi为水污染物排放权交易后控制断面上游第i个排污口的污染物排放权；Cs为控制断面的水质目标。

2．3．3 经济最优调整交易比率方法

（1）目标函数。经济最优目标：排放权交易后，购买方经济收益最大、污染物排放量的交易成本与处理成本最小。

（2）约束条件。实施水污染物排放权交易后，关键控制断面污染浓度不劣于水质目标，水体特殊使用功能不受破坏。

式中：f0为河道上游对控制断面的浓度贡献值；fi为第i个排污口单位排放强度对控制断面的影响浓度；Wi为控制断面上游第i个排污口的污染物排放权；Cs为控制断面的水质目标。

浓度控制和经济最优等方法能满足水污染物排放权交易的一个点源对一个点源、多个点源对一个点源和一个点源对多个点源等各种交易条件。浓度控制方法比较简单，易于使用。经济最优方法考虑比较全面，但需要资料比较多，包括水污染物处理费用、单位污染物经济产值和排放权购买成本等，使用稍难。在一般情形下，可推荐浓度控制方法调整交易比率，在有条件的地区可使用经济最优方法调整交易比率。

3 流域水污染物交易比率实例研究

江南运河从京口（镇江）经过苏州到余杭（杭州），运河情况如表1所示。江南运河太湖段跨镇江市、常州市、无锡市、苏州市、湖州市和杭州市，本研究拟以行政区域为单元分析江南运河的污染物排放权交易比率。以化学需氧量为例，江南运河入流水质为25 mg／L，各行政区水环境质量目标均为30 mg／L，河流流速为u＝0．5m／s，污染物衰减系数k＝0．5／d。

表1 江南运河（江苏省段）概况表Table 1 General status of Jiangnan Canal in Jiangsu Province

在考虑空间特征的计算模式下，各点源间污染物排放权交易比率矩阵为

当应用以上污染物排放权交易比率开展污染物交易时，不可避免会造成部分行政区水环境质量超标，因而需要增加适当的水环境质量约束条件以保护行政区水环境质量。

以水环境质量浓度控制后，各点源间污染物排放权交易比率矩阵修正为

与理论计算模式下各点源间污染物排放权交易比率相比，上游方购买下游方的交易比率，在保证水体使用功能前提下有一定的调整：α12调整最小，为理论计算模式下的82%；α26调整最大，为理论计算模式下的5%。

4 结 论

（1）当交易双方都向自然水体排放污染物时，需要首先根据交易双方的空间位置确定传输比率，进而考虑排污影响水体的水环境质量目标、区域水污染物总量控制目标、水污染物治理成本等因素，对初始确定的传输比率进行调整，从而确定最终采用的交易比率。

（2）考虑重点水体使用功能水污染物排放权交易比率计算方法：以反映空间特征水环境数学模型推求交易比率，以浓度控制法或经济最优法调整交易比率，以总量控制目标为交易的前提。一般情况下，可采用浓度控制法调整交易比率。对于资料齐全地区，可以采用经济最优方法调整交易比率。

（3）因为研究的COD是非保守物质，其衰减受交易距离影响，进而影响着交易比率，交易比率太大或太小都不利于排放权交易的开展，因而排放权交易受交易距离的限制。水污染物排放权交易可行的空间范围随着河流流速和污染物衰减系数的不同而不同。

［1］ Colorado Department of Public Health and Environment．Colorado pollutant trading policy［R］．Denver，USA：Doverco8080112，2004．

［2］ 惠 军．流域范围内水污染物排放权交易研究［D］．上海：同济大学，2006．（HUI Jun．Research on water pollutant emission trade in basin［D］．Shanghai，Tongji University，2006．（in Chinese））

［3］ US EPA．EPA Water Quality Trading Evaluation［R］．Washington：USEPA，2008．

［4］ 奚爱玲．水环境治理中排放权交易的国际经验及上海的实践［J］．世界地理研究，2004，13（2）：58－63．（XI Ai-ling．The international experience of pollutant emis-sion trade in water environmental treatment and practice in Shanghai［J］．World Regional Studies，2004，13（2）：58－63．（in Chinese））

［5］ 禹雪中，骆辉煌．太湖流域水污染物排放权有偿使用与交易关键技术研究［R］．北京：中国水利水电科学研究院，2009．（YU Xue-zhong，LUO Hui-huang．The compensatory use ofwater pollutantemission and research on pivotal technology of water pollutant emission trade in Taihu basin［R］．Beijing：China Institute of Water Re-sources and Hydropower Research，2009．（in Chinese））

（编辑：王 慰）

Research on Technology Framework of River W ater Pollutant Em ission Trading Ratio

LUO Hui-huang1，YU Xue-zhong1，MAWei1，CHEN Dan2
（1．China Institute ofWater Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2．Zhongguancun Development Group，Beijing 100080，China）

The pollutantemission right trade is an economicmeans based onmarket，andmany developed countries have implemented practices，such as the U．S．A，Germany，Australia，England，ect．Water pollutant emission trading ratio is a pivotally academic technology．On the basis of summarizing the researches on water pollutant emis-sion right trade，the paper emphasizes studying a drainage basin as a research object，establishes the integrated technology framework ofwater pollutantemissions trade，clears up the definition ofwater pollutantemissions trading ratio，brings forward the calculation method of water pollutant emissions trading ratio in the drainage basin，and conforms the formulation of water pollutant emissions trading ratio in the drainage basin．Themethod has been ap-plied in an illustration research on Tai Lake basin．

water pollutant emissions trade；trade ratio；Tai Lake basin

X522

A

1001－5485（2010）10－0015－04

2010-08-18

中国水利水电科学研究院青年专项（环集1002），国家自然科学基金（50779076）

骆辉煌（1973-），男，湖南新田人，工程师，博士研究生，从事水环境保护与水生态保护研究，（电话）010-68781792（电子信箱）luohuihuang＠sina．com。