水污染物总量分配原则及方法研究进展

程玲玲，夏 峰

(1．云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201;2．云南省环境科学研究院，云南 昆明 650034)

研究表明，我国是世界上污水排放量最大的国家，也是污水排放速度最快的国家。当前，作为保护水环境、防治水体污染的一个重要手段——水污染物总量控制已经成为当前的研究热点之一。污染物总量如何公平、合理的分配，是污染总量控制的核心问题。随着科学技术的进步与发展，总量分配的方法日渐增多，本文将着重介绍国内外总量分配的发展状况，列举国内污染物总量分配的一般原则，并分析水污染总量分配两种常用的具体方法。

1 背景

据《全国环境公报》显示，全国废水排放量呈逐年增长趋势。2005年，全国废水排放量524.5亿t;2006年，废水排放量536.8亿t;2007年，废水排放量556.8亿t;2008年比上年增加2.7%，全国废水排放总量为571.7亿t;2009年，全国废水排放589.2亿t，比上年增加3.0%。从2009年《中国环境状况公报》看，在26个国控重点湖泊(水库)中，满足Ⅱ类水质的只有1个，Ⅲ类的5个，Ⅳ类的6个，Ⅴ类的5个，劣Ⅴ类的9个，占到了湖泊总数的34.6%。从这些数据不难看出，开展水污染物总量控制工作已经刻不容缓。

2 总量分配的一般原则

目前，总量分配的方法很多，根据立足点和侧重点的不同，分配的一般原则常见有以下两个不同方向的阐述，一个方向是:等比例分配原则，费用最小分配原则，按贡献率削减排放量的分配原则，根据污染范围和程度大小的分配原则，按污染物毒性大小承担污染责任分担率的原则，按企业污染治理先进性考虑污染责任分担率和削减率的分配原则;另一方向包括可持续性原则，公平性原则，效益性原则，技术可行性原则，方案可操作性原则，非经济要素标准原则，清洁生产原则，先易后难原则，不重复削减原则，重点控制原则，集中控制原则和公正原则。本人认为，总量分配的一般原则可以列为以下几条:

(1)等比例分配原则

等比例分配，指的是各污染源等比例分担排放责任，以承认污染源排污现状为前提，把总量控制确定的允许排污总量等比例分配到源。

(2)重点控制原则

二八定律认为一个关键的小的诱因、投入和努力，通常可以得到大的结果、产出和酬劳。遵循二八定律，应当首先对重点排污单位进行容量总量控制。

(3)先易后难原则

首先对浓度和行业总量未达标企业进行总量削减，在浓度达标排放之后，再对总量负荷的削减量进行分配。

(4)集中控制原则

首先考虑对位置临近、污染物种类相同的污染源实行集中控制，然后再将排污量余量分配给其他的污染源。

(5)费用最小分配原则

即经济优化规划分配原则，是一种以经济模型为基础，以达到经济利益最大化为准则，以治理费用最小为目标函数，以环境目标值作为约束条件，使系统的污染治理投资费用总和最小的原则。

(6)按污染物毒性大小承担污染责任分担率的原则

指在排污总量或排污责任分担率的分配过程中，对毒性大、危害严重的危险污染物应提高其治污责任，加强其污染责任分配比例的原则。

(7)按贡献率削减排放量的分配原则

即按各个污染源对总量控制区域内水质影响程度大小、污染物贡献率的大小来削减污染负荷，对水质影响大的污染源要多削减，反之则少削减。它体现了每个排污者平等共享水环境容量资源，同时也平等承担超过其允许负荷量的责任。

(8)根据污染范围和程度大小的分配原则

这种分配原则是考虑到在功能区或污染控制单元内污染源的位置不同，有的污染源污染距离长、面积大，有的污染源污染距离短、面积小，造成各污染源的污染影响的范围和程度不同，从而将其作为污染责任分担率的重要因素列入在内。

(9)按企业污染治理先进性考虑污染责任分担率和削减率的分配原则

由于各企业污染治理技术的先进性程度不同，造成各企业的污染排放总量及浓度对环境的影响不同，治污成本也存在差异，所以也将它作为污染责任分担率和削减率的重要因素之一。

3 总量分配方法研究现状

3.1 国外总量分配发展与现状

“总量控制”这一概念由美国最早提出。1948年，美国国会制定了《联邦水污染控制法》(简称为《水污染法》)。1958年，日本开始实施《水质保护法》、《工业污水限制法》等法案，在国家环境管理上经历了以“稀释”、“架高”等为主要措施的早期限制时期和以浓度控制为核心的“单打一”治理时期。

美国也是最早关注非点源污染治理的国家。1972年修订后的《联邦水污染控制法》首次明确提出控制非点源污染。在此同时，美国开始在全国范围内实行水污染物排放许可证制度，即所谓的“排放抵消”政策和“泡泡政策”，随后，为进一步做好总量控制工作，美国提出了季节总量控制方法、“变量总量控制”，以及在污染源之间进行污染负荷对换制度，其中包括“点源对换法”和“点源—非点源兑换法”。

总量控制相关法律制度出台实施之后，国外研究学者在水环境总量分配的模型及分配方式方面展开了大量研究。如Thomannan and Sobel等，将污水处理费用，即目标函数线性化后，运用线性规划方法对确定性条件下优化模型进行分配计算;Converse，Ecker以确定水质为约束条件，以区域污水处理费用之和最小为目标函数建立优化模型，再运用线性规划、动态规划或整体规划等优化技术，实现污染物在排污口间的优化分配;Lohani and Thanh在河流水质规划研究中建立了概率约束的规划模型;Ellis采用嵌入概率约束条件的方式构建了一个新的随机水质优化模型，和以往水质优化模型的最大区别在于该模型中不仅河水流量是随机变量，河段起始断面BOD和DO、废水中BOD和DO、好氧系数、复氧系数等也被视为随机变量;Cardwell and Eills基于参数和模型的不确定性，对多点源的污染负荷分配进行了研究，开发了随机动态规划费用最小模型;Li S.Y.等在考虑了河流断面的横向混合不均性基础上，运用优化模型确定各排污口在给定水质标准下的允许排放量;Catherine L K ling和Jinhuazhao基于污染物的不同区域特性，对不同分配方式的长期效率进行了分析;Peter Cramton和Suzi Kerr和其他一些研究者对拍卖方式和“祖父制”(grandfathering即根据历史产量或排污量等因素无偿分配)两种主要分配方式的优缺点进行了比较，提出了各自的结论。

3.2 国内总量分配发展与现状

20世纪70年代末，我国开始进行总量控制的研究工作，以1980年制定的第一松花江BOD总量控制标准为先导，进行了最早的探索和实践。

“六五”期间，上海开始在黄浦江上游水资源保护地区实行以水污染物排放总量控制为目的的排污许可证制度。“七五”时期，上海颁布了《上海市黄浦江上游水源保护条例》，首次在地方立法中对总量控制制度进行了规定。1988年3月，国家环保局下达了《关于以总量控制为核心的〈水污染物排放许可证管理暂行办法〉和开展排放许可证试点工作的通知》，标志着我国开始进入通过总量控制强化水环境管理的新阶段;1991年开始，国家环保局在16个城市进行了排放污染物总量控制和许可证制度的试点工作，取得了一定的效果。

“九五”期间，全国人大通过的《国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》(1996)中，将污染物排放总量控制确立为我国环境保护的一项重大举措。同一年，国家制定了《“九五”期间全国主要污染物排放总量控制计划》，并逐年下达年度计划，对二氧化硫、烟尘、粉尘、工业固体废物、化学需氧量、石油类、氰化类、砷、汞、铅、镉、六价铬12项污染物排放实行总量控制;“十五”期间，总量控制制度的管理范围缩减为二氧化硫、尘 (烟尘和工业粉尘)、化学需氧量、氨氮、工业固体废物5种污染物;“十一五”期间，总量控制制度的管理范围进一步缩减到二氧化硫、化学需氧量。2007年，我国二氧化硫和化学需氧量排放总量分别下降4.66%和3.14%，首次实现双下降;在“十一五”化学需氧量和二氧化硫两项主要污染物的基础上，“十二五”期间国家将氨氮和氮氧化物纳入总量控制体系，同时污染源普查口径的农业源也纳入总量控制范围。

从“六五”至今30多a的研究成果看，总量控制的研究主要是围绕总量分配原则和分配方法展开的。污染物允许排放量分配则多是在目标总量控制或水环境容量总量控制基础上，基于公平合理原则或效率原则进行的分配。如徐华君等评价了同等百分比削减分配方法和最小处理费用法，探讨了兼顾效益与公平的新分配思路;从效率和公平出发，吴亚琼研究了初始排污权分配的一种协商仲裁制，对有关各方面的行为和结果以及结果的经济效率和公平性进行了分析;方秦华等人提出了以经济总量为基础按比例分配环境容量的模式;立足于效率原则，王亮等提出了行业水环境经济综合指数的概念和确定方法，并建立了对目标区域水污染物总量行业优化分配模型;岳刚等采用定额达标分配、治理费用最小，及按现有排污总量进行达标分配的方法对水污染物进行了总量分配;通过分析总量分配的关键技术与核心问题，农家等针对等比例分配方法、费用最小分配方法、按贡献率削减排放量分配方法以及数学规划分配方法进行了初步探讨，并研究了总量分配技术中的公平性问题，为入海污染物的总量分配提供科学参考。

3.3 总量分配的具体方法

3.3.1 层次分析法

层次分析法 (Analytichi－hyProcess，简称AHP方法)是美国运筹学家A.L.Saaty在20世纪70年代提出的，是一种对方案的多指标系统进行分析，将决策者对复杂系统的决策思维过程模型化、数量化、层次化、结构化的决策方法。层次分析法运用在流域水环境污染物总量分配可以分为以下几个步骤:

(1)调查流域内各分区经济、社会、环境和技术现状。

(2)收集总量分配评价指标、构建指标体系框架。

(3)确定层次结构模型，设计专家咨询方案，选择专家并进行专家咨询。

(4)统计咨询结果，计算分析层次。

(5)确定各单项评价指标相对总目标权重。

(6)确定各分区相对总目标组合权重。

(7)确定排污总量分配方案。

层次分析法在我国已经被广泛研究应用于污染物总量分配这一领域，如在建立定性与定量相结合的多指标决策的排污总量分配层次结构模型的基础上，李如忠等将其运用在安徽合肥市区域水污染物排放总量的分配;孙秀喜等人利用这种模型结合矩阵，对各分区排污总量进行分摊，结合实例进行了计算分析;范平等以南方某市化学需氧量总量控制为例说明了这种模型的具体运用。2011年，李如忠在《基于Vague集的水污染负荷分配方法》中从水污染负荷分配涉及的社会、经济、环境、技术与管理等因素出发，筛选16个评价指标，构建了具有多层次结构的水污染负荷分配评价指标体系。

3.3.2 基尼系数修正法

基尼系数 (Gini coefficient)是意大利经济学家基尼 (Corrado Gini，1884－1965)在1922年提出的，用于定量测定收入分配差异程度。基尼系数是一个比例数值，在0和1之间，是国际上用来综合考察居民内部收入分配差异状况的一个重要分析指标。基尼系数修正法运用在流域水环境污染物总量分配可以分为以下几个步骤:

(1)划分子流域的污染控制区，利用SWAT(陆域面源污染物输移模拟)和EFDC(环境流体动力学)模型，核算并确定不同子流域的污染负荷及流域的水环境容量。

(2)确定初始总量分配方案。根据流域的现状和未来发展模式以及各子流域的功能定位，确定各子流域的初始分配值。

(3)确定基本参数 (主要包括各子流域人口或GDP、产值、水资源量等)，计算公平指数Gi。

(4)将Gi按由大到小的顺序排列，将各子流域根据顺序重新编号。继而将对应的参数按照编号重新整理出来。

(5)按重排的顺序，依照相应的公式，计算各子流域人口 (GDP)等指标的累计百分比和污染负荷分配的累计百分比。

(6)绘制洛伦兹曲线和绝对公平曲线。

(7)计算出基尼系数。

(8)依据计算的基尼系数，评估分配的公平性。如果分配不是公平的，则从步骤 (2)开始重新调整，反之则分配过程结束。

在研究成果方面，学者王丽琼从基尼系数的经济学内涵出发，将基尼系数的概念和意义应用于环境分析中，并以全国2006年各地区的水污染物总量分配为例，应用基尼系数法分析了人口、国内生产总值、水资源量指标对水污染物总量分配的影响;樊华等在江西五大水系流域的水污染物总量分配方案的评估和调整中运用了基尼系数法，使方案更加公平合理;赵娟等构建重点城市污染物总量分配的基尼系数法，评价了全国重点城市污染物总量分配的合理性公平性。

另外，研究者盛虎参考美国TMDLs的分配方式 (在分配过程中预留一部分容量不作分配，以促进水质改善)，运用层次分析法确定分配比例，运用基尼系数法判别分配公平性，采取层次分析法与基尼系数法交换反馈的方法，研究了基于人口和经济的流域容量总量分配方案。

4 污染物总量分配方法中存在的问题

基于公平性原则的总量分配方法的问题在于实用与理论脱节:要么停留在理论研究上，仅给出坚持公平性原则需要遵循的原理和考虑的因素，而缺乏一套较完整的体系;要么给出了一套较完整的体系，却过于理论化使得变量的选择难以定量化，分配方案过于复杂而难以在实际中加以应用，最终难以达到预期目的;或者片面强调某一方面的公平性，忽略了其他方面而致使真正的公平性并不能体现出来。

基于效率原则的总量分配方法，大多关注于如何使经济成本最小、治污费用最小，忽视了总量分配过程中应该考虑到的社会、环境、技术等因素。这种方法要达到经济成本最低，治污得力而花费较少的企业承担相应较多的污染责任分担率，分配的不合理性很容易引起企业之间的纠纷从而导致总量分配实施程序很难顺利进行。

5 结语

从“六五”的开始实行到“十二五”的规划，污染物总量控制与分配问题一直是我国环保工作中不可忽视且越来越关键的环节。本人认为:在相对公平合理的基础上，寻求环境、经济、技术系统整体最优配置，结合多种污染物总量分配方法的优点，同时把GIS、计算机等先进科技手段融入到污染物总量控制中来，形成一套理论与实用较好结合的综合体系是今后研究的重点;对于非点源污染因排放特征复杂形成不易于把握的许多不确定性也需要深入分析。

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