汾河流域基于水环境容量 建立生态补偿的探索

刘 娜

（山西省水文水资源勘测局，山西太原 030001）

在我国，愈来愈多区域的人类活动逼近或者超出了水环境承载能力，导致水生态环境负面影响日趋明显，水资源短缺、水环境恶化、水污染事故频发、水生态系统受损等一系列问题严重影响着社会的可持续发展。

近年来，生态补偿作为将生态保护外部效应内部化的有效手段，受到了各界广泛关注。1998年修改的森林法提出，“国家设立森林生态效益补偿基金，用于提供生态效益的防护林和特种用途林的森林资源、林木的营造、抚育、保护和管理”。2008年修订的《水污染防治法》以法律的形式，对水环境生态保护补偿机制做出明确规定“国家通过财政转移支付等方式，建立健全对位于饮用水水源保护区区域和江河、湖泊、水库上游地区的水环境生态保护补偿机制。”建立健全生态补偿机制，是从制度上加强生态环境保护，促进生态文明建设的主要内容，对社会可持续发展具有重要意义。

基于水环境容量研究成果制定流域生态补偿机制，不仅便于确定目前生态补偿的主客体，同时利于污染物限排总量的控制。

1 基本概念及特征

1.1 生态补偿概念

广义的生态补偿不仅包括对损害资源环境的行为进行收费或对保护资源环境的行为进行补偿，还包括因对环境保护而丧失发展机会的区域内的居民在资金、技术、实物上的补偿、政策上的优惠，以及为增进环境保护意识，提高环境水平而进行的教育科研费用的支出。

狭义的生态补偿是通过制度创新实行生态保护外部性的内部化，让生态保护成果的受益者支付相应的费用；通过制度设计解决好生态产品这一特殊公共产品消费中的“搭便车”现象，激励公共产品的足额供应；解决好生态投资者的合理回报，激励人们从事生态保护投资并使生态资本增值的一种经济制度。也就是说，从狭义的角度理解生态补 偿就是对由人类的社会经济活动给生态系统和自然资源造成的破坏及对环境造成的污染的补偿、恢复、综合治理等一系列活动的总称[1]。与国际上使用的“生态服务付费”和“生态效益付费”相似，主要采用的类型有直接公共补偿、限额交易计划、私人直接补偿和生态产品认证计划四类。

1.2 流域生态补偿特征

水资源的流动性以及稀缺性是造成流域上下游矛盾的主要根源。如果一个流域制定了总量控制目标，为实现这个目标，应对上游生态保护和修复等有助于环境容量增加的外部行为进行奖励性补偿，而对于不利于目标实现的行为应进行惩罚性补偿，以便于下游环境治理措施的实施。因此基于水环境容量的生态补偿机制是一种双项行为。

1.3 水环境容量和限排总量

水环境容量是指在给定水域范围和设计水文条件下，水体满足规划水体功能水质目标的前提下，该水域的最大允许容纳污染物的量。

河流水环境容量的计算模型主要有零维模型、一维模型和二维模型（见表1）。

表1 河流水环境容量计算模型

当入河污染物总量大于某一水质目标下的河段主要污染物水环境容量时，水功能区水体就不能实现水质目标，因此综合考虑水功能区水质状况、当地技术经济条件和经济社会发展水平等条件，在确定的时间内，允许污染物进入水功能区的最大数量，称为限排总量。

2 实例分析

2.1 流域概况

汾河流域地处东经110°30′～113°32′，北纬35°20′～39°00′，位于山西省的中部和西南部，东西宽188km，南北长412.5km，呈带状分布，面积39471km2，占全省国土面积的25.3%。

据《山西省水功能区划》统计，汾河流域共划分水功能区50个，汾河干流23个，一级支流25个，二级支流2个。跨越忻州、太原、吕梁、晋中、临汾、运城6市。

2.2 水环境容量计算

2.2.1 计算模型

本研究中河段长度远大于河段水面宽度，污染物排入水体后横向混合长度远小于河段的计算流程长，因此采取水环境容量计算一维模型。一维计算方法主要有段首控制法、段尾控制法和功能区段尾控制法[2]，段尾控制的目的在于让水质在各段末达到功能区水质目标，进而反推出该段段首处的环境容量[3]，本文利用功能区段尾控制模型，公式如下：

其中：M为水域纳污能力，t/a；C0为初始断面的污染物浓度，mg/L；Cs水质目标浓度值，mg/L；k为污染物综合衰减系数，1/d；u为设计流量下河道断面的平均流速，m/s；L为计算河段河长，km；Q为初始断面的入流流量，m3/s；q为废污水排放流量，m3/s。

2.2.2 参数选择

(1)根据地表水环境质量标准GB3838－2002以及各功能区制定的水质目标来确定COD、NH3的水质目标浓度值Cs。

(2)根据上一个水功能区的水质目标浓度值来确定起始断面COD、 NH3的浓度值C0。

(3)根据经验公式法和实测资料确定COD、NH3的降解系数k。

(5)采用枯季水文保证率为90%的初始断面流量作为设计流量Q。

(6)采用经验公式法来确定流速u。

(7)采用山西省水环境监测中心实测资料确定废污水排放流量q 。

2.2.3 结果分析

图1、图2分别给出了汾河流域主要城市COD、NH3环境容量与入河量对比，其中忻州市、吕梁市、运城市COD水环境容量均大于入河量，说明此三市入河排污口COD入河量在水环境容量范围之内，并且有部分剩余对下游水环境容量具有正贡献。而太原市、晋中市和临汾市COD入河量则分别是水环境容量的3.7倍、4.2倍和2.8倍，入河量远远超出水环境容量，将使下游水环境保护压力及成本增加。忻州市、运城市NH3水环境容量略大于入河量，基本能满足本区域水功能区保护目标。太原市、晋中市、吕梁市和临汾市NH3入河量超出水环境容量11.8倍、5.0倍、3.7倍和3.5倍，说明此4市入河排污口排放NH3量远远超出了水体自净能力和稀释能力，如要达到水功能区保护目标应大量减排，一旦上游减排任务未完成将转移到下游，增加下游减排负担和职务成本。

图1汾河流域主要城市COD水环境容量与入河量对比图

图2 汾河流域主要城市NH3环境容量与入河量对比图

根据2010年山西省水环境监测，汾河干流由于沿河沿岸大量生活污水和工业废水的排入，水污染较为严重，干流流经的5个地市23个水功能区中由上游至下游各地市水功能区个数达标率为忻州100%，太原44%，晋中、临汾和运城0%。汾河干流水功能区达标率也说明由于太原市污染物入河量远远超出了水环境容量，其直接影响到下游水功能区达标状况。与图1和图2水环境容量和入河量对比结果一致。

2.3 生态补偿

2.3.1 生态补偿的必要性

生态补偿机制是以保护生态环境为前提，运用市场经济和政府补偿手段，调节利益相关者之间生态与经济利益的一种公共制度安排[4]。建立汾河流域生态补偿机制，是水生态环境外部成本内部化的体现，利于形成收益者付费、破坏者赔偿、建设者和保护者受到合理补偿的良性运行机制，一方面有助于调动全社会保护生态环境，促进生态文明，另一方面有利于工业自觉减排，促进流域经济可持续发展，保障全流域公平使用水生态资源。

2.3.2 补偿原则

谁保护谁收益、谁受益谁补偿：即流域下游受益群体对上游生态保护和修复行为的一种补偿关系。

谁破坏谁补偿：即上游排污单位对下游相关群体的一种补偿关系。

2.3.3 补偿标准计算方法

基于水环境容量的流域生态补偿标准是通过治理超出水环境容量的污染物所需要得费用来计算，公式如下：

式中：P为补偿费用，亿元/a；P0为污染物恢复成本，元/kg；W为污染物入河量，t/a；W0为污染物水环境容量，t/a。

於方等[5]通过对污水处理厂调研分析，认为污水处理厂运行费用与COD去除率关系较为显著。因此本文采用庞爱萍等[3]由《中国城镇污水处理厂汇编》（2006）计算得COD恢复成本P0为5.57×10-5亿元/t。

P如果是正值，水环境容量有剩余，下游因上游来水良好对其进行补偿；如果P为负值，水环境容量被抢占，上游因未达到水质保护目标受到惩罚性补偿用于下游水体污染治理及水生态恢复。

2.3.4 结果分析

通过计算忻州市、吕梁市、运城市三市由于排污量少使得汾河水环境受到了保护。因此可分别得到0.19亿元、0.05亿元和1.4亿元的补偿，而太原市、晋中市和临汾市三市由于排污量远远超出了水环境容量，并且由于水的流动性给下游水环境造成损坏，应分别上缴惩罚性补偿28.5亿元、7.5亿元、 10.3亿元，除用于上游补偿外，其余用于污水治理及下游水生态的恢复。

2.3.5 补偿方式

汾河水生态补偿是以改善和恢复汾河生态环境，促进人与自然和谐，保障汾河沿岸公平享有环境资源为目的的。笔者认为目前基于水环境容量的生态补偿应采用限额交易的方式，即政府根据不同时期不同的保护目标，为汾河水生态系统设定一定时期内的允许破坏量。流域内各行政区可以通过各种保护措施直接完成其限额任务，也可以通过其上下游保护与恢复措施来平衡其造成的损失，通过市场价格获得这种抵消措施，以达到补偿目的。生态补偿是公益事业应坚持政府指导、市场运作的机制，采用政府转移支付的方式，彻底改变无偿使用水环境容量的习惯。

3 结论与建议

(1)探讨了汾河流域基于水环境容量的生态补偿的建立，通过水功能区水环境容量与入河量的对比，确定其生态补偿对象，即如上游水环境容量有剩余则下游排污企业因上游来水水质良好对其补偿，如上游排污量超出水环境容量，则上游企业需因对下游水环境造成损害上缴惩罚性补偿，用以污水治理及水生态环境的恢复。这种方法补偿主体明确，有利于主要污染物限排方案的实施。

(2)结合汾河水功能区水质达标控制目标确定不同时期污染物排放限额，建立长效的生态补偿机制，对流域上下游动态的进行生态补偿标准的核算，确定上下游生态补偿关系。

[1] 吕宗梅.超越与保守——可持续发展视野下的环境法创新[M].北京：法律出版社.2003：56-58

[2] 苏保林,贾海峰,基于排污口权重的一维河流水环境容量计算[J].水资源保护,2006,22(2),16－18

[3] 庞爱萍,李春晖,刘坤坤,等.基于水环境容量的漳卫南流域双向生态补偿标准计算[J].中国人口资源与环境,2010,20(5), 100-103

[4] 陈锦其.浙江生态补偿机制的实践、意义和完善策略研究[J].中共杭州市委党校学报,2006(6),17-22

[5] 於方,牛坤玉,曹东,等.基于成本核算的城镇污水处理收费标准设计研究[J].中国环境科学,2011,31(9),1578-1584