基于主体功能区约束的大气污染物总量控制目标分配研究

蒋洪强，张 静，卢亚灵，刘年磊

(环境保护部环境规划院国家环境保护环境规划与政策模拟重点实验室，北京100012)

0 引言

当前我国环境污染形势严峻，环境状况总体变差的趋势尚未得到根本遏制，经济发展、污染排放与环境容量之间存在较大矛盾。随着人口持续增长，工业化、城镇化的快速推进，能源消费总量不断上升，污染物产生量将继续增加，经济增长的环境约束日趋强化。如何解决污染物排放量与环境容量之间的矛盾，是我国环境保护工作面临的巨大挑战。国家“十二五”规划纲要正式提出“实施主体功能区战略”，根据资源环境承载能力、现有开发密度和发展潜力，将国土空间划分为四类主体功能区，主体功能区建设已经上升为国家战略［1-2］。“十二五”及今后一段时间内，促进区域协调发展、实施主体功能区规划将是我国的一项战略方针［3］。根据规划的战略目标，到2020年基本形成主体功能区布局，可持续发展能力提升。其中，“可持续发展能力提升”的环境目标要求主要污染物排放总量减少，环境质量明显改善［4］。为了实现主体功能区环境保护目标，需要制定基于环境容量约束力的污染物控制目标。本研究拟以区域大气污染物SO2，NOx为例，基于优化开发区、重点开发区、限制开发区、禁止开发区的环境目标要求，研究SO2，NOx排放总量控制目标分配方法和方案。

污染物总量控制既是一种环境管理思想，也是一种环境管理手段［5］。环境管理界认为，总量控制是将某一个污染控制区域作为一个完整系统，在一定时间段内，采取措施将这一区域内的污染物排放总量控制在一定数量之内，以满足该区域的环境质量要求［6］。目前污染物总量控制制度已经成为我国环境管理的一项常态制度。就大气污染物总量管理而言，日本是第一个提出大气排放总量控制方法的国家［7］。美国、德国继日本之后相继进行总量控制［8-9］。大气方面研究比较多的是排污交易和总量分配问题。常见的排污权分配方法有免费分配、公开拍卖等［10］;对于总量分配问题，最简单的方法是减排率一致方案［11］，还有基于 GDP的排放分配［12］方法，斯德哥尔摩环境研究所的GDR方法［13］，基于历史排放趋势确定减排义务的方法、基于减排成本的方法［14-15］，美国的“泡泡政策”方法［16］，欧盟各国 CO2总量分配的Triptych方法［17］，基于三大公平原则的分配方法［18-20］。技术层面，各学者进行了不同方法的研究，常用方法有层次分析法、基尼系数法、等比例分配方法、Delphi法［21］等，各方法都有其优缺点。考虑到本研究的特点，采用改进的等比例分配方法，计算过程较为简单，而且考虑了地区公平问题。

1 研究范围

以《主体功能区规划》、《国家环境保护“十二五”规划》等为基础，以2015年国家SO2，NOx总量控制目标为研究对象，在全国不同类型主体功能区规划发展要求背景下，基于优化开发区、重点开发区、限制开发区、禁止开发区的环境目标要求，提出各省SO2，NOx的总量控制目标方案。本研究的数据基础年为2010年，分配目标年为2015年，分配的要素为2015年全国SO2，NOx总量控制目标，分配的空间对象为中国大陆31个省、直辖市、自治区。

2 指标体系构建

影响大气污染物总量分配的因素主要有:1)大气环境现状:大气污染物环境现状是限制性要素，表示能容纳的污染物的量及环境质量目标，环境现状越好，可容纳的污染物的量越多，本研究用地级以上城市好于二级天数的比例和环境容量利用率(排放量/环境容量)2个指标表征。2)经济社会发展水平:经济社会因素是正向驱动要素，经济、人口活动的增加会导致污染物的产生量增加，本研究用人均GDP、单位GDP能耗来表征经济社会因素的影响。3)污染治理水平:污染治理水平是反向驱动要素，污染治理水平会提高污染治理效率，降低排放量，选择工业大气污染物(SO2，NOx)处理率表征污染治理水平。处理率越低，对大气环境的负面影响就越大，应该加大削减，减少总量分配。4)主体功能区:主体功能区的影响主要通过不同功能区的环境保护目标及其面积来计算的主体功能区指数表示。四类主体功能区的环境目标见表1。

表1 主体功能区环境保护目标Tab.1 Environmental protection targets of principle function regions

不同的环境保护目标对环境质量的要求不同，环境总量控制的力度也不同，重点开发区、优化开发区、限制开发区、禁止开发区的控制力度越来越严。由此采用专家打分的方法确定不同类型功能区的权重;以各省对应功能区类型面积占全省面积的比重作为指标值，计算主体功能区指数。

由此确定的主要大气污染物总量分配影响指标体系及其削减规则见表2。

表2 分配指标体系及其削减规则Tab.2 Allocation index system and its reduction rules

3 分配方法

通过分析影响大气污染物总量分配方案的因素，建立全国到省的污染物总量控制分配指标集。采用熵值法确定各指标的权重，根据改进的等比例分配方法计算各省主要污染物总量控制目标。熵值法是一种根据各项指标观测值所提供的信息的大小即信息熵来确定指标权重的客观赋权方法［22］;改进的等比例分配方法是在等比例分配(各地区在基准年污染物排放量的基础上进行相同比例的削减)的基础上改进，即依据公平原则，根据地区之间的经济、环境质量、污染物处理水平等差异对削减比例进行适当调整，计算方法如下［22］。

假定参与分配的n个不同地区在基准年的污染物排放总量为Q(地区i的排放量为Qi)，各地区相对于Q的总削减率目标为C，计算地区i的污染物削减量和削减比例。假设各地区的削减比例为xi，如果是等比例削减，则xi=C;基于公平的削减，则各地区的目标削减率为平均削减率经过调整后的值:

αi的值根据前面提到的经济、环境质量等影响指标的数值大小和权重确定。计算公式为:

各地区削减量ΔQi为:

4 实证研究

4.1 数据来源与处理

本研究数据(表3)主要来自相关年份的《中国统计年鉴》、《中国环境统计年报》、《中国环境质量报告》和国家主体功能区规划。

表3 大气污染物总量削减分配指标Tab.3 Index values of air pollutant total amount allocation

根据收集到的指标，将数据构成的原始矩阵进行标准化，根据熵权法公式计算出各评价指标的熵和熵权(表4)。

表4 熵值法计算结果Tab.4 The results of information entropy

4.2 分配结果

根据国家环境保护“十二五”规划总量控制目标，2015年全国二氧化硫、氮氧化物排放总量分别控制在2 057.8万和 2 012.8 万 t，比 2010 年的 2 542.2 万和2 264.8万 t分别下降8.9%和11.1%。2015 年，国家计划预留19.0万t用于二氧化硫排污权有偿分配和交易试点工作，实际分配给各地区2 067.4万t，其中新疆生产建设兵团9.5万t，不考虑这两项。计划分配给31个省份的SO2为2 057.8万t，削减率为8.87%。国家预留24.6万t的氮氧化物用于排污权有偿分配和交易试点工作，8.8万t用于新疆生产建设兵团，31个省份实际分配2 012.8万t。由此用改进的等比例污染物削减总量分配法计算“十二五”期间的总量削减分配(表5)。

以上结果表明，在国家确定削减目标的情况下，基于公平性的原则，各省(区、市)削减量和削减比例都存在明显差异。相比2010年，2015年SO2削减量最大的是内蒙古，削减17.25万t;其次是山东和山西，各削减15.60万和 14.89万 t。削减比例最大的是新疆，达16.77%;青海和宁夏削减比例也较高，分别为15.67%和13.55%。内蒙古、山东、山西SO2环境容量利用率较高，工业SO2去除率较低，所以SO2削减量较大;新疆、青海和宁夏单位GDP能耗高，空气质量达标率较低，工业SO2去除率很低，SO2可削减的空间大，削减比例较高。西藏和海南削减量较低，分别为0.05万和0.12万t，因为其污染物排放量少，SO2环境容量利用率低;江西和海南削减率较低，分别为3.48%和3.97%，因为其单位GDP能耗低，空气质量较好，可削减的空间不大。

相比2010年，2015年NOx削减量最大的省份是河北，削减量为20.61万 t;其次是山东和内蒙古，各为20.57万和20.45万 t。削减比例最大的是宁夏，为18.32%;其 次 是 新 疆 和 北 京，分 别 为 18.10% 和17.44%。河北、山东和内蒙古NOx排放量较高，环境容量利用率很大，所以其削减量较大;新疆能耗较高、空气质量差，河北NOx环境容量利用率大、工业NOx去除率低，北京空气质量差，所以NOx削减比例高。西藏和海南削减量较少，分别为0.35万和0.55万t;江西和广西削减比例低，分别为4.75%和6.47%。前者削减量少，主要是因为其排放量少、环境容量利用率低、空气质量相对较好;后者削减率较低，主要是由于其空气质量相对其他省份较好，而且工业NOx去除率相对不是太低。

表5 2015年大气污染物总量目标分配结果Tab.5 Results of air pollutant total amount allocation in 2015

5 结论与讨论

5.1 结论

通过考虑不同地区经济社会发展水平、大气环境现状、污染治理水平、主体功能区环境保护目标等制约因素，采用改进的等比例分配方法，在考虑了主体功能区环境目标约束的情况下，进行了“十二五”国家大气污染总量控制目标到各省(区、市)的地区分配。

1)SO2和NOx削减量大的省份较为一致，主要集中在华北平原及其周围地区，这些地区污染物排放量大，空气质量相当较差。

2)SO2和NOx削减比例较大的地区主要集中在西部地区和北京天津2个直辖市，这些地区要么单位GDP能耗高、工业污染物去除率低，要么空气质量差。

3)削减量相对较小的地区主要集中在西南和南部省份;削减比例较小的地区主要集中在中南部和南部的省份。这些地区污染物排放量相对较少，空气质量相对其他省市较好。

5.2 讨论

本研究采取的方法与国家“十二五”环保规划大气污染物总量分配方法不同。通过对比发现，2种方法的结果存在相同与差异之处:2种算法污染物减排量大的地区都位于华北平原及其周边地区，但是减排量小的地区前者主要是集中于西南和南部的海南等空气质量相对较好的地区，后者主要集中于包括新疆、青海、西藏、宁夏等在内的西南和西北等经济欠发达地区。对比各省份2015年污染物控制量(允许排放量)，2种方法存在0.03%(湖北省)～29.12%(海南省)的偏差。

随着中国大气污染由煤烟型污染向复合型污染转变，大气治理问题越来越严峻，各省份的污染物总量控制方案制定也越来越复杂。总体而言，要考虑不同省份的经济发展水平、污染物排放量、空气质量、治理水平、规划发展目标等因素，否则可能起不到不同地区协同控制的作用，还可能打击部分地区减排的积极性。

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